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1、西部交通建设科技项目合同号：2002 318 812 052002 318 812 05西藏干线公路修筑技术分题西部交通建设科技项目多年冻土地区路面基层修筑技术研究多年冻土地区路面基层修筑技术研究西藏自治区交通科学研究所多年冻土地区路面设计与施工技术研究多年冻土地区路面设计与施工技术研究长 安 大 学二四年六月研究报告（简本）长长安安大大学学青青 藏藏 公公 路路 整整 治治 改改 建建 项项 目目 办办 公公 室室青青藏藏公公路路二五年十月二五年十月管管理理分分局局目录研究报告辑要 21前言 42 低温条件下水泥稳定砂砾特性与组成研究53 级配碎石抗变形能力与组成设计研究84 沥青稳定碎石低
2、温特性与组成研究95沥青结合料低温与老化特性研究106基于低温性能的面层沥青混合料组成设计研究127冻土路基融沉下沥青路面附加应力分析148多年冻土地区沥青路面结构设计方法研究159试验路研究1710 多年冻土地区沥青路面施工技术研究1711 多年冻土地区水泥混凝土路面使用状况调查研究1812 多年冻土地区公路构造物铺装结构与施工技术研究1813 研究成果主要创新点1814 存在问题与措施建议19项目研究报告辑要项目研究报告辑要中文题名英文题名交通编号单位编号分 类 号第一完成单位项目负责人多年冻土地区路面设计与施工技术研究Study on design and construction te
3、chnology of pavement forpermafrost area10710U416。2长安大学胡长顺1项目来源合 同 号项目起止年限报告撰写人交通部2002 318 812 052002.82005.9马骉长安大学胡长顺长安大学马骉青藏公路整治改建项目办公室何子文青藏公路管理分局李留丰长安大学侯仲杰长安大学陈拴发长安大学陈华鑫长安大学易湘舒长安大学张毅长安大学莫石秀项目主要参加人长安大学姬杨蓓蓓长安大学周勇长安大学袁迎捷长安大学汪海年长安大学栗培龙长安大学潘宗俊长安大学王虎长安大学张占军青藏公路管理分局高广宇青藏公路管理分局刘和平青藏公路管理分局王光新主 题 词关 键 词多年冻土
4、，路面，设计，施工多年冻土，水泥稳定砂砾，级配碎石，沥青稳定碎石，沥青混合料，配合比设计方法，融沉附加应力，路面结构设计方法，铺装结构，试验路,施工技术报告摘要（500 字以内）：英文摘要（300 个实词以内）：根据多年冻土地区路面特殊条件，从路面基层材料低温特性及配合比设计方According to the characteristics of the pavement in permafrost area,pavement design法、沥青面层材料低温特性及配合比设计方法、路面结构设计方法、水泥混凝土and construction technology for permafrost
5、area is studied from the mixturelow-temperature characters and design method of the upper course and the base路面适用性、公路构造物上铺装结构、路面施工技术等方面对多年冻土地区路面course,the design method for pavement structure,the applicability of the cement设计与施工技术进行了系统研究。通过模拟多年冻土地区实际温度和湿度条件下concrete pavement in permafrost area,the p
6、avement structure on top of the highwaystructure,the pavement construction technology.By the road-performance testing of路面基层混合料试验研究，提出了多年冻土地区路面水泥稳定砂砾、级配碎石和the base course mixture in the simulating temperature and moisture condition,the沥青稳定碎石混合料组成设计方法。通过沥青混合料低温特性和抗老化性能试验mix design method for the ceme
