黄泛区全厚式沥青路面研究

发表时间:2020/9/10   来源:《建筑实践》2020年11期   作者:李小勇
[导读] 我国高速公路早期损害严重,使用寿命低的,
1.1研究背景
        我国高速公路早期损害严重,使用寿命低的,原因在于我国的公路多采用半刚性基层沥青路面结构。由于半刚性基层沥青路面诸多弊端的存在,我国研究者对这些问题进行了大量的研究且取得了相当大的进展,但都未从根本上消除这些问题。因此,我们需要借鉴国外的成功经验,积极探索、研究与以往不同的材料和结构形式。全厚式沥青路面是一种直接将沥青混合料铺筑在土基上的一种路面结构,其最大特点是确保路面各类损坏控制在路面表面层顶部很薄的范围内,防止出现联结层以下的结构性损坏,表面层的损坏只需通过预防性养护即得以补救,一旦道路表面损坏达到临界水平,其经济性处理方法就是将损坏的表面层铣刨、罩面或者加铺。
        自20世纪六十年代开始,美国开始修筑大量的全厚式沥青路面和深厚式沥青路面,其中设计、施工良好的路面表现了很好的长期服务性能。这类路面的特点是路面结构比传统的路面结构要薄,不仅能承受重载交通的作用,将路面的各种损坏控制路面表面层很薄的范围内,基本上消除了传统上普遍存在的疲劳损坏,而且使用寿命长、养护费用低,在整个全寿命周期内,可以同时满足性能控制标准和经济优化的目标。
2.1 黄泛区中高液限黏土研究
        对黄泛区中高液限黏土的颗粒组成、液塑限指标、击实特性、毛细作用等基本物理特性开展了一系列研究,掌握了该类土的基本特点,对黄泛区中高液限黏土的承载力、回弹模量、抗剪强度等力学特性进行了大量工况的试验研究,建立了黄泛区中高液限黏土静力工程特性数据库,并对路基平衡湿度和长期稳定性进行了研究。基于MTS动三轴试验, 针对黄泛区中高液限黏土在进行动三轴试验研究,分析动回弹模量与应力水平、土体物理状态的关系。
2.2生产准备
2.2.1材料
        材料要求除满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求外, 沥青胶结料由于其储存级质量的不稳定性,应加大抽检频度,对于改性沥青应注意存储过程中的不稳定性,要定期进行搅拌,相应的施工温度应当根据其沥青的技术性质和经验提供,不可采用粘温关系直接确定。
2.2.2设备
        所有试验设备必须进行标定和定期维护,以保证试验结果的真实性。设备标 定/验证的记录应保存。
2.2.3生产配合比设计
        为了更好的保证工程质量,需要对已经到场并将在试验路中应用的原材料再次进行检验,以保证其与目标设计的原材料一致。现场开始施工前需要对生产配合比进行设计与调整,生产配合比的设计验证是为了将目标配合比设计阶段混合料的级配组成和沥青含量放大到沥青拌和机上。
2.2.4 质量控制
        为了更好地保证施工质量,保证混合料的压实效果,对压实度的控制上需要 更加严格要求。目前按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的技术要求,普通沥青的混合料最大理论密度采用真空实测法为准,改性沥青最大理论密度以计算法为准,根据各种材料的有效密度计算得出。


2.3跟踪检测
        随着对基于力学方法的沥青路面设计研究的深入,路面检测仪器已经成为 观测路面材料性能衰变和荷载作用下路面结构响应的重要工具。路面检测仪器可 以用在室内加速加载试验设备中,也可用在现场足尺试验路和实际路面的长期使 用性能观测中。观测的指标主要为影响路面性能的荷载、环境、材料等因素以及 在它们的共同作用下路面的响应。最常见的观测指标为应力、应变、弯沉、湿度、 交通荷载等。
2.3.1 检测指标的确定
        根据沥青路面结构响应与损伤模式,主要控制指标为拉应变、压应变与弯沉。 沥青层底的拉应变主要控制沥青路面的疲劳开裂,永久路面理论认为沥青混合料存在一个拉应变临界点,当路面结构拉应变低于此值时,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。目前一般认为沥青层底的弯拉应变临界点为 70με 或 100με(改性沥青)。压应变主要指路基顶面压应变,其主要目的是控制车辙,依据安定理论的概念,控制住传到路基顶面的应力水平,使它产生的永久变形累积可以最终达到平衡状态,使上面的路面结构不会产生由于路基的过量永久变形而引起的损坏。弯沉主要表征路面各层抵抗垂直变形的综合能力,反应路基路面结构整体的刚度,用于控制沉陷和变形。  
2.3.3 仪器设备的选型
(1) 沥青层应变仪
        沥青层应变仪布置在各分段沥青混合料层底,目的是为了获取沥青混合料层 底动态应变数据。
(2)土压力计
        土压力计用于测量动态荷载作用下的土基表面的垂直压力,其布置位置在沥 青层与路基界面处。土压力计在确定路基表面实际应力状态及路基对车辙和疲劳 开裂的贡献方面起到关键作用。
(3)路边保护盒
        路边保护盒内置传感器连接器,在每一试验结构段设置一个连接箱。沥青应 变计、土压力计、温度探测器、位置传感器等均与连接箱相连。路边保护盒安装 在传感器铺设路段旁边的路堤上,使研究人员可以方便的将数据采集系统与传感 器连接。
(4)温度传感器
        温度传感器可用于测定沥青混合料不同深度处的温度。
3应用前景
        我国高速公路沥青路面仍面临着设计寿命短,社会与自然资源耗费大,运营维护成本高等诸多问题,难以满足全寿命周期技术经济最优化的要求。要科学构建我国高速公路全厚式沥青路面技术标准和技术体系,应首先了解高速公路可持续发展对全厚式沥青路面的迫切需求、全厚式沥青路面在我国的实践及发展现状,洞悉其中的基础科学问题、关键技术问题,然后对症下药,探寻破解方略和技术途径。我国高速公路全厚式沥青路面的重大需求问题:路面结构与材料如何应对日益严酷重载交通和复杂自然环境,周期性重建巨大资源消耗催生节能环保的迫切需求,建管养失衡向全寿命周期理念转变等。相应的基础科学问题和关键技术问题为:路面结构与材料损伤控制原理与方法,全厚式沥青路面服役性能监测技术,全厚式沥青路面设计理论与方法,全厚式沥青路面施工质量控制等。在此基础上,结合正在开展的全厚式沥青路面动态响应测试研究、加速加载试验和长期性能观测数据,提出了构建全厚式沥青路面技术体系的总体方略和具体思路,并对新一代全厚式沥青路面结构进行了展望。
       
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