全柔式长寿命沥青路面结构及其设计方法研究

1、路面耐久性差、使用寿命短的问题已成为阻碍路面耐久性差、使用寿命短的问题已成为阻碍我国道路建设发展的主要问题之一。我国道路建设发展的主要问题之一。 路基路基 路基路基 石灰稳定土石灰稳定土石灰稳定土普通路基普通路基HMA底层用底层用改性沥青改性沥青深度 inFF-LLAP结构结构设计指标与标准设计指标与标准结构组合设计结构组合设计结构设计方法验证结构设计方法验证材料组合设计材料组合设计 结构可靠度设计结构可靠度设计 结构应力分析及其结构层位划分结构应力分析及其结构层位划分 p厚沥青层厚沥青层20cm底基层底基层路基路基限制弯拉应变限制弯拉应变6070限制压应变限制压应变200（根据需要设置）（根

2、据需要设置）p沥青层沥青层基层基层路基路基限制各沥青层底弯限制各沥青层底弯拉应力拉应力r限制各半刚性层底限制各半刚性层底弯拉应力弯拉应力r限制路表弯沉限制路表弯沉l lr试件编试件编号号空隙率空隙率/初始模量初始模量/MPa应变应变/荷载作用次数荷载作用次数/次次初始模量降低初始模量降低50%时荷载作用次数时荷载作用次数 /次次平均荷载作用次数平均荷载作用次数 /次次16.65 1758006 0006 0006 37726.84 6868007 1307 13037.44 5228006 0006 00046.85 153400246 220246 220252 13657.05 23940

3、057 000267 808167.05 868400242 380242 38076.65 17520026 029 00026 029 00020 445 92287.26 43520012 930 00014 537 186297.46 24020020 771 58020 771 580106.74 51917034 724 50034 724 50066 942 707116.85 64517060 000 0009.92E+073126.76 60210050 000 0003.64E+1231.14E+13137.45 05910050 000 0001.92E+133模型预估值

4、模型预估值试件试件7试件试件9400万次万次1000万次万次400万次万次1000万次万次实测实测26 029 00026 029 00020 771 58020 771 580指数模型指数模型6 012 05513 657 8704 935 5889 876 585对数模型对数模型2 538 114 7022 826 296 906583 900 279317 265 901幂模型幂模型38 048 289 32534 312 439 5444 192 727 4591 780 688 228Weibull函数函数33 078 62955 924 46014 414 63719 080 79

5、52 . 0552edNl30. 00096. 0750ENlel500百万次累计轴载，土基模量百万次累计轴载，土基模量45Mpa时时Ld=10.1(0.01mm);ll=35.0(0.01mm) a) 路面结构分析模型图b)平面计算点位分布图图2-15 路面结分析模型与计算点位分布图7. f=0.5,H1=188. f=0.5,H1=279. f=0.5,H1=331. f=0.1,H1=182. f=0.1,H1=273. f=0.1,H1=334. f=0.3,H1=185. f=0.3,H1=276. f=0.3,H1=33路面结构层位路面结构层位沥青层厚度沥青层厚度cm18(常常用用

6、)21(常常用用)25(长长寿命寿命)38(长长寿命寿命)18(最最不利不利)21(最最不利不利)编号编号123456水平力系数水平力系数f最大剪应力最大剪应力MPa上面层上面层0-4cm0.10.1360.1290.2140.2130.3750.3260.30.2140.2140.3020.3010.4700.4130.50.3560.3570.4590.4580.5790.518中面层中面层4-10cm0.10.1300.1180.2020.2020.2560.2380.30.1630.1580.1790.1790.3020.2820.50.2040.2000.1690.1690.3480

7、.327下面层下面层10cm- 0.10.1260.1240.1510.1520.2010.1880.30.1480.1460.1320.1340.2180.2070.50.1700.1670.1150.1160.2350.226注：长寿命路面：沥青层低弯拉应变65，基层顶压应变200最不利：国内高等级公路常用的和参数范围内最不利组合进行计算 常用结构为：18cm(21)HMA(E1=1500,V1=0.25)+36cm基层(E2=1000,v2=0.30)+土基(E0=45,v0=0.35) 混合料类型混合料类型抗剪强度范围抗剪强度范围MPa（60）混合料类型混合料类型抗剪强度范围抗剪强度范

