路基处治汇报幻灯片

1、高速公路路基处治对路面高速公路路基处治对路面承载力的作用研究承载力的作用研究 长长 安安 大大 学学 沙沙 爱爱 民民20072007年年2 2月月一、研究目的和意义一、研究目的和意义 1、车辆轴次、轴载越来越大，需要采用合理方法提高路面承载能力。2、目前的设计方法对于路基、底基层模量和强度设计重视不够。3、路面结构各层承载力的合理分配缺深入考虑。4、在土质不良地段，可以提高当地材料利用率、降低工程造价。5、以往路面材料设计没有考虑路基模量变化带来的影响。6、防止意外自然灾害对成型路基造成破坏。迫切需要研究路基处治对提高路面承载力的作用和影响，从而在路面结构设计中合理地分布路基和底基层等各结构

2、层的刚度并选用相应的结构层材料，使行车荷载在路面结构中的分布更为合理，改善我国半刚性基层沥青路面的使用性能，提供依据。 二、国内外的研究状况二、国内外的研究状况1906年美国进行了改良稳定土的初次尝试并开始采用水泥、沥青及一些化学制品稳定土的系列研究。尽管这些成果是初步的，但对道路修建起到了积极的作用。本世纪四十年代以后稳定土的发展得到了普遍的认同。在英国，认为通常在实际工程上，通过加入百分之少数含量（3%）的材料进行加固土是一种具有显著效果的方法，如加入石灰、波特兰水泥（硅酸盐水泥）、或者沥青到某种土中，与土产生作用显著的使其某些性质提高，特别在具有高膨胀性土中加入石灰或者波特兰水泥（硅酸盐

3、水泥）时。 我国较早就曾对半刚性基层沥青路面结构承载力的问题开展过一些研究，主要从材料设计角度来提高其结构承载力和稳定性，如开展沥青面层材料设计研究，提高基层强度，以及开展半刚性基层沥青路面抗裂性等方面的研究。而目前，我国对路基填料性能方面研究还是甚少。 三、研究内容与技术路线三、研究内容与技术路线 研究内容：1、选择典型沥青路面结构，采用壳牌设计法中的BISAR程序，分析了路基处治层及处治后路面各结构层参数对路面承载能力、内部应力（路表、路基顶面弯沉、面层、基层、底基层拉应力、路基顶面压应变剪、应力）的影响规律。2、结合工程试验段研究处治土、基层、底基层材料室内模量、室内抗压强度、劈裂强度之

4、间的相互关系以及各个力学指标与养生龄期之间的关系。3、通过室内模量试验与现场模量检测，研究素土、处治土、底基层材料室内模量与现场模量的对比关系，建立室内抗压强度和现场模量之间的关系，以便于通过室内试验结果对现场施工进行有效监控。4、根据理论计算推荐的模量范围和室内外参数的差异性分析提出基于路基处治的路面结构及材料设计方法。理论分析底基层模量与路面承载力的关系土基模量与路面承载力的关系底基层模量与基层模量的协调关系土基模量与基层模量的协调关系室内试验与现场检测底基层、土基模量的共同变化与承载力的关系基层、底基层与土基模量的合理分布与组合室内模量与现场模量的对比关系材料选取及相应的配合比要求基层、

5、底基层及土基材料的强度标准室内模量试验现场模量检测材料的选取材料配合比设计材料模量试验材料强度试验材料强度与模量关系基层、底基层和路基的模量匹配和各自的模量范围基层、底基层配合比设计方法及路基处治方法路面结构整体承载力合理分布与组合的原则与方法技技术术路路线线四、路基、路面结构层参数变化对路面承载力、四、路基、路面结构层参数变化对路面承载力、 内部应力影响分析内部应力影响分析 采用SHELL设计法（解析法）的BISAR程序对路面结构应力应变进行分析、总结相关有限元数值分析结论。针对典型的路面结构模型分别开展以路表弯沉、路基顶面弯沉、路基表面压应变、面层拉应力、基层拉应力、底基层拉应力和剪应力、

6、路面结构层的疲劳寿命等作为反映路面承载力的力学指标以及性能指标，系统分析路面结构层模量（路基、底基层、基层、面层）的变化规律及其共同变化时对上述各力学指标的影响，从而来研究路基、底基层等对路面结构整体承载力以及路用性能的影响。典型路面结构及各结构层的参数。计算荷载采用BZZ-100标准双圆荷载。 计算结果分析：n1）面层模量、基层模量、底基层模量和路基模量的增大都将减小路表弯沉值；n2）以上四个模量因素中，在大部分情况下对路表弯沉影响大小的排列为路基模量底基层模量基层模量面层模量。按路表弯沉变化率（弯沉变化值/模量单位=变化率）为参考标准，由以上数据统计得路基模量对路表弯沉的影响是其它结构层模

