超薄水泥混凝土路面结构与材料设计研究.pdf
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1、RM C : M 本 刊 特 稿S p e c ia 1 S t。 超薄水泥混凝土 路面结构与材料设计研乡 Re : a r c h O l1 Sml c e a n d M a l i a l De s i r Ul t l a- - l q i n W h i R) p p i n g 杜 小婷长安大学 特殊地区公路工程教 育部重点实验室,陕西 西安 7 l O O 6 4 赵卫 东陕西省铜川公路管理局 ,陕西 铜川 7 2 7 0 3 1 0引言 超 薄 水 泥 混 凝 土( uTW )路 面养 护 维修 技 术 是道 路 罩面 养 护 的 有效 方法 ,对 改 善路 面 使用 性 能、
2、 提高 承 载 能力 、 延长 道 路使 用 寿命 具有 明显作 用 。该 方法 施工 工 艺简 单、 成 本低 廉 ,后 期维 修 方便 ,在 广大 农村 地 区低 等 级道 路 上 有着 广 阔的应 用 前景 。 目前I I 1 、 v 路 面设计 一般 参考 普 通 水 泥 混凝 土路 面 设计 规 范 , 国内 针 对 纤维 增强 水 泥 混凝 土路 面 特 点 的设计 方法 尚无 深入 研 究 。 因此 , 本 文在 理 论计 算 与 分析 、 室 内试验 和试 验 路研 究 的基 础 上 ,参 照 公路 水泥 混凝 土路 面 设计 规 范 的有 关规 定 ,借 鉴 国 内外路 面
3、设计 方法研 究 成果 ,对 比分析 普 通 水泥 混 凝 土和 3 种 纤 维增 强 混 凝 土 的强 度 性 能和 疲 劳性 能 ,确 定适 U T W路 面使 用 的水 泥 混凝 土增 强 纤 维和 配 合 比组 成 ,提 出 了适用 于 普 通水 泥 混凝 土 和 纤维 增强 混凝 土I 爪 v路面 结构 设 计 方 法 ,供 设计 与养 护 施 工部 门参 考 使用 。 1 1 荷载应力分析 在 分析u1 r 、 v 路 面结 构 荷载应 力 时 , 采 用 如 图 1 所 示 的 弹 性 三 层 体 系模 型 ,将5 1 0 c n 1 厚 的I r r 、 V 路 面 板 视作
4、面 层 , 沥青 层视 为基层 , 旧 沥 青 路面 基层 以下 部 分视 为 综合 地 基 。假 定 沥 青层 与 综合 地 基 之 间为 完 全连 续接 触 ,1 厂 r w路面 板 与沥 青 层 之 间 分别选 取 完 全连 续和 滑 动 接 触 两种 极端 情况 ,对I J r w路 面板底 一 7 一 卫 一 一 一 三 一 一 靼 晟 一 靛 一 弹 的用回算薄与的之 一 一 RM CM 本刊特稿 S p e c ia l S t O r y 尺 寸 J 、 ,根据 国 内外 关于 水泥 混 凝 土路 面 温度 场和 温 度应 力 研 究结 果 可 知 ,uT W 路 面 温 度
5、应 力 通 常 很 小 。计 算分析 表 明:相 同温度 梯 度 作 用 下 ,板 边底 部 中 点温 度翘 曲应 力 随 着板 厚 的增 大 而增 大 ,且 增 大 幅度逐 渐减 缓 ;温 度应力 随 的增 大而增 大 ,且 呈 线性 关 系 ,丘 每 增 大2 0 0 MP a , 温度 应 力 增 大 约0 0 1 5 MP a , 提高 1 0 左 右。 如 图6 所 示 , 温度 翘 曲应 力 随路 面板 接 缝 间距 的 增 大 呈 曲线增 大 ,增 长幅 度逐 渐 减 小 ,但 接缝 间距 大 于 1 4 m后 ,应 力 提 高率 明 显减 小 ; 由 图7 可知 , 温 度 应
