基于多指标的沥青路面结构设计方法研究.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,May 1,1998,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,基于多指标的沥青路面结构设计方法研究,沥青路面结构评定方法研究,验 收 汇 报,重庆交通大学,2011,年,6,月,汇 报 提 纲,项目概况,1,主要研究内容及成果,2,问题讨论,3,研究背景,基于多指标体系的沥青路面结构设计方法已经建立与完善，需要与之相适应的新建沥青路面结构性能验收方法与标准。,新方法基于材料动态参数，落锤式弯沉仪,(FWD),较贝克曼梁,(BB),更合理评价路面结构性能，但国内还没有统一的,FWD,标准检测规程。,已建沥青路面加铺改建结构设计需要较完善的旧路结构参数。,研究内容,技术路线,弯沉、温度数据采集,沥青层代表温度预估及,弯沉温度修正,FWD,模量反算方法和程序比选,路面结构层的反算模量,FWD,实测弯沉与理论弯沉的修正,已有公路,FWD,反算模量修正系数,沥青路面结构评定方法与标准,实测或预估结构层材料动态模量,理论弯,沉值,标准状况实测弯沉值,评定已有沥青路面结构承载力,沥青路面试验路段铺筑及厚度检测,FWD,标准测试方法研究,建立新建公路沥青路面弯沉验收标准,汇 报 提 纲,项目概况,1,主要研究内容及成果,2,问题讨论,3,FWD,标准测试方法,ASTM,FHWA,LTPP(SHRP),NCHRP,日本,FWD,检测规程,公路路基路面现场测试规程（,2008,版）,.,综合分析上述方法，结合现场,FWD,弯沉试验，初步制定了沥青路面,FWD,仪器参数、测点布置、标定与校准、数据处理等弯沉检测规程。,试验路的铺筑,试验路的铺筑,路表温度采用红外线测温仪测定；,大气温度在试验段现场用气温计测定；,路面内部不同深度温度采用滴油法用温度计测定。,试验路温度数据采集,FWD,弯沉数据采集,分别测试了各结构层顶面,FWD,弯沉盆、贝克曼梁弯沉及承载板模量。,FWD,弯沉数据采集,室内试槽测试点分布,室外试验路测试点分布,试验路厚度测试,试验路厚度测试结果分析,138,143,199,207,206,196,108,113,283,296,200,186,雷达与钻芯测试值之间的差别大多数在,4%,以内。,试验路各结构层材料动态模量,土基材料动回弹模量的预估,三参数预估模型介绍,k,1,，,k,2,，,k,3,为与土的性质和状态有关的试验参数,;,主应力之和,八面体剪应力,试验路材料动态模量测试,通过土工试验测试及计算分析的物理参数,试验路土样基本指标,试验路各结构层材料动态模量,预估模型中三参数计算公式以及计算结果：,试验路各结构层材料动态模量,土基当量回弹模量计算方法,采集结构与材料参数,在,ABAQUS,软件中建立三维有限元分析模型,非线性模型,线弹性模型,分析步,1,：,Geostatic,施加重力荷载，构建初始应力场,分析步,1,：,Geostatic,施加重力荷载，构建初始应力场,分析步,2,：,Static,调用,UMAT,，读入初始应力场，施加车辆荷载，迭代分析荷载应力与模量,分析步,2,：,Static,读入初始应力场，施加车辆荷载，计算路基顶面各节点的弯沉,w,i,并计算相应的弯沉盆面积,A,提取路基顶面各节点的弯沉,w,i,并计算相应的弯沉盆面积,A,是,确定路基当量模量初始值,E,0,=,（,M,R,max,+,M,R,min,）,/2,A,-,A,/,A,5%,确定路基当量模量,E,进入线弹性模型,否，调整路基当量模量,路基当量模量初始值,E,0,试验路各结构层材料动态模量,不同测试条件下各路面结构的土基材料动回弹模量的计算结果以及范围,试验路材料动态模量测试,沥青混合料试件成型,AC-20,现场钻芯取样,AC-16与SMA-13,旋转压实成型,试验路材料动态模量测试,沥青混合料动态模量测试,测试仪器：,SPT,测试标准：,AASHTO TP62,试验路材料动态模量测试,AC20,动态模量测试结果（,MPa,）,AC16,和,SMA13,动态模量测试结果（,MPa,）,试验路材料动态模量测试,水泥稳定碎石动态抗压模量测试：,测试仪器：,SPT,测试规范：,AASHTO TP62,测试频率：,10Hz,试件从试验路上钻芯取得，试件尺寸,100150mm,。,试验路各结构层材料动态模量,级配碎石结构层动回弹模量查取,本研究中级配碎石基层模量采用,350,MPa,，底基层模量采用,220,MPa,。