7、nt stabilized gravel,the graded aggregate and the研究，提出了多年冻土地区沥青混合料配合比设计方法。在多年冻土地区路基的asphalt stone are brought forward.Testing of low-temperature performance andanti-aging performance of the asphalt mix,the mix design method for the permafrost融沉变形状况计算分析的基础上，首次提出了多年冻土地区沥青路面结构融沉附area is put forward.Bas
8、ed on the analysis of the thaw settlement of the roadbed,the加应力计算方法和基于荷载应力与融沉附加应力的多年冻土地区沥青路面结构方additive stress calculate method arise from the uneven thaw settlement in pavement2structure and the pavement structure design method found on the loading stress and法，提出了推荐路面结构。在青藏公路成功修筑了 7km 试验路，使用效果良好。th
9、e additive stress are brought forward.The recommended pavement structure is总结经验，提出了水泥稳定砂砾、沥青稳定碎石、级配碎石等基层及沥青面层的recommended for the permafrost area highway.The test project that is 7km long,issuccessfully constructed in the Qinghai-Tibet highway,and is running in better state.施工技术。在青藏公路和国道 214 线水泥混凝土路
10、面使用状况调查分析的基础上，1 前言多年冻土在全球分布较广，约占陆地面积的 25，而在我国的青藏高原、东北大小兴安岭和西部高山等地分布约215万平方公里多年冻土,位居世界第三.多年冻土地区特殊的气候条件和地质条件，给道路设计、施工及使用带来了巨大困难，使多年冻土地区道路修筑一直被视为世界性难题。多年冻土地区公路路面设计与施工有其特殊性,存在着许多技术难点。虽经数十年建设和科研探索，仍有大量问题需要解决，已建公路广泛存在和不断出现各种病害。多年冻土地区最常见路面病害主要有:波浪、坑槽、松散和局部沉陷、纵裂和横裂等。各类病害在青藏高原 109 国道、214 国道、内蒙 301 国道多年冻土区段均有
11、分布。109 国道多年冻土段地处青藏高原腹地，多年冻土分布广，属中低纬度高海拔多年冻土，类型上既有连续多年冻土，也有岛状多年冻土。特殊的自然环境和冻土条件造成沿线道路病害发生强烈。本项目的前期调查研究表明，水泥稳定基层在低温条件下不易形成板体，在 35 个路面钻孔芯样中，未形成板体的有 25 个,松散率为 71。4%.沥青路面在强烈紫外线照射和长期低温作用下，老化加剧，龟裂、网裂占 11.8，松散 16。8%,路面波浪 26.4%，路面横向反射裂缝十分严重,裂缝间距 48m，有些路段横裂间距不足 1m。水泥混凝土路面因气候条件恶劣，施工和养护困难，强度较难形成,沿线 6km 的水泥混凝土和钢纤
12、维水泥混凝土路面,断板、断角、破碎严重，完好板极少.青海 214 国道沿线 313.3km 多年冻土位于青藏高原多年冻土带边缘，属退化性多年冻土,冻土分布条件复杂，稳定性极差，受公路影响多年冻土极易产生变化,进而对工程带来不利影响，病害发生广泛。沿线路基路面沉陷、波浪变形严重,路面纵横向裂缝和龟裂、网裂破坏明显。内蒙古 301 国道所经地区的岛状多年冻土属低海拔、高纬度多年冻土，目前处于退化阶段，公路建设面临巨大困难。301 国道东起绥汾河西至满洲里，全长 1500km,而现有路面为砂石，路况差、车速低、运营成本高。为改善运输条件，降低运输成本，提高运输效益，内蒙古自治区将301 国道全线黑色
