桥梁沥青路面结构设计研究
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2021/1/17 9:33:05 阅读:322次 【字体:

    近年来,随着公路上的汽车荷载和交通量的增加,许多公路常常达不到甚至远远低于设计寿命时就出现了损坏,需进行较大规模的维修养护甚至重建。目前,我国的高速公路设计年限通常为20~30a,而实际的使用寿命却只有8~10a。有的高速公路甚至只营运了2~3a就开始出现严重的病害。对于城市间的重要道路、高速公路来说,公路的维修必然会对广大民众的出行造成不便,使人们的驾车时间延长,燃油消耗量增加,造成大量的用户费用、维修费用的浪费等问题,同时也给社会带来巨大的经济损失,从寿命周期费用分析的角度来看,毋庸置疑这是不经济的。如何延长公路的使用年限,这已成为我国乃至全世界公路建设者目前最关心的问题之一。
    传统沥青路面结构设计方法与长寿命沥青路面结构设计方法区别很大,传统沥青路面设计荷载的输入参数是累计交通量,而长寿命沥青路面的参数是设计交通轴载,其理论基础是沥青混合料疲劳极限理论,所谓疲劳极限就是指沥青混合料存在一个弯拉应变临界点,当路面结构的弯拉应变低于这个值时,沥青混合料层底就不会出现疲劳损伤,这个拉应变临界点对应的就是疲劳极限。建议控制沥青混凝土层底的弯拉应变不大于60u.许多科研人员认为改性沥青混合料的疲劳极限可以提高到100u。日本研究人员西泽认为沥青混合料的疲劳极限应小于200u。
    国外大量的高速公路车辙状况调查显示,当沥青结构层厚小于18cm时,车辙率将迅速降低。对于沥青层较厚的道路,车辙集中发生在沥青层表面,属于表面车辙。这是表面功能层损坏,通过进一步罩面设计就能够保证结构良好。
    但是,对于因结构层的永久变形而导致的结构性车辙破坏,为了控制结构性车辙的车辙深度可通过控制路基土的永久变形来实现。在结构层设计上,道路研究人员建议把基顶压应变作为控制路面总变形量的设计指标。美国的长寿命路面建议路基土垂直压应变应小于200u,若容许压应变大于结构层基顶压应变,则认为路面结构在设计年限内不会出现结构性车辙破坏,能够达到长寿命要求。
    各个国家对于长寿命沥青路面的寿命期望从30~50a不等。英国公路署、沥青协会和建设材料协会期望长寿命沥青路面的使用寿命能够达到50a以上;美国沥青路面协会对于长寿命路面的定义为必须达35a以上的设计寿命。美国各州对于长寿命路面的设计寿命在30~50a之间;日本则定义长寿命路面的寿命在40~60a之间。我国学者根据我国实际情况认为,长寿命沥青路面的使用年限应大于30a。
    假设把40a作为长寿命路面的使用年限,针对这一目标,可以以主要承重层与表面功能层的设计寿命作为长寿命路面设计标准的主要控制指标。然后针对长寿命沥青路面各种结构层的具体形式,选用相应的规范标准来进行验算、控制其设计寿命。结合国外设计相关规定,可以定义长寿命路面的设计标准如下:
  (1)表面功能层设计寿命应在8a以上;
  (2)主要承重层设计寿命应该达40a左右。
   作用在路面上的行车荷载一般包括水平力和垂直力,沿路表深度方向产生的剪应力及压应力逐渐衰减。所以,首先要求路面面层具有足够的抗变形能力和强度,其它各结构层应按照刚度和强度自上而下递减的规律进行组合,以使结构层充分发挥其效能。
    根据这种原则,路面结构的层数越多,刚度和强度沿深度递减的规律越能体现出来。但就路面施工工艺及整体受力而言,层数又不宜过多,即结构层的厚度不能过小。适宜结构层厚度需要综合考虑施工工艺、强度要求、工程造价以及材料供应等,应从上到下由薄到厚。
   沥青路面厚度与沥青品质和质量、交通量以及公路等级有关,须对这些因素进行综合考虑,沥青层厚度的确定须满足行车荷载的要求。选择基层、底基层的厚度时应考虑材料力学性能、交通特性和扩散应力的效果,并使压实机具的功能充分发挥出来且有利于施工。
   路面结构的应力分布在很大程度上受到沥青路面相邻结构层材料的模量比的影响,是选定适宜结构层材料、合理确定结构层层数的重要考虑因素。根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)沥青路面结构组合设计,沥青面层与基层之间的模量比不宜小于3;底基层与基层之间的模量比不宜小于2.5;土基与底基层之间模量比不宜小于10。

 
 
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