7、量对路表影响的几十倍至几百倍。n3）路基模量是影响路表弯沉的首要因素。特别是在路基模量较低时，路表弯沉受路基模量的影响尤其大。而且由图1-4到1-6可以看出，路基模量从小于200MPa时，面层、基层和底基层的模量变化对路表弯沉的影响比较明显，当路基模量大于200MPa时，这种影响趋势变的不再显著。n4）每个参数的变化都可以减小路表弯沉，但减小路表弯沉较有效的方法是在合理分配各层模量的条件下适当地提高路基的模量。因此，特别是对于高等级公路，应保证路基的强度和稳定性，对路基进行适当的稳定加固处理。n5）面层模量、基层模量、底基层模量和路基模量对路基顶面弯沉的影响规律与各层模量对路表弯沉影响的规律大

8、致相同；相对路表弯沉而言，面层、基层、底基层的模量对路基顶面弯沉的影响更小。n6）按影响弯沉变化率为参考标准，在一般情况下对路基顶面弯沉影响大小的排列为路基模量底基层模量基层模量面层模量。路基模量对路基顶面弯沉的影响比其它结构层模量的影响要大得多，一般状态下路基模量是影响路基顶面弯沉的首要因素。路基模量范围在200MPa时对路基顶面弯沉的影响幅度较大。n7）在两种弯沉都随着路基模量的增加而减小的过程中，路基模量对路基顶面弯沉的影响要稍微大于对路表弯沉的影响。路基引起的弯沉（路基顶面弯沉）占总弯沉（路表弯沉）的百分比随路基模量的增大而减小。从上例的数据中得出，当E020 MPa、E0100MPa

9、和E0400MPa时这一百分比分别为92.77%、80.20%和57.45%。所以在提高路基模量的基础上，应合理的分配与底基层、基层等各层弯沉的比例，使得工程的合理经济。n8）基层模量对面层层底拉应力的影响最大， 面层模量的影响其次，路基模量的影响次之，底基层模量的影响最小。n9）底基层模量对基层层底拉应力的影响最大， 基层模量的影响其次，路基模量的影响次之，面层模量的影响最小。基层模量及底基层模量增大可以有效的降低基层层底拉应力。路基模量对基层层底拉应力影响不大。n10）底基层模量对底基层层底拉应力的影响最大，路基模量的影响其次，基层模量的影响次之，面层模量的影响最小。n11）各层层底拉应力

10、受自身层和下面结构层的影响相对较大。路基模量的提高可以降低基层、底基层层底的拉应力。底基层模量的提高可以降低基层层底的拉应力，但增大自身结构层的拉应力。从各层层底拉应力指标考虑，主要是基层模量的影响，再次是路基模量、底基层模量综合作用。n12）剪应力变化的趋势为曲线变化，一般先增大，当出现最大值后逐渐变小。n13）路基模量变大时，上面层层底剪应力、基层层底剪应力、底基层层底剪应力变小，而中面层层底剪应力、下面层层底的剪应力变大；其最大值的位置逐渐往下，但是位置变化不大，且剪应力最大值变大。n14）底基层模量变大时，上面层层底剪应力、基层层底剪应力变小，而中面层层底剪应力、下面层层底的剪应力、底

11、基层层底剪应力变大；剪应力最大值变大。n15）从上述结论看出，路基、底基层模量的变化对减小剪应力不利，但是影响结果不大。例如，当底基层模量600MPa变成1000MPa时，路基模量为60MPa条件下的最大剪应力从0.07959MPa到0.07977MPa；当路基模量从60MPa变成300MPa时，底基层模量为1000MPa条件的最大剪应力从0.07977MPa到0.07997MPa。n16）路基表面压应变随面层、基层、底基层和路基模量的增大而减小。但在路基模量和底基层模量比值不合理时其压应变值会反而变大。n17）路基模量的变化对路基表面压应变的影响最大，特别是在路基模量较小的情况下。n18）随

12、着路基模量的增大，面层、基层及底基层模量对路基表面压应变的影响变小。如当路基模量E0=40MPa时，基层模量从E4=1300MPa增加至E4=1600MPa时，压应变变化了0.10E-4，当路基模量E0=120MPa时，基层模量从1300MPa增加至1600MPa时，压应变变化了0.06E-4。 n19）可以通过增加基层模量减少路基顶面压应变，但基层模量增加到一定量后效果不明显。n20）面层模量对路基顶面压应变的影响比基层要更小一些，在面层常规模量范围内（1200MPa1500MPa）也是收效甚微。 从上述可以看出，在控制各结构层之间一定模量比值范围的基础上，提高路基模量，即适当的对路基进行处

