2.加鋪層設(shè)計(jì)ppt課件

1、加鋪層設(shè)計(jì)周玉民周玉民同濟(jì)大學(xué)同濟(jì)大學(xué)2019.12.4 上海上海 JTG D40-2019宣講1、舊路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)2、舊路面處治3、加鋪層厚度設(shè)計(jì)4、防治反射裂縫措施提綱舊路面彎沉檢測(cè)板角、板邊、板中、接縫兩側(cè)）舊路面彎沉檢測(cè)板角、板邊、板中、接縫兩側(cè)）舊路面評(píng)價(jià)舊路面評(píng)價(jià) 接縫傳荷能力評(píng)價(jià)接縫傳荷能力評(píng)價(jià) 板下脫空評(píng)定板下脫空評(píng)定舊路面狀況舊路面狀況 斷板率斷板率 接縫錯(cuò)臺(tái)量接縫錯(cuò)臺(tái)量1 舊路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)1.1 舊路面彎沉檢測(cè)超車道行車道行車方向舊路面板彎沉脫空測(cè)點(diǎn)位置示意圖舊路面板彎沉脫空測(cè)點(diǎn)位置示意圖 1.2 舊路面評(píng)價(jià)表表 舊水泥混凝土路面接縫傳荷能力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)舊水泥混凝土路面接縫傳荷

2、能力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)優(yōu)良中次差接縫傳荷系數(shù) / %806080406020平均錯(cuò)臺(tái)量 /mm33771212舊水泥混凝土路面狀況評(píng)價(jià)包括斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量舊水泥混凝土路面狀況評(píng)價(jià)包括斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量2 舊路面處治直接加鋪破碎板置換清縫、補(bǔ)封板底灌漿錯(cuò)臺(tái)磨平表面清理舊路面碎石化2.1 直接加鋪通過(guò)破碎板置換、清縫、補(bǔ)封、板底灌漿、錯(cuò)臺(tái)磨平和表面清理等措施處治舊水泥混凝土路面板，然后在其上加鋪瀝青面層的改建方法。 優(yōu)點(diǎn)：舊混凝土路面充分利用 缺陷：反射裂縫2.1-1 板底灌漿板底灌漿材料板底灌漿工藝板底灌漿效果2.1-1.1 板底灌漿材料水玻璃水泥基灌漿材料復(fù)合灌漿材料如，乳化瀝青水泥基復(fù)合材料）2

3、.1-1.2 板底灌漿孔布設(shè)灌漿孔位置的布設(shè)灌漿孔位置的布設(shè) 2.1-1.3 板底灌漿步驟(1) 灌漿板的調(diào)查、標(biāo)識(shí)、記錄(2) 灌漿孔的布設(shè)與鉆孔(3) 灌漿材料漿體的制備(4) 監(jiān)控儀器的架設(shè)(5) 施工人員配備(6) 灌漿設(shè)備(7) 灌漿及灌漿壓力控制(8) 灌漿順序和二次灌漿(9) 養(yǎng)生(10) 彎沉檢測(cè)2.1-1.4 板底灌漿流程路面板脫空檢測(cè)評(píng)定（FWD、探地雷達(dá)）安全作業(yè)、交通控制孔位布置、鉆孔注漿、養(yǎng)生注漿孔封堵、路面清洗開(kāi)放交通檢驗(yàn)合格制漿復(fù)注YN2.1-1.5 板底灌漿效果取決于板底灌漿采用的材料水玻璃，差水泥基灌漿材料，較好水泥基復(fù)合灌漿材料，較好灌漿工藝灌漿孔布置壓力控

4、制灌漿的均勻性養(yǎng)生2.2 舊路面碎石化打碎壓穩(wěn)打碎壓穩(wěn)打裂壓穩(wěn)打裂壓穩(wěn)碎石化碎石化當(dāng)舊水泥混凝土面層損壞狀況嚴(yán)重時(shí)，宜選用打裂壓穩(wěn)方案或碎石化方案處治舊混凝土路面，根據(jù)公路等級(jí)和交通狀況，將處治后的舊路面用做改建路面的基層或底基層。打裂壓穩(wěn)改建方案，打裂后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板產(chǎn)生不規(guī)則開(kāi)裂，相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.40.6m2；碎石化改建方案，破碎后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板破碎成最大尺寸小于400mm的顆粒。 2.2-1.1 打碎壓穩(wěn)多錘頭破碎機(jī)Multiple Head Breaker，以下簡(jiǎn)稱MHB機(jī)屬“打碎壓穩(wěn)類機(jī)械，是輪胎自行式設(shè)備，其后部有2排重錘，錘重454545kg，

