长大纵坡路面合理结构与提高整体寿命技术研究
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摘要
随着我国交通事业的不断发展,道路的建设重心逐渐向西部山区、丘岭等地带转移,由于受西部地区地形条件的限制,路线设计过程中不可避免的要出现“长大”纵坡路段。山岭区长大纵坡的特殊纵坡条件,造成车辆在长大纵坡地段行驶时车速较慢且制动频繁,加之受超载和重载以及慢行车速等众多因素的影响,导致长大纵坡路段的车辙病害和疲劳开裂比较严重,尤其是在持续的上坡地段,受持续高温的影响车辙、拥抱、疲劳病害的形成和发展都会远远超过预估的情况,因此开展大纵坡路面合理结构与提高整体寿命技术研究具有重要意义。
本文主要对以下几个方面的内容进行了研究：(1)在调查分析山岭重丘区重载大纵坡路面的破坏类型的基础上系统分析路面发生破坏的原因,为后期研究提供了依据和基础。(2)编译了基于Matlab的粘弹性有限元计算程序,将表征材料粘弹性特征的Burgers模型转化为Prony级数形式,便于后期采用Abaqus等大型有限元程序进行仿真分析。(3)建立了基于粘弹性理论的三维有限元模型,深入研究了不同工况下长大纵坡路面受力状态,对纵坡坡度、超载、低速、轴载作用次数等路况下车辙深度进行了定量预估,在此基础上对纵坡路段进行了分级。(4)通过系统研究上中面层9种级配沥青混合料的抗剪切性能,对比分析沥青路面上、中面层材料5种组合方案的抗车辙性能,优化沥青路面下面层材料4种组合方案的抗开裂性能和抗疲劳性能,确定了基于路用性能的沥青路面不同层位的合理面层材料。(5)为了提高沥青路面基面层间界面粘结效果,从基层表面处治技术与新型层间封层技术两方面出发,首次全面研究了表面未处治、表面拉毛和刻槽三种基层处理方式以及“一油一料”和“两油一料”两种层间封层技术不同组合下的层间粘结效果,为沥青路面基面层间加强技术的选择提供参考,并对比研究了乳化沥青、SBS改性沥青、壳牌沥青、环氧树脂基质沥青及环氧树脂乳化沥青等半刚性基层表面粘结层技术性能效果。(6)针对长大纵坡沥青路面破坏的特点,参照现行公路沥青路面设计指标,提出基于车辙标准的轴载换算方法与长大纵坡路段沥青路面设计控制指标,并推荐了山岭重丘区高速公路的典型结构及施工质量控制指标。最后通过现场试验路铺筑,提出了沥青混合料及层间处治措施的具体施工方法。
With the continuous development of transport, road construction is shifting to the western mountains and other areas, due to the terrain conditions of the western region, the route design process is inevitable to a Longitudinal Slope. In conditions of the mountains special conditions, vehicles traveled with the low speed and slow and brake frequently in the longitudinal sections. In addition by overloading and slow speed and many other factors, rutting and fatigue cracking of the Longitudinal Slope is more serious especially in the continuous uphill section. Subject to the impact of sustained high temperature, the formation and development of rutting, hugging and fatigue are far more serious than expected.
Based on the survey of the types of damage in the mountainous areas with Longitudinal slope, analysis the reasons of the damage, through the establishment of a theory based on three-dimensional viscoelastic finite element model to study the longitudinal growth sections of the pavement state, and analyze the influence of longitudinal slope, overload, low speed and axle load times on the stress distribution and the depth of rutting, presented the reasonable asphalt pavement surface layer division of labor characteristics and thickness on the Mechanical Analysis of asphalt pavement of typical longitudinal section, analysis the shear resistance of the used asphalt mixture gradation in the surface layer by uniaxial penetration test, The shear resistance of9kinds graded asphalt mixture surface layer are systematic researched, the rutting resistance of5combination scheme are comparative analysied, the anti shrinkage performance and fatigue performance of4groups pavement layer combination scheme are optimized, through these research. The different layers of reasonable asphalt pavement surface layer materials are determined based on road performance. Comparative Analysis of the penetration effect and the bonding properties of kerosene diluted asphalt, emulsified asphalt, modified asphalt emulsion and the P-SP emulsified asphalt, and proposed a new layer construction Treatment technology and technical standards of a high bond "two oil a material" for the first time. Finally, for longitudinal growth characteristics of asphalt pavement damage, with reference to the existing asphalt pavement design indicators, proposed the standards-based method of axle load conversion and the design control indicators of growth Longitudinal sections of asphalt pavement and recommend the typical structure and the construction quality control indicators of the mountainous area.
