长寿命路面介绍PPT课件

1 长寿命路面典型结构及成套技术 2 1高速公路长寿命路面结构研究 3 长寿命路面在美国被称作长效性或永久性路面 美国沥青路面协会 APA 关于永久性路面的定义为 路面使用年限至少为35年 并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏 只需进行周期性养护 平均罩面时间不小于12年 4 美国各州关于永久性路面的使用年限 5 日本长期使用路面研究概述 在日本 长期使用路面简称LSP 其设计目标是拥有2倍于现行路面的使用性能 因功能破坏而维修的周期15年以上 结构性寿命40 60年 6 国内复合式路面研究概述 我国复合式路面工程实例 开封至郑州高速公路厦门环岛高速公路RCC AC复合式路面合肥至全椒高速公路天津市AC RCC复合式路面 7 长寿命路面设计 综合相关国家的研究 长寿命路面是指路面设计寿命超过40年的路面结构 8 长寿命路面主要特点 在设计寿命期间 不发生结构性破坏路面的损坏只发生在表面功能层只进行日常养护 不需进行结构性大修初期费用可能偏高 但维修费用低在寿命周期内最经济 9 设计寿命 初期服务水平 使用期末服务水平 设计寿命 表面功能层 主要承重层 路面结构损坏 表面功能层维修 长寿命路面寿命示意图 10 长寿命路面设计标准 表面功能层寿命8年以上主要承重层寿命40年以上各层强度控制指标由相应规范验算 11 长寿命路面结构模型 路面结构 柔 刚 柔沥青混凝土 水泥混凝土面层 沥青联结层 简称A P A 12 厚度53 5cm 改性沥青砼面层4cm 水泥砼面层28cm 二灰碎石基层18cm 石灰土或固化剂处理路床20cm 冲击压实处理路床 影响深度80cm 应力吸收层2cm 防水联接层1 5cm 路面结构 13 路基设计 冲击压实技术处理路基采用冲压处理路基 对路基重复冲碾13遍 提前完成约4cm的路基沉降 形成稳定 均匀连续的高速公路上路床 14 固化剂处理路床用冲击压实技术对路基进行冲压后 路基表面容易形成薄层覆土 而成软弱层 路基顶面20cm土层 采用土壤固化剂稳定路基土 15 基层设计 基层掺加硫酸钠在二灰稳定碎石基层中掺加硫酸钠早强剂 提高二灰碎石的早期强度 减少裂缝 降低施工难度 保证基层质量 16 基层顶部设置防水联结层水泥混凝土板底部设置1 5cm防水连接层 该防水连接层具有良好的隔水作用 可起到保护基层的作用 有效地防止了水泥混凝土路面常见的各种病害 17 许尉高速公路面层设计 水泥混凝土面层设计采用高抗折水泥混凝土设计弯拉强度达5 5MPa板底应力水平降低3 4 左右路面设计寿命提高30年左右 18 采用大厚度水泥混凝土面板采用28cm厚水泥混凝土面板板底荷载应力降低10 左右比26cm混凝土板极限寿命提高40年左右 19 混凝土路面板尺寸 3m 4m减少20 的板底温度翘曲应力减少10 左右的板底疲劳应力大大延长水泥混凝土面板的使用寿命 20 面层板全部缩缝设传力杆行车荷载在板块之间平稳过渡防止重载车辆对路面的损坏保证行驶舒适性 21 沥青混凝土面层设置高品质应力吸收层应力吸收层具有优良的粘结力 保证了黑白路面之间的粘结具有优良的高温抗剪切变形能力和低温延展性及柔韧性防水 防反射裂缝 22 采用改性沥青混凝土面层采用改性沥青稳定密级配混凝土 可大大缓和行车荷载对水泥混凝土板的冲击振动 有利于扩散荷载 便于养护维修 对增强路面耐久性起到关键作用 23 以防为主 层层设防 防排结合根据地形 采用分散与集中排水方式 防水设计 24 小结 许尉高速公路长寿命路面对整个路基路面系统 路基 基层 面层 采用了延长使用寿命措施 25 40年以上的使用寿命 不会出现混凝土板疲劳开裂或来自于路面结构深层的变形使用期内路面只是表层功能恢复 不出现结构性破坏显著的经济性能 满足以下设计要求 26 2板块划分与车道布置 27 车道划分 许尉高速路路基宽28米 采用封闭中央分隔带 通讯管道外移 设增强式防撞护拦 放缓通道处矮路堤坡率 设停车港湾等措施 实现 四车道改六车道 方案 28 增加了道路通行能力延长了结构使用寿命减少了养护费用为实现小板块划分提供了条件 29 一般情况高速公路行车道宽度3 5m 3 75m水泥混凝土路面板板宽大于3m平面尺寸多为4 5m 6m 4m 5m 30 常规车道划分 单位 cm 粗线表示纵缝位置 31 这种划分方式常导致车辆行驶在一块混凝土板上 或一侧车轮沿缝行驶 致使混凝土板底经常处于高应力水平的荷载作用下 使混凝土板因局部应力过大而破坏 实际使用寿命降低 32 350 375 70 3m 4m板的车道划分 单位 cm 粗线表示纵缝位置 375 30 127 33 以上车道划分方法 较常规车道划分而言 车轮作用在纵缝边缘的机率大幅降低 使混凝土板块最不利荷载位置处的车轮作用大大降低 34 小板块车道划分型式 降低了板底高应力出现的概率 在很大程度上避免了混凝土板的早期破坏 35 荷载作用位置 1 板中 2 板横缝边缘 3 板角 4 板纵缝边缘 36 不同荷载位置的板底应力 37 可以看出荷载作用在板纵缝边缘中部时 