長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求(含新舊規(guī)范對應(yīng)力分析)

1、長壽命路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),喬慧園 交通運(yùn)輸分院,1、長壽命路面標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求 2、新舊規(guī)范對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析,1、長壽命路面標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求,1.1長壽命路面概述 1.2長壽命路面理念 1.3長壽命路面設(shè)計(jì)要求 1.4長壽命路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),1.1、長壽命路面概述,1定義 長壽命路面（ Long life asphalt pavement，簡稱LLAP ），是指路面設(shè)計(jì)壽命超過40年，相對于現(xiàn)有的路面其日常養(yǎng)護(hù)要求總費(fèi)用更低的路面結(jié)構(gòu)。,1.1、長壽命路面概述,特點(diǎn)： a) 設(shè)計(jì)壽命達(dá)到40年以上; b) 在設(shè)計(jì)壽命期間不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞, 路面的 損壞只發(fā)生在表面功能層; c) 只進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù),

2、 不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性大修,即不 需要對主要承重層進(jìn)行大修; d) 路面厚度較大, 因此, 初期費(fèi)用可能偏高, 但維修費(fèi)用低, 在壽命周期內(nèi)最為經(jīng)濟(jì).,1.1、長壽命路面概述,2國外研究概述,1.1、長壽命路面概述,2國外研究概述,2國外研究概述,（1）New Jersey：New Jersey運(yùn)輸部對I-287州際道路的路面損害情況進(jìn)行調(diào)查。該道路1993年年平均日交通量為11.1019萬次，貨車占22，重貨車占9。20年累計(jì)當(dāng)量荷載5 000萬次。由于是重載交通，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車、慢速行車。1963年修建，原結(jié)構(gòu)為3inHMA面層+7in基層+8in密級配的級配碎石+10in級配砂礫底基層，路

3、基為粉質(zhì)砂土。該工程1994年完工，2001年調(diào)查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)任何開裂、車轍，預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠使用40年以上。,2國外研究概述,德國：1977年德國A5高速公路 Frankfurter Kreuz采用的結(jié)構(gòu)是37mm澆注瀝青砼面層+200mm瀝青砼基層+150mm穩(wěn)定底基層。該高速公路雙向日交通量152000輛/d，重載貨車比例為1020，使用17年后標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)為125百萬次，到現(xiàn)在仍然使用良好,3.國內(nèi)研究概述,3.國內(nèi)研究概述,3.國內(nèi)研究概述,國內(nèi)研究尚處于起步階段 國內(nèi)最接近長壽命路面研究思路的是復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。,復(fù)合式路面,指面層由水泥混凝土板(CC) 及板上瀝青混凝土層(AC) 構(gòu)成,

4、 或由水泥混凝土復(fù)合板構(gòu)成的路面結(jié)構(gòu)。水泥混凝土包括普通水泥混凝土( PCC) 、碾壓水泥混凝土( RCC) 、鋼筋混凝土( JRC) 及連續(xù)配筋混凝土(CRC) 等,實(shí)踐表明，正確的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和適當(dāng)?shù)木S修，路面一定能夠使用很長時(shí)間,在瀝青層層底存在一個(gè)極限彎拉應(yīng)變水平, 當(dāng)路面在荷載作用下應(yīng)變低于這個(gè)水平時(shí), 不會(huì)發(fā)生疲勞損壞, 這一應(yīng)變水平即為疲勞極限。因此, 研究認(rèn)為瀝青路面存在一個(gè)面層厚度極限, 當(dāng)瀝青厚度超過此限值后, 路面結(jié)構(gòu)將不會(huì)出現(xiàn)由下到上的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性的車轍,1.2長壽命路面設(shè)計(jì)理念,設(shè)計(jì)面層較厚的路面結(jié)構(gòu), 控制住面層底部拉應(yīng)變水平, 從而使路面使