,粒料材料回弹模量经验参考值,沥青路面温度预估与,测试,路面代表温度选为沥青层中点温度,沥青路面代表温度确定方法,第一层次：实测法,第二层次：,Bells3,公式（或同济大学公式）,第三层次：简单中点温度预估公式,沥青路面温度预估与,测试,晴天沥青路面中点温度预估公式：,阴天沥青路面中点温度预估公式：,多云天气沥青路面中点温度预估公式：,推荐沥青路面中点温度预估公式：,理论分析法：,将沥青路面按各层结构模量厚度等参数代入,BISAR,进行分析,试验回归法：,现场定点采集在不同沥青路面代表温度下的弯沉数据进行回归分析,FWD,中心点,弯沉温度修正,不同温度条件下,FWD,测试数据回归分析获得弯沉温度修正公式：,试验回归法,其他弯沉盆指标与中点温度的相关性,其它点弯沉温度修正,弯沉盆各点,DR,i,修正公式：,其它点弯沉温度修正,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,弯沉综合修正系数,F,：,第一种方法是将路面结构看成三层体系，选定的回归参数为：路面厚度,H,，土基模量,E,0,面层与基层的模量比,E,1,/,E,2,，,F,公式的构造形式为：,第二种方法是将路面结构看成三层体系，选定的回归参数为：路面厚度,H,，土基模量,E,0,面层与基层的当量模量,E,X,，,F,公式的构造形式为：,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,两种方法中如果模量需要合并时，计算公式都采用,2002,版,水泥混凝土路面设计规范,中的计算方法，即,:,当量回弹模量：,当量厚度：,：,其中,：,不同路面结构计算分析表明满足弯沉等效原则。,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,半刚性基层模量采用动态压缩模量时，试验路弯沉综,合修正系数,F,的分析结果见下表：,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,第一种方法选定的回归参数分析结果如下：,柔性基层沥青路面：,半刚性基层沥青路面：,第二种方法选定的回归参数分析结果如下：,柔性基层沥青路面：,半刚性基层沥青路面：,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,半刚性基层模量采用动态弯拉模量时，试验路弯沉综合修正系数,F,的分析结果见下表：,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,路表弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,第一种方法选定的回归参数分析结果如下：,半刚性基层沥青路面：,第二种方法选定的回归参数分析结果如下：,半刚性基层沥青路面：,路基弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,由于土为松散类材料，不具有板体性，因而在使用,FWD,进行土基弯沉验收时，主要进行中心点弯沉的修正,利用,ABAQUS,软件以及路面结构参数，通过理论数据分析首先得到,13KN,荷载作用在土基顶面时路基土的当,量回弹模量,50KN,荷载作用在路表面时路基土的当量,回弹模量,路基弯沉综合修正系数,F,的回归与分析,试验路各路基土 的分析结果为：,粘土与页岩土：,室内外碎石土：,利用理论数据结合实测数据分析得到路基土顶面综合弯沉修正系数,F,为：,粘土与页岩土：,室内外碎石土：,路基路面弯沉验收方法,路基顶面弯沉验收方法流程图,根据路面结构参数计算得到,F,根据路基土参数利用,BISAR,程序计算得到路表计算弯沉值,l,理论,验收质量,合格,验收质量,不合格,是,否,采集,FWD,测试弯沉数据,经湿度修正得弯沉值,路表弯沉验收方法流程图,路基路面弯沉验收方法,根据路面结构参数计算得到,F,根据各结构材料 