5、前后每對(duì)重錘有一套單獨(dú)的液壓提升系統(tǒng)為動(dòng)力，在破碎舊水泥混凝土路面時(shí)，重錘按一定規(guī)律下落，每重錘下落時(shí)可產(chǎn)生1.3811.1 kJ的沖擊能量。 MHB機(jī)機(jī)共振式破碎機(jī)屬“打碎壓穩(wěn)類機(jī)械，其工作原理是由凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的偏心力在機(jī)械與水泥混凝土路面接觸處產(chǎn)生高頻低幅的振動(dòng)，這種高頻低幅振動(dòng)能量大部分由水泥混凝土板吸收，從而造成水泥混凝土的解體碎裂。美國(guó)Resonant Machins, Inc.公司生產(chǎn)的共振式破碎機(jī)PB4，見(jiàn)下圖。 2.2-1.2 打碎壓穩(wěn)2.2-2 打裂壓穩(wěn)目前水泥混凝土路面重建中，“打裂壓穩(wěn)是采用最多的舊水泥混凝土路面處理方式，其代表性機(jī)械為沖擊壓路機(jī)。沖擊壓路機(jī)沖擊壓路機(jī)2.

6、2-3 碎石化路面銑刨機(jī)為礦山機(jī)械，用于露天礦的挖掘，近幾年才用于舊路面的重建之中。我國(guó)擬引進(jìn)的美國(guó)Trencor公司的RoadMiner系列的路面銑刨機(jī)，一次最大銑刨寬度為4.1m，最大銑刨深度為1.5m，可用大面積的水泥混凝土、瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層的重建，銑刨速度視用戶的集料粒徑要求決定 路面銑刨機(jī)路面銑刨機(jī)表表 不同碎石化方式的適用性排序表不同碎石化方式的適用性排序表 機(jī)械碎石化類型碎塊尺寸均勻性影響深度環(huán)境影響價(jià)格簡(jiǎn)易碎石化設(shè)備集料化56563沖擊壓路機(jī)打裂壓穩(wěn)65151鍘式破碎機(jī)打裂壓穩(wěn)44242多錘頭破碎機(jī)打碎壓穩(wěn)33334共振式破碎機(jī)打碎壓穩(wěn)22415路面銑刨機(jī)集料化11/262

7、.2-4 不同碎石化方式適用性不同碎石化方式適用性排序不同碎石化方式適用性排序3 加鋪層厚度設(shè)計(jì)補(bǔ)足厚度缺額的設(shè)計(jì)閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)3.1 補(bǔ)足厚度缺額的設(shè)計(jì)美國(guó)陸軍工程師部隊(duì)美國(guó)陸軍工程師部隊(duì)COECOE方法方法依據(jù)強(qiáng)化試驗(yàn)路的觀測(cè)和分析結(jié)果，于依據(jù)強(qiáng)化試驗(yàn)路的觀測(cè)和分析結(jié)果，于2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代中期提出年代中期提出了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗(yàn)厚度了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗(yàn)厚度hovhov的設(shè)計(jì)公式，的設(shè)計(jì)公式，COECOE在試驗(yàn)期間觀測(cè)到，瀝青加鋪層下的混凝土板在荷載作用在試驗(yàn)期間觀測(cè)到，瀝青加鋪層下的混凝土板在荷載作用下逐漸開(kāi)裂，并繼續(xù)發(fā)展到碎裂成下逐漸開(kāi)裂，并繼續(xù)

