精品文檔---永久性路面與結(jié)構(gòu)材料性能ppt課件

1、永久性路面與構(gòu)造資料性能永久性路面與構(gòu)造資料性能張起森張起森 教授教授 博士生導(dǎo)師博士生導(dǎo)師長沙理工大學(xué)長沙理工大學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、永久性路面設(shè)計(jì)理念一、永久性路面設(shè)計(jì)理念二、永久性路面設(shè)計(jì)方法二、永久性路面設(shè)計(jì)方法三、永久性路面的資料要求三、永久性路面的資料要求四、目前各地永久性路面情況四、目前各地永久性路面情況五、總結(jié)五、總結(jié)一、永久性路面設(shè)計(jì)理念定義定義 perpetual pavement perpetual pavement ：指只需定期改換路面：指只需定期改換路面表層把破壞限制在路面上層，而不需進(jìn)展表層把破壞限制在路面上層，而不需進(jìn)展構(gòu)造性修復(fù)或重建，且運(yùn)用壽命大于構(gòu)造性修復(fù)或

2、重建，且運(yùn)用壽命大于5050年的瀝年的瀝青路面。青路面。full-depth asphalt pavement full-depth asphalt pavement 全厚式路面全厚式路面deep strength asphalt pavement deep strength asphalt pavement 高強(qiáng)度路高強(qiáng)度路面面long-life asphalt pavementlong-life asphalt pavement長壽命路面長壽命路面設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)理念上面層：抗車轍才干和抗磨耗才干上面層：抗車轍才干和抗磨耗才干中間層：抗車轍才干中間層：抗車轍才干基層：抗疲勞才干基層：抗疲勞才干

3、 路基：高強(qiáng)、穩(wěn)定和鞏固路基：高強(qiáng)、穩(wěn)定和鞏固 最大拉應(yīng)變最大拉應(yīng)變路面根底路面根底100180mm高模量高模量抗車轍資料抗車轍資料(根據(jù)需求定根據(jù)需求定)柔性抗疲勞資料柔性抗疲勞資料 75100mm 4075mm 高質(zhì)量SMA、 OGFC 或 Superpave100150mm高壓力區(qū)高壓力區(qū)設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)理念自下而上進(jìn)展設(shè)計(jì)和施工自下而上進(jìn)展設(shè)計(jì)和施工根底高強(qiáng)、穩(wěn)定和鞏固根底高強(qiáng)、穩(wěn)定和鞏固 穩(wěn)定穩(wěn)定將運(yùn)用期間的季節(jié)性變化和體積變化降低到最將運(yùn)用期間的季節(jié)性變化和體積變化降低到最小小下面層加強(qiáng)抗疲勞性能下面層加強(qiáng)抗疲勞性能上面層加強(qiáng)抗車轍性能上面層加強(qiáng)抗車轍性能設(shè)計(jì)理念 永久性瀝青路面在運(yùn)用

4、過程中，為堅(jiān)持永久性瀝青路面在運(yùn)用過程中，為堅(jiān)持其良好的性能和運(yùn)用壽命，必需定期檢其良好的性能和運(yùn)用壽命，必需定期檢測，當(dāng)自下而上的疲勞開裂、溫度開裂、測，當(dāng)自下而上的疲勞開裂、溫度開裂、車轍等病害到達(dá)預(yù)定深度時(shí)車轍等病害到達(dá)預(yù)定深度時(shí)( (即到達(dá)磨耗即到達(dá)磨耗層深度層深度) )，就必需采取罩面等措施。對于，就必需采取罩面等措施。對于永久性瀝青路面而言，這點(diǎn)非常關(guān)鍵，永久性瀝青路面而言，這點(diǎn)非常關(guān)鍵，它保證了將病害限制在表層它保證了將病害限制在表層 ，且盡能夠，且盡能夠減小未來罩面的附加厚度減小未來罩面的附加厚度 重鋪厚度必重鋪厚度必需盡能夠采用原厚度需盡能夠采用原厚度 要應(yīng)防止以下景象發(fā)生

