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沪宁高速公路（江苏段）扩建工程路面设计与施工简介--------------------------------------------------------------------------------闫波(山西省交通建设工程监理总公司)摘要：沪宁高速公路采用“两侧拼接”的扩建方式，将原有4车道扩建为8车道高速公路。
本文介绍了沪宁高速公路扩建工程路面设计形式、老路病害处理原则及与老路拼接施工工艺等。
关键词：沪宁高速公路路面设计施工沪宁高速公路于1997年通车以来，为地方经济的发展做出了巨大贡献。
但随着苏南地区经济的高速发展，交通量日益增大，高峰期交通量达3万余辆，沪宁路的通行能力已严重不足。
为缓解交通矛盾，促进地区经济发展，江苏省交通厅决定对沪宁路进行扩建，采用“两侧拼接”的扩建方式，将沪宁高速公路扩建为8车道高速公路。
扩建后整体式路基宽度42.5m（每侧加宽8.25m），其中行车道宽8×3.75m，中间带宽4.5m（含0.75m×2路缘带），硬路肩宽3.25m×2（含路缘带0.5m×2），土路肩宽0.75m×2；分离式路基宽度13.5m+26.0m+13.5m，其中行车道宽2×3.75m，左侧硬路肩宽1.25m （含路缘带0.5m），右侧硬路肩宽3.25m（含路缘带0.5m），土路肩宽0.75m×2。
下面就沪宁高速公路扩建工程路面设计形式、老路病害处理原则及与老路拼接施工工艺等方面作一简要介绍。
一、设计原则路面设计根据本项目属于扩建工程的特点、功能、使用要求及所处地区的气候、水文、地质等自然条件，结合地区高等级公路路面建设、国内外高速公路扩建工程路面设计的经验以及沿线筑路材料的供应情况进行路基、路面综合设计。
设计中遵循技术先进、经济合理、安全适用、合理选材、方便施工、利于养护及环保的原则，对路面结构方案的多方案技术经济综合比选、考虑8车道高速公路车道划分的特殊性即“货车道、货车超车道、客车道、客车超车道”的特点等确定路面结构及组合。
SHRP计划主要设备（1）美国先进的SHRP计划沥青材料成套设备及沥青混合料试验设备包括：动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪、旋转粘度仪、直接拉伸试验仪、压力老化仪、旋转薄膜烘箱等，沥青路面分析仪APA（Asphalt Pavement Analyzer），多功能材料试验系统（MTS），剪切试验系统（SST），约束试件温度应力试验仪（TSRST），旋转压实仪（SGC），沥青混合料振动成型机A VC、诺丁汉沥青混合料试验机、沥青混合料低温低频试验机、光弹性试验设备、路面雷达、落锤式弯沉仪（FWD）、大跨斜拉桥试验模型、FCS电液伺服系统，沥青混合料剪切试验系统等。
1、沥青旋转粘度计—美国SHRP计划〈产地〉：美国〈用途〉：用于测量沥青的粘度〈技术指标〉：·连续地感应及显示温度、粘度、剪切率、剪切应力、转速、转子型号·18个旋转速度·RS232串行驶接口·精度：1%测量范围·重复性：0.2%·粘度测量范围：100-13，000，000mPa.s2、沥青动态剪切流变仪—美国SHRP计划〈产地〉：美国〈用途〉：测定老化和未老化沥青5-85℃温度范围内线粘弹性性质〈技术指标〉：·温度范围-5~ 250℃±0.1℃·试验速率10弧度/秒·角位移20μNm～10μNm·高温试验用25毫米直径试样，厚度为1毫米·疲劳试验用8毫米直径试样，厚度为2毫米北京中交工程仪器研究所——Sunday, December 06, 20093、沥青弯曲梁流变仪—美国SHRP计划〈产地〉：美国〈用途〉：精确测量沥青在最低路面温度的劲度和蠕变速率〈技术指标〉：·精确，测量变形精度可达0.155微米；力的精度在0.147 毫牛(0.015克)，测量梁的载荷范围0-45克·标准RS232计算机接口·新的Windows/WindowsNT程序·制冷温度达-36℃4、沥青直接拉伸试验系统—美国SHRP计划〈产地〉：美国〈用途〉：评价低温下沥青胶结料的性质，如破坏时的应力和应变，特别适用于聚合物改性沥青。