13、治加固，对宏观意义上的路面承载力的提高有积极作用。路基处治后基层、底基层、路基合理模量推荐 土基模量推荐值 很多研究都认为：土基对路面弯沉的影响很明显，土基模量的增大能有效减小路面结构的整体弯沉，此外，土基模量对底基层底部拉应力的影响也很大。所以在实际工程中，应该重视对土基状况的改善，尤其应该注重对软弱地基的处理，以提高路面结构得整体承载力并获得路面性能的较大改善。但从经济角度考虑，也不能过于追求路基的高模量，考虑到土基处理经济合理的基础上，土基模量宜取60MPa200MPa之间。底基层模量推荐值 增大底基层模量可以有效减小路表弯沉和基层底面拉应力，但底基层拉应力则会增加（当底基层模量大于12

14、00MPa时）底基层底的弯拉应力过大，且弯沉和基层层底拉应力的减小幅度也会减小，从经济角度来讲已经不太合理。在底基层模量较低的情况下，基层模量的增大会增加基层底面的拉应力，且纵向拉应力会比水平拉应力大。所以，本文研究认为底基层的合理模量范围为600MPa1000MPa较为合理。基层模量推荐值 基层的模量必须保持在一个合理的范围内，才能在满足路面整体强度指标和应力指标的基础上，从整体上获得好的路用性能。经过分析认为，对于符合路面设计规范的典型路面结构，沥青路面合适的基层模量范围在800MPa1200MPa之间。 五、路基处治与车辆轴重之间关系2r r 2r h1=4cm E1=1200MPa 1

15、0.25 h2=5cm E2=1200MPa 20.25 h3=7cm E3=1000MPa 30.25 h4=34cm E4=1500MPa 40.25 h5=20cm E5=800MPa或变值 50.25 E0=45 MPa或变值 00.35采用了弹性层状理论SHELL法的Bisar软件进行分析计算。采用路面典型结构，改变计算轴重和路基回弹模模量值，计算路面表面弯沉、路基顶面压应变以及面层、基层、底基层的层底弯拉应力。对比轴重变化时，处治路基和不处治的路基的路面结构的应力状态。2r r 2r h1=4cm E1=1200MPa 10.25 h2=5cm E2=1200MPa 20.25 h

16、3=7cm E3=1000MPa 30.25 h4=20cm或变值 E4=1500MPa 40.25 h5=20cm或变值 E5=800MPa 50.25 E0=45 MPa或变值 00.35 主要分析在不同荷载轴次作用下，路基处治层对路基路面整体结构受力的改善，其主要分析计算的指标为基层及底基层的设计厚度，通过它们设计厚度的变化来反映路基模量提高对路面结构受力的改善作用 项 目计算值一计算值二计算值三计算值四荷载作用轴次300万次1200万次2500万次路基模量30MPa45MPa80MPa150MPa六、路基处治与轴次之间关系 路基模量的提高将显著的减小基层和底基层的设计厚度。高速公路的设

17、计年限一个车道累计标准轴载当量轴次一般为1.2107万次，得出其路表设计弯沉值在23(0.01mm)，将路基模量由45MPa提搞到80MPa时，其基层和底基层的设计厚度减小了9.2cm和9.6cm。高速公路路面典型结构一般基层底基层为50cm左右（路基模量45MPa左右），若将此路基模量提高至80MPa，则为路面结构提供了基层底基层为19cm左右的承载力储备，大大地提高了路面结构的承载力。七、室内外路基、路面结构层材料参数变化规律七、室内外路基、路面结构层材料参数变化规律 1.室内试验条件下的路基处治土参数变化 2.室内试验条件下的底基层和基层材料参数变化 3.室内试验与室外测试条件下路基路面

18、材料参数差异 4.试验路路基路面结构承载力FWD与贝克曼梁现场测试 试验路路面结构图试验路路面结构图濮鹤高速公路第五标段和第八标段两标段的路基填土。其中五标土为粉砂土、八标土为膨胀土 素土与处治土击实试验表材料名称最大干密度(g/cm3)最佳含水量（%）粉砂土1.8411.6膨胀土1.9612.8粉砂土+5%水泥1.8611.4膨胀土+6%石灰1.8316.2 液塑限联合测定试验记录结果材料名称液限塑限塑性指数土工分类粉砂土29.618.511.1低液限粉砂土膨胀土49.321.427.9高液限粘土 龄期参数（Mpa）7d28d60d90d回弹模量E均值527608749866方差S77.38

