沥青路面加铺技术研究

论文摘要

目前,国内很多沥青路面正处于维修、待修状态,公路设计、施工及科研的重点已逐渐从新设计和新建转移到旧路网的养护和维修。项目重点的转变使得沥青路面的加铺技术研究成为必要。世界各国对沥青路面评价、处治与加铺结构进行了很多研究,也取得了一些较为可喜的成果,但在某些方面研究还不够深入,不够系统。本文依托国家西部交通建设科技项目“沥青路面加铺层设计和施工技术研究”(项目号:2005 318 812 13)的资助,在广泛收集并分析国内外原有沥青路面加铺沥青层有关资料的基础上,结合我国加铺层结构的现有状况,对用沥青加铺层改造旧沥青路面的方法和理论作进一步的研究,力图提出符合国情、切实可行的沥青路面加铺技术。本文主要对以下几个方面的内容进行了研究:(1)针对现有综合评价方法的不足,首次建立了基于区间数逼近法的路面使用性能综合评价模型;结合工程实际要求,考虑道路属性变异,建立了基于累积差分法的路段均匀划分方法。(2)针对沥青路面铣刨厚度较难控制的问题,通过理论分析铣刨前后弯沉及铣刨前弯沉与铣刨后旧路当量回弹模量的变化规律,首次确定了基于弯沉控制的沥青路面铣刨设计准则,为铣刨厚度的确定及加铺层的设计提供了依据;同时,对层间粘层、透层、下封层、防水层等材料进行了深入研究,提出了层间处理技术。(3)对国内30余条高等级公路典型沥青混凝土路面沥青加铺层结构进行了系统调查,建立了旧沥青混凝土路面沥青加铺层计算结构与有限元计算模型,全面分析了荷载作用下及温度作用下典型沥青加铺层结构内力变化规律,并采用正交设计方法,对加铺层的耦合应力进行了数值分析;同时,建立了层间计算模型,对层间抗压、抗剪及层间温度场状况进行全面分析,确定了层间工作状态。(4)针对夹层设计比较模糊的情况,通过全面分析夹层设置位置对加铺层结构应力应变的影响,首次从夹层提高沥青加铺层结构抗开裂能力、延长疲劳寿命及提高抗剪切性能三个不同功能考虑,确定了沥青加铺层结构夹层的合理位置。(5)在室内理想条件下,采用层间剪切仪、层间拉拔仪、马歇尔多功能强度试验机及车辙轮碾仪进行了不同层位格栅的沥青混合料及与加铺层结构相关的对比试验,并采用合理的方法对试验结果进行了评价;同时,采用普通车辙仪进行加铺层结构疲劳模拟对比试验,系统地对不同加铺层厚度的不同格栅设置层位及不同旧路锯缝深度的加铺层结构进行了研究。(6)提出了基于剩余寿命的加铺层结构设计方法,完善了旧沥青混凝土路面加铺层结构设计指标,确定了竖向剪切及层间剪切疲劳轴载换算系数;同时,提出了加铺层典型结构,建立了基于DEA的加铺层结构优化模型,弥补了以往优化方法的不足。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状分析与评价
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 参考文献
• 第二章 沥青路面评价技术研究
• 2.1 概述
• 2.2 路面使用性能单项评价指标与标准
• 2.3 基于区间数逼近法的路面使用性能综合评价
• 2.4 路段合理划分
• 2.5 维修加铺对策
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 沥青路面铣刨处治及加铺层层间处理
• 3.1 基于弯沉控制的旧路铣刨处治
• 3.1.1 铣刨设计准则确定思路
• 3.1.2 铣刨前后弯沉变化规律分析
• 3.1.3 铣刨前弯沉与铣刨后旧路当量回弹模量关系建立
• 3.1.4 弯沉控制铣刨设计准则确定及实例分析
• 3.2 沥青加铺层结构层间稳定性分析
• 3.3 沥青加铺层结构层间处理技术
• 3.3.1 层间粘层油
• 3.3.2 层间透层
• 3.3.3 下封层
• 3.3.4 SBS 改性沥青防水层（应力吸收层）
• 3.3.5 同步碎石封层
• 3.4 本章 小结
• 参考文献
• 第四章 沥青加铺层结构内力分析与层间工作状态
• 4.1 国内沥青路面沥青加铺层结构调查分析
• 4.2 沥青加铺层荷载内力的计算参数与模型
• 4.2.1 计算参数与计算结构
• 4.2.2 计算模型
• 4.2.3 主要力学计算指标选取
