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不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析_艾长发

不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析_艾长发
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 文章编号:0451-0712(2008)04-0014-06 中图分类号:U416.217 文献标识码:A

不同沥青混凝土路面结构的

大温差温度行为分析

艾长发1,邱延峻1,毛 成1,兰 波2

(1.西南交通大学土木工程学院 成都市 610031; 2.四川省交通厅 成都市 610041)

摘 要:为基于环境因素的大温差地区选择适宜的沥青混凝土路面结构提供理论依据。考虑沥青混合料的感温特性,将路面结构视为层间接触的不连续层状体系,应用A BAQ U S的瞬态热分析和热-结构耦合求解技术,对不同基层类型沥青混凝土路面结构在低温大温差作用下的温度场与温度应力响应等温度行为特性进行分析。分析结果表明:采用级配碎石、掺2%水泥的级配碎石以及沥青稳定碎石等柔性基层的沥青混凝土路面结构组合,具有优良的抗环境温度变化作用的性能,是高寒、低温大温差地区值得推荐选用的沥青混凝土路面结构。

关键词:沥青混凝土路面;结构组合;大温差;温度场;温度应力;耦合分析;柔性基层

在欧、美、非洲等多个国家,沥青混凝土路面结构设计中均考虑了温度影响因素[1],而目前我国的设计规范[2]并没有明确地将温度因素作为一个必须考虑的影响因素,设计理论体系与方法本身存在一定的不足。我国大温差地区沥青混凝土路面普遍存在横向开裂病害现象,已经成为不争的事实,人们愈来愈意识到路面结构组合设计忽略温度因素所带来的严重后果,因此有关沥青混凝土路面温度行为的研究愈来愈受到人们的重视,相应的国内许多道路工作者对此问题开展了大量的研究工作,并取得了许多有积极意义的研究成果[3~6]。但长期以来受规范的制约,使得许多路面温度场的研究工作局限于环境因素对路面温度场的影响分析之中,温度应力的研究工作局限于面层、半刚性基层的模量与厚度的影响分析之中,并没有突破半刚性基层沥青混凝土路面结构研究领域。当然,国内在探索大温差地区路面结构组合方面也做了大量的现场试验研究工作,经证明,采用级配碎石等柔性基层的沥青混凝土路面结构能有效减少路面反射裂缝[7]。但由于缺乏深入的结构温度行为理论研究,加之我国过分强调

基金项目:西部交通建设科技项目,项目编号200431800054收稿日期:2007-10-10

凝土中水分蒸发或风干过快而产生缩裂。

养护期以不小于7d为宜,同时在养护期内,注意经常检查薄膜的覆盖情况,一旦发现有被风吹起或是破损的地方,要及时采取措施加以覆盖和修补。

6 结语

本文结合实际工程——许尉高速公路,选择PCC+AC路面结构作为长寿命路面进行研究。为了增强PCC板与AC层之间的粘结力,提出国内新创技术PCC板的表面裸化技术,设计研制了裸化机,并研究确定最佳裸化时间及相关公式推导、合适的裸化深度以及裸化后的养护。参考文献:

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 公路 2008年4月 第4期 HI GHWA Y A pr.2008 N o.4 

结构承载能力,因此也没有改变大温差地区普遍采用半刚性基层沥青混凝土路面结构的局面。

为丰富我国沥青混凝土路面结构形式,为基于环境因素的大温差地区选择适宜的沥青混凝土路面结构提供理论依据,本文以高寒大温差地区国道213线郎川路的现场试验段路面结构类型为依托,考虑沥青混合料的感温特性,将路面结构考虑为层间具有接触特性的不连续层状体系,应用ABAQ US 有限元软件的热/力分析模块,对低温状况下的路面温度场与热应力响应进行了对比分析,讨论了不同路面结构组合在低温大温差作用下的温度行为特性。1 热/力分析基本理论1.1 热传导基本理论

瞬态传热过程是一个系统的加热或冷却过程,在这个过程中系统的温度、热流率、边界条件以及系统内能随时间有明显的变化,容易导致系统形成大温差。根据能量守恒原理,瞬态热平衡方程可表达为[8]

:

[C ′]{T ?

}+[K ′][T ]={Q ′}

(1)

式中:[C ′]为比热矩阵;[K ′]为传导矩阵;[T ]为节点温度向量;{T ?

}为温度对时间的导数;{Q ′}为节点热流率向量。

由于沥青混合料的温度敏感性,材料的热工参数对流交换系数h 、辐射率 、导热系数k 是路面体内温度场T 的函数,即:h 、 、k ~f [T (x ,y ,z ,t )]。将式(1)展开可得路面体的热平衡方程[8]:

V

([C t (T )]{T

}+[K t (T )]{T })d V =

V

{Q (T )}d V +∫

S

(h (T )(T B -T )+ (T ) F B

(T 4

B -T 4

))d S

(2)

式中:[C t

]为比热矩阵,考虑系统内能的增加,包含路面各结构层材料的比热;[K t

]为传导矩阵,包含路面各结构层材料的导热系数;{Q }为结构体节点热流向量,包含热生成;T B 为大气的温度; 为Stefan-Bo ltzmann 常数,约为5.67×10-8

W /(m 2

?K 4

);F B 为大气到路面的辐射面形状系数;V 、S 为路面体体积和路表面积。

由式(2)可知,沥青混凝土路面温度场的计算是高度非线性的。影响3种传热方式的因素很多[9]

,如风速、辐射量、

日最高温、日最低温、日照时间、云量、降水、路面反射率等。但从式(2)可知,进行路面结构

温度场T (x ,y ,z ,t )的模拟时,模型的影响参数主要

是大气的温度T B 和材料的热工性能参数。1.2 热/力耦合基本理论

在有限元模型中,路面体内的温度场作为外部荷载施加到单元上而引起路面结构应力场的发生。根据虚功原理,单元应力场的平衡方程为:

[K e ]{u }+[C e ]{u ?}={F th e }

(3)

式中:[K e ]为单元刚度矩阵;[C e ]为考虑单元非线性的阻尼矩阵;{u }为单元的位移矩阵;{u ?

}为单元位移对时间的导数矩阵;{F th e }为单元的热荷载。

单元的热荷载{F th e }=

∫V

[B ]

T

[K e ]{ th

}d V ,其

中{ th

}为单元的热应变矩阵。

th

=

T

T

ref

(T )d T (4)

式中: (T )为单元中材料的瞬时线收缩系数,是温度的函数;T 、T r ef 分别为计算温度和参考温度。

将式(2)和式(3)联合起来,可得沥青混凝土路面热/力耦合平衡方程[10]:

[C ][0][0]

[C t ]{u ?}{T ?

}

+

[K ][0][0]

[K t ]

{u }{T }

=

{F th

}

{Q }+{Q sur f

}

(5)式中:[C ]为结构体的阻尼矩阵;[K ]为结构体的刚度矩阵;{F th

}为结构体的热荷载;{Q }、{Q sur f

}为式(2)中结构体的热流率及路表通过对流和辐射所吸收的热流。

沥青混合料具有粘弹特性,某一时刻产生的温度应力随时间增长会逐渐减少,即应力发生松弛。应力完全松弛需要无限长的时间,当降温速度较快时,各时刻产生的应力一部分松弛掉,一部分累积起来。因此,从时刻0开始到时刻t ,由于沥青混合料的应力松弛特性而累计的温度应力为:

(t )=

t

E r (t - )

d (t )

d t

d (6)

式中: (t )、 (t )分别为应力函数和应变函数;E r (t -

)为沥青混合料在t - 时刻的松弛模量。当沥青混凝土路面处在较低温度环境中时,沥

青混合料更多地表现为一种脆性材料,因此用式(6)计算温度应力时可忽略因材料松弛而损失的部分温度应力。根据以往的研究经验,用沥青混合料的劲度模量代替松弛模量对于计算温度应力已经足够[6]。

