高速公路半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計.pdf

1、我國高速公路半剛性基層瀝青路面早期破損問題比較嚴重，路表功能衰減過快、路面結(jié)構(gòu)使用壽命難以達到設(shè)計要求，瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性問題還沒有得到很好解決。當前和今后一個時期，我國高速公路建設(shè)仍將處于快速發(fā)展階段，新建高速公路瀝青路面如何減少早期破損發(fā)生、改善結(jié)構(gòu)耐久性是必須研究解決的重大技術(shù)課題。 本論文以河北省高速公路瀝青路面耐久性技術(shù)研究項目為依托，結(jié)合青蘭高速公路(河北段)和邢臨(邢臺-臨清)高速公路工程項目，開展的研究工作主要包

2、括： 1.高速公路交通荷載特征研究。以2006年我國一般國道和國道主干線高速公路為樣本，分析了我國高速公路現(xiàn)狀交通量特征，包括交通量和各種車型比例構(gòu)成。結(jié)合河北省青蘭、京張和廊滄高速公路的貨車軸載譜調(diào)查結(jié)果，對高速公路路面上作用的標準軸載作用次數(shù)進行了初步估算。分析表明，高速公路路面交通荷載特征因不同路線走向、不同城市節(jié)點區(qū)間，而存在明顯差異，相同車型的換算當量軸次也不相同。 2.以華北地區(qū)三條國道主干線高速公路瀝青路面

3、為調(diào)查對象，通過路表病害調(diào)查和路面取芯，對高速公路半剛性基層瀝青路面的破損模式及特征做了進一步分析。研究表明，瀝青面層車轍和路面裂縫是半剛性基層瀝青路面的兩種主要破損模式。而且，半剛性基層的非荷載型裂縫對整個瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用性能影響顯著，容易誘發(fā)路面早期破損。高速公路半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)疲勞開裂很可能是從無機穩(wěn)定集料類半剛性基層開始。 3.應(yīng)用連續(xù)彈性層狀體系理論和有限元方法對帶裂縫工作的半剛性基層瀝青路面的荷載響應(yīng)進行了

4、分析。結(jié)果表明，無機結(jié)合料穩(wěn)定集料層或碎石粒料層對整個路面結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力位置有著決定性影響。當半剛性基層瀝青路面的基層分上、下兩層設(shè)置時，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在下基層。設(shè)置碎石層的瀝青路面，最大拉應(yīng)力常常出現(xiàn)在碎石層的上層。帶裂縫工作的半剛性基層瀝青路面有限元分析表明，下基層的裂縫對結(jié)構(gòu)受力更為不利。 4.利用Miner疲勞損傷累積理論對五種結(jié)構(gòu)組合的瀝青路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命進行了分析，對于半剛性基層瀝青路面，同時考慮了裂縫對疲勞壽命的

5、影響。半剛性材料層對瀝青路面整體疲勞壽命的貢獻，表現(xiàn)為能夠為上面結(jié)構(gòu)層提供較強的支撐，減少了上層材料的拉應(yīng)力水平，相應(yīng)提高了疲勞壽命；瀝青混合料層則發(fā)揮其良好的抗疲勞性能，尤其是應(yīng)力水平較高時仍具有較高的疲勞壽命。如不考慮基層開裂的影響，半剛性基層瀝青路面具備很高的疲勞壽命。但當半剛性基層開裂后，半剛性基層瀝青路面疲勞壽命明顯降低。將半剛性基層瀝青路面的上基層改為瀝青穩(wěn)定碎石基層可以改善路面結(jié)構(gòu)的疲勞耐久性。 5.提出了半剛性基

6、層瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的初步框架。建議從路表功能耐久性和結(jié)構(gòu)疲勞耐久性兩個方面改善半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性。一方面減少瀝青路面的車轍等路表破損，另一方面降低基層裂縫對路面結(jié)構(gòu)整體疲勞壽命的不利影響。對于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，建議考慮基層帶裂縫工作的實際情況，通過模量折減或者引入裂縫處最不利應(yīng)力(應(yīng)變)計算公式等手段加以完善。 6.通過室內(nèi)試驗和鋪筑試驗路的手段，研究了瀝青穩(wěn)定碎石基層和高性能瀝青面層用于改善半剛性