8、發(fā)展到碎裂成0.460.65m20.460.65m2的小塊，隨后的小塊，隨后路表彎沉隨荷載作用而急劇增長(zhǎng)，并在地基內(nèi)出現(xiàn)剪切破壞。路表彎沉隨荷載作用而急劇增長(zhǎng)，并在地基內(nèi)出現(xiàn)剪切破壞。美國(guó)美國(guó)AASHTO 方法方法()ovdefhA hhefbjbdbfexhC CChA為混凝土路面和瀝青面層的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，是混凝土路面板厚度缺額的函數(shù)。 A2.2233+0.00153(hdhef)20.0604(hdhef)。 3.2 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)AASHTO 2019De Bondt 方法Robert L. Lytton方法Molenaar方法Sousa方法3.2.1 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)2019年的AA

9、SHTO鋪面設(shè)計(jì)指南2019 AASHTO Pavement Design Guide中的加鋪層設(shè)計(jì)修改為基于力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)方法。 3.2.2 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)De Bondt的加筋瀝青加鋪層設(shè)計(jì)是在野外測(cè)量、室內(nèi)測(cè)試、理論發(fā)展和數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)上形成的。其設(shè)計(jì)思路為：應(yīng)用有限元方法，采用斷裂力學(xué)理論處理加筋瀝青加鋪層問(wèn)題，設(shè)計(jì)模型考慮裂縫/接縫間斷的存在，能預(yù)測(cè)交通荷載、溫度下降和不均勻的土壤運(yùn)動(dòng)的影響；裂縫在加鋪層中的擴(kuò)展；道路結(jié)構(gòu)的層間滑動(dòng)；加鋪層底加筋的作用。De Bondt等人用截面單元模型模擬舊路面結(jié)構(gòu)的裂縫/接縫行為，裂痕/接縫的界面剪切勁度Dtt必須來(lái)自野外記錄的裂縫的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

10、，其值代表特定環(huán)境速率和溫度的接裂縫的性能。通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)WD是目前測(cè)量裂縫相對(duì)豎向運(yùn)動(dòng)最合適的工具。De Bondt等人的設(shè)計(jì)方法，能夠評(píng)估各類加鋪層的壽命，所需數(shù)據(jù)可以通過(guò)實(shí)地評(píng)估和以材料為主的試驗(yàn)得到。 3.2.3 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)Robert L. Lytton于1989年基于對(duì)彈性地基梁模型的斷裂分析，提出了瀝青加鋪層在交通荷載作用下I型和II型裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算式，以及溫度荷載作用下I型應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算式，建立了加筋材料受力模型，引入加筋對(duì)瀝青加鋪層開(kāi)裂的影響。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Paris疲勞斷裂公式，提出瀝青加鋪層含加筋的厚度設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)用土工織物加筋瀝青加鋪層時(shí)，

11、必須選擇加鋪層厚度d0，織物或格柵承受的最大拉力，條形織物寬度和所用粘層油的數(shù)量。由于這些參數(shù)選擇相互影響，可以通過(guò)迭代過(guò)程進(jìn)行加鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì) 。()ndcAKdN3.2.4 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)Molenaar等人于2019年提出一種等效層模型，即將開(kāi)裂層以下部分結(jié)構(gòu)層含路基）、開(kāi)裂層所含結(jié)構(gòu)層及其加鋪層分別等效為一種材料，確定其當(dāng)量模量，然后按雙層體系地基、開(kāi)裂層進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)Paris公式提出加鋪層設(shè)計(jì)方法。等效層的模型可分為兩種情況，如下圖所示。 cd瀝青加鋪層舊路面層舊水泥處治基層路基Es等效層瀝青加鋪層舊路面層路基無(wú)結(jié)合料集料基層Es等效層cda)b)等效層模型等效層模型3.2.5

12、 閱歷-力學(xué)法設(shè)計(jì)E1, u1, h1E2, u2, h2kkE2, u2, h2E1, u1, h1ABPP正荷載偏荷載溫度收縮溫度收縮夾層AB夾層111trprrf11prr333tp333tp我們方法極限狀態(tài)方程：4 防治反射裂縫措施設(shè)置夾層 軟夾層 土工織物 土工格柵 金屬網(wǎng)格設(shè)置碎石緩解層增加瀝青加鋪層厚度提高瀝青混凝土的抗裂性能4.1 設(shè)置夾層設(shè)置夾層設(shè)置夾層夾層材料主要有應(yīng)力消散吸收夾層、土工織物和格柵等夾層材料主要有應(yīng)力消散吸收夾層、土工織物和格柵等幾類。其中，應(yīng)力消散吸收夾層包括橡膠瀝青、防裂貼幾類。其中，應(yīng)力消散吸收夾層包括橡膠瀝青、防裂貼和和SAMI等；土工織物夾層包括聚