15— 2008年 第4期 艾长发等:不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析

在沥青混凝土路面结构大温差热/力响应计算中,温度场作为外部荷载施加到路面结构上,同时温度场又影响着结构的计算参数。计算时,材料的线收缩系数 (T)和结构的刚度矩阵[K]都与路面温度场存在函数关系。

2 计算模型

2.1 结构模型

考虑了5种沥青混凝土路面类型,其中1种为科研试验段的典型半刚性基层沥青混凝土路面,其余4种为科研试验段的优化后的沥青混凝土路面结构。结构模型如图1所示,各类型路面的基层材料与组成如表1所示。各类型路面总厚度为54cm。在结构模型中,除底基层与土基之间考虑为完全连续状态外,其余各结构层考虑为具有层间接触特性的不完全连续体。参考文献[10]的计算结果,层间接触摩擦系数 取值为0.6。

沥青混凝土上面层:AC-13,4.0cm,E r1(T)M Pa, r1(T)

沥青混凝土下面层:AC-20,5.0cm,E r2(T)M Pa, r2(T)

基 层: 见表1

水泥稳定碎石底基层:C CR1,22.5cm,E4=1500M Pa,

4=0.25

土 基: SOIL,300cm,E0=30M Pa, 0=0.35

=0.6 =0.6 =0.6

完全连续

图1 结构模型

表1 基层材料与组成

路面结构

类型

基层材料与组成

材料代号

厚度

h/cm

模量

E/M Pa

泊松比

类型一水泥稳定碎石CC R122.515000.25类型二

沥青砂AC-5 2.5见表3见表3水泥稳定碎石CC R120.01

5000.25类型三沥青稳定碎石ATB-3022.5见表3见表3

类型四

级配碎石

(掺2%水泥)

GG-122.53000.30

类型五级配碎石GG-222.52500.35

2.2 有限元模型

本计算采用的有限元模型如图2所示,模型尺寸为5.0m×5.0m×3.54m。在模型中,沿路线纵向为X方向,沿道路宽度方向为Y方向,沿路面厚度方向为Z方向。左右两端对X方向进行约束,前后两端对Y方向进行约束,底面对Z方向进行约束,表面完全自由。采用ABAQUS有限元分析软件,热传导分析选用8节点实体热单元(DC3D8),热应力分析选用8节点实体应力单元(C3D8R)[11]。

图2 有限元计算模型

3 材料参数

不同级配的沥青混合料在不同温度条件下的热工参数不同,但相差不大,本计算取为常数。由于本专题是进行路面结构的瞬态热/力耦合分析,因此在热传导分析中,可不考虑材料的对流热交换系数及辐射率。模型中的材料热传导分析参数见表2。

表2 热传导分析材料参数

结构层代号

密度

kg?m-3

导热系数

W?m-1?℃-1

比热C

J?kg-1?℃-1 AC-132390 1.50920

AC-202430 1.40900

AC-52240 1.30940

ATB-302380 1.20815

CC R12300 1.20830

GG-12050 1.25820

GG-21900 1.30810

S OIL1800 1.5800

由于沥青混合料的感温性能,计算时把受时间与温度影响的沥青混合料粘弹性指标——劲度模量表征为一定时间下不同温度的模量值,同时对应相应温度下的线收缩系数及泊松比。参考文献[12]的线收缩系数测试结果曲线,本研究对不同温度下不同沥青混合料的线收缩系数值拟定为表3所列值。各结构层热应力分析材料参数如图1、表1及表3所示。

16

公 路 2008年 第4期 

表3 热应力分析材料参数

结构层材料材料参数

下列温度T(℃)对应的指标值

-26-20-100

AC-13劲度模量E/M Pa4000350028002000泊松比 0.250.250.250.30线收缩系数

10-5℃-1

2.0 2.5

3.5

4.0

AC-

20劲度模量E/M Pa4500400031002200泊松比 0.250.250.250.30线收缩系数

10-5℃-1

1.3 1.6

2.1 2.6

AT B-30劲度模量E/M Pa3100260017001200

泊松比 0.250.250.250.30

线收缩系数

10-5℃-1

1.0 1.2 1.4 1.6

AC-5劲度模量E/M Pa2000180014001000泊松比 0.250.250.250.30线收缩系数

10-5℃-1

1.2 1.5

2.0 2.5

CCR1/ CCR2线收缩系数

10-5℃-1

0.98

GG-1线收缩系数

10-5℃-1

0.70

GG-2线收缩系数

10-5℃-1

0.50

SOIL 线收缩系数

10-5℃-1

0.45

4 计算结果与分析

4.1 结构体温度场

根据项目依托工程现场环境气温情况,低温时路表取-26℃。在计算中先假定路面结构体内的基准温度为0℃,且均匀分布,经瞬态热传导后,低温大温差状况下各结构层温度场计算结果如图3所示。

(1)各结构层沿厚度方向温度变化规律非常相似,均表现为负温度梯度。在沥青混凝土面层内,沿厚度方向温度变化幅度的大小顺序是类型二>类型三>类型一>类型四>类型五,但由于面层材料相同,不同路面类型之间温度变化幅度相差很小,只有0.4℃;面层表面与底面的温差在3.4℃~3.8℃之间,温度梯度约为-0.39℃/cm。在基层内,由于各路面类型基层材料不同,沿厚度方向温度变化幅度的大小顺序是类型一≈类型二≈类型三>类型四>类型五;基层表面与底面的温差在8.6~9.3℃之间,

图3 各结构层温度场分布

温度梯度在-0.38~-0.42℃/cm之间。在底基层内,由于材料相同,不同路面沿厚度方向温度变化幅度几乎相同,表现为不同路面底基层温度变化趋势线几乎平行;底基层表面与底面的温差为6.6~6.8℃,温度梯度为-0.30℃/cm。

(2)从面层到底基层,温度梯度总体表现出递减趋势。这从一个侧面说明,外界环境温度的变化对沥青混凝土面层的影响将更为显著。

4.2 结构体应力场

17

 2008年 第4期 艾长发等:不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析

视路面结构为具有层间接触特性的不连续体。不同路面结构体的温度应力场计算结果如图4所示,各结构层顶面的温度应力如表4

所示。

图4 路面结构温度应力场表4 各结构层顶面温度应力

M Pa

结构层名称路面类型类型一类型二类型三类型四类型五面层 3.389 3.391 3.389 3.391 3.392基层0.4150.353(0.817)0.9120.0640.031底基层

0.235

0.233

0.234

0.245

0.252

注:括号中数据为类型二的沥青砂(AC-5)应力吸收层顶面的应力值。

(1)由于层间接触特性,温度拉应力在各结构层

层间界面上并不连续,表现为沿路面厚度方向的应力场曲线具有台阶式的跳跃变化。

(2)不同路面类型其沥青混凝土面层内的温度拉应力近乎相同,各路面类型的最大拉应力在3.389~3.392M Pa 之间。这说明环境温度对沥青混凝土面层的作用仅取决于沥青混合料材料本身温度特性,此时路面结构组合对其影响可忽略不计。

(3)由于基层材料的不同,不同路面类型其基层温度拉应力具有明显差别。其大小顺序是:类型三>类型一>类型二>类型四>类型五。表4中类型四、五基层应力值接近于0,这说明在采取尽量降低水泥剂量、采用级配碎石基层的措施下,环境温度变化对其几乎无任何破坏作用,这样也就使得其上承结构沥青混凝土面层失去产生反射裂缝的必要条件,可有效保护沥青混凝土面层。虽然低温作用下沥青稳定碎石基层的温度拉应力最大,达0.912M Pa,但此

时依然低于该材料的低温抗拉强度,也就意味着此时它并不会产生低温开裂,再加之沥青稳定碎石不存在干缩开裂问题,因此,即使在大温差作用下,采用沥青稳定碎石基层的沥青混凝土路面,其面层也