13、化列为重点工程。然而多年冻土地区特有的道路病害，沿线路基路面沉陷、波浪和冻胀变形明显，涎流冰、冰椎、冰丘分布广泛，路基翻浆严重,桥涵基础冻胀、冻拔、桥（涵)头跳车等病害普遍发生。西部大开发,公路交通必须先行，而多年冻土地区的公路交通基础设施建设是重中之重，任重道远。由于冻土工程的特殊性及交通发展的要求(交通量增大，重车增加），特别是青藏铁路建设，使青藏公路面临更加严峻的重载交通挑战。多年冻土地区公路路面设计与施工中仍有许多深层次问题尚未解决，不同时期对多年冻土地区路面设计与施工的研究,都只是阶段性成果。因此，组织力量，投入资金,在已有成果基3础上，针对多年冻土地区特殊的自然条件和对公路路面材料
14、、结构的特殊要求,从路面材料低温特性、混合料配合比设计方法、路面合理结构、施工技术等方面，深入系统地开展多年冻土地区路面设计与施工技术研究,对西部大开发和利用冻土地区国土资源、实现可持续发展有重要意义,尤其在政治、军事、经济和科学技术上都有着极其重大而深远的意义.“多年冻土地区路面设计与施工技术研究”是 2002 年度交通部西部交通建设科技项目（合同编号：200231881205），是“多年冻土地区公路修筑成套技术研究”九个组成课题之一.项目主持单位为长安大学,参加单位为青藏公路整治改建项目办公室和青藏公路管理分局。项目根据多年冻土地区特殊自然条件对公路路面的影响，以及路面实际使用过程中所出现
15、的主要病害，总结和借鉴国内外最新研究成果，从路面基层材料低温特性及配合比设计方法研究、沥青面层材料低温特性及配合比设计方法研究、多年冻土地区沥青路面合理结构研究、多年冻土地区水泥混凝土路面应用探索性研究、多年冻土地区构造物铺装结构和施工技术研究、多年冻土地区路面施工技术及质量控制研究等六方面对多年冻土地区路面设计与施工技术进行了深入系统研究。2 低温条件下水泥稳定砂砾特性与组成研究（1）模拟多年冻土地区实际温度变化和单一恒温(低温）条件，试验研究了水泥稳定砂砾混合料强度形成，得出了单一温度因素对混合料强度形成的影响规律,首次提出养生温度对混合料强度形成影响的临界温度.研究表明：养生过程中的高低
16、温交替变化并不会限制混合料抗压强度的形成，仅降低强度增长速度,延缓强度增长。抗压强度随养生温度明显呈曲线增长，养生温度超过一定值后对强度形成的影响明显减弱，养生温度对强度形成影响的临界温度约为7。施工中应采取有效保温措施，保证第一天有较高的养生温度；第二天后,只要采取措施保证养生温度在 7以上,对强度形成不会造成明显影响。细集料含量多对混合料初期强度形成有利，但也同时对低温条件更敏感,低温下的强度损失更大。粗颗粒含量多对混合料后期强度形成有利，且低温影响较弱.(2)在定性分析的基础上，通过模拟湿度条件的强度试验，定量分析了基层混合料中的自由水分向下迁移渗透损失对混合料强度形成的影响，解释了多年
17、冻土地区水泥稳定基层普遍出现“夹层”现象的机理。分析表明,混合料抗压强度随下垫层含水量的增大而提高,提高幅度与龄期、混合料级配组成有关。水泥稳定粒料混合料配合比设计中，调整粗细粒料比例，形成骨架密实结构，可以降低水分损失对混合料后期强度形成的影响。多年冻土地区特殊湿度条件是水泥稳定砂砾基层出现“夹层现象的原因.因此,多年冻土地区水泥稳定砂砾基层施工过程中,应采取基层施工前对垫层表面充分洒水湿润，基层成型后及时覆盖4保湿养生,及面层与基层连续施工等工程技术措施,减轻基层混合料自由水分表面蒸发和向下迁移渗透损失，以避免“夹层现象的出现。（3）通过模拟温湿条件下的水泥稳定砂砾收缩试验，得出了多年冻土
18、地区水泥稳定砂砾干燥收缩和温度收缩的变化规律，提出了多年冻土地区水泥稳定砂砾的收缩最不利温度段。模拟实际温度保湿养生试件的初期和早期干缩试验分析表明，试件产生应变最大的阶段相对失水率在 65%wmax80%wmax之间，即累积失水率在3545之间，本研究将此阶段作为试件干缩应变的最不利阶段.温缩试验分析表明，模拟实际温度养生试件的温缩应变变化速率比标准养生大得多，温缩系数约为标准养生的 1。55 倍；变化趋势存在差异，分别在-1020和 0-10内达到最大值.020是一个危险的温度段，面层较薄的基层会因气温骤降引起过大的温度应力而导致开裂。因此，将此温度段作为多年冻土地区水泥稳定粒料基层温度收
19、缩特性的最不利温度段.细集料含量较多,对混合料温度收缩不利，因此，混合料组成设计中应尽量降低细集料(4.75mm）含量,以提高抗温度收缩开裂能力。（4）采用模拟湿度条件的孔隙性材料的抗冻融循环耐久性试验,得出了水泥稳定砂砾混合料在不同湿度状况、不同冻融循环次数下的耐冻系数变化规律，提出了多孔性材料抗冻耐久性的试验方法和评价指标。目前半刚性材料抗冻性或抗冻耐久性评价尚无统一试验方法，基本借鉴水泥混凝土冻融循环试验方法，对试件进行饱水冻融，采用5 次冻融循环后抗压强度或弯拉强度损失作为评价指标，试验条件与混合料实际使用状况明显不符。本次研究仍利用冻融循环试验,但针对多年冻土地区冻融循环频繁剧烈的特