高性能沥青路面Superpave技术实用手册江苏省交通科学研究院二00二年五月·南京序Superpave技术是美国公路战略研究计划（SHRP）的重要研究成果，1993年完成后，美国联邦公路局（FHWA）、美国各州公路与运输官员协会（AASHTO）和美国运输研究委员会（TRB）进行了大量的工作以推广Superpave技术，到2001年82%的热拌沥青混合料采用Superpave混合料设计和施工。
我国江苏省交通科学研究院1995年开始引进这项技术，在省外车专家局大力支持下，引进美国专家介绍和传播Superpave技术、对沪宁路进行评估、参加国际比对试验、组织国内比对试验和修筑试验路段，到2001年，全国已修筑数百公里的Superpave路面，路面质量明显比传统的马歇尔设计的路面好，受到了欢迎。
目前，全国有二十多家单位已购置了相应的设备，具备了应用这项技术的条件。
为了促进Superpave技术的应用与发展，我们编辑了这本小册子，称为“Superpave技术实用手册”，包括：1、“ Superpave沥青混合料设计（SP-2）”2001年版，美国沥青协会出版，本书简要叙述了Superpave的基本原理和方法，是整个Superpave混合料设计的基础。
2、“Superpave沥青混合料设计指南”，它是美国联邦公路局邀请了部分专家在对WesTrack环道失败原因分析的基础上完成的一本指南文件。
3、“Superpave路面施工指南”，这是美国联邦公路局和美国沥青路面协会（NAPA）邀请部分专家讨论而定的文件，它叙述了Superpave混合料路面和常规HMA 路面的差别及注意事项。
4、“Superpave厂拌沥青混合料验证的标准方法”，这是AASHTO 即将出版的标准草稿，供施工单位在生产时控制执行。
本手册的第一部分SP-2翻译工作由中心试验室吴建浩（第一章）、曹荣吉总目录1、Superpave混合料设计 (1)2、Superpave混合料设计指南 (79)3、Superpave施工指南 (101)4、Superpave厂拌沥青混合料验证的标准方法 (119)前言美国公路战略研究项目（SHRP）是1987由美国国会建立的1亿5千万的研究项目，以改进美国道路的性能和耐久性，使这些道路对同机和公路工人都安全。
及同我国现行规范标准的比较分析目录1、SHRP的由来 (1)2、美国SHRP/SUPERPAVE沥青结合料路用性能规范简介 (2)3、我国现行规范同Superpave的比较与分析 (6)3.1 为何要引进SHRP (6)3.2 材料标准 (7)3.2.1 集料标准 (7)3.3 沥青标准 (12)3.4 设计标准 (13)3.4.1级配 (13)3.4.2集料最大尺寸和集料公称尺寸 (13)3.4.3矿粉与沥青用量比 (14)3．5设计方法 (14)3.6水敏感性评价 (16)3.6.1国规范指标及问题 (16)3.6.2 Superpave规范指标 (17)3.7 密度标准 (18)4总结与建议 (19)及同我国现行规范标准的比较分析1、SHRP的由来美国自20世纪50年代起进行大规模的公路建设，至70年代已经基本上建成州际公路网。
但在1973年世界发生石油危机，由于美国的财政不景气，公路管理、维修的预算大幅度缩减，公路研究经费匮乏，并导致70年代后期起公路的严重损坏。
1982年，汽车超载限制提高了10%,对路面的荷载增加了40¬50%,同时由于普遍采用子午线轮胎，轮胎的接地压力增加，路面的负荷更加增大。
另一方面，石油危机导致美国炼制道路沥青用的原料油中，中东原油份额大幅减少，进入80年代后，从其它国家进口的原油比例又开始大幅增加，从北海、中东、南美、非洲多方位进口，使原油的来源复杂化，质量变动大。
也就是说，路面荷载增加，再生材料使用和原油变动复杂，使路面的质量迅速降低，进入了一个被称为“被荒芜的美国公路”的历史时期。
尤其是对美国这样的个人出行和社会经济的90%依靠公路的汽车社会，公路的荒废引起了社会的广泛关注。
在沥青标准规格方面，当时有两方面的问题普遍受到批评：一是沥青标准是使用了几十年的经验标准，尤其是在美国同时存在三个标准（针入度级标准PEN，原样沥青60℃粘度级标准AC和RTFOT老化后的粘度级标准AR），各州各行其是，另外还有各种改性沥青的各种标准，相当混乱；二是沥青标准指标的试验方法中，没有反映低温性能的指标，不能评价低温开裂的耐久性。