不存在反射裂缝问题。

(4)在半刚性基层顶面与沥青混凝土面层底面加铺应力吸收层(沥青砂)后,可减小基层的温度应力,能降低环境温度对基层的影响,并进一步对沥青混凝土面层有一定的保护作用。对于本文中的沥青混凝土路面类型二,在加铺沥青砂后,温度拉应力减小了15%,也就是说加铺后并没有大幅度降低半刚性基层的温度应力。这也意味着采用加铺应力吸收层措施后,能减少半刚性结构层的低温缩裂率,会减少沥青混凝土面层的反射裂缝,但不能彻底消除沥青混凝土面层的反射裂缝。

5 结语

(1)不同路面类型沿厚度方向温度变化幅度存在一定差异,其中沥青混凝土面层及底基层差异很小、基层由于材料的不同差异较大。采用级配碎石或掺2%水泥的级配碎石基层,其温度变化幅度或温度梯度小于其他类型。

(2)接触模型更符合路面的实际情况,由于层间接触特性,温度拉应力在各结构层层间界面上并不连续。

(3)不同路面类型的沥青混凝土面层内温度应力相差甚微,说明环境温度对沥青混凝土面层的作用仅取决于面层材料本身的温度特性,路面结构组合对其影响可忽略不计。

(4)采取尽量降低基层水泥剂量、应用级配碎石作为基层的沥青混凝土路面结构,即使在大温差作用下,基层所产生的温度拉应力也几乎接近于0。虽然大温差导致沥青稳定碎石基层的温度拉应力很大,但依然低于该材料的低温抗拉强度。因此,这两类沥青混凝土路面结构不存在反射裂缝问题。采取加铺应力吸收层(沥青砂)的方法,可减小基层的温度拉应力,能降低环境温度对基层的影响,减少半刚性结构层的低温缩裂率,从而减少沥青混凝土面层的反射裂缝。

温度行为理论计算结果充分说明,采用级配碎石、掺2%水泥的级配碎石以及沥青稳定碎石作为基层的沥青混凝土路面结构组合,具有优良的抗环境温度作用性能,是高寒、低温大温差地区值得推荐选

18— 公 路 2008年 第4期 

用的沥青混凝土路面结构。参考文献:

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Analysis of Temperature Action on Different Asphalt Concrete

Pavement Structures by Large Temperature Changing

AI Chang -f a 1,QIU Yan -j un 1,MAO Cheng 1,LAN Bo

2

(1.School of Civil Engineer ing,S outhw es t Jiaotong U nivers ity,Ch engd u 610031,China;

2.Department of Comm unications of Sichuan Provin ce,Ch engdu 610041,China)

Abstract :T he theory basis fo r selecting the suitable asphalt pavement structure is pr ovided on the basis of the environment factor in larg e tem peratur e chang ing distr icts .The temperature action pr operties at low and larg e temperature changing condition ,such as tem perature fields and thermal stresses of different base-lay er asphalt pavement structures,are analyzed by using the techniques of thermal instantaneous analysis and thermal-structure coupling resolution in ABAQU S.T he r esults sho w that

flex ible base -layer asphalt pavement structures ,such as graded agg regate ,mixing 2%cem ent gr aded agg reg ate and bitumino us stabilizatio n ag gregate,have fine anti-environment temper ature action perform ance,w hich are the com mendato ry str ucture in plateau-cold or lo w and lar ge tem perature changing distr icts .

Key words :asphalt concrete pavement ;structur e component ;larg e temper ature chang ing ;

tem perature field;thermal stress;coupling analysis;flex ible base-layer

19— 2008年 第4期 艾长发等:不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析

路面路基设计--路面结构层

第六章路面结构层 一、填空题 1 .常用的稳定土路面有 _____ , _____ 和工业废渣稳定土。 2 .石灰质量主要是由石灰中的 _____ 和 _____ 的含量决定的。 3 .在石灰土中,石灰等级要求在 _____ 以上,储藏时间不得超过 _____ 。 4 .石灰土中石灰的剂量一般指 _____ 和 _____ 的百分比。 5 .石灰土强度随时间而变化,初期强度 _____ ,后期强度 _____ 。 6 .石灰稳定工业废渣路面可分为 _____ 和 _____ 两大类。 7 .泥结碎石路面的主要缺点是 _____ ,它不适用于 _____ 路段。 8 .级配砾 ( 碎 ) 石路面混合料配合比设计原则应符合 _____ ,并严格控制小于 0 . 5 的细料含量及 _____ 。 9 .碎 ( 砾 ) 石路面结构作为面层时,通常应增设 _____ 层和 _____ 层,以保护路面。 10 .沥青路面按矿料组成不同,可分为 _____ 和 _____ 两大类。 11 .密实类沥青路面的强度主要由 _____ 构成,其次由 _____ 构成。 12 .嵌挤类沥青路面的强度构成是以 _____ 为主,而以 _____ 为辅。 13 .沥青表面处治的施工方法有 _____ 和 _____ 两类。 14 .沥青碎石路面的强度按 _____ 原则形成,故具有较高的一 _____ 性。 15 .贯人式路面施工时,对主层料的辗压要避免矿料过于被 _____ 而影响。 16 .沥青碎石的主要缺点是 _____ 和 _____ 。 17 .水泥混凝土路面的破坏,主要可归纳为 _____ 和 _____ 两大类。 18 .混凝土路面湿治养生的主要目的是为了防止混凝土中水分蒸发 _____ 而产生 _____ ,以保证水泥混凝土硬化过程顺利进行。 二、选择题 1 .()是按面层的使用品质、材料组成及结构强度来划分的。

复合式路面工程施工组织设计方案

复合式路面施工方案

道路路面结构设计为复合式路面,路面结构层次从上至下为: 5cm中粒式改性沥青混凝土(AC-16C)(掺1.5%沥青道路专用增强纤维)(设计弯沉值21.5) 粘贴应力吸收防水土工布(底面粘层油) 22cm厚碾压水泥混凝土(28天设计弯拉强度标准值4.5MPa,抗压强度不小于30 Mpa) 贫混凝土(C20)调坡层 复合式路面工程量见下表: 复合式路面工程量表 一、施工组织设计编制依据 复合式路面实施施工组织设计是根据下列文件进行编制的: 3、《水泥混凝土路面施工及验收规》(GBJ97-87)。 4、《公路水泥混凝土路面施工技术规》(JTGF30-2003)。 5、《公路沥青路面施工技术规》(JTGD40-2004)。 6、《沥青路面施工及验收规》(GB50092-96)。 二、复合式路面施工方法 复合式路面由贫混凝土调坡层、碾压混凝土基层、沥青混凝土面层等三层构成,其施工方法分述如下: (一)、贫混凝土调坡层施工方法 1、不需进行处理的原有路面应进行压实。对有龟裂,纵、横裂缝的路面根据

现场情况分别进行处理,可采用将原路面挖松打碎,加水泥进行拌和,摊铺碾压;如果原路面材料质量太差,则挖掉运走,用水泥稳定碎石进行摊铺处理;如果一般性收缩裂纹,则不进行处理。需处理的路面,事先与驻地监理人员沟通,确定工程量。 2、模板安装 模板安装按车道宽度进行安装,每车道宽度为3.5米,模板用槽钢,槽钢高度根据调平层的摊铺厚度选择适当型号,模板长度宽为3~5m,每米模板应设置一处支撑固定装置,模板安装前应进行逐桩测量放样,模板安装应稳固、顺直、平整、无扭曲,模板顶面不得有高低错台,高程应符合设计要求。模板应能承受摊铺、振实、整平设备的负载行进冲击和振动时不发生位移,禁止在路面上挖槽嵌入安装模板,模板安装后,与混凝土拌合物接触的表面涂隔离剂。 3、摊铺 混凝土采用商品混凝土。混凝土运输车倒退进入摊铺车道,洒水湿润路床,混凝土运输车边前进边卸料。人工配合布料粗平,人工布料应用铁锹反扣,禁止抛掷和耧耙。 振捣,可采用插入式振捣棒、振动梁或平板式振捣器进行振捣,振捣时应辅以人工补料找平,平板式振捣器应纵横交错振捣。全面提浆振实,振实后可用滚杠往返拖动2-3遍提浆整平,并对水泥浆始终赶在滚杠前方,多余水泥浆应铲除,拖滚后可用3m刮尺,纵横各一遍整平饰面。贫混凝土终凝后应洒水养护,养护时间不少于7天。 4、模板拆除

