（交通运输工程专业论文）麻瑶公路破损水泥混凝土路面加铺沥青面层成套技术应用研究.pdf

m ay a oh i g h w a yb r o k e nc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t a s p h a l tc o n c r e t es u r f a c ee n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y p a c k a g er e s e a r c h ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e p e n g l i a n j u n s u p e r v i s o r p r o f p e n g b o c h a n g a l lu n i v e r s i t y x i a n c h i n a 论文独创性声明 本人声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 除论文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 晦sa 弓 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归属学 校 学校享有以任何方式发表 复制 公开阅览 借阅以及申请专利等权 利 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时 署名单位仍然为长安大学 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 掘 导师签名 钐左垒 必细年j 窍乡 日 加年j 艮今 摘要 本文以陕西省榆林市麻瑶公路破损水泥混凝土加铺沥青面层改造试验段工程为依 托 结合工程实际情况 针对破损水泥混凝土加铺沥青混凝土面层的难点 通过病害调 查 方案设计 施工工艺 试验检测等研究和工程实际 形成了破损水泥混凝土路面加 铺沥青混凝土面层工程成套技术 麻瑶公路是神府矿区煤炭运输公路 通行多年 路面长期在重荷载作用下 路面 破损严重 需要进行维修整治 以确保车辆行驶的安全和畅通 为了探索破损水泥混凝 土路面加铺沥青混凝土面层的成套技术 在本工程设计中 参考了其他地方的先进经验 结合工程实际等其他因素 进行了多方案设计 通过实践确定了沥青加铺层结构 配合 比 施工工艺等关键技术 反射裂缝是加铺层结构设计考虑的重点 为了减少反射裂缝 在工程上应用了防水防裂层 土工布等措施 施工工艺方面主要对施工配合比 面层施工 s t r a t a 应力吸收层施工等方面进 行了研究 特别是针对榆林地区夏季炎热雨大的条件 做了减少水破坏和增加高温稳定 性的考虑 而且为了工程质量 对原材料 面层平整度 沥青混凝土压实度等指标都做 了较高的要求 麻瑶公路破损水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层工程试验段取得了较好的效 果 整个试验段工程的设计方案 施工工艺为以后麻瑶公路等类似重载交通条件下破损 水泥混凝土改造方案提供了有效的参考 关键词 破损水泥混凝土路面病害加铺沥青混凝土面层设计施工工艺 效益分析 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r m ay a oy u l i nc i t y s h a a n x ip r o v i n c eh i g h w a yd a m a g e da s p h a l tc o n c r e t e s u r f a c el a y e rr e c o n s t r u c t i o np r o j e c t sr e l y i n go nt h et e s ts e c t i o n c o m b i n e dw i mp r a c t i c a l e n g i n e e r i n gs i t u a t i o n f o rt h eb r o k e nc o n c r e t ep a v e da s p h a l tc o n c r e t es u r f a c el a y e ro f d i f f i c u l t y t h r o u g hd i s e a s ei n v e s t i g a t i o n d e s i g n c o n s t r u c t i o np r o c e s s t e s td e t e c t i o nr e s e a r c h a n de n g i n e e r i n gp r a c t i c e f o r m i n gab r o k e nc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ta s p h a l tc o n c r e t e s u r f a c ee n g i n e e r i n gt e c h n o l o g yp a c k a g e m ay a oh i g h w a yi ss h e n f um