探讨刚性基层沥青路面结构
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长寿命沥青路面结构的探讨近年来,随着公路上的交通量以及汽车荷载的不断增加,有些公路通常达不到甚至远低于设计寿命就出现了损坏,需要进行大规模的养护维修或重建。
对于高速公路、城市间的重要道路,公路的维修必然造成用户的出行不便,延长用户的驾车时间,增加燃油消耗,造成大量的维修费用、用户费用的浪费等问题,同时对社会也带来巨大的经济损失,从寿命周期费用分析的角度看,这无疑是不经济的。
如何延长公路的使用年限,这已成为目前我国公路建设者最为关心的问题之一。
1 长寿命路面结构设计理念长寿命路面结构设计理念是为了提高沥青路面的使用寿命,采用较厚的沥青层柔性路面,以降低传统的沥青层底开裂和避免结构性车辙,使路面的损坏仅限于顶部(25~100mm),因此只需要定期的表面铣刨、罩面修复,在使用年限内不需要大的结构性重建。
长寿命路面结构设计要求考虑设计标准轴次、荷载以及轮胎压力及容易维修、施工适应性及施工速度、安全、耐久及可再生性能,并最大限度降低对环境的影响。
长寿命路面是指路面设计寿命超过40年的路面结构。
2 长寿命路面设计要求2.1较高的路基稳定性对于长寿命路面结构来讲,在设计时应尽可能地提高路基的承载能力,以便在环境和荷载作用下产生尽可能小的不均匀变形,从而为其上结构层提供稳定均匀的支承。
2.2良好的材料性能对于长寿命路面结构而言,其面层材料首先应具有较高的强度和温度、水稳定性,以抵抗大规模车辆荷载的重复作用引起的车辙,同时避免水损坏,确保行车安全性。
除此之外,长寿命路面结构对主要承重层材料的要求也很高,以确保结构层在使用寿命期内不发生疲劳破坏。
2.3合理的路面结构组成设计长寿命路面结构设计时要考虑路面各结构层的功能,充分发挥其整体性能,避免在长的寿命期内发生早期性损坏。
对于表面层,因其承受荷载、温度应力最大,又直接暴露在空气中,所以必须选择抗车辙、抗裂缝、抗磨耗、稳定、耐久、密水、粗糙抗滑的混合料和结构。
在表面层不能满足使用性能后,只需要铣刨表面层重新加铺。
浅谈透层和封层的施工在沥青路面的半刚性基层的应用迅猛发展的高等级公路在我国技术不断的得到完善,尤其是沥青路面的应用,沥青材料以其高适应性以及养护方便的优良性能等得到了公路建设工程界的认可和青睐。
沥青公路的基层在形变上较之其他路面的适应性要更强并且若是出现了病害容易修复,行车舒适度高,摩擦系数大,且噪音小、干净。
但是我国在有关无机结合料的基层以及沥青的混合料的各个面层之间的工艺处理的规定却很少,因此施工方在下封层等功能层也没有给予相应的重视。
因此文章通以提高公路的多面层的结构承载力以及抗水性能和耐久性为目的,对透层以及封层的结构型做了具体的论述,有针对的对施工工艺以及技术水平做了论述,以期公路建设可以达到其应有的效果。
标签:透层;封层;公路;刚性基层公路的路面在结构上都是多层结构,由面层以及半刚性的基层和垫层组成,面层通常使用沥青混凝土,基层则是由无机结合料构成。
这种结构再设计施工以及最初的设计中各层次之间的结合是最重要的。
而目前很多公路存在的病害的根本原因主要是两种:一种是水破坏,另一种则是不连续的面层造成的。
因此,基层的质量以及功能层的质量好坏与否都会直接对路面的使用寿命以及路面的质量造成影响。
1 透层所谓的透层就是一种透入基层表面的一种薄层,主要是煤沥青或者是乳化沥青和石油沥青在基层上的洒布所形成的。
并且从字面定义就可以看出,洒布的材料要渗透入基层,在基层的表面是不能残留有油膜的。
由于材料以及结构位置特点,透层既具有表面面层的水密性以及粘韧性,又具有基层的抗变形性和强度。