板底拉应力最大 比荷载作用在板中时的应力约大47 故以纵缝边缘中部为混凝土板的临界荷位 以上所采用的板块划分方式确保荷载作用在混凝土板中部 由此使荷载应力降低了47 38 荷载作用在板中时即车辆骑缝而行的情况 板底拉应力最小 采用3m 4m小板块 结合行车道划分 能基本确保各个行车道上的车辆骑缝而行 39 影响混凝土面板收缩应力的主要因素 基层与面层界面上的剪应力混凝土板长度 板块尺寸对收缩应力的影响 40 面板最大干燥收缩应力 28d 随基层类型和板长的变化 41 板越长 最大干燥收缩应力越大 基层对面层板的约束作用越大 板长对最大收缩应力的影响越明显 42 许尉高速公路在基层上设置了1 5cm的防水联接层 能大幅度减小基层对混凝土板的约束 很大程度上降低了混凝土板的干燥收缩应力 43 不同板块的温度翘曲应力 44 不同板长的温度翘曲应力 4m板长的温度翘曲应力比5m板长小38 左右4m板长的温度翘曲应力比6m板长小54 左右 45 板厚为28cm时板块温度应力对比表 46 以上计算分析可知 所采用的3x4m板块划分 可使水泥混凝土路面比常规板块水泥混凝土路面的温度应力明显减小 47 荷载应力分析 0 858 0 29 0 043 0 901 0 28 0 047 0 948 0 27 0 051 0 999 0 26 板块尺寸 3m 4m 减小量 MPa 荷载应力 MPa 板厚 m 板厚对荷载应力的影响 0 045 48 可见 随着PCC板厚度的增加 荷载应力逐渐减小 板厚hc 28cm时临界荷位处产生的荷载应力比hc 26cm时小10 左右 49 28cm超厚的水泥混凝土板厚设计 有效减小了荷载应力 从而从根本上减小了车辆荷载对路面面层的破坏 50 AC层厚度对板底弯拉应力的影响 板块尺寸为3m 4m 板厚0 28m 51 层间剪应力随着AC层厚度的增加而逐渐减小 但AC面层厚达6cm后 继续增大层厚对降低层间剪应力的效果变得不明显 AC层厚度对层间剪应力的影响 52 AC层和PCC板厚度对重载的影响 28cmPCC板厚和6cmAC层厚度设计 一次性破坏最小荷载为849 4KN 大大减小了重载对高速公路面层的破坏 对延长路面使用寿命起到关键作用 53 横向缩缝间距对板缝宽度的影响 缩缝缝隙宽度及其日变化量的增大 易使填缝料失效 路表水渗入而浸湿基层 坚硬材料贯入而引起接缝碎裂或拱起 54 缩缝间距越小 缩缝缝隙宽度及其日变化量越小 传荷能力就越大 板的受力状况越好 4m板长设计 可有效避免接缝病害的发生 提高接缝的传荷能力 55 小结 四改六 车道划分基本使车辆骑缝而行 减小了约47 的板底荷载应力 56 3m 4m的板块划分 与常规板块尺寸相比较 板块温度翘曲应力减小20 左右 温度疲劳应力减小30 左右 57 28cm超厚水泥混凝土板 约减小了10 的板底弯拉应力 以上各方面均可有效延长路面的使用寿命 58 3长寿命路面技术经济分析 59 依据许尉高速公路工程可行性研究报告中的交通量 交通组成及轴重等 对AC PCC 许尉长寿命A P A路面采用如下结构进行对比分析 60 AC路面 路面总厚度84cm 61 PCC路面 路面总厚度83cm 62 改性沥青砼面层4cm 水泥砼面层28cm 二灰碎石基层18cm 灰土或固化剂处理路床20cm 冲击压实处理路床 影响深度80cm 许尉A P A长寿命路面 厚度53 5cm 应力吸收层2cm 防水联接层1 5cm 63 许尉高速公路路基宽度为28m 为四车道高速公路标准宽度 经课题研究实施了 四改六 方案 由此分别将许尉高速公路与其它结构四 六车道高速公路进行经济对比分析 64 四改六车道布置 单位m 超车道 行车道 紧急停车带 中央带 小车 行车道 大货路缘带 停车岛 双向四车道布置图 双向六车道布置图 7 5 10 8 0 7 0 75 中央带 0 53 0 0 75 路缘带 65 四车道AC和PCC路面费用对比分析 分析期30年 66 三种路面结构费用 67 养护维修费用现值 仅是AC的27 5 是PCC的57 0 68 用户费用现值 69 建养修费用对比分析 AC的69 与PCC基本一致 70 总费用对比 比AC节约199万比PCC节约750万 71 2许尉高速 六车道AC和PCC路面费用对比分析 分析期30年 72 建养费用现值 AC的54 节约606万PCC的82 节约152万 73 总费用现值 比AC节约482万元比PCC节约934万元 74 采用30年分析期 以许尉高速公路实际里程64 3公里计算比四车道AC路面节约1 3亿左右 比四车道PCC路面节约4 8亿左右 比六车道AC路面节约3 1亿左右 比六车道PCC路面节约6 0亿左右 75 AC和PCC路面费用对比分析 分析期50年 76 建养费用现值对比分析 比AC节约341万元比PCC多27万元 比AC节约632万元比PCC节约163万元 77 总费用现值对比分析 78 采用50年分析期比四车道AC路面低1 2亿比四车道PCC路面低5 7亿比六车道AC路面低3 1亿 比六车道PCC路面低7 0