• 4.3 沥青加铺层结构荷载内力的敏感性分析
• 4.3.1 参数变化对加铺层荷载内力的影响分析
• 4.3.2 旧路开裂对加铺层的荷载内力影响分析
• 4.3.3 层间材料对加铺层的荷载内力影响分析
• 4.3.4 沥青碎石柔性层对加铺层的荷载内力影响分析
• 4.3.5 级配碎石层对加铺层的荷载内力影响的非线性分析
• 4.4 沥青加铺层结构温度应力计算
• 4.4.1 计算理论与温度场计算
• 4.4.2 不考虑旧路开裂的温度应力理论推导
• 4.4.3 旧路开裂对加铺层结构温度内力影响分析
• 4.4.4 层间材料对加铺层结构温度内力影响分析
• 4.4.5 沥青稳定碎石柔性层对加铺层的温度应力影响分析
• 4.4.6 级配碎石层对加铺层的温度应力影响分析
• 4.5 沥青加铺层耦合应力正交设计数值分析
• 4.6 旧沥青混凝土路面沥青加铺层结构层间应力分析
• 4.6.1 计算模型与计算指标
• 4.6.2 直接加铺沥青混凝土层的层间应力分析
• 4.6.3 设夹层的沥青加铺层结构层间应力分析
• 4.7 层间工作状态确定
• 4.7.1 层间荷载应力范围确定
• 4.7.2 层间温度场计算及有效温度确定
• 4.8 本章 小结
• 参考文献
• 第五章 沥青加铺层结构夹层最佳位置研究
• 5.1 概述
• 5.2 基于沥青加铺层结构抗开裂的夹层最佳位置确定
• 5.2.1 沥青加铺层常见开裂型式及其产生机理
• 5.2.2 不同格栅位置的加铺层结构荷载内力分析
• 5.2.3 不同格栅位置的加铺层结构温度应力分析
• 5.3 基于沥青加铺层结构疲劳寿命的夹层最佳位置确定
• 5.3.1 沥青加铺层结构疲劳寿命计算方法
• 5.3.2 夹层最佳位置确定方法
• 5.3.3 结构参数对夹层最佳位置影响的正交试验
• 5.3.4 夹层最佳位置设置建议
• 5.3.5 基于结构参数的延长加铺层疲劳寿命方法
• 5.4 基于沥青加铺层结构抗剪性能的夹层最佳位置确定
• 5.4.1 沥青加铺层剪切损坏现象及其特征
• 5.4.2 基于抗剪性能的夹层层位加筋效果对比分析
• 5.4.3 剪应力最大值及其所在点竖向位置确定
• 5.4.4 基于抗剪性能的夹层最佳位置确定
• 5.5 本章 小结
• 参考文献
• 第六章 夹层对沥青加铺层性能影响试验研究
• 6.1 国内外相关试验研究存在问题
• 6.2 试验准备与试验方案
• 6.3 格栅加筋沥青加铺层混合料层间试验
• 6.3.1 层间剪切试验
• 6.3.2 层间拉拔试验
• 6.3.3 分析评价
• 6.4 格栅加筋沥青混合料抗车辙试验及其力学计算对比研究
• 6.4.1 车辙理论分析
• 6.4.2 车辙试验方案及结果
• 6.4.3 不同车辙试验方案力学计算与试验对比研究
• 6.5 夹层位置对加筋沥青混凝土力学性能影响试验
• 6.5.1 单轴抗压试验
• 6.5.2 劈裂强度试验
• 6.6 格栅加筋沥青加铺层结构轮载模拟疲劳试验
• 6.6.1 试验模型原理与建立
• 6.6.2 试件的制备
• 6.6.3 加载方式及观测方式
• 6.6.4 轮载疲劳试验结果
• 6.7 本章 小结
• 参考文献
• 第七章 基于剩余寿命的加铺层结构设计与DEA 优化方法
• 7.1 加铺层损坏模式与设计指标
• 7.2 剪切疲劳轴载换算
• 7.2.1 计算结构与计算方法
• 7.2.2 不同荷载作用时的剪切应力对比分析
• 7.2.3 剪切疲劳轴载换算
• 7.3 基于剩余寿命的加铺层结构设计方法探讨
• 7.3.1 现行路面设计规范存在不足
• 7.3.2 基于剩余寿命的加铺层结构设计方法
• 7.4 沥青加铺层典型结构与优化
• 7.4.1 沥青加铺层典型结构
• 7.4.2 基于DEA 方法的加铺层结构优化
• 7.4.3 实例分析
• 7.5 本章 小结
• 参考文献
• 第八章 主要研究结论及建议
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 进一步研究建议
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