永久性路面与结构材料性能
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道阻且长行则将至作者:暂无来源:《科学中国人》 2019年第24期杜月娇交通是兴国之要、强国之基。
截止到2018年年底,全国的公路里程达485万公里,其中高速公路总里程已达14.3万公里,位列世界第一。
在这些令世人瞩目的成就背后,离不开无数交通科研工作者的默默奉献和辛勤付出,而山东省交通科学研究院道路基础研究中心团队就是他们中的杰出代表。
依托“山东省道路结构与材料重点实验室”“高速公路养护技术交通行业重点实验室”“山东省混凝土材料与桥梁结构工程技术研究中心”等省部级平台,山东省交通科学研究院道路基础研究中心着力打造创新工作室、创新团队、学术带头人“三位一体”的创新组织架构,持续聚焦交通基础设施性能、安全、智慧提升等技术热点研究,组建了“‘道可道’耐久性道路创新工作室”“‘砾青途治’新材料创新工作室”“‘砼芯同创’混凝土及结构创新工作室”以及“耐久性道路”“高性能沥青材料”“高性能混凝土”“道路质量提升技术”“大宗固废资源化路用”“智能感知与交通大数据”“路域交通安全”等创新团队,先后被授予“山东省创新型班组”“山东省工人先锋号”“全国工人先锋号”等诸多荣誉称号。
“道路基础研究中心是我院开展交通科研创新工作的中坚力量。
多年来,我们始终不忘初心,牢记使命,坚持以交通科研创新为引领,以弘扬劳模精神、‘工匠’精神为己任,不断培育、壮大交通科研创新团队,从而凝聚团队智慧,发挥团队力量,持续增强交通科研创新能力和水平,为我国的公路建设做出了积极贡献。
”山东省交通科学研究院院长王林如是说。
十五年到五十年,打造新一代绿色耐久路面延长路面使用寿命,降低成本能耗,打造新一代路面,是山东省交通科学研究院道路基础研究中心团队追求的目标。
经过十多年的持续攻关,他们解决了表面材料早期水损坏,重载交通车辙、疲劳开裂等问题,向着新一代绿色、耐久、智慧道路不懈前进。
“传统的沥青路面寿命设计为15年,而永久性沥青路面能达到50年以上。
车辙试验永久变形量一、引言车辙试验是一种常用于道路工程中的测试方法,通过模拟车辆在路面上行驶产生的变形,来评估路面的质量和承载能力。
其中,永久变形量是衡量路面变形程度的指标之一。
本文将对车辙试验的永久变形量进行全面、详细、完整和深入的探讨。
二、车辙试验概述车辙试验是通过在路面上安装一辆载重车辆进行模拟试验,以测试路面在不同荷载下的变形情况。
在试验过程中,车辆会多次行驶在同一轨道上,通过测量轮胎在路面上的碾压深度和宽度,可以获得路面的永久变形量。
三、永久变形量的含义和影响因素永久变形量是指路面在车辙试验过程中所产生的不可恢复的变形量。
它反映了路面在长期使用后的变形程度,直接影响着路面的平顺性、舒适度和安全性。
永久变形量的主要影响因素包括材料的力学性质、路面结构的设计和施工质量等。
3.1 材料的力学性质路面材料的力学性质包括弹性模量、粘弹性和塑性等。
弹性模量越大,材料的回弹能力越强,永久变形量越小;而粘弹性和塑性特性较强的材料,容易产生永久变形。
3.2 路面结构的设计路面结构的设计要合理,包括基层、底层和面层等的选材和厚度设计。
不同层次的结构和材料的组合对永久变形量有显著的影响。
3.3 施工质量施工质量直接影响着路面的变形情况。
施工过程中,包括材料的密实度、摊铺厚度、摊铺质量和压实度等因素都会影响永久变形量。
3.4 载荷特点车辙试验中的载荷特点,如轮胎的荷载大小、轴重、车速等,对永久变形量也有很大的影响。
不同荷载下,路面的变形程度可能会有所不同。
四、评估永久变形量的方法评估路面的永久变形量可以采用不同的方法,包括经验公式法、试验法和数值模拟方法等。
4.1 经验公式法经验公式法是根据过去的试验数据和经验总结得出的计算公式。
它简单易行,但只适用于特定条件下的路面和荷载情况,具有一定的局限性。
4.2 试验法试验法是通过进行车辙试验,直接测量车辙的深度和宽度等指标,从而计算得出永久变形量。
试验法是一种较为准确的评估方法,但成本较高、工作量大。
路面工程(第五版)习题参考答案备注:综述题有些只给了大纲,需要加以展开论述。
