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(dá)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(shì)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(jìn)而引發(fā)路面結(jié)構(gòu)性破壞是這類路面的致命缺點(diǎn)?？v觀我國近20年來瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用狀況,設(shè)計(jì)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(jì)理念,以壽命周期內(nèi)總費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)

2、為原則,力求整個(gè)路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)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(hù)。在此基礎(chǔ)上,最終提出適合我國氣候、交通、材料、經(jīng)濟(jì)等狀況的耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,以提高我國瀝青路面的設(shè)計(jì)使用品質(zhì)。
　　 本文首先針對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞類型,分析了國內(nèi)外高等級(jí)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(diǎn)對(duì)復(fù)合式基層的適應(yīng)性進(jìn)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(jì)算分析了層間結(jié)合狀態(tài)對(duì)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(duì)路面剪應(yīng)力的影響規(guī)律進(jìn)行了深入研究。利用“路面層間材料多功能剪切儀”,試驗(yàn)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(jī)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(gè)剪切破壞過程中,材料之間的粘結(jié)力、機(jī)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(duì)應(yīng)的復(fù)合基層耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)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(jì)值為200με,以路表彎沉為設(shè)計(jì)和竣工驗(yàn)收指標(biāo),使設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制指標(biāo)相對(duì)應(yīng)。為控制面層局部損壞和層問剪切破壞,建議對(duì)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(jìn)行驗(yàn)算,特別應(yīng)重點(diǎn)分析路表10cm深度內(nèi)結(jié)構(gòu)層的剪應(yīng)力,并對(duì)之進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)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(jì)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(jìn)了ASSHOTT321中所推薦的疲勞壽命計(jì)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(gè)階段,以第二階段的試驗(yàn)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(yàn)機(jī)

6、,通過小梁重復(fù)彎曲疲勞試驗(yàn)測(cè)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(jì)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(jì)原則。根據(jù)半剛性基層的破壞模式和受力特點(diǎn),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(gè)層次的合理厚度。對(duì)于抗裂功能層,可選擇骨架空隙結(jié)構(gòu)和骨架密實(shí)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(duì)于抗疲勞功能層,可選擇骨架密實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)路。通過試驗(yàn)路定點(diǎn)實(shí)測(cè)反算各結(jié)構(gòu)層模量值,并進(jìn)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(jì)要