8、围MPa（60）混合料类型混合料类型抗剪强度范围抗剪强度范围MPa（60）1AC-130.2591AC-160.3131SMA-130.1892AC-130.3562AC-160.5342SMA-130.5673AC-130.4913AC-160.6793SMA-130.877选择结构组合正交设计法选择结构组合正交设计法力学响应计算力学响应计算BISAR3.0数据分析数据分析Origin7.0，SPASS13FF-LLAP三层结构模型及参数三层结构模型及参数三三层层结结构构厚厚度度设设计计方方法法选选取取代代表表性性三三层层结结构构沥沥青青层层力力学学分分析析沥沥青青层层层层位位划划分分提提出

9、出多多层层结结构构模模型型p厚沥青层厚沥青层柔性底基层柔性底基层路面基础路面基础限制沥青层底弯拉应变限制沥青层底弯拉应变临界弯拉应变临界弯拉应变限制路表弯沉限制路表弯沉临界弯沉临界弯沉限制最大剪应力限制最大剪应力抗剪强度抗剪强度输入参数输入参数最小值最小值最大值最大值沥青层厚沥青层厚(cm)H11858柔性底基层厚柔性底基层厚(cm)H2060沥青层模量沥青层模量(Mpa)E112002400柔性底基层模量柔性底基层模量(MPa)E2200800路面基础模量路面基础模量(Mpa)E03070沥青层泊松比沥青层泊松比10.150.35柔性底基层泊松比柔性底基层泊松比20.35路面基础泊松比路面基

10、础泊松比00.4影响影响因素因素面层厚面层厚度度H1/cm底基层底基层厚度厚度H2/cm面层模面层模量量E1/MPa底基层底基层模量模量E2/MPa路基模量路基模量E0/MPa面层泊面层泊松比松比/1因因素素水水平平11801200200300.15228151500350400.20338301800500500.25448452100650600.30558602400800700.35 编号编号路面结构组成与参数路面结构组成与参数沥青层底沥青层底拉应变拉应变/65路基顶路基顶压应变压应变/200路表路表弯沉弯沉/mm1034(4.5)沥青用量沥青用量较多较多较少较少很少很少多多4.75m

11、m通过率通过率/%多多较多较多很少很少较少较少0.075mm通过率通过率/中等（中等（48）较少（较少（2-5）很少（很少（0-5）多（多（412）抗车辙变形抗车辙变形差差差差好好很好很好疲劳耐久性疲劳耐久性好好较差较差很差很差很好很好抗裂性能抗裂性能好好较好较好很差很差很好很好水稳定性水稳定性好好较差较差很差很差很好很好渗水情况渗水情况小小较大较大很大很大小小抗老化性能抗老化性能很好很好较好较好很差很差很好很好抗磨损性能抗磨损性能很好很好较好较好很差很差很好很好抗滑性能抗滑性能较差较差较差较差好好好好路面噪声、反光、路面噪声、反光、溅水、水雾溅水、水雾差差较差较差好好较好较好FF-LLAP层

12、位层位适应性适应性联结层、基层联结层、基层磨耗层、联结磨耗层、联结层层磨耗层、联结层、磨耗层、联结层、基层基层混合料类型混合料类型传统传统ACSuperpaveOGFC或或OPASMASAC级配类型级配类型悬浮密实结构悬浮密实结构悬浮密实结构悬浮密实结构骨架空隙结构骨架空隙结构骨架密实结构骨架密实结构骨架密实结构骨架密实结构设计空隙率设计空隙率/%35415-243-4.53-4混混合合料料组组成成沥青用量沥青用量中等中等中等中等中等中等较多较多中等中等粗集料粗集料较少较少较多较多很多很多很多很多较多较多细集料细集料较多较多较少较少很少很少较少较少较少较少填料填料较少较少较少较少较少较少较多较

13、多较多较多纤维纤维无无无无有或无有或无有或无有或无有或无有或无施施工工特特性性集料离析集料离析较多较多较少较少很少很少很少很少很少很少结合料析漏结合料析漏无无较少较少可能可能可能可能较少较少施工难易程度施工难易程度较易较易较难较难难难较难较难中等中等施工机具施工机具基本相同基本相同路路用用性性能能表面特性表面特性较光滑较光滑较粗糙较粗糙粗糙均匀粗糙均匀粗糙均匀粗糙均匀粗糙均匀粗糙均匀抗滑性抗滑性较差较差较好较好很好很好好好好好溅水、水雾溅水、水雾重重较重较重无无较轻较轻较轻较轻明视性明视性差差较差较差好好较好较好较好较好交通噪声交通噪声重重较重较重轻轻较轻较轻较轻较轻抗车辙抗车辙较差较差较好较

14、好很好很好很好很好很好很好疲劳抗裂疲劳抗裂好好好好较好较好很好很好很好很好低温抗裂低温抗裂好好好好较好较好很好很好很好很好抗水损害抗水损害好好好好差差很好很好很好很好抗老化抗老化好好好好差差很好很好很好很好耐久性耐久性好好好好差差很好很好很好很好成本成本较低较低较低较低较高较高较高较高中等中等FF-LLAP层位层位适应性适应性联结层、联结层、基层基层联结层、联结层、基层基层磨耗层磨耗层磨耗层、联结磨耗层、联结层、基层层、基层磨耗层、联结磨耗层、联结层、基层层、基层)0()0()0(iiSRSiRiSRLPRPRllPR22222230. 0096. 00000009. 00092. 009.