i n i n gc o a lt r a n s p o r t a t i o nr o a d a c c e s sf o rm a n y y e a r s t h e r o a dal o n gt i m ei nh e a v yl o a d s r o a dd a m a g es e r i o u sn e e do fr e p a i ra n dr e n o v a t i o ni no r d e rt o e n s u r et h es a f e t ya n ds m o o t hf l o wo ft r a f f i c i no r d e rt oe x p l o r et h eb r o k e nc e m e n tc o n c r e t e p a v e m e n ta s p h a l tc o n c r e t es u r f a c es e t so ft e c h n o l o g i e s i nt h ee n g i n e e r i n gd e s i g n t h e r e f e r e n c et ot h ea d v a n c e de x p e r i e n c e so fo t h e rp l a c e s c o m b i n e d 晰mo t h e rf a c t o r ss u c ha s e n g i n e e r i n gp r a c t i c et oc o n d u c tam u l t i p r o g r a md e s i g n d e t e r m i n e dt h r o u g hp r a c t i c ea s p h a l t l a y e rs t r u c t u r e 谢也t h er a t i oo fk e yt e c h n o l o g i e ss u c ha sc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y r e f l e c t i v e c r a c k i n go v e r l a ys t r u c t u r ei st h ef o c u so fd e s i g nc o n s i d e r a t i o n s i no r d e rt or e d u c er e f l e c t i v e c r a c k i n gi ne n g i n e e r i n ga p p l i e dt ow a t e r p r o o fa n t i c r a c k i n gl a y e r g e o t e x t i l e a n do t h e r m e a s u r e s m a i na s p e c t so ft h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ec o n s t r u c t i o n 析t ht h er a t i oo ft h e s u r f a c el a y e ro fc o n s t r u c t i o n s t r a t as t r e s s a b s o r b i n gl a y e rc o n s t r u c t i o na n do t h e ra s p e c t s o ft h es t u d y e s p e c i a l l yf o ra r e a sw i t hh o ts u m m e r sa n dr a i ni ny u l i nc o n d i t i o n s d ot or e d u c e w a t e rd a m a g ea n di n c r e a s et h eh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t yc o n s i d e r a t i o n s b u ta l s oi no r d e rt o p r o j e c tt h eq u a l i t yo ft h er a wm a t e r i a l s s u r f a c es m o o t h n e s s d e g r e eo fc o m p a c t i o no fa s p h a l t c o n c r e t ea n do t h e ri n d i c a t o r sh a v ed o n eah i g h e rd e m a n d m ay a oh i g h w a yd a m a g e dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ta s p h a l tc o n c r e t es u r f a c e e n g i n e e r i n gt e s ts e c t i o nh a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t s t h ee