第一章路面工程概述(课本第一章相关部分)1、路面的功能要求包括哪几个方面?A.强度和刚度(承载能力)B 稳定性(水温稳定性)C 耐久性D 表面平整E 抗滑F 环保性-少尘、低噪音G 辨识性-色彩、车道改变2、对路面有哪些基本要求?(1)具有足够的强度和刚度(2)具有足够的水温稳定性(3)具有足够的耐久性和平整度(4)具有足够的抗滑性(5)具有尽可能低的扬尘性(6)符合公路工程技术标准规定的几何形状和尺寸3、路面结构为什么要分层,水泥混凝土路面和沥青混凝土路面如何进行分层?行车荷载和自然因素对路面的影响,随路面结构深度的增加而逐渐减弱,对结构层材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐减弱。
按照使用要求、受力状况、土基支撑条件和自然因素影响程度的不同划分。
通常分为面层、基层和功能层。
水泥混凝土路面:面层(水泥混凝土面板),基层(可分几个亚层),功能性垫层沥青混凝土路面:分层更细,面层、基层均可分几个亚层、在路基与基层间可设功能层。
4、路面结构层位与层位功能(沥青路面与水泥路面不同)面层:面层是直接同行车及大气接触的表面层次,它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用,同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响,因此,同其它层次相比,它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性,且应耐磨、不透水,表面还应有良好的抗滑性与平整度。
基层:主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基(含垫层及土基),因此,它也应具有足够的强度与刚度,并应具有良好的扩散应力的能力;基层受大气影响较面层小,但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿,故也应具有足够的水稳定性;同时,为保证面层平整,它还应具有较好的平整度。
功能层:为保证面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态必要时设置功能层。
美国新力学—经验设计法(MEPDG)综述1、力学—经验设计法(MEPDG)产性背景美国各州公路和运输官员协会(AASHTO)的路面经验设计(MEPDG)方法数十年来一直是美国路面设计的主流方法,该方法采用20世纪50年代末由美国伊利诺伊州的试验路数据建立的路面结构—轴载—使用性能三者间经验关系进行路面结构设计。
由于路面设计经验法存在经验数据的地域局限性等问题,AASHTO 一直在促进研究新的路面设计方法。
随着计算机及其建模技术的提高以及战略公路研究计划(SHRP) 和长期路面性能观测项目(LTPP)不断积累大量重要的路面性能信息,开发一套更加严密的路面设计方法的条件已经成熟。
AASHTO 的新建和改建路面力学) 经验设计指南就是在这一背景下诞生的。
新的路面设计法采用力学加经验的设计方法,使设计人员能够提高路面设计可靠度、预测特定的破坏模式、更好地描述季节/排水对路面的影响以及降低整个路面寿命周期费用。
MEDPG 基于力学一经验原理,为柔性路面、刚性路面及复合路面的设计提供了统一的基础,并采用共同的交通、路基、环境及可靠度设计参数,不但能预测多种路面性能,还在材料、路面结构设计、施工、气候、交通及路面管理系统之间建立了联系。
2、MEPDG 主要设计步骤MEPDG 主要分三个设计步骤川:第一步是建立分析所需的输入值,建立基础分析、路面材料特性及交通数据;第二步是结构—性能分析,经过迭代分析,得出满足性能要求的路面结构;第三步是不同设计方案的工程分析及寿命周期分析。
3、MEPDG 主要设计输入参数MEPDG 的设计输入参数主要有交通资料、气候资料以及路面结构和材料参数。
考虑到设计信息收集的复杂性和成本问题,为所有路面设计都提供完全详尽的信息是不现实的,为此设计指南采用分级的方法,允许设计人员根据工程的重要性和可用的信息灵活地选择设计输入。
这些设计参数分三个等级的输入:①等级1:要求对工程中使用的具体材料的参数进行详细地试验。