5、反復(fù)彎曲導(dǎo)致疲勞開裂 反復(fù) 變形導(dǎo)致導(dǎo)致車轍車轍HMA路基路基永久性路面優(yōu)點(diǎn)永久性路面優(yōu)點(diǎn)l瀝青路面壽命可達(dá)瀝青路面壽命可達(dá)5050年年l路面平整，噪音低，摩擦系數(shù)高路面平整，噪音低，摩擦系數(shù)高l本錢效益高本錢效益高l路面的養(yǎng)護(hù)維修僅限于面層路面的養(yǎng)護(hù)維修僅限于面層l瀝青面層可再循環(huán)瀝青面層可再循環(huán)l減少疲勞開裂和車轍損壞減少疲勞開裂和車轍損壞l最大限制地減少自然資源的運(yùn)用最大限制地減少自然資源的運(yùn)用l采用力學(xué)方法進(jìn)展路面設(shè)計(jì)，綜合思索疲勞開采用力學(xué)方法進(jìn)展路面設(shè)計(jì)，綜合思索疲勞開裂、車轍和溫度開裂裂、車轍和溫度開裂運(yùn)用時(shí)間運(yùn)用時(shí)間總費(fèi)用總費(fèi)用傳統(tǒng)路面?zhèn)鹘y(tǒng)路面永久性路面永久性路面經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)差

6、經(jīng)濟(jì)差二、永久性路面設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理力學(xué)方法力學(xué)方法設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程類似于其它構(gòu)造設(shè)計(jì)類似于其它構(gòu)造設(shè)計(jì)方法方法選擇控制點(diǎn)選擇控制點(diǎn)驗(yàn)算控制規(guī)范驗(yàn)算控制規(guī)范( (由下至上設(shè)計(jì)由下至上設(shè)計(jì)) )輸入資料性能參數(shù)輸入資料性能參數(shù)路面分析模型路面分析模型路面應(yīng)力和應(yīng)變路面應(yīng)力和應(yīng)變路面變換方程路面變換方程路面運(yùn)用壽命路面運(yùn)用壽命拉應(yīng)變規(guī)范拉應(yīng)變規(guī)范壓應(yīng)變規(guī)范壓應(yīng)變規(guī)范永久性路面設(shè)計(jì)過程永久性路面設(shè)計(jì)過程力學(xué)設(shè)計(jì)法力學(xué)設(shè)計(jì)法路面模型路面模型資料性能資料性能( (模量值模量值) )路面反響路面反響 ( (應(yīng)變應(yīng)變, , 應(yīng)力等應(yīng)力等) )轉(zhuǎn)移函數(shù)轉(zhuǎn)移函數(shù)路面壽命路面壽命能否滿足能否滿足? ?設(shè)計(jì)

7、設(shè)計(jì)完成完成盡量不讓瀝青層底拉盡量不讓瀝青層底拉應(yīng)變應(yīng)變6565或路基頂或路基頂壓應(yīng)變壓應(yīng)變 200 2001992年Monismith提出力學(xué)設(shè)計(jì)法的流程圖力學(xué)性能規(guī)范力學(xué)性能規(guī)范ESAL作用下彎曲拉應(yīng)變極值 65me(Monismith, Von Quintus, Nunn,Thompson等人研討發(fā)現(xiàn))垂直壓應(yīng)變極值 200mm路基疲勞開裂疲勞開裂控制點(diǎn)位置：面層底面控制點(diǎn)位置：面層底面控制規(guī)范：拉應(yīng)變控制規(guī)范：拉應(yīng)變65200mm 200mm 永久性變形永久性變形控制點(diǎn)位置：控制點(diǎn)位置： 路基頂面路基頂面控制規(guī)范：壓應(yīng)變控制規(guī)范：壓應(yīng)變 2006CBR6。 或者：路基上鋪石灰穩(wěn)定層或碎

8、石層底基層或者：路基上鋪石灰穩(wěn)定層或碎石層底基層05101520250123456789CBR加加鋪鋪層層厚厚度度要要求求/ /英英寸寸路面根底路面根底四、各地永久性路面情況 傳統(tǒng)的瀝青路面設(shè)計(jì)壽命為20年。適度添加路面強(qiáng)度及瀝青混合料基層厚度的永久性路面，那么甚至可以獲得50年或50年以上運(yùn)用壽命。歐洲運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介中國山東濱州永久性路面實(shí)驗(yàn)路各地永久性路面情況各地永久性路面情況歐洲運(yùn)用情況簡介歐洲運(yùn)用情況簡介 19771977年德國年德國A5A5高速公路高速公路Frankfurter KreuzFrankfurter Kreuz采用的采用的構(gòu)造是構(gòu)造是37mm37mm澆注瀝青