5、用年限大為提高,1.2長壽命路面理念,1.3長壽命路面設(shè)計(jì)要求,1.較高的路基穩(wěn)定性 2.良好的材料性能。 3.合理的路面結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)。 4.一定的結(jié)構(gòu)層厚度 5.較低的層底應(yīng)力 6.與排水相結(jié)合,提高路基的承載能力 盡可能小的不均勻變形 提供長期穩(wěn)定均勻的支撐,較高的 強(qiáng)度、溫度和水穩(wěn)定性,延緩或者防止路面的 結(jié)構(gòu)性破壞, 確保路面 結(jié)構(gòu)的長壽命,實(shí)現(xiàn)路面只有表層損壞, 維 修只需銑刨表面層, 再重 新加鋪罩面, 就能保證路 面長時(shí)間地使用下去。,控制結(jié)構(gòu)層底的拉應(yīng)力 防止出現(xiàn)一次性破壞和 疲勞開裂現(xiàn)象。,防排相結(jié)合,1.4長壽命路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),關(guān)于長壽命路面結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)外并不統(tǒng)一，相關(guān)設(shè)計(jì)

6、指標(biāo)多樣化，但最終目標(biāo)是統(tǒng)一的，即保證主要承重結(jié)構(gòu)達(dá)到長壽命的設(shè)計(jì)目的（如下圖）,長壽命路面壽命示意圖,長壽命路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：,表面功能層壽命應(yīng)達(dá)8年以上 主要承重層壽命應(yīng)達(dá)到40年以上 各層強(qiáng)度控制指標(biāo)選用相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算；,設(shè)計(jì)流程圖,2、新舊規(guī)范對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析,2.1修訂內(nèi)容 2.2新舊規(guī)范方法應(yīng)力計(jì)算 2.3新舊規(guī)范結(jié)果分析 2.4小結(jié),2.1修訂內(nèi)容,02版規(guī)范主要修訂內(nèi)容： 增添路面結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法和參數(shù) 修正應(yīng)力計(jì)算公式，拓展應(yīng)力分析適用范圍 強(qiáng)化路面組合和材料組成要求 整理路基和基墊層材料設(shè)計(jì)參數(shù) 改進(jìn)連續(xù)配筋混凝土面層的配筋計(jì)算方法 補(bǔ)充瀝青加鋪層設(shè)計(jì) 修改就混

7、凝土路面評定方法 擬定交通分析法,公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D402011），由交通運(yùn)輸部于2011年9月20日發(fā)布，自 2011 年12月1日起施行。,11版規(guī)范修改內(nèi)容,增加混凝土板極限斷裂的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)和貧混凝土及碾壓混凝土基層的疲勞斷裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； 考慮特種車輛和專用道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加極重交通荷載等級； 改進(jìn)接縫設(shè)計(jì)及填縫材料的選型； 完善連續(xù)配筋的裂縫間距和裂縫寬度兩個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)的計(jì)算公式；,2.2新舊規(guī)范方法應(yīng)力計(jì)算,1、荷載應(yīng)力計(jì)算 2、溫度應(yīng)力計(jì)算,荷載應(yīng)力計(jì)算,溫度應(yīng)力計(jì)算,94版 t m最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力 k t溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)由tm /fcm 查表確定 kx溫度

8、翹曲應(yīng)力系數(shù)，由L/r比值查圖,02版,k t溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) a、b、c回歸系數(shù)，由表確定,2.3新舊規(guī)范結(jié)果分析,1示例 假設(shè)：砼路面各計(jì)算參數(shù)如下： 砼彎拉強(qiáng)度 fr =5.0 PCC板 Ec =31000MPa 二灰碎石基層 E2 =1400MPa h2 =15cm 固化土處理土基 E1 =150MPa h1 =20cm 路基回填模量 E0 =40MPa 方案 ： 4m5m板，方案 ： 為3m4m板,11版規(guī)范修改內(nèi)容,增加混凝土板極限斷裂的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)和貧混凝土及碾壓混凝土基層的疲勞斷裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； 考慮特種車輛和專用道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加極重交通荷載等級； 改進(jìn)接縫設(shè)計(jì)及填縫材料的選型； 完善連續(xù)