因此,从另一个角度看,透层也是可以作为无机结合材料过渡到有机结合料的一个耦合层。
1.1 机理。
透层在实质上是一种渗透层,位于无机结合料的表层,广泛应用于处理下面层以及基层之间结构。
主要的作用有以下几点:第一,对基层以及沥青面层的粘结性进行了增强,主要是由于材料深入了基层的空隙;第二,增强了基层表面对于细集料的结核性能;第三,基层在铺装后应当做养护,透层的处理工艺可以也是对基层养生的一种方式,不但保证了养生质量,同时也降低了养生费用;第四,形成了一个防水层,这是由于在透层渗透后基层的一些空隙被填满的缘故;最后,若是突发情况出现,而无法及时的对面层进行铺筑则可以对基层进行一定的防护,以防降雨以及临时行车对透层的破坏。
提高沥青路面面层与半刚性基层层间联结的施工方法泗洪县交通工程处江苏泗洪 211900一、背景技术1.我国的沥青路面结构包括:面层、联结层、基层。
现有的沥青路面施工基本满足目前交通荷载及交通增长需求,但大多在设计年限内就已出现不同程度的破坏,即层间抗剪强度不能够满足设计寿命要求。
由于沥青面层与基层的弹性模量相差很大,如层间不能进行适当的粘结处治,则往往会导致沥青路面过早的出现滑移、反射裂缝等多种路面层间病害。
2.沥青路面各结构层层间结合质量的好坏是影响沥青路面寿命的主要因素之一。
沥青面层与基层之间的联结对于路面结构的应力分布有很大的影响,目前多以碎石封层加透层油作为联结层进行层间处理。
当路面层间处治质量不好时,在车轮荷载的反复作用下,路面层间极易发生层间滑移破坏,产生月芽形推挤裂缝,再加上雨水的作用,导致沥青路面发生唧泥、坑洞等多种水损坏现象。
因此,为了保证沥青路面各结构层的整体性与耐久性,提高路面抗水损坏能力,必须加强沥青路面层间处治技术的研究。
3.现有沥青路面的施工方法,其施工步骤如下:步骤一:基层准备。
对基层的厚度、密实度、平整度、路拱等进行检查。
基层若有松散、坑槽等,必须先进行整修,并将基层清扫干净;步骤二:在基层表面洒布透层油;步骤三:洒布封层油,并立即均匀撒布预拌碎石;步骤四:摊铺沥青面层并按要求进行碾压。
4.现有沥青路面施工方法存在的问题:(1)摊铺时层间温差大,基层温度低,新铺设沥青温度高,两者之间不能很好的结合,易造成弱结合面。
(2)由于沥青面层与基层采用不同的混合料,弹性模量相差很大,则温度收缩或膨胀率也不同,容易出现滑移。
二、技术方案针对现有施工技术存在的缺陷,提供一种提高沥青路面层间联结的施工方法,目的在于增强沥青面层与基层之间的结合度,使层间联结状态更好,抗剪强度更高,层间的抗滑性能显著提升,以延长路面使用寿命。
图1为发明路面结构示意图图2试件剪切应力随剪切位移的变化示意图提高沥青路面层间联结的施工方法,其施工工艺步骤如下:步骤一:基层准备。
沥青路面结构组成(详细解读)一、组织结构(一)基本结构1.城镇沥青路面结构由面层、基层和路基(水泥路面多垫层)组成,层间结合必须紧密稳定,以保证结构的整体性和应力传递的连续性。
大部分道路结构组成是多层次的,但层数不宜过多。
2.行车载荷和自然因素对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱;对路面材料的强度、刚度和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。
各结构层的材料回弹模量应自上而下递减,基层材料与面层材料的回弹模量比应≥0.3;土基与基层(或底基层)的回弹模量比宜为0.08~0.4。
3.按使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同,在路基顶面采用不同规格和要求的材料分别铺设基层和面层等结构层。
4.面层、基层的结构类型及厚度应与交通量相适应。