低温地区沥青路面结构设计分析

低温地区沥青路面结构设计分析 发表时间:2019-05-23T11:01:43.723Z 来源:《防护工程》2019年第1期作者:潘攀 [导读] 因此对沥青路面进行结构设计具有非常重要的意义,特别是针对低温地区的沥青路面,合理的结构设计有助于提高道路使用寿命与质量。 中铁四局集团有限公司设计研究院 230000 摘要:本文就低温地区沥青路面结构破坏类型及低温影响效果进行简单分析,并从沥青混合料、基层结构、联结层结构及表面层结构四个方面展开设计研究,旨在为低温地区沥青路面结构设计提供参考建议。 关键词:低温地区;沥青路面;结构设计 沥青路面具有平坦整洁、环保美观、舒适安全、维修养护简单等特点,因此逐渐成为世界道路桥梁建设工程首要选择,调查发现沥青路面在我国道路建设项目所占比重也呈现逐渐增加的趋势。因此对沥青路面进行结构设计具有非常重要的意义,特别是针对低温地区的沥青路面,合理的结构设计有助于提高道路使用寿命与质量。 一、低温地区沥青路面结构破坏研究 1、沥青路面结构破坏类型 通过对部分沥青道路调研发现,虽然道路结构、材料配比及使用年限存在较大差异,但道路路面呈现的结构破坏类型及特点却大致相同,具体表现在于:低温地区大多存在周期性冻土现象,道路基层在冻胀融缩的物理作用下容易出现结构变异,破坏道路结构引起不同程度的路面开裂问题。图1展示的就是低温地区常见的沥青路面结构破坏类型。 (a)路面剪裂(b)温缩开裂(c)反射开裂 图1 沥青论结构破坏类型 2、低温对沥青路面结构影响 道路建设需要应用到多种建筑材料,这些材料若长期处于低温状态会出现不同程度的收缩现象,由此产生较大拉应力,若拉应力超过材料拉伸强度将会导致材料结构被破坏进而出现开裂问题。道路路面纵向长度远大于横向长度,因此低温收缩引起的裂缝往往呈现为横向间隔,严重时才会出现纵向裂缝。种类各异的沥青基层对应特定的温度拉应力,因此结合实际情况选择合适的沥青材料显得尤为重要。 二、低温地区沥青路面结构设计研究 对低温地区沥青路面进行结构设计研究的时候需要针对基层耐受性、面层抗车辙、表面层抗裂性进行综合考量,因此需要对沥青混合料配比、基层温差、联结层荷载、表面层开裂等内容进行重点分析,以便确保结构设计的科学合理。 图2 沥青路面基本结构图 1、基于感温性能的沥青混合料设计 进行沥青混合料配比设计时需要综合考虑混合料所在位置及耐受特点,进而实现最优设计。图2展示的是沥青路面基本结构,分析可知表面层及联结层处于主要压力承载的高压应力区域,在进行建筑设计时需要选择抗磨损、高模量的沥青混合料,联结层处于表面层与基层的过度位置,最好选择传导效果优异的沥青材料,以便做好路面压力疏导工作。基层结构承受较大的拉应变,就整个路面而言担负着路面压力的重任,因此就沥青道路基层而言结构设计需要围绕荷载疲劳展开,研究发现沥青占比高的混合基层能够承受更大的荷载压力,有效避免了疲劳裂缝的出现。对于处于低温地区的沥青路面设计还需要着重考虑混合料感温性能,不同类型的沥青混合料其感温性能存在差异,在此基础上计算获得代表其粘弹性的劲度抗压指标,进而明确沥青混合料在特定温度时的物理特性。 2、基于大温差作用的沥青基层设计 沥青路面各结构在低温大温差的作用下会沿着路面横向出现不均衡温度场,此时的沥青路面这一受约整体在温度场作用下将产生温度

城市地下道路复合式路面结构设计方法

2012年12月第12期 城市道桥与防洪 0引言 随着我国经济发展,城市的规模正在迅速变 大,城市人口密度的增加给城市交通带来了很大的压力。与此同时,地下道路正以其可提高线路标准、缩短运营里程、保护环境、减少拆迁、噪音污染少等优点而越来越得到人们的青睐。城市地下道路内采用连续配筋混凝土基层和沥青混凝土面层组合的复合式路面具有很多优点。CRC层由于纵向配置了足够的钢筋而具有非常强的结构承载能 力,同时CRC取消了横向接缝, 可以减少路面水损害。 而AC层则可以改善路面行驶性能。AC+CRC路面结构可以大大提高地下道路路面的使用性能、使用寿命和服务水平等。但是由于种种原因,作为地下道路重要组成部分的CRC+AC复合式路面结构设计却未得到足够的重视,即大部分地下道路内路面结构都是根据以往的经验直接给出的,未经过专题的研究[1]。 AC+CRC作为一种新型的路面结构,设计时常规做法是套用公路沥青路面设计方法。而城市道路与一般公路所承受的交通组成方面存在很大差异,直接套用现有规范势必造成很多不合理的地方。因此,研究和推广AC+CRC复合式路面结构,并提出相应的设计方法不仅具有重要的现实意义,而且具有很好的工程应用价值。 1交通量调查及轴载换算研究 1.1交通量调查 为掌握地下道路交通量情况,针对天津市海河东路地下道路交通组成情况进行了专项交通量调查。由于受调查条件及仪器的限制,该项调查选 取工作日内的一天实测交通量换算全天交通量的 方法。 由于海河东路地处市中心,且靠近天津东站,交通流量相对较大,以小汽车、公交车为主。一天内小汽车、中型客车、大客车交通辆依次为14395veh、53veh、944veh,且早上8:00-10:00,下午17:00-18:30为高峰小时段。对车重最大的大客车载客量进行统计得到如下表1所列及图1所示。 由表1及图1可以看出,载客在20~30人的 大客车数量明显高于其他类型的车辆。经调查发现,大客车主要由公交车和旅游大巴两种车构成。旅游大巴空车质量在13t左右,满载47人,人均体重按65kg计,则满载时旅游大巴轴重为78.75kN。公交车空车质量在9.5t左右,满载时有70人,人均体重按65kg计,此时轴载为70.25kN。1.2轴载换算研究 在我国,规范中要求轴载换算时,路面设计时以单轴双轮组轴载100kN为标准轴载。而调查结果显示:地下道路最大轴载也不过80kN,再以100kN作为标准轴载显然不合理。 轴载换算应遵循的原则[2]:(1)以达到相同的损坏状态为标准,即同一路 摘 要:该文首先在对城市道路交通组成特点分析的基础上,给出了新的地下道路轴载换算标准,然后利用疲劳等效原则,确定路面结构轴载换算方法。应用ANSYS力学分析软件分析了复合式路面结构AC、 CRC模量及AC层厚度对AC层底拉应变、CRC板底弯拉应力和复合式路面层间剪应力的影响。然后提出了CRC+AC复合式路面结构的设计方法,并建立较为系统的设计步骤和流程。 关键词:复合式路面;ANSYS;轴载换算;设计方法中图分类号:U416.02 文献标识码:A 文章编号:1009-7716(2012)12-0037-04 收稿日期:2012-09-20作者简介:虞秋富(1988-),男,河北秦皇岛人,研究生,研究方向:道路材料与结构。 虞秋富1,马士宾1,陈 晗1,王海燕2 (1.河北工业大学土木学院,天津300400;2.天津市市政工程设计研究院,天津300051) 城市地下道路复合式路面结构设计方法研究 表1大客车载客情况表 载客量/人 0 ̄1010 ̄2020 ̄3030 ̄4040 ̄5050 ̄60车数/veh 190 177 316 169 72 20 图1大客车载客人数分布图 道路交通 37