9、砼面層澆注瀝青砼面層+200mm+200mm瀝青砼基層瀝青砼基層+150mm+150mm穩(wěn)定底基層。該高速公路雙向日交通量穩(wěn)定底基層。該高速公路雙向日交通量152000152000輛輛/d/d，重載貨車比例為，重載貨車比例為10102020，運(yùn)用，運(yùn)用1717年后規(guī)范軸載次數(shù)為年后規(guī)范軸載次數(shù)為125125百萬次，到如今依然運(yùn)用百萬次，到如今依然運(yùn)用良好。良好。 再如德國漢堡高速公路都接受著非常重的交通量，再如德國漢堡高速公路都接受著非常重的交通量，構(gòu)造為構(gòu)造為35mm35mm澆注瀝青砼面層澆注瀝青砼面層+265mm+265mm瀝青砼基層瀝青砼基層+150mm+150mm級配砂礫級配砂礫+ +

10、防凍層防凍層歐洲運(yùn)用情況簡介歐洲運(yùn)用情況簡介 法國巴黎法國巴黎PeripheriquePeripherique道路雙向交通量道路雙向交通量200000200000輛輛/d/d，重載貨車占，重載貨車占1010，年規(guī)范軸次，年規(guī)范軸次1 1千萬。千萬。19931993年進(jìn)展了大修，構(gòu)造為年進(jìn)展了大修，構(gòu)造為40mm40mm排水面層排水面層+220mm+220mm高模量瀝青砼基層。高模量瀝青砼基層。 再如法國再如法國SteredStered高速，構(gòu)造為高速，構(gòu)造為70mm70mm瀝青砼瀝青砼+60mm+60mm瀝青穩(wěn)定砂礫瀝青穩(wěn)定砂礫+100+100350mm350mm水泥穩(wěn)定砂礫水泥穩(wěn)定砂礫+15

11、0mm+150mm砂層砂層歐洲運(yùn)用情況簡介歐洲運(yùn)用情況簡介 意大利的意大利的Del SoleDel Sole高速，構(gòu)造為高速，構(gòu)造為30mm30mm中粒式瀝中粒式瀝青砼青砼+70mm+70mm粗粒式瀝青砼粗粒式瀝青砼+150mm+150mm瀝青碎石瀝青碎石+360mm+360mm級配砂礫級配砂礫+300+300400mm400mm砂層砂層 奧地利奧地利BrennerBrenner高速，構(gòu)造為高速，構(gòu)造為27mm27mm細(xì)粒式瀝青細(xì)粒式瀝青砼砼+30mm+30mm中粒式瀝青砼中粒式瀝青砼+45mm+45mm粗粒式瀝青砼粗粒式瀝青砼+140mm+140mm瀝青碎石密級配瀝青碎石密級配+160mm+

12、160mm瀝青碎石瀝青碎石開級配開級配+300mm+300mm防凍層防凍層美國運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介 New JerseyNew Jersey New JerseyNew Jersey運(yùn)輸部對運(yùn)輸部對I-287I-287州際道路的路面損害情況進(jìn)州際道路的路面損害情況進(jìn)展調(diào)查。該道路展調(diào)查。該道路19931993年年平均日交通量為年年平均日交通量為11.101911.1019萬次，萬次，貨車占貨車占2222，重貨車占，重貨車占9 9。2020年累計(jì)當(dāng)量荷載年累計(jì)當(dāng)量荷載50005000萬萬次。由于是重載交通，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車、慢速行車。次。由于是重載交通，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車、慢速行車。196

13、31963年建筑，原構(gòu)造為年建筑，原構(gòu)造為3inHMA3inHMA面層面層+7in+7in基層基層+8in+8in密級密級配的級配碎石配的級配碎石+10in+10in級配砂礫底基層，路基為粉質(zhì)砂土。級配砂礫底基層，路基為粉質(zhì)砂土。美國運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介 New JerseyNew Jersey 運(yùn)用多年來除了部分進(jìn)展了小面積的補(bǔ)坑外，沒有經(jīng)運(yùn)用多年來除了部分進(jìn)展了小面積的補(bǔ)坑外，沒有經(jīng)過其他維修。調(diào)查發(fā)現(xiàn)路面維修很少，路表行車道處過其他維修。調(diào)查發(fā)現(xiàn)路面維修很少，路表行車道處產(chǎn)生了縱向疲勞開裂，且車轍深度到達(dá)產(chǎn)生了縱向疲勞開裂，且車轍深度到達(dá)25mm25mm以上。但以上。但是進(jìn)一步研