Superpave简介Superpave是Superior Performing Asphalt Pavement的缩写，中文意思就是“高性能沥青路面”。
Superpave沥青混合料是美国战略公路研究计划（SHRP）的研究成果之一。
Superpave沥青混合料设计法是一种全新的沥青混合料设计法，包含沥青结合料规范，沥青混合料体积设计方法，计算机软件及相关的使用设备、试验方法和标准。
Sperpave混合料设计分为三个水准：混合料体积设计也称水准I设计，使用旋转压实机（SGC）并根据体积设计要求选择沥青用量。
混合料中等路面性能水平设计也称水准II设计，以混合料体积设计为基础，附加一组SST和IDT试验以达到一系列性能预测。
混合料最高路面性能水平设计也称水准III设计，以混合料体积设计为基础，附加的SST和IDT试验是在一个较宽温度变化范围内进行试验。
由于包含了更广泛的试验范围和结果，完全分析可提供更可靠的性能预测水平。
Superpave沥青混合料设计系统是根据项目所在地的气候和设计交通量，把材料选择与混合料设计都集中在体积设计法中，该方法要求在设计沥青路面时，充分考虑在服务期内温度对路面地影响，要求路面在最高设计温度时能满足高温性能地要求，不产生过量地车辙；在路面最低温度时，能满足低温性能地要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂。
对于沥青结合料，采用旋转薄膜烘箱试验来模拟沥青混合料在拌和和摊铺工程中的老化；采用压力老化容器模拟沥青在路面使用工程中的老化。
对于集料，在进行混合料级配设计时，采用控制点和限制区的概念来限定，优选试验级配设计。
对于沥青混合料，在拌好后，采用短期老化来模拟沥青混合料在拌和摊铺压实过程中的老化，沥青混合料试件采用旋转压实仪准备。
试件压实过程中，记录旋转压实次数与试件高度的关系，从而对沥青混合料体积特性进行评价。
所谓Superpave混合料体积设计是根据沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率等体积特性进行热拌沥青混合料设计的，方法主要有设计材料选择、沥青混合料拌和、沥青混合料体积分析以及混合料验证，包括体积性质和水敏感性。
及同我国现行规范标准的比较分析目录1、SHRP的由来 (1)2、美国SHRP/SUPERPAVE沥青结合料路用性能规范简介 (2)3、我国现行规范同Superpave的比较与分析 (6)3.1 为何要引进SHRP (6)3.2 材料标准 (7)3.2.1 集料标准 (7)3.3 沥青标准 (12)3.4 设计标准 (13)3.4.1级配 (13)3.4.2集料最大尺寸和集料公称尺寸 (13)3.4.3矿粉与沥青用量比 (14)3．5设计方法 (14)3.6水敏感性评价 (16)3.6.1国规范指标及问题 (16)3.6.2 Superpave规范指标 (17)3.7 密度标准 (18)4总结与建议 (19)及同我国现行规范标准的比较分析1、SHRP的由来美国自20世纪50年代起进行大规模的公路建设，至70年代已经基本上建成州际公路网。
但在1973年世界发生石油危机，由于美国的财政不景气，公路管理、维修的预算大幅度缩减，公路研究经费匮乏，并导致70年代后期起公路的严重损坏。
1982年，汽车超载限制提高了10%,对路面的荷载增加了40¬50%,同时由于普遍采用子午线轮胎，轮胎的接地压力增加，路面的负荷更加增大。
另一方面，石油危机导致美国炼制道路沥青用的原料油中，中东原油份额大幅减少，进入80年代后，从其它国家进口的原油比例又开始大幅增加，从北海、中东、南美、非洲多方位进口，使原油的来源复杂化，质量变动大。
也就是说，路面荷载增加，再生材料使用和原油变动复杂，使路面的质量迅速降低，进入了一个被称为“被荒芜的美国公路”的历史时期。
尤其是对美国这样的个人出行和社会经济的90%依靠公路的汽车社会，公路的荒废引起了社会的广泛关注。
在沥青标准规格方面，当时有两方面的问题普遍受到批评：一是沥青标准是使用了几十年的经验标准，尤其是在美国同时存在三个标准（针入度级标准PEN，原样沥青60℃粘度级标准AC和RTFOT老化后的粘度级标准AR），各州各行其是，另外还有各种改性沥青的各种标准，相当混乱；二是沥青标准指标的试验方法中，没有反映低温性能的指标，不能评价低温开裂的耐久性。