n t i r et e s ts e c t i o nd e s i g ne n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yf o rt h ef u t u r er o a d sa n dt h el i k em ay a oh e a v yt r a f f i cc o n d i t i o n s b r o k e nc o n c r e t er e h a b i l i t a t i o np r o g r a m sp r o v i d eav a l i dr e f e r e n c ep o i n t k e y w o r d s c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s t r e s sd a m a g e da s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n t d e s i g na n dc o n s t r u c t i o n p r o c e s s b e n e f i ta n a l y s i so f 目录 第一章绪论 1 1 1 选题研究背景 目的和意义 一l 1 1 1 选题研究的背景 1 1 1 2 选题研究的目的 1 1 1 3 选题研究的意义 1 1 2 国内外研究现状 2 1 2 1 加铺层设计研究 2 1 2 2 沥青混合料设计研究 5 1 2 3 反射裂缝产生机理的研究 6 1 3 研究内容 7 第二章破损水泥混凝土路面路况调查及加铺改造方案 8 2 1 破损水泥混凝土路面路况调查 8 2 1 1 破损水泥混凝土路面结构调查 8 2 1 2 破损水泥混凝土路面病害调查 8 2 1 3 破损水泥混凝土路面弯沉调查 9 2 1 4 破损水泥混凝土路面状况评价 1 0 2 2 破损水泥混凝土加铺改造方案 1 2 2 2 1 破损水泥混凝土路面处治方案 1 2 2 2 2 破损水泥混凝土路面加铺改造方案 1 3 2 3 本章小结 一1 4 第三章沥青混合料试验研究 15 3 1 原材料试验研究 l5 3 1 1 沥青试验研究 1 5 3 1 2 粗集料试验研究 l7 3 1 3 细集料试验研究 2 0 3 2 沥青混合料配合比设计试验研究 2 l 3 2 1 主骨料空隙填充法 2 1 3 2 2 密断级配磨耗层沥青混合料配合比设计 2 3 3 2 3s m a 1 3 沥青混合料级配设计 2 6 3 2 4k h 2 5 中面层沥青混合料设计 2 9 3 2 5 细粒式防水防裂层配合比设计 3 0 3 2 6 砂粒式防裂调平层配合比设计 3 4 3 2 7s t r a t a 应力吸收层 3 5 3 2 8 沥青混合料配合比试验结果汇总 3 8 3 3 本章小结 3 9 第四章沥青加铺层施工工艺 4 1 z 1 1 z i l z 1 3 4 7 4 9 5 0 5 0 5 3 5 7 5 8 9 9 6 6 1 6 长安大学硕 j 二学位论文 第一章绪论 1 1 选题研究背景 目的和意义 1 1 1 选题研究的背景 榆林市自2 0 0 6 年开展大规模的农村公路建设以来 截止2 0 0 9 年底 全市农村公路 里程达到1 8 9 8 0 k m 其中水泥混凝土路面结构为8 6 5 3 k m 但随着通车年限的增加和车 流量的增大 特别早期建设的矿区 油区水泥混凝土路面出现大量的沉降 断板等结构 性破损病害 其中2 0 0 6 年建成的大约8 0 0 k m 病害最为严重 从榆林市交通局路面养护统计资料看 水泥混凝土路面技术状况指数p c i 值中级及 中级以下的里程占总里程的比列为8 1 多数项目已经达到了大修改造的条件 从养护工程费分配情况看 2 0 0 6 年以来榆林市农村公路路面养护经费占其全年养护 工程费的比列增长明显 表1 1 路面养护经费占全年养护工程费比例表 2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年2 0 0 9 年 5 5 5 66 4 7 5 以上数据表明 榆林市农村公路水泥混凝土路面养护已经进入整治维修改造阶段 为了科学 经济 有效的对混凝土路面进行大修改造 确保路面技术状况良好 有必要 对破损水泥混凝土路面的改造进行研究 因此 榆林市交通局在麻瑶公路进行了实践 以探索榆林市农村公路破损水泥混凝土道路改造的方法 1 1 2 选题研究的目的 本研究是探索榆林地区农村公路破损水泥混凝土道路路面整治维修改造的方法 为 今后榆林地区大规模的开展农村公路破损水泥混凝土道路路面大修改造提供可行 实用 的方案 使破损的水泥混凝土路面通过改造 恢复良好的表面性能 具有足够的强度 刚度和稳定性 1 1 3 选题研究的意义 水泥砼路面作为高级路面的一种主要结构形式 具有强度高 稳定性好 使用寿命 相对较长和前期养护费用较低等优点 但由于交通量剧增 汽车轴载日益重型化或设计 施工等方面的原因 而出现露骨 开裂 断板 沉陷 错台 破碎 板底脱空等路面损 第一章绪论 坏 影响了道路的使用功能 面临着修复工作 与沥青路面相比 水泥砼路面的修复比 较困难 常用的修复方法有加铺沥青砼面层 加铺新水泥砼面层和翻修三种 由于加铺 沥青砼面层能有效地改善旧水泥砼路面的使用性能 