葫芦岛金湖银河片区综合开发项目路缘石、路面结构质量控制要点批准审核复核编制中国水利水电第999999工程局有限公司东营项目部2020年6月11号目录路面结构、路缘石质量控制标准 (1).1..1 路面设计原则 (1).2..1 设计标准 (1).3..1 交通量预测 (2).4..1 路面结构类型 (2).4.1.1 北二路新建路面结构 (2).4.2.1 省道S228路面结构设计方案 (4).4.3.1 省道S228项目加铺补强及置换基层段旧路病害处治 (6).5..1 沥青路面结构层技术要求及原材料技术要求 (6).5.1.1 沥青混合料矿料级配及配合比设计 (8).6..1 水泥稳定碎石及低剂量水泥稳定碎石施工 (15).7..1 沥青下封层施工 (19).8..1 密级配沥青砼面层的施工(AC-C) (20).9..1 路缘石的施工 (23).10..1 沥青路面路标使用性能要求 (24).10.1.1 路面交工验收弯沉 (24).11..1 路基防护设计方案 (25).11.1.1 路基排水设计 (25)路面结构、路缘石质量控制标准.1..1路面设计原则(1)路面在设计满足项目区域交通和使用功能的前提下,根据当地的气候、水文、地质等自然条件和交通情况,在设计年限内具有足够的承载力、耐久性、安全性的要求。
(2)根据东营市以往城市道路设计经验及施工要求,遵循道路工程新技术的发展方向,开展路面综合设计。
(3)依据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)及《城镇道路路面设计规范》(CJJ 169-2012),本着因地制宜、合理选材、方便施工、节约投资的原则,进行路面设计方案的技术经济比较,选择经济合理、技术先进并适合该地区情况的路面结构。
.2..1设计标准设计标准:沥青砼路面以双轮组单轴100KN为标准轴载,设计年限15年。
设计理论:沥青路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下弹性层状连续体系理论计算。
Planning and design规划设计89 基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想李娟(天津城建设计院有限公司武侯区分公司610000)中图分类号:TU7 文献标识码:B 文章编号1007-6344(2019)05-0089-01摘要:在建设现代公路时比较常用的一种材料就是沥青,其应用于公路路面也能取得良好的效果。
近年来我国交通的发展十分迅速,这也对沥青路面的质量提出了更高的要求。
为了能实现延长我国沥青路面使用的寿命这一目标,相关工作人员要深入分析耐久性沥青路面的设计思想,为人们提供更加优良的交通环境。
为此,本文就结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想进行深入分析。
关键词:结构层;寿命递增;耐久性;沥青路面设计我国交通行业快速发展的同时,且现代公路主要是以沥青路面为主。
当前很多国家对公路使用寿命的规定都比较短,因此在规定的使用年限之后需要全面进行路面改造工作,同时也需要投入大量的人力与物力,甚至也会严重影响交通环境[1]。
由此可见,当前人们应深入分析沥青路面的使用周期问题。
1 路面结构层寿命设计问题分析我国公路沥青路面设计主要是以各个结构层的寿命设计理念为基础。
由于在较长的路段内汽车荷载与环境等方面的影响较大,因此也就很难保证各个结构层达到预期的使用寿命。
实际的情况是当前我国高速公路路面使用情况能全面实现设计目标,但前期建设量较大,在近段时间内我国每年要进行沥青路面、基层的大修与改造的路段大约有10000km[2]。
这不仅造成了巨大的道路建设养护资金的浪费,同时也造成了交通拥堵以及额外的交通绕行的问题。
设计沥青路面的目的是保证设计的沥青路面在一定的年限内不发生结构性的破坏。
但是就目前我国沥青路面来分析,通常都是没有达到预期的设计寿命,使用10年左右就会出现不同层次的结构破坏问题,因此就需要加铺或者是进行铣刨罩面。
根据我国沥青路面设计的规范来看,在设计沥青路面时要遵循相关的寿命原则来确定出各个结构层的使用年限,忽略了路面的维修养护措施对结构功能与使用功能的恢复,同时也没有考虑到维修与养护方法成本差异问题。
长寿命路面( Long life asphalt pavement,简称LLAP ),是指路面设计寿命超过40年,相对于现有的路面其日常养护要求总费用更低的路面结构。