路面结构设计中存在的问题分析

路面结构设计中存在的问题分析 【摘要】目前,我国在路面结构设计上已经拥有较为完善的设计理论与方法,但由于各种外界条件影响,在沥青路面结构设计上仍然存在问题,本文以阜康市迎宾路道路工程为例,对迎宾路结构层做简要分析,探讨路面结构设计的有效方法,以期为设计单位及施工单位提供科学的参考依据。 【关键词】路面;结构设计;分析 1.路面结构设计的内容 路面结构设计就是以最低的寿命周期费用提供最合适的路面的结构,在这种结构的设计使用期内,要按照目标达到可靠的使用要求和最大的满意度,具体来讲,沥青路面的设计内容主要包括路面结构层原材料的选择、混合料配合比设计、设计参数的测试与确定、路面结构层组合与厚度计算、路面结构方案的比较与选择等以及路面排水系统设计和路肩加固等的设计。 2.影响路面结构的因素 2.1面层厚度 面层厚度直接影响路面的使用品质。路面面层直接承受行车荷载,风雨与温度的变化对层面都有不同程度的影响。在路面设计过程中,要考虑到层面厚度的影响,对结构层的设计分析要结合合适的材料、施工工艺同等,沥青路面的厚度与公路的等级、交通量及组成、沥青品种、质量息息相关。 2.2基层类型 半刚性基层和碎砾石基层是基层的两大类,二者的作用机理有着本质的不同,但同一类基层不同材料间性能相似。在有季节性冰冻且冰冻较深的情况下,路基土是易冻胀土,这时的路面极易出现冻胀和翻浆现象,这样的状态下,路面结构设计应设置防止冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定既要满足公路的强度要求还要处理好路面的防冻,积极避免路基内出现聚冰带,导致路面出现不均匀的冻胀,新疆年温差、日温差大,在路面的设计中,尤其要重视这一因素,并要注意无机结合料稳定土的基层产生的收缩裂缝。 2.3结构强度 一定的结构强度是路面具有良好行驶质量的必要保证,结构强度足够的路面

第七节 路面结构层厚度试验检测方法

第七节路面结构层厚度试验检测方法 一、概述 在路面工程中,各个层次的厚度是和道路整体强度密切相关的。在路面设计中,不管是刚性路面,还是柔性路面,其最终要决定的,都是各个层次的厚度,只有在保证厚度的情况下,路面的各个层次及整体的强度才能得到保证。除了能保证强度外,严格控制各结构层的厚度,还能对路面的标高起到一定的控制作用,是一个非常重要的指标。所以在《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071一98)中,路面各个层次的厚度的分值较高。 路面各结构层厚度的检测一般与压实度同时进行,当用灌砂法进行压实度检查时,可量取挖坑灌砂深度即为结构层厚度。当用钻芯取样法检查压实度时,可直接量取芯样高度。结构层厚度也可以采用水准仪量测法求得,即在同一测点量出结构层底面及顶面的高程,然后求其差值。这种方法元需破坏路面,测试精度高。目前,国内外还有用雷达、超声波等方法检测路面结构层厚度。 对于基层或砂石路面的厚度可用挖坑法测定,沥青面层与水泥混凝土路面板的厚度应用钻孔法测定。 二、厚度检测方法 (一)挖坑法 (1)根据现行规范的要求,随机取样决定挖坑检查的位置。如为旧路,该点有坑洞等显著缺陷或接缝时,可在其旁边检测。 (2)选一块约40cm x 40 cm的平坦表面作为试验地点,用毛刷将其清扫干净。 (3)根据材料坚硬程度,选择镐、铲、凿子等适当的工具,开挖这一层材料,直至层位底面。在便于开挖的前提下,开挖面积应尽量缩小,坑洞大体呈圆形,边开挖边将材料铲出,置于搪瓷盘中。 (4)用毛刷将坑底清扫,确认为坑底面下一层的顶面。 (5)将钢板尺平放横跨于坑的两边,用另一把钢尺或卡尺等量具在坑的中部位置垂直伸至坑底,测量坑底至钢板尺的距离,即为检查层的厚度,以cm计,精确至0.1cm。 (二)钻孔取样法 (1)根据现行规范的要求,随机取样决定挖坑检查的位置。如为旧路,该点有坑洞等显著缺陷或接缝时,可在其旁边检测。 (2)用路面取芯钻孔机钻孔,芯样的直径应为1oomm。如芯样仅供测量厚度,不作其他试验,对沥青面层与水泥混凝土板也可用直径50mm的钻头,对基层材料有可能损坏试件时,也可用直径150mm的钻头,但钻孔深度必须达到层厚。 (3)仔细取出芯样,清除底面灰尘,找出与下层的分界面。 (4)用钢板尺或卡尺沿圆周对称的十字方向四处量取表面至上下层界面的高度,取其平均值,即为该层的厚度,精确至0.1cm。 (三)施工过程中的简易方法 在施工过程中,当沥青混合料尚未冷却时,可根据需要,随机选择测点,用大改锥插入量取或挖坑量取沥青层的厚度(必要时用小锤轻轻敲打),但不得使用铁镐等扰动四周的沥青层。挖坑后清扫坑边,架上钢板尺,用另一钢板尺量取层厚,或用改锥插入坑内量取深度后用尺读数,即为层厚,以cm计,精确至0.1cm。 三、填补试坑或钻孔 补填工序如有疏忽,易成为隐患而导致开裂涸此,所有挖坑、钻孔均应仔细做好。按下列步骤用取样层的相同材料填补试坑或钻孔: (1)适当清理坑中残留物,钻孔时留下的积水应用棉纱吸干。 (2)对无机结合料稳定层及水泥混凝土路面板,按相同配比用新拌的材料并用小锤击

复合式路面结构特点及应用

复合式路面结构特点及应用 1、复合式路面 1.1无论从经济、技术、使用性能方面都优于单一柔性或刚性路面结构。 规范定义:面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面 1.2种类: 1)水泥复合式路面:碾压砼—普通砼(RCC—PCC)、贫砼—普通砼(EPCC—PCC)、 2)水泥混凝土加铺沥青混凝土复合路面: 碾压混凝土—沥青面层(RCC—AC)、 普通混凝土—沥青面层(PCC—AC)、 钢筋混凝土—沥青面层(JRC—AC)、 连续配筋混凝土—沥青面层(CRC—AC)。 1.3 水泥混凝土——沥青混凝土(CC-AC)复合路面特点: 1)结构组成特点在水泥混凝土路面上加铺沥青层,即修筑水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面结构,不仅可减少沥青用量(与柔性路面相比),而且可弥补刚性路面 的不足(行车舒适性差、养护难度大等)。路面整体刚度大,稳定性好,行驶舒适 性好。 路面结构组成为:基层+水泥混凝土板+界面层+沥青面层。