交通量大、轴载重时,应采用高等级面层与强度较高的结合料稳定类材料基层。
5.基层的结构类型可分为柔性基层、半刚性基层;在半刚性基层上铺筑面层时,城市主干路、快速路应适当加厚面层或(+土工布)采取其他措施以减轻反射裂缝。
(判定刚性非刚性的指标:弯沉值)柔性基层:带沥青的、级配形式的——弯沉大,主控项目测弯沉半刚性基层:水泥、石灰稳定形式的——弯沉大,主控项目测弯沉刚性基层:水泥混凝土、钢筋混凝土——弯沉很小,主控项目不测弯沉(二)路基与填料1.路基分类从材料上,路基可分为土方路基、石方路基、特殊土路基。
路基断面形式有:路堤——路基顶面高于原地面的填方路基;路堑——全部由地面开挖出的路基(又分全路堑、半路堑、半山峒三种形式);半填、半挖——横断面一侧为挖方,另一侧为填方的路基。
土方路基 石方路基特殊土路基(湿陷性腹胀土冻土等)半填半挖2.路基填料高液限黏土、高液限粉土及含有机质细粒土,不适用做路基填料。
因条件限制而必须采用上述土做填料时,应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。
地下水位高时,宜提高路基顶面标高。
在设计标高受限制,未能达到中湿状态的路基临界高度时,应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路基填料。
重载交通沥青路面结构组合设计方法研究摘要:沥青路面结构组合设计是公路交通工程中的重要内容,而重载交通沥青路面结构组合设计更是其中的关键问题。
近年来,为了解决重载交通作用下路面的剪切破坏等问题,沥青路面结构组合设计方法得到了极大的丰富和改进,路面结构组合形式多样化。
然而,现有的沥青路面结构组合设计方法还存在不少问题和挑战,如何提出适合重载交通的沥青路面结构组合方案和设计方法,是当前需要解决的问题之一。
关键词:重载交通沥青路面;结构组合;设计方法1.重载交通的定义及特点重载交通可以简单地理解为交通流量大、超过一定载重能力的车辆密度的交通现象。
与其它道路交通相比,重载交通会带来更大的压力和挑战。
主要表现在以下几个方面:(1)载重能力要求高:重载交通对路面的承载能力要求较高,需要路面具备更好的抗压能力和耐久性,才能够保持道路的安全性和通行性。
(2)交通流量大:重载交通为高强度、高密度的车辆流量,会特别考验路面的牢固性以及技术和管理能力。
(3)车速较快:重载交通行驶经过的时间较短,路面对车辆的承载能力也应做出相应的调整,以满足高速行驶时对路面的需求。
重载交通需要特殊设计的原因在于,其对路面结构的要求较高。
从道路使用寿命和行车安全上考虑,设计者必须根据交通形式考虑路面结构的合理性。
路面结构要负担起承载交通载重的责任,并且要满足车辆行驶时的协调性和舒适性。
2.重载交通沥青路面结构的设计要求为适应不同的交通工况,重载交通沥青路面结构应当通过合理的组合设计,能够吸收和分散车辆的荷载,保持较长时间的平坦度和提供合适的摩擦力和舒适性。
重载交通沥青路面结构的设计要求主要包括以下几个方面:(1)承载力要求由于重载车辆的荷载较大,因此沥青路面结构必须具备足够的承载力以保证行车的安全和稳定。
一般来说,承载力的设计值应当略大于实际荷载的最大值,并考虑到路面结构的使用年限以及车辆速度等因素。
(2)平整度要求道路平整度对于用户的行车舒适性、车速和燃油消耗等方面都有很大影响。
基于半刚性基层适应性的沥青路面结构的研究摘要:目前在我国半刚性基层的适应性相对而言较弱,由于其结构路面早期破坏现象的频繁出现,受到了社会各界普遍关注。
为了缓解这一质疑,本文在综合考虑了荷载、车速、环境和路面结构等因素的前提下,深入分析在不同情况下半刚性基层的损坏机理,本着从结构方面增强半刚性基层的适用性为重心,进而使半刚性基层的结构疲劳寿命得到提高,并且以此为基础,使路面结构设计指标和参数得到优化。