传统的沥青路面设计寿命为15年,适度增加路面强度及沥青混合料基层厚度的长寿命路面,可以获得50年或50年以上使用寿命。
现在欧洲正在使用的长寿命路面,已经充分证明了是具有良好的经济效益、使用寿命50年以上的良好性能路面。
2.特点长寿命路面具有如下特点:⑴ 在总费用上:初期修建费用很高,日常养护费用较少,总费用效益比最大;⑵ 在设计年限上:至少40年;⑶ 在损坏模式上:路面的损坏只发生在表面层,如表面开裂,不存在结构性破坏;⑷ 在养护维修上:只需要日常养护,不需要进行结构性大修;在道路使用上:能够承受更大的交通量和更重的交通荷载。
3.设计理念欧洲长寿命路面首先在重载交通道路上提出,以期能获得40年以上的使用年限。
其设计基本理念是:获得40年使用年限;结构设计要求考虑设计标准轴次、荷载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。
道路部门将这些因素都考虑进去,并最大限度降低对环境的影响。
长寿命路面不仅适用于大交通量道路,经适当的调整后也可用于中、低等级交通量道路。
长寿命路面的提出为交通量急剧增长的道路,特别是重载货物交通道路,提供了较好的设计方法,其路面技术还可以用于对旧路的维修、重建或扩建。
欧洲在19世纪90年代提出了长寿命路面,最早被英国确认,根据Powell等人的理论提出了早期的沥青路面设计方法。
Powell理论主张道路使用20年后,通过对原路面的补强来实现40年的设计寿命。
RL对51条厚沥青路面长期性能调查,并通过对柔性道路40年周期费用经济分析,包括道路路面性能的变异性、交通延误费用、维修相关费用,表明对于重载交通费用,较经济的道路设计就是增加设计年限最少为40年,这样无需结构性维修,以降低道路维修费用,减少道路交通延误,长寿命路面是首选设计方案。
路面工程(第五版)习题参考答案备注:综述题有些只给了大纲,需要加以展开论述。
第一章路面工程概述(课本第一章相关部分)1、路面的功能要求包括哪几个方面?A.强度和刚度(承载能力)B 稳定性(水温稳定性)C 耐久性D 表面平整E 抗滑F 环保性-少尘、低噪音G 辨识性-色彩、车道改变2、对路面有哪些基本要求?(1)具有足够的强度和刚度(2)具有足够的水温稳定性(3)具有足够的耐久性和平整度(4)具有足够的抗滑性(5)具有尽可能低的扬尘性(6)符合公路工程技术标准规定的几何形状和尺寸3、路面结构为什么要分层,水泥混凝土路面和沥青混凝土路面如何进行分层?行车荷载和自然因素对路面的影响,随路面结构深度的增加而逐渐减弱,对结构层材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐减弱。
按照使用要求、受力状况、土基支撑条件和自然因素影响程度的不同划分。
通常分为面层、基层和功能层。
水泥混凝土路面:面层(水泥混凝土面板),基层(可分几个亚层),功能性垫层沥青混凝土路面:分层更细,面层、基层均可分几个亚层、在路基与基层间可设功能层。
4、路面结构层位与层位功能(沥青路面与水泥路面不同)面层:面层是直接同行车及大气接触的表面层次,它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用,同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响,因此,同其它层次相比,它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性,且应耐磨、不透水,表面还应有良好的抗滑性与平整度。
基层:主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基(含垫层及土基),因此,它也应具有足够的强度与刚度,并应具有良好的扩散应力的能力;基层受大气影响较面层小,但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿,故也应具有足够的水稳定性;同时,为保证面层平整,它还应具有较好的平整度。
功能层:为保证面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态必要时设置功能层。