14、討闡明這些病害深度都沒有開展到路表是進(jìn)一步研討闡明這些病害深度都沒有開展到路表75mm75mm以下，因此決議冼刨調(diào)闡明以下，因此決議冼刨調(diào)闡明75mm75mm瀝青面層，重新瀝青面層，重新加鋪加鋪100mmHMA100mmHMA。該工程。該工程19941994年完工，年完工，20012001年調(diào)查時(shí)沒年調(diào)查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)任何開裂、車轍，估計(jì)構(gòu)造可以運(yùn)用有發(fā)現(xiàn)任何開裂、車轍，估計(jì)構(gòu)造可以運(yùn)用4040年以上。年以上。美國運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介 Iowa 20世紀(jì)世紀(jì)60年代建筑的州際道路年代建筑的州際道路I-80上的兩段道路，被上的兩段道路，被APA授予授予2002年永久性路面獎(jiǎng)，一條在年永久性路

15、面獎(jiǎng)，一條在Cedar，另一，另一條在條在Johnson。該獎(jiǎng)授予美國州際高速公路系統(tǒng)上的。該獎(jiǎng)授予美國州際高速公路系統(tǒng)上的6個(gè)不同路段。個(gè)不同路段。Cedar路段建筑于路段建筑于1962年，構(gòu)造為年，構(gòu)造為4.5inHMA面層面層+16inATB，直接放到細(xì)粒土上。運(yùn)用，直接放到細(xì)粒土上。運(yùn)用到如今為止分別在到如今為止分別在1967年、年、1990年進(jìn)展了外表修補(bǔ)。年進(jìn)展了外表修補(bǔ)。美國運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介 Iowa 與與Cedar不同的是，不同的是，Johnson路段路基土是罕有的潮路段路基土是罕有的潮濕，濕，1964年采用了年采用了6in土石底基層，構(gòu)造為土石底基層，構(gòu)造為3in

16、HMA面面層層+14inATB，1964年面層進(jìn)展年面層進(jìn)展2in罩面，罩面，1968年工程年工程終了，到如今只進(jìn)展過一些面層修復(fù)與剛通車時(shí)相終了，到如今只進(jìn)展過一些面層修復(fù)與剛通車時(shí)相比，如今比，如今I-80道路上的交通量曾經(jīng)增長了道路上的交通量曾經(jīng)增長了5倍多。實(shí)倍多。實(shí)際闡明，正確的路面構(gòu)造設(shè)計(jì)、嚴(yán)厲的施工質(zhì)量控制際闡明，正確的路面構(gòu)造設(shè)計(jì)、嚴(yán)厲的施工質(zhì)量控制和適當(dāng)?shù)木S修，瀝青路面一定可以運(yùn)用很長時(shí)間。和適當(dāng)?shù)木S修，瀝青路面一定可以運(yùn)用很長時(shí)間。美國運(yùn)用情況簡介美國運(yùn)用情況簡介 Washington 1999年該州交通運(yùn)輸部年該州交通運(yùn)輸部WSDOT對對480km全路段全路段進(jìn)展了詳細(xì)調(diào)

17、查。該路中有三種路面構(gòu)造：柔性構(gòu)造、進(jìn)展了詳細(xì)調(diào)查。該路中有三種路面構(gòu)造：柔性構(gòu)造、CTB基層水泥穩(wěn)定基層瀝青路面和基層水泥穩(wěn)定基層瀝青路面和PCC路面，依路面，依次占里程百分比為次占里程百分比為47、33和和20。而且全段被。而且全段被Cascade山脈分成兩個(gè)不同的氣候區(qū)，西部為溫暖海山脈分成兩個(gè)不同的氣候區(qū)，西部為溫暖海洋性氣候，交通量較高；而東部夏熱冬寒，部分路段洋性氣候，交通量較高；而東部夏熱冬寒，部分路段交通量較小規(guī)范軸次交通量較小規(guī)范軸次37.5萬次萬次/年年/車道，而有些路車道，而有些路段交通量又很高規(guī)范軸次段交通量又很高規(guī)范軸次2500萬次萬次/年年/車道。車道。馬里蘭州路面

18、構(gòu)造運(yùn)用情況 馬里蘭州的巴爾的摩環(huán)形公路也是一個(gè)馬里蘭州的巴爾的摩環(huán)形公路也是一個(gè)很好的例子，日交通量很好的例子，日交通量ADT是是175000輛輛/日，貨車占日，貨車占19。構(gòu)造為。構(gòu)造為2inSMA19+2.5inHMA基層大粒徑石基層大粒徑石料。總厚度為料?？偤穸葹?6in40.6cm，沒有，沒有發(fā)現(xiàn)自下而上的疲勞開裂，發(fā)現(xiàn)自下而上的疲勞開裂，4年的觀測闡年的觀測闡明，路面車轍正常，為明，路面車轍正常，為1/8in。俄亥俄州柔性路面研討俄亥俄州柔性路面研討 4 4條州際公路性能調(diào)查結(jié)果條州際公路性能調(diào)查結(jié)果 HMAHMA路面沒有修復(fù)或重建而運(yùn)用超越路面沒有修復(fù)或重建而運(yùn)用超越3434年年