沥青路面 界面层(连接层) 水泥砼路面弹性模量----1200 ----30000 ----5000 基层 界面层的材料通常采用的是改性沥青同步碎石或砂粒式沥青混凝土等,厚度5~20毫米,主要起到粘结和防水和防裂作用。界面层材料模量小,具有高粘度,弹性恢复性能好,能够很好的吸收水泥混凝土板由于形变而产生的应力,能够有效的抑制反射裂缝的传播。刚柔性路面最大的特点是组成面层结构的材料的模量不一样,刚度相差很大。水泥混凝土板具有强度高、刚度大、温度敏感性小,材料模量相对比较稳定,属脆性材料。沥青面层材料模量小,温度敏感性大,材料模量随温度变化,呈现明显的黏-弹-塑性。正是由于材料模量的差异较大,从而导致刚柔性路面在车辆荷载及温度应力作用下,呈现明显的变形不协调性 (模量——受力状态下应力和应变之比; 弹性模量——在弹性阶段应力和应变之比,符合胡克定律) 刚度——抵抗弹性变形的能力; 劲度——抵抗弹性位移的能力 强度——经受外力或其它作用时,抵抗破坏的能力; 黏性——流体在运动状态中抵抗剪切变形速率能力的性质; 弹性——受外力发生形态变化,除去作用力后能恢复原来状态的性质; 塑性——给定荷载下,材料发生永久变形的特性。) 2)力学行为特点。路面结构的组成和各组成材料的力学性质决定了路面的力学行为特点。刚柔性路面的面层材料由刚性的水泥混凝土板和柔性的沥青混合料组成,其受力呈现以下几个方面的特点: (1)当面层沥青混合料厚度较小时,路面呈现出刚性路面特点,水泥混凝土板承受较 大的竖向应力和水平应力。此时的沥青面层主要是起到改善路面行驶的舒适性,

路面结构设计

5.路面结构设计 5.1沥青路面 5.1.1交通量及轴载计算分析 路面设计以单轴载双轮组100KN 为标准轴载。 1) 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次: ①轴载换算: 轴载换算采用如下的计算公式:=N ∑=k i i i P P n C C 135.421)/( 计算结果如下表所示: 表5.1轴载换算表 =i i i 1 21

②累计当量轴次 根据《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》,高速公路沥青路面的设计年限取15年,四车道的车道系数是取0.5。 累计当量轴次: ()111365 t e N N γηγ ??+-???= ()[]18918830 5.060.430336506449 .0365106449.0115 =????-+= (次) 2) 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算 验算半刚性基层层底拉应力轴载换算公式:812'1')/('P P n C C N i k i i ∑== 计算结果如下表所示: 表5.2 轴载换算结果(半刚性基层层底拉应力) =i i i 1 21

②累计当量轴次 参数取值同上,设计年限是15年,车道系数取0.5。 累计当量轴次: ()111365 t e N N γηγ ??+-???= ()[]321652575.087.731636506449 .0106449.0115 =???-+= (次) 5.1.2结构组合设计及材料选取 1) 拟订路面结构组合方案 根据规定推荐结构,并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应,路面结构面层采用沥青混凝土(取18cm ),基层采用水泥碎石(取20cm ),下基层采用石灰土(厚度待定)。 另设20cm 厚的中粗砂垫层。 2) 拟订路面结构层的厚度 由于计算所得的累计当量轴载达到了500万次,按一级路的路面来设计,由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。采用三层式沥青面层,表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度为4cm ),中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度为6cm ),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度为8cm )。 5.1.3设计指标及设计参数确定 1) 确定路面等级和面层类型 由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为大于500万次。根据规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》和设计任务书的要求可确定路面等级为高级路面,面层类型采用沥青混凝土,设计年限为15年。 2) 确定土基的回弹模量 ① 此路为新建路面,根据设计资料可知路基干湿状态为干燥状态。 ② 根据设计资料,由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》,该路段处于II 2a 区,为粉质土,确定土基的稠度为1.05。

路面结构设计分析

路面结构设计 学院: 专业: 学号: 姓名: 授课老师:

0 前言 道路是人类社会发展和进步的垫脚石,道路工程在人类社会发展中有着重要的作用。随着运输工具的现代化和人们交往的日益扩大,道路交通的作用更大重要和突出。道路是人们生活、学习、工作、旅游等出行的通道,是旅客、货物中转和集散的最主要途径,是城乡结构的骨架、城市建设的基础,是抵御自然灾害的通道,是自然灾害或战争时人员集散的场地,等等。总之,道路是社会发展的基础产业,是经济发展的先行设施,在工农业生产、国土开发、国防建设、旅游事业等国民经济和社会发展个方面发挥了举足轻重的作用。 我国家高速公路常用的路面结构形式主要有刚性和柔性两种,即水泥混凝土和沥青混凝土路面。水泥混凝土路面具有刚度大承载能力强,耐久性、耐候性、耐高温性能强,抗弯拉强度高、疲劳寿命长,平整度衰减慢、高平整度持续时间长,扩散荷载能力强,稳定性好、施工取材方便,路面环保,运行油耗低经济性好,路面色度低、色差小、隔热性好等优点,但水泥混凝土路面同等平整度舒适性差,板体性强、对基层的抗冲刷性能要求高,反射易使眼睛疲劳,超载、板底脱空等很敏感,且受施工质量的影响大,一旦出现质量问题,破坏就会迅速发展,难以维修、维护,并且破坏后修复困难,维修费用很高。沥青混凝土路面具有可以分期修建、通车快,平整度易于得到保证、整体性好、行车舒适、易于修复、噪音小等优点,但沥青混凝土路面具有对水和温度比较敏感,在水文、气候条件较差及缺乏碱性集料的地区,易造成沥青路面的早期破坏,路面平整度保持性差,路面材料耐久性差,使用寿命较短,运行及养护维修成本较高、环保性能差等缺点。 综上所述,沥青混凝土路面和水泥混凝土路面各有其的优缺点。路面结/构设计就是合理设置路面各结构层的位置和层厚,充分发挥各层材料的特性,以抵抗车轮荷载和环境因素的作用,实现路面的设计使用寿命,同时,提供良好的服务质量。在设计路面结构时,采用何种结构类型不是简单的问题。很有必要从筑路地区气候环境、地质状况、交通量大小、材料种类及供给情况、施工技术水平等因素,两种路面的施工方法、使用性能、破坏状况、维护方式、养护费用等方面进行全面比较权衡,从道路等级、路用性能要求、经济、技术、社会、环境效益等方面进行综合分析,优选出较合理的路面结构类型。

路基路面工程(第四版)期末复习大总结

第一章概论 第二节路基路面工程的特点与性能要求 一、路基路面工程的特点 路基:路基是在天然地表面按照道路的设计线性和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物 路面:路面是在路基顶面用各种筑路材料铺设的层状结构物。 二、路基路面工程的性能要求 承载能力、稳定性、耐久性、表面平整度、路面抗滑性 第三节路基路面结构及层位功能 一、路基横断面 填方路基结构0~30cm范围称为路床,30~80cm称为下路床,80~150cm称为上路堤,150cm以下称为下路堤。 二、路面横断面 槽式横断面、全铺式横断面 四、路面结构分层及层位功能 面层、基层、路基。 面层:沥青面层材料主要考虑抗车辙和抗剪切 基层:基层是是路面结构中的承重层,应具有一定的强度和刚度,并具有良好的抵抗疲劳破坏的能力 垫层:水稳定性和隔温性能要好 五、路面面层类型及适用范围 沥青混凝土路面:高速公路、一级公路~四级公路 水泥混凝土路面:高速公路、一级公路~四级公路 六、路面分类 按面层材料区分:水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面 按力学特性区分:柔性路面(沥青混凝土路面)、复合式路面、刚性路面 按基层材料类型及组合形式的不同,可将沥青混凝土路面划分为:柔性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面、组合式基层沥青路面、复合式路面(刚性基层沥青路面) 第四节路基路面结构的影响因素 一、路基路面稳定性影响因素 地理条件、地质条件、气候条件、水文和水文地质条件、土的类别