各项指标的试验方法都是经验性的，不能评价改性沥青，而且没有反映沥青在路面使用过程中经过长期老化的情况等等。
因此，要求制定统一的反映沥青在各个阶段的使用性能，既能反映普通沥青的路用性能，又能评价改性沥青的路用性能的标准的呼声甚高。
在这样的情况下，1982年10月美国运输部（DOT）联邦公路总署（FHWA）委托国家研究中心（NRC）所属的交通运输部（TRB）“在短时间内，实施集中的、战略性的公路研究计划（Strategic Highway Research Porgram,简称SHRP），以取得具有投资效益的成果”。
这就是美国战略性公路研究计划SHRP的由来。
2、美国SHRP/SUPERPAVE沥青结合料路用性能规范简介美国战略性公路研究计划（SHRP）是道路部门的一项划时代的研究项目，它的研究成果将会对国际公路事业做出巨大的贡献。
SHRP从1984年设立办公室，经过1987年10月～1993年3月约5年半的研究，将长期使用性能研究（LTPP）及各项推广应用的持续性研究转给了FHWA。
其中关于沥青的研究成果，包括材料规格、试验方法、混合料配合比设计、使用性能评价等，并将这些成果综合统称为SUPERPAVE(Superior Performing Asphalt Pavement)。
SUPERPAVE TM作为一个注册商标，确切地说可称为“沥青及沥青混合料路用性能规范”。
这个体系的一整套沥青结合料的路用性能规范（AASHTO MP1）和沥青混合料性能规范，尤其引人注目。
与以往任何一个沥青标准不同的是，SHRP沥青结合料路用性能规范是建筑在沥青材料的各项路用性能的基础上提出的评价指标，因此SHRP的研究者认为，它不仅适用于普通沥青，也适用于改性沥青。
目前此规范正由AASHTO和FHWA组织在全国验证、推广，以便在近期成为AASHTO的正式标准。
美国SHRP沥青结合料路用性能规范如表2-1，AASHTO MP1将沥青分为四个等级和21个亚级，四个等级为PG52、PG58 PG64 PG70,亚级从-10℃～-46℃，每6℃一档。
PG 是Pe-formance Grade之词头，表示反映路用性能，分级直接采用设计使用温度表示适用范围。
如前所述，SUPERPAVE沥青结合料路用性能等级（PG）按当地的温度条件确定：设计最高温度：7d最高平均路面温度；设计最低温度：年极端最低温度。
同时，根据道路等级、交通量确定保证率为95﹪（平均值）或98﹪。
例如PG58-28,表示该级沥青适用于最高路面设计温度不超过58℃，最低路面设计温度不低于-28℃的地区。
沥青按使用温度分级这是前所未有的。
SHARP开始曾经使用过气温，即最高月平均气温及冬季极限最低气温作为划分依据。
根据美国5313个和加拿大1515个国家级气象站台的数据资料，为使温度分级更为科学，提出由空气温度改为路面沥青混合料温度。
高温设计温度采用一年中温度最高的7D周期的由空气温度转换过来的路表下20MM深处的平均最高温度（即7D的最高温度的平均值），称为MAXPVT。
低温设计温度则是路表温度，且等于空气温度，以年最低气温表示，称为MINPVT。
这些温度分别成为高温稳定性及低温开裂性指标的试验温度。
SHRP沥青路用性能规范一反往常试验方法相同、不同等级的沥青取不同标准值的做法。
而采用各项指标的要求值为一常数，所不同的只是各个沥青等级适用的地区采用相应的试验温度不同，这也是前所未有的。
此规范最根本的特点是各项指标明确与各项路用性能直接相关，因此它不仅适用于普通的直馏沥青，还适用于改性沥青。
规范列入的各种路用性能指标包括：高温时抵抗永久变形的能力（高温稳定性）；低温时抵抗路面温缩开裂的能力（低温抗裂性）；抗疲劳破坏的能力（耐疲劳性）；抗老化性能；施工安全性、可操作性；沥青的抗水损害能力与集料性质密切相关，故列入沥青混合料规范的指标中。
在表2-1中，以PG-22为例，如表2-2所示。
可以看出各项指标的测试项目和特点。
此等级沥青适用于温度70℃～－22℃的范围。
