高等级公路高模量沥青路面设计.pdf
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1、总652期2023年第22期(8月 上)0 引言根据美国沥青路面联盟的界定,长寿命路面是设计使用年限为50年的沥青路面,其在设计使用年限内无须实施结构性修复和重建,只需要结合表面层损坏程度展开周期性修复。但是这一界定并未对路面结构形式作出具体规定。结合相关实践经验,如果设计方案合理、施工技术应用得当,几乎每种路面结构均能实现长寿命目标,但是实现技术因结构受力、服役性能等不同而存在差异。当前对公路沥青路面耐久性的研究活动愈加高涨,如何切实建设长寿命沥青路面已成为路面工程研究的热点。基于此背景,本文对半刚性基层结构和高模量沥青混凝土组合的潜在长寿命耐久性沥青路面设计展开研究,以期为同类工程提供参考
2、。1 交通量预测某高等级改扩建公路为永久路面试验路,建设前必须对沥青路面结构进行分析,并对高模量沥青混凝土路用性能进行评价,为试验路建设提供参考。结合工程可行性研究中的调查数据,该高等级公路初始货车量为7 311辆/d,在此后的设计使用年限内,年交通量按照4.3%的增长率增长。根据公路沥青路面设计规范(JTG D502017)中对满载车辆和非满载车辆比例的规定,并结合对该高等级公路周边高速公路和干线公路实际交通量的调查,满载车辆应按照超载25%确定其实际交通量,而非满载车辆则按满载计算实际载重1,公式如下:N1=AADTTDDFLDF(1+)t-1 365(1)式(1)中:N1为设计车道使用年
3、限内累计交通量;AAADTT为大型货车或客车双向日交通量均值(辆/d);DDF为方向系数,取0.6;LDF为车道系数,取0.6;为公路设计使用年限内交通量年均增长率(%);t为公路路面设计使用年限。应用式(1)计算出的 15年和 40年的设计使用年限内(15年是该高等级公路现状设计使用年限;结合现行设计规范,将该改建高等级公路长寿命沥青路面设计使用寿命定为40年),设计车道大型货车和客车累计交通量分别为 759 870 45 辆和 194 257 79 辆,比照公路沥青路面设计规范(JTG D502017),该高等级公路属于特重交通等级。当设计使用年限为40年时,沥青层层底拉应变对应的当量轴载
4、次数为 3.1108次,半刚性基层层底拉应力对应的当量轴载次数为6.4108次,路基顶面压应变的当量轴载次数为4.2108次。2 路面结构计算2.1 路面结构方案展开高模量沥青混凝土永久路面设计时,提出两种结构方案:方案一为 4 cm 厚 ARHM-13、8 cm 厚HMAC-16、10 cm厚HMAC-20、25 cm厚水稳碎石层、25 cm厚水稳碎石基层,路面总厚度比原方案低10 cm;下面层疲劳破坏应变比原结构提高60%以上,并能使半刚性基层结构沥青层疲劳寿命显著提升。方案二为4cm 厚 ARHM-13、8 cm 厚 HMAC-16、14 cm 厚 HMAC-20、14 cm 厚 ARH
5、M-25、4 cm 厚改性沥青混凝土应力吸收层、20 cm厚级配碎石,路面总厚度比原方案低18cm;为典型的柔性基层结构,高模量沥青具备较好的承载力及抗永久变形性能。2.2 路面结构验算采用Alize设计软件展开沥青路面结构验算,该软收稿日期:2022-11-25作者简介:范忠圆(1990),男,工程师,从事公路桥梁勘察设计相关工作。高等级公路高模量沥青路面设计范忠圆(山西诚达公路勘察设计有限公司,山西 太原 030006)摘要:基于长寿命沥青路面在国内应用规模小、材料选用及结构设计等方面缺乏理论及数据支撑的现状,以某改建高等级公路为例,应用ALIZE路面结构计算软件对其半刚性基层和柔性基层路
6、面结构展开设计,并对高模量沥青混凝土路用性能展开研究评价。根据比较,最终选择半刚性基层高模量沥青路面设计方案;抗疲劳性能分析结果显示,采用20#硬质沥青的HMAC-20高模量沥青混合料疲劳寿命明显优于采用SBS改性沥青的HMAC-16混合料。关键词:高等级公路;高模量;沥青混凝土;路面设计中图分类号:U416.2文献标识码:B56交通世界TRANSPOWORLD件主要通过比较路面结构力学响应和结构层材料允许值2进行结构厚度确定及优化。材料参数见表1,表中的疲劳破坏应变和材料模量均按照梯形试件两点弯曲试验得出;材料模量值略低于单轴压缩试验所得动态模量值。在路面结构验算时,以轴重10 t的单轴-双
7、轮组轴载为设计轴载;当量温度为20,设计路床顶面控制弯沉为80(0.01 mm),路基顶面模量为200 MPa;在进行沥青路面结构验算时,假定沥青层层间和半刚性基层间完全黏结,而沥青层和半刚性基层间为半黏结,沥青层和级配碎石、级配碎石和路床、路床和半刚性基层间无黏结。永久沥青路面设计应以路基顶面竖向压应变、半刚性基层层底拉应力、沥青层层底拉应变为结构验算控制参数。结合具体的交通量预测结果及材料强度参数计算结构验算参数允许值,允许值和计算值的结果汇总至表2。其中,半刚性基层中的沥青层层底和柔性基层层底全部采用HMAC-20高模量沥青混合料;柔性基层中沥青层层底和柔性基层层底分别采用应力吸收层FA
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