20、点,改变试件湿度状况,尽量模拟基层混合料实际可能湿度状况，以期合理地评价孔隙性材料抗冻耐久特性。考虑到沥青路面的半刚性基层使用过程中处于弯拉状态，且沥青路面设计中也对基层弯拉强度提出要求,故选择混合料冻融循环后弯拉强度 SD与冻前弯拉强度 Sc之比，称作耐冻系数 KD，作为抗冻性的评价指标。试验分析得出,混合料湿度状况对多孔性材料耐冻系数影响明显；相同次数冻融循环下，试件越湿,耐冻系数越小，即强度损失越大。对于多孔性的水泥稳定砂砾材料控制试件含水量进行冻融循环试验，8 次循环后耐冻系数基本稳定，考虑到试验的变异性，推荐采用 10 次冻融循环耐冻系数评价其抗冻性或抗冻耐久性。（5）通过模拟特殊条
21、件的强度、收缩、抗冻、疲劳等路用性能试验检验，表明综合考虑早强、抗冻、微膨胀、延迟时间、方便施工等因素研制的CS1 型水泥复合外加剂适宜于多年冻土地区水泥稳定混合料使用。强度试验表明，外加剂对提高混合料低温下的初期强度效果非常明显,对后期强度形成仅有一定促进作用.掺入外加剂的混合料在 5、10和模拟野外温度下保湿养生53 天，抗压强度分别达到 3.83MPa、4。31MPa 和 3.92MPa,远大于规范 7 天设计抗压强度 3.0MPa 的要求。据此可以针对多年冻土地区水泥稳定基层施工条件，缩短养生龄期要求为 3 天,大大节约养生费用，降低工程施工成本。同时，可以提前开放交通和进行连续施工。
22、温缩试验得出，掺 CS1 外加剂后温缩系数变化趋势基本没有改变,仍为一上凸抛物线，但温缩系数最大值降低约 15，且滞后约 5,提高了混合料在低温区的抗温缩开裂能力。抗冻试验结果表明，掺入 CS1 外加剂可以明显改善水泥稳定砂砾混合料的抗冻耐久性能,提高多年冻土地区频繁、剧烈冻融作用下水泥稳定砂砾基层的承载能力和延长使用寿命。CS-1 外加剂对水泥稳定砂砾的弯拉疲劳特性总体影响不大，在低应力水平作用范围内抗疲劳性能好。（6)针对多年冻土地区路面半刚性基层的特殊施工和使用条件，根据室内试验分析成果和试验路修筑经验，提出了多年冻土地区路面水泥稳定粒料基层强度形成保障措施和抗裂技术措施。根据试验研究与
23、分析得出的温度和湿度对半刚性基层强度形成的影响规律，以“降低负温和低温影响程度、加快早期强度形成速度、减少混合料自由水分损失”为主，提出多年冻土地区半刚性基层强度形成技术保障措施：保证半刚性基层混合料设计抗压强度要求，取规范规定上限（3.0MPa）;混合料中掺入适宜外加剂；采用吸热覆盖措施，提高第一天养生温度;初期（3 天）洒水、保湿养生；采取有效措施封闭施工；基层施工前对垫层充分洒水湿润.根据收缩性能研究结论,针对多年冻土地区水泥稳定砂砾半刚性基层实际使用特殊条件,以“提高初期强度、减少水分损失、控制级配组成”为主,提出多年冻土地区半刚性基层抗裂技术措施：采用吸热覆盖、洒水保湿、掺入外加剂等
24、措施；基层施工前对下承层洒水湿润;使用 CS1 外加剂、亚硝酸钠等外加剂；沥青面层与基层连续施工；合理设计级配组成，严格控制施工级配.（7）根据室内外试验研究成果，考虑多年冻土地区路面基层特殊施工和使用条件对混合料路用性能的要求,从原材料要求、级配选择、配合比确定等方面提出了适用于冻土环境的水泥稳定砂砾配合比设计方法.63 级配碎石抗变形能力与组成设计研究（1)通过连续级配和基于单一筛孔通过率的级配碎石振动成型试件试验,系统分析了最大粒径 Dmax、指数 n 值、单一筛孔及其通过率对 CBR 值的影响,提出了适宜的最大粒径、n 值和关键筛孔。研究表明，n 值对级配碎石的 CBR 值有明显影响,
25、尤其是 n 值大于 0.5 后,CBR 值对 n 值变化的敏感程度增大，随 n 值的增大而明显减小。n 值对 CBR 值的影响程度与最大粒径 Dmax 有关，Dmax 越大，n 值的影响越明显.就级配碎石的 CBR 值而言,组成设计中应控制 n 值不大于 0。50，且 Dmax 越大，控制应越严格。最大粒径 Dmax 对混合料的 CBR 值有明显影响,且 n 值小于 0。50 和最大粒径小于 31.5mm 时，这种影响较显著。因此，级配碎石n 值应控制在 0.50 以下，最大粒径Dmax 宜选择 31.5mm，进一步增大颗粒对提高 CBR 值的效果不大明显,且施工中易出现离析，不利于保证施工质