这已成为现阶段针对半刚性基层的不适应性对路面结构的影响所急需解决的问题。
关键词:半刚性基层;适应性;沥青路面;结构中图分类号:u416.217文献标识码: a 文章编号:本文为了让半刚性基层的典型损坏模式和破坏过程得到很好的分析,并以此为基础对半刚性基层的适应性进行分析,来提出控制沥青路面半刚性基层的破坏模式。
对不同地区半刚性基层沥青路面损坏情况做了大量的现场调查,以及查阅综合了现有的文献。
并以对影响裂缝产生的因素进行分析作为基础,使路面结构能够在有限元软件上得到数值模拟,分别对层底应力在荷载等作用及在车速的作用之下对其分析,接下来对于路面结构在不同的接触状态之下和层底应力进行比对研究,还要根据不同结构类型的半刚性基层和施工工艺时所受的影响,最终结合减少路面裂缝角度的基础就能得到路面结构中半刚性材料最为合适的适用方式了。
基于半刚性基层适应性问题的提出随着我国在高等级公路对半刚性基层沥青路面的长期应用和相应研究,半刚性基层也逐步地暴露出一些缺陷和不足,主要有:(1)温度和水容易影响半刚性材料自身的特性,在基层出现温缩和干缩时,裂缝会缓慢向上下端扩展,导致沥青路面最后产生反射裂缝,路面结构的承载能力也因此降低,路面最后被破坏掉;(2)半刚性材料还有一个突出缺点,它的抗冲刷能力比较差,因为荷载的作用,半刚性材料在遇水后,水渍会残留在基层和面层的交界面,产生了动水压力,结果会导致路面出现积泥现象,并且会使结构层之间的粘连状态出现转变,而粘连状态一旦改变,在荷载、温度和车速等情况的作用下结构层的受力会受到极大的影响,路面终将开裂,车辙被破坏;(3)半刚性基层在产生了开裂现象时,将会影响路面结构的整体性,而路面承载能力也将下降,基层的结构疲劳寿命在外界因素综合作用下将出现明显缩短。
半刚性基层沥青路面结构特性分析王明远(郑州市市政工程总公司,郑州450007)摘要:针对高速公路半刚性基层沥青路面的早期损坏,从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等方面分析了半刚性基层沥青路面结构特点,提出防止路面早期损坏的措施.关键词:道路工程;半刚性基层沥青路面;路面养护;早期损坏中图分类号:U416.01文献标识码:A我国的高速公路半刚性基层沥青路面是公路发展的历史性产物.长期以来人们普遍认为这种路面具有以下优点:①板体性强,承载能力和抗变形能力高;②抗冻性好,能有效治理季节性冰冻地区的翻浆;③可以充分利用地方性材料,造价低.然而与国外的高速公路沥青路面早期损害相比,我国的路面损坏出现得更早,而且出现的损坏现象与设计控制的损坏有所不同.因此,必须针对我国高速公路沥青路面结构,深层次地剖析高速公路半刚性基层沥青路面的特点.1路面结构层层间状态特性现行公路沥青路面设计规范在进行半刚性基层沥青路面理论计算时,其中一个重要假定是层间接触条件为完全连续,即在设计结构厚度和验算沥青层底的拉应力时,假设路面各层之间的界面处于完全连续的状态.实际上沥青层与基层之间、沥青层各层之间、基层各层之间,都有可能是部分连续或者滑动的,完全连续的界面条件仅仅是开放交通初期层间尚未受任何影响时的一种理想状态.交通部公路所进行的加速加载试验显示:在表面轮迹带上出现纵向裂缝停止加载后,通过开挖发现,表面的纵向裂缝只产生在较薄的沥青层内,下面水泥稳定基层并没有发生疲劳破坏;但是水泥稳定基层顶面出现了磨蚀,表明在荷载作用下沥青层和半刚性基层处于滑动状态[1].为了分析层间接触条件变化对路面结构受力状态的影响,利用弹性层状体系理论计算了基层与沥青层之间不同界面条件下的应力分布,见图1.