同时充分利用1 日水泥砼路面 造价 低 施工方便 且对交通 环境影响小 因此在国内外旧水泥砼路面改造工程中应用最 多 水泥路面上加铺的沥青面层这种结构形式在使用过程中 它的缺点和弊端也随着使 用期限的延长不断出现 反射裂缝 水泥路面板的错台等病害日趋严重 如何抑制水泥 路面众多的接缝反射到沥青面层上 这个问题一直以来成为人们探索 研究的重要课题 通过前一段时期的研究和实践 目前已经具备了一些较好的解决方法 但同样的方法并 不是在每一个工程当中都会取得理想的效果 在工程实施中 如何制定合理的方案 如 何控制工程质量是取得良好效果的关键 因此 希望能够通过麻瑶公路试验段破损水泥 混凝土路面加铺沥青混凝土面层应用研究 为今后榆林地区大规模的农村公路水泥混凝 土路面改造方案决策提供参考 1 2 国内外研究现状 国内外对破损水泥混凝土加铺沥青混凝土面层的研究 主要分为两个方面 一是加 铺层设计研究 二是沥青混合料研究 三反射裂缝产生机理研究 1 2 1 加铺层设计研究 国外在2 0 实际6 0 年代就开始对破损水泥混凝土路面大修技术进行了研究 在大量 试验的基础上提出了一些方法 如a i a a s h t o a r e t a 法等 l a i 法 m 法认为a c 层破坏的原因是行车荷载引起的两板间竖向弯沉差 在设计中忽略温 度影响 设计标准荷载采用单后轴8 0 k n 轮胎压力0 5 5 2 m p a 轮缘间距5 c m 设计参数 主要考虑板长 接缝宽度和层间处理措施 层间处治措施有设置土工织物 应力吸收薄 膜层 排水下封层和旧p c c 板的破碎和稳固处理 层间处治措施不同 将按照不同的 方法计算a c 加铺层厚度 设计指标为相邻两板块间的竖向弯沉差和平均弯沉值 其实 质是控制接缝处a c 层的剪切变形 a i 法设计思想简单易懂 能够考虑不同处治措施对 a c 层的影响 但是设计理论未考虑温度应力的影响 而且a c 层裂缝处的破坏机理尚 未完全明了 仅考虑弯沉差是其不足之处 2 a a s h t o 法 2 3 2 长安大学硕士学位论文 a a s h t o 法是一种通过 等效结构数 来确定加铺层厚度的经验设计法 他给出了 a c 层只用于功能层考虑时的晟小厚度 设计中引入了可靠度的概念 具体内容包括可 行性研究 原砼路面板处理 防治反射裂缝措施和厚度计算等 主要设计参数为设计交 通量与旧砼路面板状况 厚度按照下列公式计算 d o t a d f d e f f 式中 d o r a c 层加铺设计厚度 d p 嵌照新建公路设计时p c c 板所需厚度 d e f r 一旧砼板路面有效厚度 a 卅c c 板后对a c 层厚度换算系数 3 a r e 法 3 1 a r e 法是1 9 9 7 年美国a u s t i nr e s e a r c he n g i n e e r s 提出的一种静力平衡分析方法 该 法认为 在车辆荷载作用与温度荷载作用下 板接缝处会产生垂直相对位移和水平相对 位移 从而导致a c 层内产生较大的拉应力和剪应力 引发反射裂缝 设计控制指标为 板接缝上方a c 层底拉应变 与剪应变丫 设计参数有蠕变模量 动态模量 热胀系数 温度资料 板的几何参数等 通过实验得到沥青混合料的允许拉应变和允许剪切应变的 疲劳方程 a r e 设计方法力学概念简单清楚 易为设计人员接受和应用 所考虑的设计 参数和影响因素也比较全面 缺点是计算模型过于简化 根据经验得出的温度和张拉量 的关系难以适应不同地区的情况 难免与实际情况有一定差距 4 t a 法 3 3 日本t a 法语a a s h t o 法大同小异 仅仅是计算过程中换算媒介不同 t a 法以沥 青砼厚度作为换算媒介 设计参数为远景交通量和原砼板路面板结构状况 5 b e r k e l e y 分校的设计方法嘲 该法有加州大学的m o n i s m i t h 和c o t e z e e 提出 是在二维有限应力分析的基础上控 制反射裂缝的设计方法 先建立路面结构有限元离散模型 然后进行有限元计算 把加 铺层厚度 各种车辆荷载的疲劳作用按m i n e r 假定计算 主要设计参数为材料弹性参数 几何尺寸 荷载类型和设计荷载作用次数等 实际上 m o n i s m i t h 应用了断裂力学理论 分析了反射裂缝的形成机理 能够解释裂缝发展机理 应用裂缝传播理论代替传统的疲 劳设计方法 是一种创新 国内设计方法以理论分析为主 在上世纪8 0 年代末开始进行沥青加铺层的应力分 析研究 提出了弹性层状体系理论 弹性地基板理论 有限元和断裂学等理论分析方法 第一章绪论 1 半解析分析法 同济大学的倪明h 1 假设 1 路面结构是有各层材料组成的竖向位移连续的线性弹性体 除旧路与加铺层界 面外 各层之间水平位移也是连续的 不计路面结构的自重影响 2 旧路面与加铺层之间的相对位移与剪应力关系符合古德曼假设 3 路面为分层连续的导热体 路表面处温度变化为正弦函数 4 当荷载作用于接缝附近时 远端板中水平位移为零 土基深处的位移为零 然后用平面有限元程序计算分析了中荷载和偏荷载作用下加铺层内的应力和应 变 他认为加铺层的反射裂缝是由于车辆荷载主啦应力和温度主拉应力超过材料的强度 所致 偏荷载主啦应力是加铺层开裂的主要原因 1 9 9 0 年瞪3 他应用半解析有限元法分 析了此问题 提出最不利荷载位置是荷载作用于接缝一侧的边缘位置 通过合理设计加 