26、量.4.75mm、2。36mm、0.6mm 和 0.075mm 筛孔通过率对级配碎石的 CBR 值有明显影响，现行规范对最大粒径为 31。5mm 的连续级配碎石推荐的颗粒组成范围内，CBR值差异较大，应视为关键筛孔控制。（2）通过级配碎石强度构成和变形过程分析认为，级配碎石塑性变形的本质是颗粒之间的剪切变形。利用自行研发的柔性材料剪切性能测试仪，进行了连续级配和基于单一筛孔通过率的级配碎石剪切试验,分析了最大粒径 Dmax、指数n 值、单一筛孔及其通过率对混合料抗剪切性能的影响。分析表明,级配碎石结构层在使用过程中,主要承受由面层传递来的车轮竖向荷载作用，当荷载作用超过各种粒径粒料之间相互嵌挤
27、作用形成的抗变形能力时，粒料会产生一定程度的重排，导致塑性变形的产生,这种塑性变形的本质是粒料之间的剪切变形。关于级配碎石的抗剪切性能，尚未见国内外相关研究报道，也没有相应的试验设备.因此，本研究研发了柔性材料剪切性能测试仪及其试验方法。柔性材料剪切性能测试仪是对路面材料进行恒围压竖向剪切试验的专用设备，利用控制箱自动控制水平施加于材料试件的围压，测定并自动采集竖向施加试件的荷载与剪切位移，用来评价路面柔性材料的抗剪切变形能力。主要由测试装置、行走装置、控制系统和数据采集系统四部分组成。试验分析得出，为了保证结果的可靠性，同时考虑到路面结构层的实际剪切速率较小，剪切速率宜控制在 5mm/min
28、 以下，本研究选取 3mm/min。从试验结果的变异性来看,围压对试验结果的影响较小，试验采用 1000 N。综合分析 Dmax 和 n 值对级配碎石剪切位移、剪切强度、剪切模量的影响,如以剪切强度为主要考察指标，不难得出,n 值处于 0.450。50，Dmax 为 31。5mm 的连续7级配碎石具有较好的性能。级配碎石的剪切位移、剪切强度等剪切性能指标对含水量变化比较敏感，最佳含水量时剪切性能最佳。因此，级配碎石施工中,应该对含水量给予足够重视，确保施工压实时混合料的含水量是其最佳含水量.级配碎石的密实程度对其抗剪切性能指标影响显著，提高级配碎石的密实度,将会较大提高剪切强度，同时降低剪切位
29、移,明显提高级配碎石的抗剪切性能。由于 96是密实度影响剪切性能的重要变化点，应作为级配碎石施工压实度控制的低限极值，控制标准值应高于 96。4.75mm、2。36mm、0.6mm 和 0.075mm 筛孔通过率对级配碎石的剪切性能有明显影响,应视为关键筛孔控制。（3)对级配碎石的透水、导热、抗冻等性能进行了试验分析。由试验结果可得，级配碎石的渗水系数随 Dmax 的增加而增大，但变化幅度与 n值有关.渗水系数随 n 值的增大而增加，n 值越大，对渗水系数的影响越大,且增加幅度与 Dmax 有关.混合料设计中应在保证其它性能要求和施工要求的基础上，尽量提高粗集料所占比例.级配碎石的导热系数明显
30、小于面层沥青混凝土和半刚性基层,可以起到隔热作用。分别采用 CBR 值和剪切强度表征的抗冻性能指数 F1和 F2对两个级配的抗冻性评价结果一致，采用 CBR 值冻融衰减评价抗冻性更能区分级配差异。除去应力状态外，含水量是影响级配碎石动弹模量的一个重要因素,试件尺寸对动弹模量中的回归参数 K1、K2的影响明显。(4）根据单一筛孔通过率的级配碎石 CBR 和剪切试验，首次提出了级配碎石基于 CBR 值和剪切强度双指标的关键筛孔及其通过率的合理范围.针对级配碎石的塑性变形，提出了基于 CBR 和剪切强度双指标控制的级配碎石组成设计方法.本研究针对级配碎石的塑性变形问题,根据试验研究结果提出了级配组成
31、设计的性能控制参数（CBR 值、剪切强度)和级配控制参数（最大粒径 Dmax、级配指数 n值、基于 CBR 值和剪切强度双指标的关键筛孔及其通过率合理变化范围），提出了基于 CBR 和剪切强度双指标控制的级配碎石组成设计方法。关键筛孔通过率合理变化范围表 1关键筛孔通过率范围（%）4。75mm3745。52。36mm25.5370.6mm13.517。50。075mm3.57.54 沥青稳定碎石低温特性与组成研究（1）综合分析国内外大型马歇尔试验研究成果,提出了多年冻土地区沥青稳定碎石大型马歇尔试验技术标准；并对试件大型马歇尔与旋转压实成型进行了对比试验，推荐旋转压实作为沥青稳定碎石混合料试件