结果表明:基层与沥青层之间由连续变为滑动时,路表、路基弯沉增大,但是与荷载影响相比,层间联结状态对弯沉值的影响很小,即弯沉指标对界面条件的变化不敏感;当界面条件由完全连续状态变为完全滑动状态时,在100kN和300kN作用下,最大拉应力分别增加了29%,97%,最大剪应力分别增加了22%,63%;在滑动情况下,结构最大剪应力出现在荷载圆圆心下方,且随着荷载的增大,出现深度加深[1].曾梦澜等[2]分析了沥青面层与基层间接触条件对半刚性沥青混凝土路面极限轴载的影响.计算显示:接触条件由连续到滑动,可以导致极限轴载降低大约40%;在不同的接触条件下,所讨论路面结构的极限轴载在183~399kN之间变化,路面极限轴载与现实超载车辆轴载处于同一量级.文献[3]计算分析表明:当面层与基层完全连续时,路面剪应力从上至下逐渐减小,主要集中在面层内,传至基层顶面已经很小;面层与基层发生相对滑动后,面层内最大剪应力出现在面层中部,同时,基层顶面也形成两部分剪应力集中区域.以上力学分析表明,当层间界面条件由连续变为滑动时,路面结构的剪应力和拉应力将发生很大的变化.因此,可以说路面结构的剪应力、拉应力对边界条件和荷载具有很强的敏感性.沥青层之间不能成为整体,沥青层与基层不连续,有可能使沥青路面的使用寿命缩短,成为早期损坏的根源.一般情况下,基层材料的抗剪能力远低于沥青混凝土,所以面层与基层发生相对滑动对基层的受力很不利,过大剪应力使基层表面部分容易发生变形甚至破碎,从而在路表形成车辙、网裂和坑槽等早期破坏现象.而事实表明各层间的联结是路面结构中比较薄弱的地方,尤其是沥青混凝土面层与半刚性基层之间的联结.导致沥青面层和基层层间界面条件发生变化的因素见图2.排除非规范施工因素外,水的存在是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.由于我国的半刚性基层特别致密,水无法通过基层排走,滞留在基层表面的水使基层软化并形成泥浆.在荷载的作用下,沥青层和基层之间的界面至少在局部地方将从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态;而基层表面容易破坏成为灰浆,通过裂缝泵吸到路面上产生唧浆.同时,路面结构将产生较大的剪应力和拉应力,在较大的剪应力、拉应力的共同作用下造成路面提前破坏,而车辆的超载又加剧了这种破坏的发展2路面抗裂特性沥青路面出现裂缝是不可避免的,而半刚性基层沥青路面的开裂更加严重.路面存在裂缝,一方面使路面荷载变化不再连续,从而降低路面的传递荷载能力;另一方面为水提供了进入路面结构层的途径.图3对早期非荷载裂缝的成因做了简要概括.目前为止,沥青路面产生的温缩裂缝,尚无法避免和根治.因此从这个意义上讲,温度裂缝不能算是沥青路面的早期损坏,是属于一种正常的力学行为,但对于其带来的影响,需通过养护工作采取一定的措施加以弥补.半刚性基层沥青路面反射裂缝指沿开裂基层向上方扩展到沥青面层而形成的裂缝.很显然,反射裂缝的产生首先归因于半刚性基层的开裂,然后再经行车或温度、湿度变化引起沥青面层开裂.根据开裂原因半刚性基层开裂可以分为两大类:荷载型裂缝和非荷载型裂缝.正常条件下,我们更关注半刚性基层的非荷载型开裂.半刚性基层非荷载型裂缝包括:温缩裂缝和干缩裂缝.在基层开裂过程中,如果水进入路面结构内,虽然水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液,对开裂有一定重愈合作用;但在交通荷载作用下,由于压力水的渗透,水泥稳定材料的开裂也可能被加速.因为横向开裂,使半刚性基层成为被裂.缝隔开的板结构.板块之间的剪应力靠裂缝表面啮合实现,其传递随时间、年平均温度以及温度梯度而变化,从而使基层中对应产生不同的应力分布.