参数，利,BISAR,程序计算得到路表计算弯沉值,l,理论,验收质量,合格,验收质量,不合格,是,否,采集,FWD,测试弯沉数据,实测弯沉经温度及湿,度得弯沉值,路基顶面弯沉验收方法的验证,路基顶面弯沉验收方法以重庆外环高速路为依托工程进行验证,路基土的验证路段为：,K1+584K1+700,段,FK0+100200,段,路基土的类型：碎石土,路基顶面弯沉验收方法的验证,重庆外环高速各结构层材料参数取值,路基土验收结果分析表,验收结果良好，表明研究中所推公式具有良好的工程适用性,路表弯沉验收方法的验证,路表弯沉验收方法以长深高速公路滨州至大高段为依托工程进行验证,路面结构及路面材料参数,路表弯沉验收方法的验证,验证结果,从验收结果看，二者都能较好的反映出路面结构的性能状况，但第二种方法能更好的反应整体路面结构强度，对我国半刚性基层的沥青路面适用性很好，推荐第一种方法计算的公式为准，第二种方法计算的公式作为验收的补充公式,路基路面弯沉验收方法的程序化,模量修正系数,K,的确定,建立沥青路面各结构层反算模量修正系数，使反算模量可以更好的与模量的室内测试值吻合，进而通过,FWD,无损检测准确的评定旧路加铺设计参数。,K=E,室内,/E,反算,通过对比验证，选择,SIDMOD,作为沥青路面结构层模量反算程序。,沥青层模量修正系数,K,的确定,沥青层模量修正系数,K,的确定,四个试验路段沥青层的模量修正系数都是增函数，即在温度较低时，反算模量值比测试模量值大；温度较高时，反算模量值比测试模量值小。,不同路面结构沥青层模量修正系数,K,的范围的计算结果,半刚性基层模量修正系数,K,的确定,水泥稳定碎石层模量修正系数,以典型的半刚性基层沥青路面为反算对象，其具体结构为：,15cm,沥青层,+40cm,水稳层,+,土基,。,级配碎石模量修正系数,K,的确定,对级配碎石材料作为基层与底基层的路面结构进行反算，并将反算模量与查表所得值作比较。,土基模量修正系数,K,的确定,K,值大多在,0.320.50,的范围内，且随着路面结构层厚度的增加，土基材料的模量修正系数是逐渐变小的。,模量修正系数,K,的验证,沥青层模量修正系数的验证,以长深高速公路滨州至大高段不同结构试验路段进行验证。,在不同温度下进行,FWD,弯沉测试，进而反算出沥青层模量值，通过插值得出试验室测试温度下的反算模量值。,模量修正系数,K,的验证,五种结构路面的沥青层的模量修正系数,K,的范围：,4.4,时,K,为：,0.36,0.86,；,21.1,时,K,为,0.94,1.10,；,40,时,K,为,:1.35,2.17,。,模量修正系数,K,的验证,半刚性基层模量修正系数的验证,以长深高速公路滨州至大高段中典型的半刚性沥青路面为研究对象，对路面进行长期弯沉测试。,通车,608,天,模量修正系数,K,的验证,不同时期结合料基层反算模量值,室内模量值查取,模量修正系数,K,的验证,半刚性基层模量修正系数的范围为,0.691.18,，平均值为,0.92,；试验路段所得的水泥稳定材料的模量修正系数的范围是,0.611.06,，平均值为,0.85,，与此处比较所得的修正系数的范围与平均值范围较为接近。,模量修正系数,K,的验证,土基材料模量修正系数的验证,（,1,）利用室外试验路段进行验证,2011.3.28,测得土基含水量平均值为,11.3%,不同时期土基模量反算结果,含水量为,11.3%,时的预估模量值为,88.9MPa,，将此模量值与对应的反算模量值做对比，得出二者比值为,0.35,，与先前土基材料含水量没有变化时，所得出的模量修正系数,0.32,。,模量修正系数,K,的验证,实体路段验证结果 在京津唐高速公路改扩建项目研究中，对各路段实施了,FWD,弯沉测试，并对各测试路段进行了开挖，在土基不同深度处进行了,CBR,测试。,模量修正系数,K,的验证,不同位置的,CBR,测试值,AASHTO 2002,经验公式,模量修正系数,K,的验证,土基材料模量反算值,土基模量修正系数范围为,0.36-0.51,，平均值为,0.45,；试验路段比较所得结合料层下的土基材料模量修正系数的范围为,0.44-0.53,。,所得结论与所获成果,制定了落锤式弯沉仪,(FWD),标准测试规程,1,提出了,FWD,实测弯沉的温度修正方法,2,推荐了路基路面综合弯沉修正系数,F,的公式,3,4,5,主要研究成果,提出了新建沥青路面结构的弯沉评定方法和标准,5,编制了路基路面弯沉验收软件,提出了沥青路面不同类型结构层模量修正系数,K,6,问题讨论,对半刚性材料基层与沥青混合料面层出现较多裂缝的旧路，反算模量的规律性较新建沥青路面的反算模量规律性要差很多，对旧路路面的各结构层的反算模量值进行准确的修正仍需深入研究。,在综合修正系数,F,回归过程中，路面结构类型的局限，使得回归原始数据不是很全面，例如倒装式路面结构，需要进行进一步的研究分析，以增加所推公式的适用性。,谢 谢！,