32、成型的首选方法.（2）通过沥青稳定碎石混合料的低温(0)和常温（15）强度试验，分析了温度、矿料级配、沥青用量对混合料抗压强度和劈裂强度的影响，提出利用抗压强度和8劈裂强度两者乘积确定混合料强度特性达到最佳的沥青用量（油石比），比用单一抗压或抗拉强度更合理。（3)利用沥青稳定碎石的冻融劈裂试验，分析了冷冻温度、空隙率、密实度等对混合料抗冻稳定性的影响,提出混合料设计中应考虑混合料使用中的实际自然环境，合理确定冻融试验条件，才能正确评价抗冻稳定性。(4）通过沥青稳定碎石温度收缩和-10低温弯曲试验，分析了混合料级配组成、沥青用量对温度收缩系数、低温弯拉强度与应变、劲度模量、应力松弛模量、应变能密
33、度等低温抗裂指标的影响,提出了以温度应力比和弯曲应变能为主要指标的沥青碎石混合料的低温抗裂性能综合评价方法。对于多年冻土地区沥青碎石混合料而言，低温和大温差是主要影响因素。低温条件下沥青碎石混合料的强度较高，关键是抗变形能力弱；而持续低温和大温差下，沥青碎石混合料的温度应力来不及松弛而不断累积。因此,多年冻土地区沥青碎石混合料低温抗裂性能应主要控制两个方面:温度应力来不及松弛而超过混合料极限强度的破坏和低温抗变形能力。利用低温弯曲试验和温度收缩试验，可以从以上两方面评价混合料的低温抗裂性能。评价试验采用低温弯曲试验和温度收缩试验，评价指标选择温度应力比和弯曲应变能。温度收缩试验温度收缩试验低温
34、弯曲试验低温弯曲试验最不利温度区间图 1沥青稳定碎石低温抗裂性能综合评价流程(5）沥青稳定碎石混合料常温（15)和低温（-25）疲劳试验分析得出，低温温度收缩系数弯曲劲度模量弯拉强度与常温疲劳寿命变化规律基本一致，多年冻土地区沥青稳定碎石基层在低温下具有较最不利温度好的抗疲劳性能,混合料设计中应主要考虑混合料的常温疲劳性能。温度应力比温度应力比弯曲应变能弯曲应变能（6）针对多年冻土地区特殊条件对沥青稳定碎石基层混合料的要求，提出了基于强度和大型马歇尔指标的多年冻土地区沥青稳定碎石配合比设计方法。5 沥青结合料低温与老化特性研究混合料低温抗裂性能评价与优化混合料低温抗裂性能评价与优化（1)通过沥
35、青结合料不同温度下的针入度和延度试验，分析了普通沥青和改性沥青的低温特性变化.针入度试验分析表明，不同普通沥青的针入度对温度的敏感程度有所不同.普通沥青标号越高，针入度对温度的敏感性越大，温度降低时的针入度损失越大.仅根据常温下的针入度选择沥青，并不能完全反映沥青在低温条件下的抗变形能力.针入度指数PI 对普通沥青感温性能的评价结果，与单一针入度评价结果总体一致。SBS 改性沥青的温度敏感性大于 SBR 改性沥青。低温延度试验结果可得，四种普通沥青的延度随温度变化的趋势有所不同,按 5925的针入度、针入度指数和延度的排序一致,沥青的延度与针入度指数均可较好地评价沥青的感温性,且延度试验相对方
36、便易行。改性沥青的延度明显大于普通沥青,低温延伸性好，具有更好的低温抗裂性。(2）对经过旋转薄膜短期老化和 PAV 长期老化后的沥青结合料进行试验，分析了热老化对沥青结合料低温特性的影响。短期老化后的针入度、延度试验分析表明，不同普通沥青老化后的针入度变化趋势基本相同，短期老化后针入度减小，且温度越高，减小幅度越大；低温延度明显减小，温度越高，减小越明显.两种改性沥青短期老化后针入度均有所降低,随温度的变化趋势相似，但 SBR 改性沥青短期老化后的针入度变化明显大于其它沥青,10以下的低温延度明显减小.沥青短期老化后的 10延度，能够比较明显地区分不同沥青低温性能的差别。SBS 改性沥青的抗热
37、老化能力较好。长期老化后的针入度、延度试验结果表明，随着老化程度的加深,针入度减小,且温度高于 15后变化更加明显，针入度指数PI 逐渐增大,低温抗裂性能降低。两种普通沥青在各种状态下的延温曲线基本相似。SBS 改性沥青的抗老化性好于 SBR 改性沥青。（3）通过室内紫外光老化试验和自然条件老化,定量分析了光老化对沥青结合料低温特性的影响.由试验结果可得，沥青结合料经过光老化后,不同温度的针入度和感温系数 A 减小，针入度指数 PI 增大，低温抗裂性能均有所降低，变化程度与沥青种类相关。光老化后，不同沥青的针入度指数的差异较明显，SBS 改性沥青的针入度指数变化不大，而 SBR 改性沥青、L1
38、60、L130 和 L110 均明显增大，其中 L110 变化最大,说明其抗老化性能较差。可见,利用沥青结合料光老化后的针入度指数,可以评价不同沥青在太阳辐射下的实际性能差异，为高原多年冻土地区沥青结合料选择提供依据。沥青结合料经过光老化后,软化点均升高。就软化点比而言，SBS 改性沥青的抗老化性能较好.对于普通沥青而言，光老化后的延度均明显减小，延展性变差，但具有与原样沥青相似的流变规律,延度随着温度的升高而增大.从不同沥青光老化后的差异看,10延度可以区分沥青结合料光老化后的低温性能。改性沥青光老化后的延度明显减小，尤其是SBR 改性沥青在室内光老化后 5和 10延度明显减小，在自然光老化