当传荷能力很小时,一旦裂缝表面处拉应力消失,垂直于裂缝的拉应变就比板中间大得多.同时,在开裂处路基垂直应力增加,使得路面受力状态更加不利.在基层出现裂缝的位置,汽车荷载及温度荷载在裂缝对应的上方造成应力集中,从而导致沥青面层产生反射裂缝.3路面耐水特性沥青路面的水损坏已经成为沥青路面早期损坏的一种主要模式.整个水损坏过程包括:静水损害和动水损害两个方面.大量研究表明[4-6],动水压力作用是引发高速公路沥青路面水损害的重要原因,动水压力与行车速度的平方成正比,随行车速度呈级数增长,而超载又加速了损坏进程.根据实地调查我国半刚性基层沥青路面水损坏从发生的形式上主要分为两种类型:自上而下的路面水损坏和自下而上的水损坏. 自上而下的路面水损坏表现形式主要是表面松散和坑槽.它的形成条件是水能够渗入表面层,但继续往下渗透比较困难,同时存在外力作用的环境.据国内外的研究认定,沥青路面的空隙率小于8%时,沥青层中的水在混合料内部以毛细水的形式存在,在荷载作用下一般不会产生大的动水压力,不容易造成水损坏;而对于排水性沥青路面空隙率大于15%时,水能够在空隙中自由流动,也不容易造成水损坏.当路面实际空隙率在8%~15%的范围内时,水容易进入并滞留在混合料内部,在荷载作用下产生很大的毛细压力成为动力水,造成沥青混合料的水损坏.该类水损坏的进程与荷载的大小、频度有关.在初始阶段:集料与集料之间发生剪切滑移,伴有沥青膜移动和脱落;剪切应力超过沥青与集料的粘附力导致附着力丧失,但这个过程很短.在这个阶段,它往往局限于表面层发生松散和坑槽,如果及时修补,路面性能可以很快恢复;但是如果不及时维修,损坏面积将扩散很快.所以对该类水损坏要在其发生的初始阶段,尽快维修遏制其发展速度,尽量减小对路面的损坏. 当半刚性基层沥青路面的沥青层较薄时,路面的水损坏经常是自下而上发展的.此类水损坏主要由于半刚性基层本身的强度较高,细料含量又多,非常致密,透水性差,同时又存在一定的裂缝.水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚.沥青层和基层之间的界面条件将从想象中的连续状态变为滑动状态或半连续半滑动状态.沥青层底部的弯拉应变将可能成为控制指标,在交通荷载作用下,下面层将有可能早于基层首先发生弯拉开裂,并逐渐向上扩展.而且由于半刚性材料本身的微裂,导致水在半刚性基层内流动,使得半刚性基层不断松散.这种类型的水损坏基本过程见图4,且主要发生在雨季或梅雨季节以及季节性冰冻地区的春融季节,损坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆,然后松散形成坑槽,发生水损坏的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位.4路面荷载特性公路沥青路面设计规范中,进行半刚性基层层底拉应力验算时,轴载换算系数取8,标准设计轴载为100kN.下面做一个简单的比较,当轴载从100kN增至300kN时,不计其他因素的影响只考虑换算指数变化得到的轴载换算值,见表1.表中结果直观显示,在相同的换算系数等于8条件下,随着轴载的增加换算成的标准轴载数值增长惊人,更不要说轴载超过l30kN时,变化换算系数的影响。
浅谈沥青路面结构的三维模型建立1.引言目前我国现行的公路沥青路面设计规范是以层状弹性体系为基础。
层状弹性体系假定沥青路面各结构层之间的接触面完全连续[1]。
但是,实际道路中层间接触状态非常复杂,如果忽视层间结合的结构要求,或者没有有效的材料与工艺来实现层间粘结处理,层间结合面就会成为路面整体结构的薄弱环节,导致路面开裂、层间推移、车辙等破坏。
沥青路面作为我国的典型路面形式,对于层间接触状况的研究具有很高的工程价值和现实意义。
