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    重载交通组合式基层耐久路面关键技术  

    重载交通组合式基层耐久路面关键技术

    一、技术名称:重载交通组合式基层耐久路面关键技术

    二、技术来源

    交通运输部联合攻关科技项目“永久性沥青路面设计方法研究”(合同编号:2005353341200)、交通运输部应用基础研究(重点平台)项目“高等级公路半刚性基层材料与结构损伤数值模拟研究”(合同编号:2011319781070)。

    三、适用范围

    重载交通条件下组合式基层耐久路面结构组合设计及分析、组合式基层耐久路面结构功能层材料设计技术及指标要求、组合式基层耐久路面结构性能检测评价技术。


    四、国内外相关技术现状

    随着经济的发展,交通量和轴载日益增长,给路面结构性能提出了越来越高的要求,设计耐久、经济、环保、节能的路面结构一直是道路工程领域的热门研究课题。对路面结构特征和材料特性的研究发现,特定条件下,沥青路面将不出现结构性疲劳破坏。欧美国家在对既有沥青路面性能调查的基础上,提出了永久性路(Perpetual Pavement)的概念,欧洲也称为长寿命路面。近年来,我国结合实际的交通、气候和材料条件,也对长寿命沥青路面结构进行了持续攻关研究和实践,取得了系列研究成果。其中,组合式基层耐久路面结构是性能较为突出的一种,实践证明该结构能较好的适应我国重载交通条件及气候条件。

    五、技术内容

    1. 技术原理

    1)功能层设计:为适应重载条件下路面结构不同区域应力状态,将沥青层划分成不同的功能层,表面层抗磨耗、抗剪切,中间层抗车辙、耐久,底面层耐疲劳并具备一定抗车辙能力(如图1)。

    1 路面应力及功能层划分示意

    2)沥青层极限应变(图2):沥青混合料层存在一个弯拉应变临界点,当路面结构内沥青混合料层弯拉应变低于此值时,沥青层底就不会产生疲劳损伤,即应力值或应变值与可承受的荷载作用次数关系是一条水平渐进线。这个弯拉应变点对应的疲劳寿命就是疲劳极限或耐久性极限。根据极限应变原理,路面设计中只要控制沥青层底弯拉应变小于极限应变,即可确保沥青层无结构疲劳损伤。

    2 沥青层极限应变原理

         3)无机结合料稳定材料损伤:无机结合料稳定材料基层是荷载敏感性极强的结构层,其疲劳方程指数超过13,通过增加沥青层厚度和提高基础承载力,降低无机结合料稳定材料层的层位、应力水平和温湿度波动,通过双层连铺技术提高结构整体性,可实现半刚性基层长寿命的目标。

         4)采用沥青碎石层与无机结合料稳定材料组合式基层路面结构,按照累计损伤原理进行技术分析,确保设计年限内沥青碎石层底和无机结合料稳定材料层的累积损伤不超过极限,实现路面结构耐久和可持续使用的目标(图3)。

    3 组合式基层耐久路面结构设计分析流程

    2. 关键技术或工艺流程

    1)采用基于性能的沥青混合料设计方法,开发抗剪切、抗车辙、耐疲劳、排水等适应不同功能层的新材料。

    2)采用低应变四点梁弯曲疲劳试验确定不同类型沥青混合料极限应变指标,基于实际轴载谱、温度场分布、材料参数、厚度统计分布,通过蒙特卡洛仿真技术得到路面结构应变谱分布,实现多因素耦合作用下路面结构损伤仿真模拟。

    3)用弯拉模量衰减率和弯拉强度比两项指标联合表征无机结合料稳定材料疲劳损伤模型,实现无机结合料稳定材料层疲劳损伤的有效控制。

    4)开发了半刚性基层材料双层连续摊铺,一次成型施工工艺,增强了路面结构层间的联结,提高路面结构整体性能。

    5)建立了针对重载交通组合式基层耐久沥青路面的质量控制体系,实现了结构、材料设计与施工控制的统一。

    3. 主要技术指标

    1)重载交通高速公路高模量耐疲劳沥青混凝土性能参数

    动稳定(70℃,1.0MPa)>3000/mm

    冻融劈裂残留强度比TSR 80%

    复合模量(15℃&10Hz)>14000Mpa

    疲劳试验(15℃&10Hz106次应变>100με

    低温破坏应变(-10℃)>2000με

    2)沥青混合料疲劳损坏控制指标

    普通密级配沥青混合料≤70με

    大粒径沥青碎石混合料≤60με

    SBS改性沥青疲劳层≤100με

    3)无机结合料稳定材料新型疲劳损伤模型

    4)路基顶面当量回弹模量指标

    5)基于落锤式弯沉仪FWD弯沉盆参数的沥青层底拉应变检测计算模型:



    4. 技术应用情况

    研究成果主要应用于新建、改建、大修高速公路路面工程中。根据重载交通组合式基层耐久沥青路面研究成果,设计并推荐了符合我国国情的典型路面结构,得到了大量推广应用。山东省内已应用的新建高速公路项目累计应用合计达3000Km,在高速公路大修工程中和改扩建工程中推广应用里程超过1000Km。内蒙古、安徽等省应用累计超过600余公里。

    5. 推广前景

    本项技术延长道路使用寿命、避免周期性重建、降低维修次数,充分提高了道路材料的使用效率,符合公路建设环保、经济和可持续发展的要求;该技术使路面总体厚度变薄,节约资源,节省能源,保护生态环境。一方面,基于极限应变控制指标和无机结合料稳定材料新型疲劳损伤模型进行路面结构设计,可确保路面结构在使用年限内不发生结构性破坏;另一方面,路面结构根据受力特点按功能层进行设计,充分发挥各个结构层的优势,保证路面的功能性使用性能和结构性使用性能。基于重载交通组合式基层耐久路面结构技术设计的路面结构,既继承了我国传统半刚性基层路面结构承载力大的优点,又吸收了美国永久性路面(或长寿命路面)的技术原理和优势,同时克服了无机结合料稳定材料层疲劳、温缩、干缩引起路面开裂的缺陷,既耐久又节约环保,是一项具有广阔应用前景的耐久路面技术。

    六、技术持有单位及联系方式

    技术持有单位:山东省交通科学研究院

    单位地址:济南市无影山中路38号,邮编250031

    联 系 人:余四新  

        话:0531-85903877  

        真:0531-85951980

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