39、后不但延度值明显减小，延度随温度的变化趋势明显改变,可见光老化对 SBR 改性沥青的低温延伸性能有明显影响。SBS 改性沥青受光老化影响较小，延度保持了与老化前的变化趋势，且变化较小，10时达到了老化前的水平，可见 SBS 改性沥青的抗光老化能力好于SBR 改性沥青。（4）在试验研究的基础上，建议了多年冻土地区沥青结合料低温评价指标。结合本次试验研究结果，综合考虑沥青结合料老化前后的性质变化,以及试验误差和不足，对于多年冻土地区普通沥青结合料,初步建议采用热老化前后的针入度指10数及其衍生指标、10延度作为低温评价指标,条件具备的可以采用 BBR 试验来验证。对于改性沥青，选择评价时应根据具体
40、情况,在普通沥青的基础上提高等级，综合其他指标来考察.6 基于低温性能的面层沥青混合料组成设计研究（1）通过对分别位于 Superpave 限制区上沿和下沿的 30 个级配的马歇尔试验与贝雷法评价分析，得出了贝雷法评价参数与混合料体积指标之间的关系，通过低温抗裂性能和高温稳定性检验，在限制区上沿和下沿分别优选高低温性能俱佳的级配 6和 20#作为研究级配。（2)通过沥青混合料 0弯曲蠕变试验和-10低温弯曲试验，分析了沥青种类、沥青用量、级配组成等因素对沥青混合料低温抗裂性能的影响。研究表明，沥青用量是影响沥青混合料弯曲蠕变速率的主要因素。随着沥青用量的增加，不同沥青混合料的 0弯曲蠕变速率均
41、逐渐增大，但蠕变速率并非随沥青用量均匀变化。提高沥青用量可以有效改善沥青混合料的低温抗裂性能.SBR 和 SBS 改性沥青混合料的 0弯曲蠕变速率受沥青用量变化的影响明显大于其它沥青混合料。矿料级配对混合料 0弯曲蠕变速率随沥青用量的变化趋势影响较小。沥青结合料种类对沥青混合料的-10弯曲试验结果有一定影响，但对不同试验结果的影响有所不同。从低温弯拉应变考虑,SBS 改性沥青混合料的低温抗裂性能好于 SBR 改性沥青混合料。采用改性沥青和高标号沥青可以提高混合料的低温抗裂能力.与0弯曲蠕变试验类似,沥青结合料短期老化前后的针入度指数和10延度指标，可以较好地区分不同沥青结合料对混合料-10弯曲
42、试验结果的影响。从数据离散性和试验结果变化范围，对两种试验对比分析得出，0弯曲蠕变试验数据的变异系数显著小于10弯曲试验,0弯曲蠕变速率对沥青用量和级配的敏感程度远远高于-10弯曲试验的弯拉应变指标。由此可见，采用 0弯曲蠕变试验评价沥青混合料的低温抗裂性能要好于-10弯曲试验。（3)采用烘箱加热法和延时烘箱加热法分别对沥青混合料进行短期老化与长期老化，通过老化后沥青混合料的 0弯曲蠕变试验和-10低温弯曲试验，定量分析了短期老化和长期老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响，提出以 0弯曲蠕变速率作为沥青混合料低温抗裂性能的评价指标。短期老化后沥青混合料的 0弯曲蠕变试验得出,与新拌沥青混合料相比
43、，短期老化后沥青混合料的低温弯曲蠕变速率明显减小，但弯曲蠕变速率随沥青用量增加的变化趋势基本一致,仍随沥青用量的增加而增大,只是沥青用量对低温弯曲蠕变速率的影响程度有所降低.短期老化后沥青混合料的沥青用量对低温弯曲蠕变速率的影响程度在降低的同时，逐渐趋于稳定，即沥青用量在不同区间增加引起的弯曲蠕变速率增大11幅度逐渐趋于一致，差异性减小。从新拌混合料试验分析可以得出，增加沥青用量对混合料低温抗裂性能的改善作用存在一个最有利区间。而沥青混合料经过短期老化后，只要增加沥青用量,混合料的低温抗裂性能会明显提高，与沥青用量范围的关系并不大。对于多年冻土地区沥青面层混合料而言，低温抗裂性能是关键,配合比
44、设计中适当提高沥青用量,可以明显减轻面层的低温开裂。矿料级配对短期老化后沥青混合料低温抗裂性能的影响与沥青结合料种类有关。虽然沥青结合料对混合料低温抗裂性能的贡献较大，但对于改性沥青混合料，矿料级配的影响不容忽视。在高温稳定性容许的前提下选用高标号沥青结合料，有利于减轻短期热老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响.就改性沥青而言，老化对于改性剂以及它与沥青之间的相互作用有很大影响，因而在改性沥青混合料使用过程中对此应予重视，不能只强调改性后新拌混合料的性能，还应考虑老化后性能的稳定性。短期老化后的10弯曲试验表明，短期老化过程中沥青结合料性质的改变对混合料低温抗裂性能的影响较大，矿料级配的影响基本