15、00092. 0948ElEEENllENleNReNeNeRReR22222215. 00225. 00225. 0857. 2eNReNeNeRReRlNNRRRl8333. 08333. 010niiRR开始输入设计参数的平均值与变异系数(厚度、模量)根据已知概率分布进行随机抽样的方法产生相应的随机设计参数得到一个容量为N的效应模拟子样采用假设检验方法，分析效应的概率分布类型输出所需要的结果进行FF-LLAP结构分析，计算效应(沥青层底拉应变、路表弯沉、剪应力)概率统计分析，计算平均值、标准差和变异系数结束循环次数N图6-1 FF-LLAP结构效应的蒙特卡罗法模拟分析框图11.niiiR

16、CVCShTCMinRTiiiiiiillZhhhhStmaxmin .kIRIbaVC13iiiAADTPCIRC)100(1044. 334. 06材料来源材料选择土基状况交通参数材料特性设计施工考虑道路等级设计轴载结构性使用性能功能性使用性能确定面层抗剪强度力学验算RLLR结构(厚度)组合设计设计指标确定(疲劳极限,极限弯沉,目标可靠度)结构层层位功能划分面层材料组成设计底基层,垫层材料组成设计剪应力验算R可靠度计算可靠度分析0可靠度优化设计输出完整的设计材料变异性能施工水平经济性能结构性能可靠度水平否否否是是是结构一K1+476K3+179采用沥青结构二K3+179K4+006采用沥青

17、结构三K4+006K4+715采用沥青5cmSMA-13MAC (PG76-22)5cmSMA-13MAC (PG76-22)5cm SMA-13MAC (PG76-22)7.5cmSUP-19MAC (PG76-22)7.5cmSUP-19MAC (PG76-22)7.5cm SUP-19MAC (PG76-22)10.5cmSUP-2570-A (PG70-22)9cmSUP-2570-A (PG70-22)9cm SUP-2570-A (PG70-22)10.5cmSUP-2570-A (PG70-22)9cmLSM-25MAC (PG76-22)9cm LSM-25MAC (PG76-

18、22)9cmLSM-25MAC (PG76-22)7.5cmFatigue-1370-A (PG70-22)7.5cm Fatigue-13SBS(PG76-22)7.5cmFatigue-1370-A (PG70-22)30cm二灰土 (8%)-30cm二灰土(8%)-30cm二灰土 (8%)-验算项目验算项目结构一结构一结构二结构二结构三结构三临界值临界值1沥青层底拉应变沥青层底拉应变/62.092.488.170(结构一结构一)100(结构二结构二,三三)路表弯沉路表弯沉/0.01mm37.944.744.4AI:35.6,EI:45.7*最大剪最大剪应力应力/MPa上面层上面层SMA1

19、3f=0.2f=0.3f=0.50.3980.5280.8170.4170.5330.8170.4130.5320.8160.2-0.9中面层中面层SUP19f=0.2f=0.3f=0.50.2420.2580.2930.2420.2580.2930.2420.2580.2930.2-0.71:路表弯沉临界值取土基模量40MPa、累计轴载500百万次计算得到。 验算项目验算项目结构一结构一结构二结构二结构三结构三临界值临界值沥青层底拉沥青层底拉应变应变/计算计算30.747.244.270(结构一结构一)100(结构二结构二,三三)实测实测(25)20-3030-4030-50路表弯沉路表弯沉/0.01mm计算计算16.119.319.1AI:35.6,EI:45.7(静静)实测实测FWD 700KPa(20)487990结构一结构一结构二结构二结构三结构三深度深度/cm最高气温最高气温/最低气温最低气温/PG等级等级式式(5-7)式式(5-8)式式(5-6)式式(5-9)计算计算采用采用066.6 61.7 -13.5 -17.9 70-2276-22559.4 55.9 -2.9 -16.3 64-2276-2212.554.8 52.8 -1.0 -14.