19、 “沒有大量構(gòu)造性或排水維修的柔性路面沒有大量構(gòu)造性或排水維修的柔性路面 僅略多于目前僅略多于目前HMAHMA路面破費(fèi)路面破費(fèi)FHWA 長期路面性能研討數(shù)據(jù) GPS-6 (FHWA-RD-00-165)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 結(jié)論結(jié)論 大部分大部分AC 罩面罩面 15 years( 修復(fù)前修復(fù)前) 許多許多 AC罩面罩面 20 years 大破壞前大破壞前 厚面層意味著少厚面層意味著少: 疲勞開裂疲勞開裂 橫向開裂橫向開裂 縱向開裂縱向開裂外表開裂 過去普通以為瀝青路面的開裂是從下到上的開裂，但近幾年歐洲和美國加利福尼亞、伊利諾伊德克薩斯、肯塔基、弗羅里達(dá)等州調(diào)查發(fā)現(xiàn)輪跡帶出現(xiàn)自上而下縱向裂痕。弗羅里達(dá)大學(xué)

20、等對此展開了大量實(shí)際和現(xiàn)場調(diào)查研討，并獲得了一定成果外表開裂緣由 卡車輪胎引起的橫向應(yīng)力過大導(dǎo)致輪跡帶卡車輪胎引起的橫向應(yīng)力過大導(dǎo)致輪跡帶出現(xiàn)自上而下縱向裂痕出現(xiàn)自上而下縱向裂痕 溫度應(yīng)力出現(xiàn)較高的溫度應(yīng)力臨界形狀時(shí)溫度應(yīng)力出現(xiàn)較高的溫度應(yīng)力臨界形狀時(shí)間較短，如冬天普通是晚上出現(xiàn)間較短，如冬天普通是晚上出現(xiàn) 鋪筑設(shè)備伊利諾伊州運(yùn)輸部門研討人員發(fā)鋪筑設(shè)備伊利諾伊州運(yùn)輸部門研討人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn) 開裂開裂 (從外表開場從外表開場)軸載軸載外表開裂TRL新澤西 I-287外表開裂150 mm50 mm華盛頓瀝青路面Top-Down開裂 150 mmM32TRL CalAPT FHWA中國山東濱州永久性路面實(shí)

21、驗(yàn)路中國山東濱州永久性路面實(shí)驗(yàn)路 背景：濱州地處黃河尾閭、渤海之濱，背景：濱州地處黃河尾閭、渤海之濱，是聯(lián)接京津塘與山東半島兩大經(jīng)濟(jì)興隆是聯(lián)接京津塘與山東半島兩大經(jīng)濟(jì)興隆地域的交通樞紐和黃河三角洲開發(fā)的重地域的交通樞紐和黃河三角洲開發(fā)的重要基地。要基地。 實(shí)驗(yàn)路離黃河只需幾公里實(shí)驗(yàn)路離黃河只需幾公里2005年年6月開場施工，月開場施工，9月通車。月通車。實(shí)驗(yàn)路設(shè)計(jì) 與美國永久性路面一樣運(yùn)用與美國永久性路面一樣運(yùn)用PerRoad軟軟件進(jìn)展設(shè)計(jì)，但該路設(shè)計(jì)軸載是重載車件進(jìn)展設(shè)計(jì)，但該路設(shè)計(jì)軸載是重載車平均單軸重超越平均單軸重超越9噸。噸。 設(shè)計(jì)控制目的：設(shè)計(jì)控制目的： 疲勞：疲勞： 將將HMA層底程度拉應(yīng)變層底程度拉應(yīng)變70或或125作為破壞臨界值作為破壞臨界值 車轍：路基頂垂直應(yīng)變?yōu)檐囖H：路基頂垂直應(yīng)變?yōu)?00實(shí)驗(yàn)路設(shè)計(jì) 兩套資料性能及破壞規(guī)范：兩套資料性能及破壞規(guī)范： 土基模量土基模量48MPa，疲勞破壞臨界值是，疲勞破壞臨界值是70較為保守的規(guī)范，較為保守的規(guī)范，H