铺层的厚度 控制板接缝两侧的竖向位移差 是防止反射裂缝的重要途径 2 三维等参元法 三维等参元法通过界面上设置等参元和虚拟的轴力杆单元考虑接触条件变化的影 响 同时为了保证路面顶层和加铺层底面的竖向位移的一致性 虚拟单元刚度为无穷 空间等参元的材料符合古德曼假设 并且 为了考虑不利荷载的影响 把车辆荷载从接 缝的一侧开始移动早另一侧 周德云 3 采用t a 节点三维等参元分析了含有接缝的旧水泥路面对沥青加铺层应 力状况的影响 计算分析表明 层间接触状态直接影响加铺层材料的受力状态 在行车 荷载的作用下 接触条件的优劣对加铺层内的有效应力并无很大影响 但对温度应力的 影响较大 加铺层的厚度对整体刚度影响较小 较厚的加铺层能较大范围地扩散荷载 能够降低旧砼板对温度的敏感性 按二维结构模型计算行车荷载作用下沥青层的应力状 态将产生严重失真 使用软夹层能有效抑制反射裂缝 3 三维有限元法 三维有限元假定 1 p c c 板与地基光滑接触 p c c 板与a c 层间完全连续 2 板间接缝考虑一定宽度 无荷载 地基为弹性半空间地基 e 地基 3 各层材料具有线弹性性质 结构模型如图1 1 所示 4 长安火学硕士学位论文 4 图1 1 加铺层计算图 计算中考虑的荷载布设位置如图1 2 所示 横缝 r 图1 2 荷载位置布设图图1 3 临界荷载位置 1 荷载作用于板中纵缝处 考虑相邻两块板 计算轮载荷轴载 2 荷载作用于横缝处 并从板中间向板边移动 考虑相邻两块板 计算轮载和轴 载 轮载分为偏荷载和中荷载 3 荷载作用于板角位置 老驴相邻四块板 计算轮载荷轴载 轮载分为偏荷载和 中荷载 曹东伟 3 采用以上假设和荷载布设模型 应用三维有限元法对加铺层进行力学计 算 通过计算 对各种荷载作用下的剪应力和弯沉差进行分析 分析了临界荷位和计算 参数的影响规律 确定临界荷载位置为轮载作用于横缝中部 如图1 3 所示 此时 弯沉差最大点位于接缝处单轮荷载内侧 剪应力最大点位于a c 层底部 计算表明 行 车荷载引起的剪切破坏时砼路面上沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因 可以使用a c 层剪应力与板缝弯沉差控制 1 2 2 沥青混合料设计研究 大约在1 8 6 8 1 8 7 3 年 在华盛顿d c 出现了采用煤沥青作为结合料的第一条沥青 路面 幻 从那时起人们开始研究沥青混合料 沥青混合料所设计方法得到了逐步发展 第一章绪论 目前 常用的沥青混合料组成设计方法有马歇尔法 o g f c 法 体积法等哼1 马歇尔混合料设计方法是1 9 3 1 年前后b r u c em a r s h a l l 在密西西比州公路局开发的 该方法强调沥青含量和密度 因为这两个参数与高温抗车辙能力密切相关 用这种方法 设计的混合料形成的是密实一悬浮结构 但随着沥青混合料的发展 人们逐渐认识到粗 骨料形成的骨架结构对混合料性能的重要作用 在充分发挥集料对沥青路面使用性能的 作用这一指导思想下 s h r p 研究计划在9 0 年代初提出了体积法设计理念 并逐步发展 成比较成熟的设计方法 目前 美国8 0 以上的热拌沥青是采用体积法设计的 随着我国交通事业的迅速发展 国内对沥青混合料的研究也取得了显著的成果 上 世纪9 0 年代初期 哈尔滨建筑大学提出了一套与s h r p 不同的按体积设计沥青混合料 方法 该方法是设计思路是实测主骨架矿料的空隙率 计算其空隙体积 使细集料体积 沥青体积和混合料设计空隙体积的总和等于主骨架的空隙体积 从而确定细集料用量和 沥青用量 为了避免集料的干涉 细集料颗粒不能太大 相对连续级配用量较少 按这 种方法设计的沥青混合料 即保证了骨料的充分嵌挤 也使沥青胶浆充分填充了主骨架 空隙 从而提高了混合料的路用性能n 们 1 2 3 反射裂缝产生机理的研究 对于破损水泥混凝土路面加铺沥青面层反射裂缝产生的机理 目前道路工程界基本 形成了共识 认为反射裂缝是由于旧水泥混凝土路面板接缝或裂缝附近的位移引起接缝 或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中造成的 由于旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝 处不能承受拉 弯拉 应力及剪应力 或抗剪能力较低 沥青加铺层承担了该处大部分的 拉 弯拉 应力或剪应力 在交通荷载及温度的反复作用下 沥青加铺层就会产生反射裂 缝 沥青加铺层反射裂缝的扩展模式主要有两种 张开型反射裂缝及剪切型反射裂缝 温 度及交通荷载作用是引起反射裂缝的两大因素 1 张开型反射裂缝温度变化使得路面结构产生两种变形 第一种是由于年温度变 化使得接缝处沥青加铺层及水泥混凝土路面板产生收缩而引起的张开型反射裂缝 在 寒冷的冬季 旧水泥混凝土板产生收缩变形 在接缝 或裂缝 处宽度变大 由于旧水泥 混凝土面板与沥青加铺层之间的粘结力 而带动加铺层出现收缩变形 在沥青加铺层底 部水泥混凝土板接缝或裂缝处产生应力集中 当拉应力超过沥青加铺层本身的强度时 加铺层就会出现裂缝 第二种是由于昼夜温差导致温度在各结构层中的不均匀分布 且不 6 长安大学硕士学位论文 同材料具有不同的热膨胀系数 造成水泥混凝土板及沥青加铺层的收缩及翘曲而导致加 铺层产生的张开型反射裂缝 2 剪切型反射裂缝交通荷载主要引起加铺层的剪切型反射裂缝 由于旧水泥混凝 