19、89.8875.51113.13偏差系数CV(%)14.714.810.113.1代表值E0.841450518673753抗压强度Rc 均值1.071.131.371.86方差S0.0750.0620.0630.098偏差系数CV(%)6.95.54.65.2代表值RC0.950.951.021.261.70劈裂强度Ri 均值0.060.870.130.20方差S0.0080.0050.0150.005偏差系数CV(%)12.96.012.12.8代表值RC0.950.050.080.10.19ECRiR五标5%水泥处治粉砂土数据整理结果表 龄期参数（Mpa）7d28d60d90d回弹模量E

20、均值190228260282方差S20.3326.1228.3134.50偏差系数CV(%)10.711.510.912.1代表值E0.841169202231247抗压强度Rc 均值0.490.600.841.09方差S0.0720.0880.1190.148偏差系数CV(%)14.614.714.213.5代表值RC0.950.370.450.640.85劈裂强度Ri 均值0.050.090.140.19方差S0.0070.0100.0190.014偏差系数CV(%)14.611.913.67.44代表值RC0.950.040.070.110.17ECRiR八标6%石灰处治膨胀土数据整理结

21、果表 通过以上表格综合分析看出，当掺入一定剂量的结合料时，其强度、模量都比素土时的有明显的提高。根据路基处治对路面承载力影响理论来讲，即处治土可以大大提高路基路面结构整体承载力。 各种无机结合料稳定材料的设计参数之间存在着一定的对比关系。建立各设计参数之间的对比关系，用来进行强度值与模量值相互间的检核，以及作为质量管理、质量检验和估算设计参数等是可行而便捷的方法对于路面设计中使用的半刚性材料设计参数值，我国相关规范中建议采用的龄期为三个月或者六个月的抗压回弹模量值，因此，推导三个月或者六个月的回弹模量E与7d龄期抗压强度Rc7的比值具有一定的意义。通过规律分析，结果如下：90d龄期： E五标=

22、660 Rc7 ； E八标=758 Rc7180d龄期：E五标=724 Rc7 ； E八标=858 Rc790d龄期： Ri五标=0.421 Rc7 ； Ri八标=0.173 Rc7180d龄期：Ri五标=0.697 Rc7 ； Ri八标=0.279 Rc7底基层材料：90d龄期： E五标=312 Rc7 ； E八标=162 Rc7180d龄期： E五标=348 Rc7 ； E八标=172 Rc790d龄期： Ri五标=0.238 Rc7 ； Ri八标= 0.174 Rc7180d龄期： Ri五标=0.334 Rc7 ； Ri八标=0.277 Rc7基层材料：90d龄期： E五标=326 Rc

23、7 ； E八标=483 Rc790d龄期： Ri五标=0.150 Rc7 ； Ri八标= 0.189 Rc7八、试验路路基路面结构承载力FWD与贝克曼梁现场测试 以濮鹤高速公路试验段为依托，通过具体试验数据采集，以濮鹤高速公路试验段为依托，通过具体试验数据采集，为课题过程中的模量反算、研究室内试验模量与现场试验模量为课题过程中的模量反算、研究室内试验模量与现场试验模量提供客观的依据；并在分析提供客观的依据；并在分析FWDFWD的工作原理的基础上，探索了公的工作原理的基础上，探索了公路上路上FWDFWD弯沉值与贝克曼梁弯沉值之间的关系及弯沉检测中出现弯沉值与贝克曼梁弯沉值之间的关系及弯沉检测中出

24、现的问题，为的问题，为FWDFWD弯沉检测设备更好的施工应用提供依据；并在最弯沉检测设备更好的施工应用提供依据；并在最后对濮鹤高速公路结构设计参数分析，比较改进后路面结构和后对濮鹤高速公路结构设计参数分析，比较改进后路面结构和原来路面结构的整体承载力和路面内部应力状态。原来路面结构的整体承载力和路面内部应力状态。 FWD与贝克曼梁测试结果相关性分析 分析结果汇总表检测路段回归线型相关关系式相关系数路基直线 （五标） （八标）y = 0.8963x + 19.67y = 1.2978x + 2.54930.93110.8951二次多项式（五标） （八标）y = -0.0058x2 + 1.3607x + 13.78y = 0.0051 x2 + 0.4831x + 30.630.94090.9018乘幂（五标） （八标）y = 7.9702x0.5314y = 1.8654x0.92010.90810.9266底基层直线（五标） （八标）y = 0.8783x + 7.2505y = 1.2336x + 4.60870.93120.9046二次多项式（五标） （八标）y = 0