基于復(fù)合式基層的耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、截止2008年底,我國高速公路總里程達到6.03萬公里,而已建高速公路中,90％以上為半剛性基層瀝青路面,這類路面結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯,承載力高、水穩(wěn)性和耐久性好,但是半剛性基層開裂普遍,易使路面出現(xiàn)反射裂縫,進而引發(fā)路面結(jié)構(gòu)性破壞是這類路面的致命缺點?？v觀我國近20年來瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用狀況,設(shè)計控制指標(biāo)與路面破壞形式不一致、路面結(jié)構(gòu)單一狀況嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用壽命。鑒于此,本研究引入了耐久性瀝青路面設(shè)計理念,以壽命周期內(nèi)總費用最經(jīng)濟

2、為原則,力求整個路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi),不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞,僅需定期的功能性養(yǎng)護。在此基礎(chǔ)上,最終提出適合我國氣候、交通、材料、經(jīng)濟等狀況的耐久性瀝青路面設(shè)計指標(biāo)及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,以提高我國瀝青路面的設(shè)計使用品質(zhì)。
　　 本文首先針對瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞類型,分析了國內(nèi)外高等級瀝青路面基層的使用狀況,系統(tǒng)研究了耐久性瀝青路面常用基層的適應(yīng)性,重點對復(fù)合式基層的適應(yīng)性進行了深入分析,認(rèn)為復(fù)合基層可有效改善半剛性基層的開裂和反射裂縫,相

3、比而言,更適合作為耐久性瀝青路面的基層。
　　 建立了有限元模型,計算分析了層間結(jié)合狀態(tài)對復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)響應(yīng)的影響,特別就瀝青路面層間不同接觸狀態(tài)及路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對路面剪應(yīng)力的影響規(guī)律進行了深入研究。利用“路面層間材料多功能剪切儀”,試驗研究了不同溫度條件下各類路面層間材料的抗剪切性能,推薦了透層、封層及粘層材料的適用類型及最佳用量。根據(jù)層間材料剪切破壞過程的損傷機理及破壞狀態(tài)的變化,定義了剪切破壞的三階段,認(rèn)為整

4、個剪切破壞過程中,材料之間的粘結(jié)力、機械咬合力及摩擦力逐步產(chǎn)生作用。
　　 研究提出了與瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞對應(yīng)的復(fù)合基層耐久性瀝青路面設(shè)計指標(biāo)體系。認(rèn)為可以拉應(yīng)變控制瀝青層的受力狀態(tài),以層底拉應(yīng)力控制半剛性基層的受力狀態(tài),以路基頂面壓應(yīng)變控制路基塑性變形,建議基頂壓應(yīng)變的設(shè)計值為200με,以路表彎沉為設(shè)計和竣工驗收指標(biāo),使設(shè)計與質(zhì)量控制指標(biāo)相對應(yīng)。為控制面層局部損壞和層問剪切破壞,建議對瀝青混合料內(nèi)部最大剪應(yīng)力和面層、基層間最

5、大剪應(yīng)力進行驗算,特別應(yīng)重點分析路表10cm深度內(nèi)結(jié)構(gòu)層的剪應(yīng)力,并對之進行抗剪強度驗算。
　　 合理確定瀝青混合料的疲勞極限是耐久性瀝青路面設(shè)計的基礎(chǔ),但該值的確定目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文在分析常規(guī)應(yīng)變條件下瀝青混合料疲勞破壞發(fā)展的基礎(chǔ)上,改進了ASSHOTT321中所推薦的疲勞壽命計算方法,根據(jù)混合料勁度模量的變化規(guī)律,將疲勞破壞過程分為三個階段,以第二階段的試驗數(shù)據(jù)推算低應(yīng)變條件下試件的疲勞壽命,并利用UTM疲勞試驗機

6、,通過小梁重復(fù)彎曲疲勞試驗測試了不同低應(yīng)變水平下瀝青混合料的疲勞性能,得出了山東濱州耐久性路面ATB-25和AC-25的疲勞極限為70με～80με。在低應(yīng)變狀態(tài)下,瀝青混合料的疲勞壽命和應(yīng)變水平仍能很好地符合冪函數(shù)疲勞方程,可根據(jù)常規(guī)應(yīng)變水平下的瀝青混合料疲勞壽命推斷出低應(yīng)變狀態(tài)下的疲勞壽命。
　　 在計算分析的基礎(chǔ)上,提出了耐久性瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則。根據(jù)半剛性基層的破壞模式和受力特點,將其分為上部抗裂功能層和下部抗疲勞功

7、能層,并提出了兩個層次的合理厚度。對于抗裂功能層,可選擇骨架空隙結(jié)構(gòu)和骨架密實結(jié)構(gòu)以及減少混合料中結(jié)合料的用量,有效控制開裂的發(fā)生；對于抗疲勞功能層,可選擇骨架密實結(jié)構(gòu)以及采用較高的結(jié)合料用量,提高結(jié)構(gòu)層的疲勞壽命。
　　 通過大量的理論分析及實驗研究,確定了復(fù)合式基層耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu),并鋪筑了試驗路。通過試驗路定點實測反算各結(jié)構(gòu)層模量值,并進行力學(xué)反算,發(fā)現(xiàn)鋪筑的復(fù)合式基層耐久性瀝青路面應(yīng)力、應(yīng)變值均滿足耐久性瀝青路面設(shè)計要