土面板中接缝 或裂缝 的存在 当车轮荷载经接缝 或裂缝 时 旧路面的驶进板先向下 弯沉 随后驶离板向下弯沉而驶进板回复 因而接缝 或裂缝 两侧的板端出现位移差 使接缝 或裂缝 上方的沥青加铺层经受较大的剪切应力 此剪切应力如超过沥青加铺层 的抗剪强度 在接缝 或裂缝 处的沥青加铺层便会出现剪切型反射裂缝 反射裂缝出现初期对路面的使用性能影响不大 但随着雨水或雪水渗入到接缝 或 裂缝 两侧的路面结构层 特别是接缝 或裂缝 附近的土基含水量加大 甚至饱和 造成 路面结构的承载能力明显降低 在大量行车荷载反复作用下 产生冲刷和卿泥现象 导 致接缝 或裂缝 两侧路面面层的碎裂并出现较大的垂直相对位移 影响路面的使用性能 加速路面的破坏 缩短路面结构的使用寿命 1 3 研究内容 本论文主要的研究内容包括以下几方面 1 采用钻芯 贝克曼梁 落锤式弯沉仪等多种检测方法对工程路段进行全面彻底 的调查 对该路段的裂缝 滑移 坑洞和网裂及其他病害情况进行了统计 总结归纳各种 病害特点并分析成因 然后提出破损水泥混凝土路面处理措施和相应的沥青加铺面层结 构设计方案 2 对沥青 改性沥青和集料等原材料进行试验研究和筛选 重点是采用全套s h r p 沥青实验研究设备对改性沥青性能进行试验研究 3 沥青混合料配合比设计应用研究 重点是体积填充法和s u p e r p a v e 沥青混合 料设计法以及两者结合的应用 4 通过麻瑶公路试验段加铺沥青混凝土施工实践 研究沥青混合料的拌和 摊铺 碾压等施工工艺 以及特殊结构层的施工工艺 5 通过对试验段0 5 年 1 年的跟踪观测 及各种结构层方案技术 经济分析对 比 选择适合榆林地农村公路的沥青加铺层结构类型 7 第二章破损水泥混凝土路面路况调查及加铺改造方案 第二章破损水泥混凝土路面路况调查及加铺改造方案 2 1 破损水泥混凝土路面路况调查 2 1 1 破损水泥混凝土路面结构调查 试验段采用钻芯法对旧水泥混凝土路面结构进行调查 调查结构见表2 1 表2 1旧水泥混凝土路面结构 结构层次路面材料 厚度 c m 面层水泥混凝土 2 0 基层 一灰稳定碎石 2 0 底基层级配碎石 1 8 总厚度 5 8 从路面结构形式看 原路面板厚偏薄 己不能满足重荷载交通的要求 在超重车荷 载作用下容易形成断板 原基层采用二灰稳定碎石 抗水冲刷性能较差 并且基层未设置 较完善的基层排水系统 与设置排水基层的水泥稳定粒料基层相比 极容易因水侵入而 软化 从而导致卿浆 路面板底脱空 形成断板 乃至路面的大面积严重损坏 2 1 2 破损水泥混凝土路面病害调查 试验路段按照 水泥混凝土路面养护技术规范 j t j 0 7 3 1 2 0 0 1 对各种病害情况 进行j 全面详实的调查 并确定其轻重程度 以便根据具体情况采取不同措施进行处治 试验路段各种病害分类汇总情况见表2 2 从病害调查情况看 病害类犁丰要为裂缝 错台和坑洞 路面破碎板 填缝料破损 等病害较少 路面破损 裂缝 错台和坑洞等病害严重路段主要分布在下行路段 表2 3 麻瑶公路病害情况汇总表 添缝料 类型 破碎板裂缝板角断裂错台边角剥落修补破损层状剥落坑 破损 程度轻重 轻中 重 轻中重轻重轻中重轻重轻中重轻重 k 0 k l 上o o2 0 2 4o 0 ol030o00o00oo2 8 k 1 1 2 上 lo4o1 3oo34053o00o 3lo0 2 2 k 2 1 3 上203682o23 32 2 o000o006 5 k 3 k 4 上 5571 02 loo44 5l ol00o0l o2 0 ool o k 4 k 5 上lo 26l0o22o0o0o000l069 8 长安大学硕士学位论文 表2 3 麻瑶公路病害情况汇总表 续 添缝料 类型 破碎板裂缝板角断裂错台 边角剥落修补破损层状剥落坑 破损 程度轻重轻 中 重 轻中 重轻重轻中重轻重轻 由 重轻重 k 0 k l 下 39871 222342 5 4 2l06o2l14 l k 1 k 2 下98l o 41 16 132 021 031253l 11 923 8 k 2 k 3 下o44 351 22l22 66l l2lo55 35673 7 k 3 k 4 下 361 l41 85 5 21 i 652ll02o35l2 4 k 4 k 5 下323 81 51 92l3 4 2722ll5l1 0 3 4 2 3 2 1 3 破损水泥混凝土路面弯沉调查 2 0 0 8 年1 0 月 试验路段先利用贝克曼梁对旧水泥混凝土路面横缝边缘弯沉和邻板 弯沉进行检测 2 0 0 9 年4 月 再采用f w d 对已进行一次补强处理的旧水泥混凝土路面 板边 板中的弯沉和传荷能力进行检测 两次检测结果见表2 3 从贝克曼梁检测结果看 下行k 2 k 5 和上行k 3 k 4 路段代表弯沉值比其他路段代 表弯沉值大 路面板底脱空情况严重 传荷系数除下行k 0 k 4 外 均小于8 0 为中 及中以下等级 重车荷栽作用下跳动明显 这与错台 裂缝较多路段分布情况一致 由 此可见采用贝克曼梁进行检测的结果是准确的 从f w d 检测结果看 弯沉值超常点进行了板底灌浆稳固处理后 旧路总体强度 得到了提高 下行和上行k 3 k 5 路段弯沉值已小于上行其余路段弯沉值 证明旧水泥混 凝土路面采用板底灌浆进行稳固处理是可行的 表2 3 弯沉测试结果汇总表 左轮 右轮f w d 检测结果 桩号 