二、路基路面工程的环境因素 路基土和路面材料的体积随路基路面结构内温度和湿度的升降而引起膨胀和收缩 保持路基干燥的主要方法是设置良好的地面排水设施和路面结构排水设施 路基路面结构的强度、刚度、及稳定性,在很大程度上取决于路基的湿度变化 第五节公路自然区划 区划的三个原则:道路工程特征相似的原则、地表气候区划差异性的原则、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 一、一级区划的主要指标 “公路自然区划”分三级进行区划,一级区划是首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒七个大区。 二、二级划分的主要指标 潮湿系数K 第二章路基土的特性及设计参数 第一节路基土的分类及工程特性 一、路基土的分类 巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土。 土的颗粒组成特征用不同粒径粒组在土中的百分含量表示 二、路基土的工程性质 巨粒土:良好的路基材料,亦可用于砌筑边坡 砾石混合料:填筑路基、铺筑中级路面,适当处理后可以铺筑高级路面的基层、底基层砂性土:理想的路基填筑材料 粉性土:不良公路用土 黏性土:筑成的路基能获得稳定 三、路基填料的选择 漂石、卵石(巨粒土)与粗砾石:性能评定为优,施工性评定为中 土石混合料:性能评定为优,施工性评定为良 砾类土、砂类土:性能评定为优,施工性评定为优 粉质土:性能评定为差,施工评定为良 黏质土:性能评定为良,施工性评定为良 第二节路基水温状况及干湿类型 一、路基湿度的来源 大气降水、地面水、地下水、毛细水、水蒸气凝结水、薄膜移动水

沥青路面结构厚度计算

沥青路面结构厚度计算 路等级 : 一级公路新建路面的层数 :5 标准轴载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 24、9 (0、01mm) 路面设计层层位 :4 设计层最小厚度 :150 (mm)层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土401400 02000 0 、47 2 中粒式沥青混凝土601200 01800 0 、34 3 粗粒式沥青混凝土801000 01200 0 、27 4 水泥稳定碎石 ?1500 03600 0 、25 5 石灰土250550 01500 0 、1 6 新建路基36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 24、9 (0、01mm) H(4 )=200 mm LS= 26、3 (0、01mm) H(4 )=250 mm LS= 23、4 (0、01mm)

H(4 )=224 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H(4 )=224 mm(第1 层底面拉应力计算满足要求) H(4 )=224 mm(第2 层底面拉应力计算满足要求) H(4 )=224 mm(第3 层底面拉应力计算满足要求) H(4 )=224 mm(第4 层底面拉应力计算满足要求) H(4 )=274 mm σ(5 )= 、101 MPa H(4 )=324 mm σ(5 )= 、087 MPa H(4 )=277 mm(第5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H(4 )=224 mm(仅考虑弯沉) H(4 )=277 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求、通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:-------------------------------------- 细粒式沥青混凝土40 mm-------------------------------------- 中粒式沥青混凝土60 mm-------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土80 mm-------------------------------------- 水泥稳定碎石280 mm-------------------------------------- 石灰土250 mm-------------------------------------- 新建路基

(全过程精细讲解)路面结构设计及计算

路面结构设计及计算 7.1 轴载分析 路面设计以双轴组单轴载100KN 作为标准轴载 a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。 (1)轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式:35 .421? ? ? ??=P P N C C N i i (7.1) 式中: N —标准轴载当量轴次,次/日 i n —被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日 P —标准轴载,KN i p —被换算车辆的各级轴载,KN K —被换算车辆的类型数 1c —轴载系数,)1(2.111-+=m c ,m 是轴数。当轴间距离大于3m 时,按单独的一个轴载计算;当轴间距离小于3m 时,应考虑轴数系数。 2c :轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。 轴载换算结果如表所示: 表7.2 轴载换算结果表

注:轴载小于25KN 的轴载作用不计。 (2)累计当量轴数计算 根据设计规,一级公路沥青路面的设计年限为15年,四车道的车道系数η取0.40,γ =4.2 %,累计当量轴次: ][γ η γ13651)1(N N t e ??-+= [] 次)(.5484490042 .040 .0327.184********.0115 =???-+= (7.2) 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 b.轴载换算 验算半刚性基底层底拉应力公式为 8 1 ' 2' 1' ) (∑==k i i i P p n c c N (7.3) 式中:'1c 为轴数系数,)1(21' 1-+=m c '2c 为轮组系数,单轮组为1.85,双轮组为1,四轮组为0.09。 计算结果如下表所示:

复合式路面施工方案

复合式路面施工方案 道路路面结构设计为复合式路面,路面结构层次从上至下为: 5cm中粒式改性沥青混凝土(AC-16C)(内掺1.5%沥青道路专用增强纤维)(设计弯沉值21.5) 粘贴应力吸收防水土工布(底面粘层油) 22cm厚碾压水泥混凝土(28天设计弯拉强度标准值4.5MPa,抗压强度不小于30 Mpa) 贫混凝土(C20)调坡层 复合式路面工程量见下表: 复合式路面工程量表 一、施工组织设计编制依据 复合式路面实施施工组织设计是根据下列文件进行编制的: 3、《水泥混凝土路面施工及验收规范》(GBJ97-87)。 4、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)。 5、《公路沥青路面施工技术规范》(JTGD40-2004)。 6、《沥青路面施工及验收规范》(GB50092-96)。 二、复合式路面施工方法 复合式路面由贫混凝土调坡层、碾压混凝土基层、沥青混凝土面层等三层构成,其施工方法分述如下: (一)、贫混凝土调坡层施工方法 1、不需进行处理的原有路面应进行压实。对有龟裂,纵、横裂缝的路面根据

现场情况分别进行处理,可采用将原路面挖松打碎,加水泥进行拌和,摊铺碾压;如果原路面材料质量太差,则挖掉运走,用水泥稳定碎石进行摊铺处理;如果一般性收缩裂纹,则不进行处理。需处理的路面,事先与驻地监理人员沟通,确定工程量。 2、模板安装 模板安装按车道宽度进行安装,每车道宽度为3.5米,模板用槽钢,槽钢高度根据调平层的摊铺厚度选择适当型号,模板长度宽为3~5m,每米模板应设置一处支撑固定装置,模板安装前应进行逐桩测量放样,模板安装应稳固、顺直、平整、无扭曲,模板顶面不得有高低错台,高程应符合设计要求。模板应能承受摊铺、振实、整平设备的负载行进冲击和振动时不发生位移,禁止在路面上挖槽嵌入安装模板,模板安装后,与混凝土拌合物接触的表面涂隔离剂。 3、摊铺 混凝土采用商品混凝土。混凝土运输车倒退进入摊铺车道,洒水湿润路床,混凝土运输车边前进边卸料。人工配合布料粗平,人工布料应用铁锹反扣,禁止抛掷和耧耙。 振捣,可采用插入式振捣棒、振动梁或平板式振捣器进行振捣,振捣时应辅以人工补料找平,平板式振捣器应纵横交错振捣。全面提浆振实,振实后可用滚杠往返拖动2-3遍提浆整平,并对水泥浆始终赶在滚杠前方,多余水泥浆应铲除,拖滚后可用3m刮尺,纵横各一遍整平饰面。贫混凝土终凝后应洒水养护,养护时间不少于7天。 4、模板拆除 按现阶段气温,混凝浇筑24小时后可折模板,折模不得损害板边、板角,

路面结构设计计算书(有计算过程的)DOC.doc

公路路面结构设计计算示例 一、刚性路面设计 交通组成表 车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距 交通量 ( m ) 小客车 1800 解放 CA10B 19.40 60.85 1 双 — 300 黄河 JN150 49.00 101.60 1 双 — 540 交通 SH361 60.00 2× 110.00 2 双 130.0 120 太脱拉 138 51.40 2× 80.00 2 双 132.0 150 吉尔 130 25.75 59.50 1 双 — 240 尼桑 CK10G 39.25 76.00 1 双 — 180 1)轴载分析 路面设计双轮组单轴载 100KN ⑴ 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 ① 轴载换算: n 16 P i N s i N i 100 i 1 式中 : N s —— 100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数; P i —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型 i 级轴载的总重 KN ; N i —各类轴型 i 级轴载的作用次数; n —轴型和轴载级位数; i —轴—轮型系数,单轴—双轮组时, i =1;单轴—单轮时,按式 i 2.22 103 P i 0.43 计算; 双轴—双轮组时,按式 i 1.07 10 5 P i 0. 22 ;三轴—双轮组时,按式 i 2.24 10 8 P i 0. 22 计算。 轴载换算结果如表所示 车型 P i N i P i 16 i i N i ( P ) 解放 CA10B 后轴 60.85 1 300 0.106 黄河 JN150 前轴 49.00 2.22 103 49 0.43 540 2.484 后轴 101.6 1 540 696.134 交通 SH361 前轴 60.00 2.22 103 60 0.43 120 12.923 后轴 2 110.00 1.07 10 5 220 0.22 120 118.031