45、与新拌混合料一致。当普通沥青的标号高于一定程度后，对沥青混合料短期老化后的低温抗变形能力的提高效果并不明显。沥青结合料的针入度指数和 10延度指标所反映的沥青结合料的低温性能，与沥青混合料的低温抗裂性能密切相关，可以作为沥青结合料选择的依据。长期老化后的 0弯曲蠕变试验结果分析表明，长期老化后沥青用量和矿料级配对混合料低温抗裂性能的影响明显减弱,即经过长期老化后，不同级配和沥青用量的混合料的 0弯曲蠕变速率会趋于一致,这也和路面使用的实际状况相吻合.短期老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响程度明显大于长期老化，这可能与老化过程有关。长期老化后的-10弯曲试验表明,长期老化后沥青混合料的低温弯拉应
46、变比随沥青用量的增加而提高，比短期老化后明显，且变化程度与混合料级配有关。综合分析可以得出，利用0弯曲蠕变试验，可以合理地评价沥青混合料老化后的低温抗裂性能。（4)根据10弯曲试验研究，认为现行试验规程中规定的10弯曲试验加载速率 50mm/min 过快，无法合理评价沥青混合料的低温抗裂性能,应根据试验目的,采用较慢的加载速率。（5）通过纤维沥青混合料的马歇尔试验、低温抗裂性能试验、抗冻性能试验和高温稳定性试验，分析了不同纤维掺入后对沥青混合料马歇尔指标、低温抗裂性能、抗冻性和高温稳定性的影响，提出纤维沥青混合料可以明显提高沥青混合料的柔性和低温抗裂性能，适宜于多年冻土地区应用。（6）通过对马
47、歇尔设计方法在多年冻土地区的适用性分析,提出了多年冻土地区沥青混合料的马歇尔试验技术标准建议值，推荐了多年冻土地区沥青结合料及矿料的技术指标要求与级配，提出了基于低温性能的面层沥青混合料配合比设计方法.127 冻土路基融沉下沥青路面附加应力分析(1)根据土的本构关系修正 Combridge 模型，使用加权余量法建立了 Biot 固结理论的有限元方程，编制相应的有限元程序，计算分析了冻土路基的融沉变形。计算分析表明，路基排水状态、地基融深、路堤高度等因素对路基的融沉变形有明显影响。设置砂砾垫层等措施改善路基排水条件，采取措施减小路基融化深度，控制路堤填筑高度，可以减小路基沉降变形及不均匀沉降。路
48、基融沉变形曲线有一定规律性，曲线形状近似于抛物线或余弦曲线。多年冻土地区路基不均匀融沉变形下路面结构附加应力计算分析中，将融沉曲线回归为二次抛物线或余弦曲线,简化路基不均匀融沉变形,作为边界条件。计算分析表明，对于同一路面结构，分别采用二次曲线和余弦曲线得出的路面融沉附加应力相差较小，且附加应力随不同参数变化的规律基本相同，仅是基层底面最大拉应力出现的位置有所不同。为此，进一步仅分析二次曲线边界条件。（2)采用有限元法,对不同沥青路面结构在路基不均匀融沉变形下的附加应力进行了计算，分析了不同因素对附加应力的影响及其敏感性，提出了多年冻土地区沥青路面结构融沉附加应力计算方法。根据不同参数对路面融
49、沉附加应力的影响分析，以基层底面最大拉应力为基层附加应力,利用数理统计方法分别建立各参数与附加应力之间的关系式，最终提出融沉附加应力的多因素通用计算公式：式中：基层附加拉应力（MPa）；设置基准垫层（厚度 20cm,模量 200MPa）和/或底基层（厚度 18cm,模量 800MPa）和/或联结层（厚度 10cm，模量 700MPa）,基层厚度为,模量为时的基层拉应力（MPa）;-垫层影响系数，；-垫层厚度为,模量为,设置基准基层（厚度 20cm,模量 1300MPa）和/或底基层（厚度 18cm，模量 800MPa)和/或联结层（厚度 10cm，模量 700MPa）时的基层拉应力(MPa）；
50、-垫层厚度为 20cm、模量为 200MPa，设置基准基层(厚度 20cm，模量 1300MPa）和/或底基层（厚度 18cm，模量 800MPa）和/或联结层（厚度 10cm,模量 700MPa）时的基层拉应力(MPa）；-底基层影响系数，不设底基层时；-底基层厚度为，模量为，设置基准基层（厚度 20cm，模量1300MPa)和垫层（厚度 20cm，模量 200MPa)和/或联结层（厚度10cm，模量 700MPa）时的基层拉应力(MPa)；13-底基层厚度为 18cm、模量为 800MPa，设置基准基层（厚度 20cm，模量 1300MPa）和垫层（厚度 20cm，模量 200MPa)和/