传荷传荷 传荷 弯沉值弯沉差 弯沉值弯沉差弯沉值弯沉差 系数系数系数 平均值 9 9 73 8 9 o 6 6 1 3 7 8 6 6 80 5 41 1 4 93 6 60 5 2 k 0 k l 上 标准差3 2 93 4 8o 3 64 9 24 6 40 3 l9 0 4o 9 lo 3 9 代表值 1 5 49 6 1 2 1 8 71 4 2 92 5 0 55 0 2 平均值 1 2 0 44 o 6 81 6 5 55 7 40 6 31 1 7 24 1 5o 7 l k 1 1 c 2 上 标准差 4 5 9 4 2 8o 3 45 6 74 9 80 2 6i o 2 61 4o 3 6 代表值1 9 6 21 1 0 52 5 8 8 1 3 9 3 2 7 1 l 6 2 4 平均值 1 4 4 2 6 0 70 6 41 7 9 65 2 5o 7 l9 7 26 3 80 8 k 2 k 3 上标准差4 64 8 2o 2 95 8 94 0 6o 2 7 7 7 8 3 6 5o 3 l 代表值 2 1 9 81 4 2 7 6 81 1 9 32 1 3 91 1 8 4 9 第二章破损水泥混凝土路面路况调查及加铺改造方案 表2 3 弯沉测试结果汇总表 续 左轮右轮 f w d 检测结果 桩号传荷 传荷 传荷 弯沉值弯沉差弯沉值弯沉差弯沉值弯沉差 系数 系数 系数 平均值 1 5 3 24 9 8 o 6 72 5 5 88 2 3o 7 l6 9 5 5 2 20 8 9 k 3 k 4 上 标准差4 4 94 0 80 2 51 7 81 0 2 20 3 33 41 3 6o 2 代表值 2 2 7 1 1 7 l5 4 8 42 5 0 31 2 0 57 2 5 平均值 1 47 8 2 0 4 51 4 9 44 4 9o 7 5 2 63 8 4 0 9 6 k 4 k 5 上标准差3 5 63 5 5o 2 23 1 93 1 5o 2 41 1 50 60 0 2 代表值 1 9 8 61 3 6 52 0 1 89 6 66 9 84 7 3 平均值 8 3 6 2 0 7o 8 29 7 62 2 l0 85 2 93 8 2o 9 3 k 0 k l 下 标准差 4 1 63 2 90 4 93 3 22 9 6o 2 91 8 70 5 40 0 3 代表值1 5 1 87 4 91 5 27 0 9 8 0 9 4 6 2 平均值 3 4 0 82 7 6 2o 5 21 8 9 2l o 7 3o 6 27 0 44 2 80 9 5 k 1 1 2 下标准差 2 7 3 4 2 8 4 80 7 1 l o 3 31 1 5 80 5 62 1 70 7 2 0 0 3 代表值7 9 0 87 4 4 93 5 9 l2 9 7 91 0 2 9 5 3 7 平均值2 0 5 81 5 5 8o 3 61 3 9 l8 5 50 4 85 8 9 4 6 0 9 4 l q 下 标准差 1 0 31 1 2 4o 5 35 9 46 1 7o 4 42 11 1 60 0 3 代表值3 7 5 23 4 0 82 3 6 71 8 79 0 46 3 5 平均值 2 0 0 81 3 0 5 41 0 4 64 9 4o 8 564 5 90 9 4 k 3 k 4 下标准差1 6 2 7 1 5 2 6o 5 6 5 7 9 6 8 6o 8 93 41 5 8o 0 8 代表值 4 6 8 53 8 5 51 9 9 81 6 2 21 1 16 9 6 平均值 1 9 7 31 6 0 5 0 3 8 1 2 1 89 4 20 4 36 34 4 90 9 5 k 4 k 5 下标准差1 4 6 41 5 1 8o 5 38 39 0 9o 5 31 1 4o 8 5o 0 3 代表值 4 3 8 24 1 0 32 5 8 62 4 3 78 4 25 7 6 2 1 4 破损水泥混凝土路面状况评价 试验路段采用路面状况指数 p c l 和断板率 d b l 两项指标对路面破损状况进行评 价 按公式2 1 确定路面状况指数 1 0 长安大学硕士学位论文 行m p c 1 0 0 i l3 1 d a j d v b 口 2 5 r v 0 5 0 6 8 6 毛一o 2 0 7 4 0 2 8 凡一0 5 5 0 8 1 0 9 5 毛一o 8 凡 毒 鹎 lj l 吃 0 2 r 0 2 乃 0 5 5 o 5 5 凡 8 48 4 7 06 9 5 55 4 4 0 2 0 根据以上公式计算路面状况指数p c i 和断板率d b l 并根据表2 4 进行评定 结果列于下表2 5 表2 5 路面破损状况分段评价结果 下行上行 路段k 0 k 1 k 2l 3 k 4 k o k 1 l q k 3 k 4 k l k 2 k 3k 4 k 5 k 1 k 2 1 3 k 4 k 5 3 7 2 6 3 93 2 4 l 6 05 6 6 0 3 86 7 p c i 差差差差次中中中差中 44 44 24 35 21 62 42 25 41 2 d b l 良良良良 中 良良良 中 优 2 2 破损水泥混凝土加铺改造方案 2 2 1 破损水泥混凝土路面处治方案 从路面病害调查和路面状况评价结果看 该路段虽然路面状况指数p c i 偏低 路面 