6、 力随 综 合地 基 弹性 模 量 的增 大 呈 凸曲线 形 式 变化 , 当综 合地 基 弹 性 模 量 大 于 1 6 0 MP a 后 , 温 度 应 力 明显减 小 ,而且 减小 幅度 很 大 。 通 过 分析 可知 , 影 响 温度 应 力 的主 要 因素是 路 面板 厚 度 、接 缝 间 距 和综 合地基 弹 性模 量 。I J T w路 面 板 在 使用 过程 中 的温度 翘 曲应 力 远 小 于荷 载 应力 ,在 设计 中可暂 不 予 考 虑 。 1 -3 旧沥青路面承载力分析 旧沥 青 路面 铣 创 后 剩余 沥 青层 。 2 5 O 20 。 O 05 餐 叵 M P a
7、图7 综 合地 基弹 性模 量 对温 度应 力 的影 响 的厚 度和 品 质对I J T w路面 的使用 性 能具 有 明显 影 响。 因此 ,在1 兀 、 v路 面 结构 设计 中应 考 虑剩 余 沥青 层 对 荷 载应 力 的影 响。 研 究 表 明 ,路 面板 底 弯拉 应 力 随 沥青 层厚 度 基 本 呈线 性 变化 ,且 斜 率 与丘有 关 , 随着 沥 青 层 弹 性模 量 的增 大 ,板 底 弯拉 应 力 呈 曲线减 小 。 对 于相 同 的 ,随 路 面 板厚 度 的增 大 ,荷 载应 力 随沥 青层 厚 度 线 性 变化 的斜 率逐 渐减 小 。 路面 板越 薄 ,沥 青层
8、 厚 度 受板 底 弯拉 应 力 的 影 响越 明显 ,保 证 足够 厚 的有 效 沥 青 层 对uT w 路 面 的 使 用 性 能 越 重 要 。在 相 同 路面板 厚 度 下 ,随 沥 青 层厚 度 的增 大 ,应力 变 化 率逐 渐减 小 。板 厚较 小 时, 当沥 青层 厚 度 大 于6 c m后 ,应 力 变化 率 明 显减 小 。 路 面板 越 薄 ,沥 青层 厚 度 与弹 性模 量 对应 力 影 响越 大 ,故 应控 制 沥 青 层厚 度 大于6 L , 以有 利于 I 厂 r 、 V路 面 的使 用 。 2 1 l 爪路面结构层厚度 U 1 W 路面 结构 层厚 度 主要 包
9、括 路面 板 厚 度 、铣刨 后 沥 青层 剩 余 有 效厚 度 、 补强 层 或 整平 层厚 度 。 路 面 各结 构层 具 有 合理 的厚 度 组 合 , 有 利 于 UT w 路 面 长 期 保 持 使 用 性 能 。 当 旧 沥 青 路 面 的承 载 能 力 不 符 合控 制标 准 值 要 求时 , 设置 补强 层 。补 强层 厚 度根 据 承 载 能力 要 求 和 结构 层最 小 厚度 要 求 综合 确 定 。 当铣刨 后表 面 存在 局 部 范 围较 大坑 槽 或路 拱 不符 合 要求 时 ,应 设 置整 平 层 。 UT w 路 面 板 最 突 出 的特 点 是 厚 度 超 薄
10、,通 常 在5 1 0 c m之 间 , 根 据 交 通状 况 、轴 载作 用和 自然 因 素等 , 通过 计 算确 定 路面 板厚 度 。 路 面 板 应 具 有 足 够 强 度 , 且 表 面 平 整 、耐 磨 、抗 滑 。在 试 验 路修 筑 中, 分别选 取 了5L 邗 、8 c l 1 1 和 1 0c r n 三种 厚 度 , 以及 普通 混 凝 土 、钢纤 维 混 凝 土 和 聚 丙 烯 纤维 网 混凝 土3 种 混凝 土 。 2 _ 2 I 爪 路面板平面尺寸 由于 I I T 、 路面 面板 厚 度 薄, 为 减 小板 内荷载 应 力 ,通 常平 面尺 寸 较小 ,适宜 接缝
11、 间距 为0 6 1 8 m, 板块 通 常划 分为 矩形 。 通 过 理 论计 算 得 出 ,路 面板 平 面尺 寸对 板荷 载 应力 的影 向 程 度 与 板厚 度 、 层 间接 触状 况相 关 。 当路 面板 与地 基完 全 连续 接 触 时 ,板 平 面尺 寸 大于 1 0 mX 1 0 m,对荷 载应 力 影 响较 小 ,可 以忽 略; 当板 平面 尺 寸小于 1 0 mX 1 0 m时 ,则 必须进 行 应力 修 正 。层 间 滑动 接触 时,板 厚 为 7 c n 1 和 平 面 尺 寸 为 1 2 m X 1 _2 m 是 弯拉 应 力 变化 曲线 的分界 点 。 当 板厚 不
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