13、丙烯或聚酯織物和聚乙烯、等；土工織物夾層包括聚丙烯或聚酯織物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯無(wú)紡織物；格柵包括聚丙烯或聚酯土工格柵、聚丙烯或聚酯無(wú)紡織物；格柵包括聚丙烯或聚酯土工格柵、玻璃格柵和金屬格柵。玻璃格柵和金屬格柵。在舊混凝土板上設(shè)置一層高彈性低勁度的橡膠瀝青軟夾層，可降低混凝土板與瀝青加鋪層之間的粘附阻力，使二者易于蠕動(dòng)滑移，從而減少溫度下降引起的反射裂縫；同時(shí)，由于隔開(kāi)了接縫裂痕端部，它也可以降低瀝青加鋪層底面的荷載應(yīng)力。無(wú)紡織物夾層的主要作用與橡膠瀝青應(yīng)力吸附夾層相似，而織物由于模量稍高，可對(duì)瀝青加鋪層起少量加筋作用。土工格柵的臨界應(yīng)力和應(yīng)變與織物相近。金屬格柵的剛度很大，而剛度大的夾層對(duì)

14、于降低瀝青加鋪層內(nèi)因溫度下降而引起的應(yīng)力和應(yīng)變的作用不如軟夾層，對(duì)于降低荷載產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的作用則遠(yuǎn)大于軟夾層。采用復(fù)合式夾層下層為應(yīng)力吸收層，上層為金屬格柵），雖然可以像軟夾層那樣減少溫度引起的反射裂縫，但仍保留了軟夾層不能降低加鋪層荷載應(yīng)力的缺點(diǎn)。4.2 碎石緩解層碎石緩解層碎石緩解層由于碎石緩解層本身的特性散粒體），可有效防治反射裂縫。由于碎石緩解層本身的特性散粒體），可有效防治反射裂縫。 容許板伸縮變形容許板伸縮變形 容許板翹曲變形容許板翹曲變形 接縫不向上擴(kuò)展接縫不向上擴(kuò)展4.3 增加瀝青加鋪層厚度增加瀝青加鋪層厚度增加瀝青加鋪層厚度一方面可以減少舊水泥混凝土路面的溫度變化，降低瀝

15、青加一方面可以減少舊水泥混凝土路面的溫度變化，降低瀝青加鋪層的拉應(yīng)力；鋪層的拉應(yīng)力；另一方面可以增加路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，降低接縫處的彎沉另一方面可以增加路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，降低接縫處的彎沉差，減少瀝青加鋪層的剪切應(yīng)力。差，減少瀝青加鋪層的剪切應(yīng)力。同時(shí)，對(duì)于較厚的瀝青加鋪層來(lái)說(shuō)，裂縫由加鋪層底部擴(kuò)展同時(shí)，對(duì)于較厚的瀝青加鋪層來(lái)說(shuō)，裂縫由加鋪層底部擴(kuò)展到頂面需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的距離，也即可以延長(zhǎng)其使用壽命。到頂面需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的距離，也即可以延長(zhǎng)其使用壽命。美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)AI的研究認(rèn)為，增加瀝青加鋪層的厚度可的研究認(rèn)為，增加瀝青加鋪層的厚度可以降低彎沉量，每增厚以降低彎沉量，每增厚1cm密級(jí)配瀝青混凝土約降低密級(jí)配瀝青混凝土約降低2%的的彎沉量，最高可降低彎沉量達(dá)彎沉量，最高可降低彎沉量達(dá)4%5%。當(dāng)需降低的彎沉量。當(dāng)需降低的彎沉量過(guò)大時(shí)，采用增厚瀝青加鋪層的方式是不經(jīng)濟(jì)的，需要考慮過(guò)大時(shí)，采用增厚瀝青加鋪層的方式是不經(jīng)濟(jì)的，需要考慮采取其它措施。由于道路凈空的限制，有時(shí)依靠增加瀝青加采取其它措施。由