本文主要对以下几个方面的内容进行了研究：(1)在调查分析山岭重丘区重载大纵坡路面的破坏类型的基础上系统分析路面发生破坏的原因,为后期研究提供了依据和基础。(2)编译了基于Matlab的粘弹性有限元计算程序,将表征材料粘弹性特征的Burgers模型转化为Prony级数形式,便于后期采用Abaqus等大型有限元程序进行仿真分析。(3)建立了基于粘弹性理论的三维有限元模型,深入研究了不同工况下长大纵坡路面受力状态,对纵坡坡度、超载、低速、轴载作用次数等路况下车辙深度进行了定量预估,在此基础上对纵坡路段进行了分级。(4)通过系统研究上中面层9种级配沥青混合料的抗剪切性能,对比分析沥青路面上、中面层材料5种组合方案的抗车辙性能,优化沥青路面下面层材料4种组合方案的抗开裂性能和抗疲劳性能,确定了基于路用性能的沥青路面不同层位的合理面层材料。(5)为了提高沥青路面基面层间界面粘结效果,从基层表面处治技术与新型层间封层技术两方面出发,首次全面研究了表面未处治、表面拉毛和刻槽三种基层处理方式以及“一油一料”和“两油一料”两种层间封层技术不同组合下的层间粘结效果,为沥青路面基面层间加强技术的选择提供参考,并对比研究了乳化沥青、SBS改性沥青、壳牌沥青、环氧树脂基质沥青及环氧树脂乳化沥青等半刚性基层表面粘结层技术性能效果。(6)针对长大纵坡沥青路面破坏的特点,参照现行公路沥青路面设计指标,提出基于车辙标准的轴载换算方法与长大纵坡路段沥青路面设计控制指标,并推荐了山岭重丘区高速公路的典型结构及施工质量控制指标。最后通过现场试验路铺筑,提出了沥青混合料及层间处治措施的具体施工方法。
With the continuous development of transport, road construction is shifting to the western mountains and other areas, due to the terrain conditions of the western region, the route design process is inevitable to a Longitudinal Slope. In conditions of the mountains special conditions, vehicles traveled with the low speed and slow and brake frequently in the longitudinal sections. In addition by overloading and slow speed and many other factors, rutting and fatigue cracking of the Longitudinal Slope is more serious especially in the continuous uphill section. Subject to the impact of sustained high temperature, the formation and development of rutting, hugging and fatigue are far more serious than expected.
Based on the survey of the types of damage in the mountainous areas with Longitudinal slope, analysis the reasons of the damage, through the establishment of a theory based on three-dimensional viscoelastic finite element model to study the longitudinal growth sections of the pavement state, and analyze the influence of longitudinal slope, overload, low speed and axle load times on the stress distribution and the depth of rutting, presented the reasonable asphalt pavement surface layer division of labor characteristics and thickness on the Mechanical Analysis of asphalt pavement of typical longitudinal section, analysis the shear resistance of the used asphalt mixture gradation in the surface layer by uniaxial penetration test, The shear resistance of9kinds graded asphalt mixture surface layer are systematic researched, the rutting resistance of5combination scheme are comparative analysied, the anti shrinkage performance and fatigue performance of4groups pavement layer combination scheme are optimized, through these research. The different layers of reasonable asphalt pavement surface layer materials are determined based on road performance. Comparative Analysis of the penetration effect and the bonding properties of kerosene diluted asphalt, emulsified asphalt, modified asphalt emulsion and the P-SP emulsified asphalt, and proposed a new layer construction Treatment technology and technical standards of a high bond "two oil a material" for the first time. Finally, for longitudinal growth characteristics of asphalt pavement damage, with reference to the existing asphalt pavement design indicators, proposed the standards-based method of axle load conversion and the design control indicators of growth Longitudinal sections of asphalt pavement and recommend the typical structure and the construction quality control indicators of the mountainous area.
引文
[1]吴浩,裴建中,张久鹏.长大纵坡路段沥青路面车辙规律及影响因素[J],长安大学学报(自然科学版),2009，,29(6)：28～31
[2]张勇,陈永胜,山区高速公路长大下坡避险车道设置研究[D],北京工业大学,硕士论文,2008年
[3]许银行.陡坡路段SMA沥青混合料研究.长安大学硕士论文[D],2006年
[4]王佐,孙忠宁,张江洪,欧洲高速公路长大纵坡设计技术[J],公路,2008(9)：58～61.
[5]关建国,重载交通道路路面结构优化研究,大连理工大学硕士论文[D],2002年
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