国内外众多学者对沥青路面的层间接触问题进行了相关研究,安兴华等人用基于快速拉格朗日有限差分法的FLAC软件,考虑层间部分接触状况,建立路面结构三维弹性层状体系模型,指出层间接触不良会导致路表产生推移和拥包,沥青层底面的切应力会因层间接触条件的不同而改变[2];宋学艺等人用BISAR3.0软件对半刚性基层沥青路面进行研究,得出层间接触状况改善,荷载对沥青路面力学响应的影响越小[3];本文选用沥青路面力学3D专业有限元软件EverStressFE进行建模研究,这可克服传统的大型通用有限元软件,如ABAQUS、ANSYS等,模型建立复杂,计算耗时过长,针对性不强等问题,同时能在一定程度上减少了科研的成本。
2.沥青路面结构的三维模型建立2.1 路面结构形式和荷载说明根据工程实际,拟定半刚性沥青路面结构形式,具体参数如表1所列。
本次分析中,选用单轴双轮组荷载(100kN),接地压力为700kPa,单轮额定荷载为25kN,采用双圆垂直均布荷载的接地压力形式,单轮接地面半径为10.7cm。
2.2有限元模型根据轮载作用形式的对称性,本文所用三维有限元软件EverStressFE将模型进行简化,即选取双轮接地面的1/4作为模型的荷载作用部分,将模型有限域的尺寸定为1m × 1m × 1.83m,整个有限元网格被划分为5320个单元,24143个节点。
为了提高计算精度,轮载作用的局部区域设置的网格较为密集(=400mm,=551mm),沿方向和方向均为9个节点;轮载区域外的网格设置得较为稀疏,沿方向和方向均为6个节点。
探讨刚性基层沥青路面结构
0 前言
超薄沥青混凝土是21世纪90年代发源于法国的一种新型路面材料。
超薄沥青路面结构
是指在强基薄面理论指导下,采用较厚的"高强度的半刚性基层和超薄沥青混凝土面层组成的沥青路面结构。
厚度一般为5~10cm。
具有如下特点:延长路面的使用寿命,改善行驶质量,修正道路表面缺陷,改善安全性能,增加路面的抗滑能力,改善表面排水性能,降低路面轮胎噪声,大大降低工程造价。
1 UTAC的组成结构及强度形成机理
1.1 组成结构
沥青混合料的结构特性与材料组成、材料力学性能及各部分组成之间的相对位置密切相关。
压实成型的沥青混合料是由集料、沥青胶浆和残余空隙所组成具有空间网络结构的多相分散体系,其力学强度主要取决于集料颗粒间的内摩擦力和嵌挤力、沥青胶结材料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性等方面,沥青混合料主要有悬浮-密实结构、骨架-空隙结构和骨架-密实结构三种典型结构类型。
1.2 强度形成机理
沥青混合料的强度由矿质集料骨架的强度和沥青的胶结强度两部分构成。
其一表现为颗粒材料的摩擦阻力;另一部分则表现了沥青材料的粘结、凝聚和抗拉能力。
作为影响沥青混合料粘弹性性质的根本因素.要求沥青胶浆具有合适的组成,即合适的粉胶比。
我国的沥青路面中总存在因粉胶比控制不当而产生的病害,为此应将粉胶比作为考虑因素。
2 UTAC混和料配合比设计正交试验分析
超薄沥青混凝土面层的厚度薄,沥青混合料中集料的粒径比较小。
同时要求具有较好的构造深度、抗滑性能和密实性能。
因此有必要对超薄沥青混凝土的级配组成、集料、沥青、填料及它们之间的合理组合进行专门研究。
2.1 原材料性能
为改善混合料中石料与沥青的粘附性,提高混合料的水稳定性.采用水泥和消石灰来代替矿粉。
超薄沥青混凝土配合比对路用性能及力学性能有多种影响因素,由沥青混合料的结构特点和强度形成的分析可以看出,沥青类型、集料类型、填料类型、粗集料含量、粉胶比等作为重要影响因素,对其强度和使用性能有较为复杂的影响.排列组合起来,试验量就非常之大,而且数据处理起来也非常麻烦。