己丧失部分表面功能 但路面破碎板 断板情况尚不严重 d b l 小于4 5 不需要进行 大面积换板或完全碎裂后再进行加铺改造 从路面结构类型和弯沉检测结果看 该路段基层耐冲刷性能差 路面板底脱空严重 单点弯沉大 且大部分板间传荷系数低于8 0 重车荷栽作用下跳动明显 加铺改造后传 荷能力较差的接缝处容易导致反射裂缝的产生 从而引起沥青加铺层的损坏 因此 该 路段旧水泥混凝土路面处治方案的关键是稳固路面板 提高板问传荷系数 消除板底脱 空和防止基层的水侵害 根据上述调查 分析情况 试验段旧水泥混凝土路面处治以板底灌浆稳固处治为主 更换严重破碎板处理为辅 并加强裂缝 接缝的封水处治 稳固处理和更换处理的判定 方法为 对于接缝传荷能力为中等或以下等级的 或弯沉差大于0 2 m m 小于o 4 的路面 板 采用灌浆法稳固处理进行稳固处理 稳固处理后的实测弯沉不大于0 0 8 r a m 传荷 1 2 长安大学硕士学位论文 系数不能小于8 0 若稳固处理后仍存在错台 沉陷 拱起 则采用打磨或砂粒式沥青混 合料进行调平 对于弯沉差大于0 4 m m 的路面板 则进行更换 对于接缝 裂缝等病害 参照公路养护技术规范 j t j0 7 3 2 0 0 1 维修方式进行封水处理 2 2 2 破损水泥混凝土路面加铺改造方案 1 沥青混凝土加铺层厚度设计 试验路段参照 公路水泥混凝土路面设计规范 j t gd 4 0 2 0 0 2 n 2 38 7 3 条规定 根据交通量 环境分析资料 初步拟定沥青混凝上加铺层厚度l l a 为l1 0 m m 分4 0 r a m 细粒式沥青混凝土磨耗层 5 0 m m 粗粒式沥青混凝土承重层 2 0 m m 细粒式沥青混凝土 防裂层三层 然后根据规范1 1 2 附录 对有沥青上面层的混凝土板进行荷载疲劳应力 温 度疲劳应力和荷载 温度综合疲劳应力分析 分析表明 所选沥青混凝土加铺层厚度 1 1 0 m m 可使旧混凝土面层承受剩余设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作 用 2 沥青混凝土加铺层结构组合设计 试验段根据加铺层厚度计算结果和国内外研究现状 结合路况调查具体情况 初步 拟定6 种加铺层结构铺筑试验段 以对不同材料 不同厚度 不同防裂措施以及不同结 构组合的使用效果进行对比研究 结构设计方案见表2 6 表2 6 麻瑶公路沥青加铺层试验段结构设计方案 结构编号结构一结构二结构三 及铺筑位置k 0 k i 5 0 0 上行 ki 5 0 0 k 3 0 0 0 上行 k 3 0 0 0 k 5 0 0 0 上行 3 c m s b s 改性沥青s m a 4 c m s b s 改性沥青s m a4 c m s b s 改性沥青s m a 结构层次及 5 c m s b s 改性沥青k h 2 5 6 c m s b s 改性沥青k h 2 5 密5 5 c m s b s 改性沥青k h 2 5 密断级配 1 2 k g m a h 7 0 厚度 断级配 1 2 k g m a h 一7 0 沥青 密断级配 2 c m 体积法细粒 沥青 土工布 1 5 c m 调平 防裂层 土工布 1 5 c m 调平防裂层式防水放裂层 结构编号及结构四 结构五结构六 铺筑位置k 0 一k l 5 0 0 下行k i 5 0 0 1 3 0 0 0 下行 k 3 0 0 0 k 5 0 0 0 下行 4 c m s b s 改性沥青k h 1 34 c m s b s 改性沥青k h 134 c m s b s 改性沥青k h 1 3 结构层次及5 5 c m a h 7 0 沥青l 2 55 c m s b s 改性沥青k h 2 5 密6 c m s b s 改性沥青k h 2 5 密 厚度密断级配 2 e r a 体积法细断级配 2 5 c m 克氏s t r a t断级配 1 2 k g m a h 7 0 沥青 粒式防水放裂层应力吸收层 土工布 1 5 c m 调平防裂层 第二章破损水泥混凝十路面路况调查及加铺改造方案 2 3 本章小结 试验段采用钻芯 贝克曼梁 落锤式弯沉仪等多种检测方法对原旧路进行了全面彻 底的调查 评价 总结归纳各种病害特点并分析成因 根据路面破碎板 断板情况尚不 严重 基层耐冲刷性能差 路面板底脱空严重 单点弯沉大 且大部分板间传荷系数低 于8 0 重车荷栽作用下跳动明显的具体情况 提出了以板底灌浆稳固处治为主 更换 破碎板处治为辅 对裂缝 接缝采取封水处治措施的旧水泥混凝土路面处治方案 以及 稳固处治和更换处治的判断原则 并根据规范计算所得的加铺层厚度结果和国内外研究 现状 结合路况调查具体情况 初步拟定了6 种加铺结构层铺筑试验段 以对不同材料 不同厚度 不同防裂措施以及不同结构组合的使用效果进行对比研究 1 4 长安大学硕士学位论文 第三章沥青混合料试验研究 3 1 原材料试验研究 3 1 1 沥青试验研究 榆林地区夏季炎热 雨量有时过大 沥青路面破坏主要是高温车辙以及水损坏引起 的剥落松散 因此 沥青原材料性能需要具有较好的沥青高温稳定性和抗水损害的能力 以及较大的韧性 因此在进行沥青原材料选择时 主要考虑沥青针入度 延度 软化点 这三项指标值是否满足要求 对试验段沥青三大指标抽样检验结果表明 材料各项指标满足设计要求 统计结果 详见表3 1 表3 2 表3 1 重交7 0 沥青三大指标结果统计 针