路面结构设计影响因素分析

基层模量和厚度对路面性能的影响分析 摘要:在路面结构设计中,考虑沥青路面基层两个参数——模量和厚度对路面性能的影响,利用数理统计方法将基层模量和厚度与其它因素进行正交试验与方差分析,直观上得出基层参数的影响程度大小,再根据直观分析的结果,应用方差分析讨论两个参数之间的交互作用。最后选择两个重要的路面性能指标进行详细对比讨论,提出合理的参数组合依据。 关键词:路面性能数理统计基层模量基层厚度 0引言 路面性能泛指路面的各种技术行为,影响路面使用性能的直接路面特征有路面平整度、车辙、摩擦系数、翻浆等等,不过路面使用性能只是路面性能的外在反映,造成路面使用性能变化的因素包括路面材料特征,组合特征和力学特征。在诸多因素中,路面结构的合理设计才是保障路面性能的关键。我国沥青路面结构设计的指导思想是“强基薄面”,如何合理的设计基层是保障路面性能良好的一个非常重要的方面。本文从这点出发讨论基层两个参数对路面性能的影响,提出合理的组合依据,保障路面使用性能和经济性的平衡。 1计算工具选择 现行的路面结构计算软件主要有BISAR、ELSYM、CIRCIT等,由于各国的规范不一,这里我们选用HPDS2003公路路面设计程序系统,该系统是东南大学交通学院王凯教授与毛世怀副教授根据现行《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97和《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002的有关内容编制的。 2正交试验 2.1因子选取 考虑现行沥青路面设计方法,确定考查因子为基层厚度、基层模量、面层厚度和土基模量。 2.2因子水平的确定 根据已有的经验确定一个范围,选择该范围的上下界和一个中间值或者选择某些特殊意义值作为因子水平,使其具有代表性、客观性。对于基层模量值选取1000MPa、2000 MPa、3000 MPa;基层厚度选择10cm、20cm、30cm;面层厚度选取9cm(上层4cm,下层5cm)、15cm(上层4cm,中层5cm,下层6cm)、18cm(上层5cm,中层6cm,下层7cm);土基取25 MPa、50 MPa、100 MPa三个水平。 2.3考核指标 路面的使用性能从力学角度可以通过路面弯沉、面层底部拉应力、基层底部拉应力和垫层底部拉应力来评价。它们也是公路路面设计中重要的验算指标。 2.4路面结构参数

道路结构层次解析

道路结构层次解析集团档案编码:[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

道路结构一般分为:,路基填筑,结构(碎石)垫层,铺筑砼基层,沥青面层,然后是附属结构 路面结构层指的是构成路面的各铺砌层,按其所处的层位和作用,主要有、基层和垫层。 面层 刚度和稳定性 面层位于整个路面结构的最上层。它直接承受行车荷载的垂直力、水平力、以及车身后所产生的真空吸力的反复作用,同时受到降雨和气温变化的不利影响最大,是最直接地反映路面使用性能的层次。因此,与其它层次相比,面层应具有较高的结构强度、刚度和稳定性,并且耐磨、不透水,其表面还应具有良好的抗滑性和平整度。道路等级愈高、设计车速愈大,对路面抗滑性、平整度的要求愈高。 修筑高等级道路面层所用的材料主要有沥青混凝土和水泥混凝土等。 沥青面层 往往由2、3层构成。表面层有时称磨耗层,用来抵抗水平力和轮后吸力引起的磨耗和松散,可用或沥青混凝土铺筑。中面层、下面层为主面层,它是保证面层强度的主要部分,可用沥青混凝土铺筑。 基层 垂直力的作用 基层位于面层之下,垫层或路基之上。基层主要承受面层传递的车轮垂直力的作用,并把它扩散到垫层和土基,基层还可能受到面层渗水以及地下水的侵蚀。故需选择强度较高,刚度较大,并有足够水稳性的材料。 用来修筑基层的材料主要有:水泥、石灰、沥青等稳定土或稳定粒料(如碎石、砂砾),工业废渣稳定土或稳定粒料,各种碎石混合料或天然砂砾。 基层可分两层铺筑 其上层称基层或上基层,起主要承重作用,下层则称下基层,起次要承重作用。底基层材料的强度要求比基层略低些,可充分利用当地材料,以降低工程造价。 考虑到扩散应力的需要和施工的方便,基层的宽度应较面层每侧至少宽出Δ1(cm),底基层每侧比基层至少宽出Δ2(cm)。透水性基层、级配粒料基层的宽度宜与路基同宽。 基层指路面面层以下,路床以上的结构层,一般为半刚性基层,也有柔性基层和刚性基层。底基层是指下层的基层 垫层 垫层是介于基层与土基之间的层次 垫层指铺设于基层和路床之间的过渡层,一般为级配砂砾或级配碎石。? 并非所有的路面结构中都需要设置垫层,只有在土基处于不良状态,如潮湿地带、湿软土基、北方地区的冻胀土基等,才应该设置垫层,以排除路面、路基中滞留的自由水,确保路面结构处于干燥或中湿状态。 垫层主要起隔水(地下水、毛细水)、排水(渗入水)、隔温(防冻胀、翻浆)作用,并传递和扩散由基层传来的荷载应力,保证路基在容许应力范围内工作。 修筑垫层的材料

路面结构组合设计

路面结构组合设计 1.1设计说明 1.1.1工程概况 (1)工程所在地:湖南省境内 (2)公路自然区划:区,由地下水位资料可知该路基为潮湿状态; (3)公路等级:一级公路(双向四车道、设中央分隔带); (4)路线总长度:1223.061m。 1.1.2设计内容 沥青混凝土路面 (1)拟定路面结构组合方案,进行方案比较。 (2)进行轴载换算(手算和程序计算),确定路面设计弯沉值。 (3)确定路基路面结构层设计参数。 (4)各结构层材料组成设计。 1.1.3设计成果 (1)设计说明书; (2)沥青路面结构设计图。 1.2 主要技术经济指标 1.2.1交通组成 经调查预测,本路竣工后第一年双向平均日交通量下表(辆/d) 交通组成(辆/日) 解放CA10B 211 解放CA390 240 东风EQ140 399 黄河JN150 388 黄河JN253 400 长征XD980 126 日野ZM440 240 日野KB222 176 太拖拉138 51 轴重小于25kN的车辆2601 交通量年增长率 4.7%

预测交通组成表表2 车型前轴重(KN) 后轴重(KN)后轴数后轴轮组数交通量(次/日) 解放CA10B 19.4 60.85 1 双211 解放CA390 35 70.15 1 双240 东风EQ140 23.7 69.2 1 双399 黄河JN150 49 101.6 1 双388 黄河JN253 55 66 1 双400 长征XD980 37.1 72.65 1 双126 日野ZM440 60 100 1 双240 日野KB222 50.2 104.3 1 双176 太拖拉138 51.4 80.6 1 双51 交通量增长率 (%) 4.70% 备注:依据规范,轴重小于25KN的车辆不计入计算; 使用期内交通量平均增长率为4.7%,沥青混凝土路面设计使用年限15年。 2. 沥青混凝土路面结构设计 2.1轴载换算 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,小客车不考虑轴载。 2.1.1 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次,昼夜交通量(辆/日)为双向车道年平均日通行车辆数。 ①轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式: 式中:轴数系数 轮组系数 其中: 计算结果如下表(表3)所示:

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