2.2 超薄沥青混合料性能的优化
由各因素对考核指标的影响程度对比分析,可以得出如下结论:
(1)为提高混合料的高温性能而过多地加大粉胶比,将导致低温性能、强度及其他使用性能的下降。
(2)辉绿岩同样具有较好的路用性能,完全能满足高等级沥青路面对于表面抗滑、水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性能的要求,用于沥青混凝土路面的上面层,能取得可观的经济效益。
(3)使用改性沥青在沥青混凝土中的不可替代优势。
(4)对于混合料使用性能的其他方而,使用水泥或石灰作为填料对结果的影响相差不大。
(5)在粗集料形成了骨架而细集料又正好填满骨架空隙时,混合料的动稳定度应当有极大值。
3 超薄沥青路面参数影响分析及合理化取值
3.1 超薄面层总厚度及组合的影响
通过实验可以看出.路表弯沉随面层总厚度增大而减小,在上、下面层厚度分别相同的情况下,路表弯沉随另一面层厚度增大而减小:在面层总厚度不变的情况下,增加表面层厚度可减小总弯沉值。
其次是不同厚度上下面层组合情况。
上面层厚度分别相同时.基层及底基层底面的最大主应力值随面层总厚度的增大而减小。
影响基层及底基层底面的最大主应力值的主要是面层总厚度.上下面层的组合影响不大厚度组合不同.不同深度处最大剪应力峰值变化也不同。
在路表面,最大剪应力峰值随超薄面层厚度的增大而减小;在超薄表面层及基层内.最大剪应力峰值随超薄面层厚度的增大而减小;而在下面层内.最大剪应力峰值无明显规律。
在所有组合中,最大剪应力峰值的极值均出现在超薄面层结构内。
3.2 基层底基层总厚度的影响
从不同基层底基层厚度组合作用下的路表的弯沉变化曲线可以看出.基层厚度相同,底基层厚度增大弯沉值减小,底基层厚度相同.基层厚度增大弯沉也减小。
也就是说基层底基层不同厚度组合对路表弯沉没有明显的影响,其总厚度才是影响路表弯沉值主要因素。
底基层厚度相同,基层厚度增大,基层及底基层底面最大主应力减小;基层厚度相同,底基层厚度增大。
底基层底面的最大主应力值减小,基层底面的最大主应力值则随底基层厚度而变化,基层厚度较小时,最大主应力值随底基层厚度增加而加大.至底基层厚度20cm时达最大值.而后又随底基层厚度的增加而减小。
可见基层及底基层总厚度是影响基层及底基层底面最大主应力值的主要因素,另外,底基层厚度有一个最佳值,在本文所拟定的基层厚度组合中,基层厚度一定,底基层的最佳厚度为20cm。
3.3 剪应力的影响
在路表面最大剪应力峰值随基层底基层厚度的增减较小。
在超薄表面层内,最大剪应力峰值最大,最大剪应力峰值随基层底基层厚度的增大而增大。
在下面层内,最大剪应力峰值有增有减.但增减较小。
在基层内,最大剪应力峰值有增有减.但增减较小。
在底基层内,当底基层厚度不变时,最大剪应力峰值随基层厚度的增大而减小。
最大剪应力的峰值都发生在超薄面层内.因此,超薄面层的抗剪强度应较高。
4 超薄沥青路面结构和材料统一设计的方法
我国现行的路面设计规范.以弹性层状体系为基础,设计时先假定各层材料并根据材料的力学特性进行厚度计算,而后进行抗疲劳、抗车辙、抗低温开裂等方面的验算。
该设计过程对于路面结构、材料力学性质和环境交通条件等因素的考虑,多为相对独立的计算或验算过程。
难以解决路面结构与材料的力学性质和环境交通等因素之间相互影响甚至相互制约的矛盾。
5.结语
由于超薄沥青混凝土路面的相关研究尚处于起步阶段,许多内容尚不成熟,难免受多种因素的制约,如技术条件、计算手段、数据采集及自身水平等的限制。
本文只在静载条件下对沥青路面结构进行了分析,进一步的研究还需亟待。
参考文献
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