试验需要采用3种样品：a、原样沥青；b、RTFOT后的残留沥青，模拟经热拌热铺后成型的沥青；c、RTFOT后又经PAV长期老化的残留理清，模拟已经使用5年左右的路面沥青结合料；PG70-22示例表2-2①路面温度由大气温度按照SUPERPAVE程序中的方法计算，也可由指定的机构提供；②如果供应商能保证所有认为安全的温度下，沥青粘结剂都能很好的泵送或拌和，此要求可由指定的机构确定放弃；③为控制非改性沥青粘结剂产品的质量，在试验温度下测定原沥青粘结剂粘度，可以取代测定动态剪切的G*/sinδ，在此温度下，沥青多处于牛顿流体状态，任何测定粘度的标准试验方法均可使用，包括毛细管粘度计或旋转粘度计（AASHTO T201或者T202）；④PAV老化温度为模拟气候条件温度，从90℃、100℃、110℃中选择一个温度，高于PG64时为100℃，在沙漠条件下为110℃；⑤物理老化：按照TP1规定的BBR试验13.1节进行，试验条件中的时间为最低路面设计温度以上10℃延续24h±10min，报告24小时劲度模量和m值（仅供参考）；如果蠕变劲度小于300Mpa，直接拉伸试验可不要求，如果蠕变劲度在300～600Mpa之间，直接拉伸试验的破坏应变要求可代替蠕变劲度的要求，m值在两种情况下都应满足。
4由于路面车辙主要在路面铺筑初期形成，沥青的高温稳定性指标用平均最高路面设计温度时的原样沥青及薄膜加热后残留沥青的G*/sinδ作为指标。
要求原样沥青不低于1.0kPa,RTFOT后残留沥青不低于 2.2kPa，试验时的角速度为10rad/s（相当于频率1.502Hz）。
G*是动态剪切复数劲度模量，是动态剪切复数柔量的倒数。
G*越大表示沥青的劲度越大，抗流动变形能力越强。
与高温抗车辙能力相反，路面温缩开裂通常是由于沥青使用过程中不断老化，劲度模量不断增加，沥青的低温柔性逐步转变为脆性造成。
故反映低温抗裂性能的指标是用经过TFOT并经过压力老化试验（PAV）的沥青，测定低温弯曲蠕变劲度模量S作为主要指标，它要求60s时的S不得大于300MPa试验温度取为最低路面设计温度以上10℃，是由于温度太低了试验困难，按流变学原理的时间温度换算法则，在试验温度下测定的60s的劲度模量，相当于比试验温度低10℃的设计温度下2h劲度模量。
同时还要求60s的蠕变劲度模量与载荷作用时间的双对数曲线的斜率m值不小于0.30。
当S大于300MPa、小于600MPa 时，则可用沥青在低温设计温度时的直接拉伸破坏应变（拉伸速率1.0mm/min）代替蠕变劲度，要求不小于1.0%，抗疲劳性能的设计温度显然是在一年中的最不利季节的路面温度，分析SHRP规范的温度可以看出，它相当于最高路面设计温度与最低路面设计温度的平均值以上4℃。
或与低温指标试验温度的平均值以下1℃。
路面的疲劳破坏主要是在使用周期的后期发生，它同样考虑路面使用期的长期老化，并采用RTFOT及PAV后的沥青做动态剪切试验，要求G*sinδ值不超过5MPa。
G*sinδ是复数剪切模量的粘性成分，即损失劲度模量。
沥青老化是个重要指标，除了低温及疲劳指标本身就是用RTFOT及PAV（老化温度90～110℃，通常为100℃）以后的沥青进行试验，反映沥青老化后的性质外，规范还保留了RTFOT质量损失的指标，要求不超过1.00%。
这个指标几乎所有的沥青都能达到，因此我国认为意义不大，但北美有些沥青则不一定达到，而质量损失太大意味着沥青减少，对施工成本有影响，因此仍列入了规范。
另外，SHRP还提出了“物理老化指数”的指标，用h 表示，要求实测报告h=( S24/S1)m1/m24式中1、24表示沥青在试验温度下在压力老化罐中存放的时间，S是蠕变60s时的劲度，m为60s加载时间的蠕变曲线的斜率。
施工安全性及可操作性采用原样沥青的闪点及135℃粘度，要求闪点不大于230℃，135℃粘度不超过3 Pa·s。
对通常使用的非改性沥青来说，135℃粘度一般不超过1 Pa·s。
很显然，高温粘度指标极限值是针对改性沥青的，由于改性沥青的粘度较大，施工可能会发生困难，所以规范中列有135 ℃粘度指标，要求不超过 3 Pa·s，采用布落克菲尔德（Brookfield）型旋转粘度计测定。
但在标准的备份中说明，如果施工没有困难，也可以不测定。
由上看出，SHRP沥青规范本身使用原样沥青、RTFOT后残留沥青及PAV老化后的三种沥青。
