（道路與鐵道工程專業(yè)論文）再生集料剛性基層結(jié)構(gòu)研究.pdf

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 半剛性路面是我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)的主要型式。由于重載交通等諸多方面的原 因，我國(guó)半剛性路面結(jié)構(gòu)早期損壞嚴(yán)重，且早期修建的高速公路陸續(xù)進(jìn)入大修期， 高速公路大修任務(wù)繁重。大修中銑刨后的半剛性基層材料大量廢棄，造成巨大的 資源浪費(fèi)、土地占?jí)?，并引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)高速公路大修中半剛 性基層銑刨后浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)狀，研究了高速公路二灰碎石基層再生后做剛性基層 的技術(shù)。 提出了低配筋率鋼筋網(wǎng)混凝土剛性基層的概念，建立了鋼筋網(wǎng)混凝土基層荷 載應(yīng)力簡(jiǎn)化模型，分析了再生混凝土基層瀝青路面的荷載應(yīng)力。得到標(biāo)準(zhǔn)行車荷 載和超載情況下，再生集料剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的受力情況及應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī) 律。通過(guò)三維有限元計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)荷載和超載作用下不同配筋剛性基層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng) 變，確定不同鋼筋網(wǎng)方案對(duì)剛性基層結(jié)構(gòu)受力的影響，預(yù)測(cè)不同基層結(jié)構(gòu)瀝青路 面的疲勞壽命，確定設(shè)置鋼筋網(wǎng)的作用，鋼筋網(wǎng)的設(shè)置位置和配筋率等。 分析混凝土基層上覆瀝青面層路面結(jié)構(gòu)的溫度梯度，利用三維有限元模型， 得到路面結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)；并計(jì)算分析了混凝土基層瀝青路面的溫度應(yīng)力及耦合應(yīng) 力。由于一年中溫度驟降1 5 攝氏度的天氣極少，不像車輛荷載那樣每天都有幾 千次，將溫度荷載和車輛荷載一起產(chǎn)生的耦合應(yīng)力作為計(jì)算路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的 依據(jù)是不合理的。 采用熱一應(yīng)力耦合方法，計(jì)算分析了不同剛性基層橫縫間距對(duì)剛性基層瀝青 路面溫度應(yīng)力的影響，提出了適合再生集料剛性基層的橫縫間距。研究認(rèn)為，鋪 筑瀝青面層后，基層的溫度梯度較小，溫度翹曲應(yīng)力大幅減小，外界溫度場(chǎng)的變 化對(duì)再生集料剛性基層溫度應(yīng)力的影響較小，再生集料剛性基層的橫縫間距由養(yǎng) 護(hù)期末的極限降溫控制。推薦出再生集料水泥混凝土基層的合理切縫間距。 根據(jù)剛性基層瀝青路面復(fù)合式結(jié)構(gòu)的具體要求，進(jìn)行再生集料剛性基層瀝青 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。結(jié)合工程實(shí)踐和理論計(jì)算，推薦出基于原大修高速公路路面 結(jié)構(gòu)的合理的剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)及面層、基層厚度。并給出混凝土基層瀝青 路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)實(shí)例。 鋪筑試驗(yàn)路段，結(jié)合理論分析與國(guó)內(nèi)外使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行再生集料混凝土基層 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，探尋合理的設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞：半剛性基層? 再生集料? 剛性基層? 配合比? 橫縫間距，溫度應(yīng)力。 i l 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t 隊(duì)c t s e m i r i g i dp a v e m e n ts t r u c t u r ei st h em a i nt y p eo fp a v e m e n ts 臼眥t i l r ei nc h i n a b e c a u s eo fh e a v yt r a f f i ca n dm a n yo t h e rr e a s o n s ，t h ee a r l yd a m a g eo fs e m i r i g i d p a v e m e n ts t r u c t u r ei ss e r i o u s m o r e o v e r , t h ee a r l yc o n s t r u c t e df r e e w a yi sg o i n gi n t o t h eo v e r h a u lp e r i o do n ea f t e ra n o t h e r t h em i l l e ds e m i r i g i db a s em a t e r i a li s e n o r m o u sw a s t eo fr e s o u r c e s ，a n dr e s u l ti nas e r i e so fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s c o n s i d e r i n gt h es e r i o u sw a s t eo fm i l l e ds e m i - r i g i db a s ei nf r e e w a yo v e r h a u l ，a t e c h n i q u eo nr e c l a i m e dl i m e f l ya s hm a c a d a mu s e di nr i g i db a s ew a ss t u d i e d t h ec o n c e p to f r i g i db a s ew i t hm e s hr e i n f o r c e m e n tw a sp u tf o r w a r d l o a ds t r e s s s i m p l i f e dm o d e lo fr i g i db a s ew i t hm e s hr e i n f o r c e m e n tw a ss e tu p ，a n dt h es t r e s so f a s p h a l tp a v e m e n tw i 也r e c y c l e dc o n c r e t eb a s ew a sa n a l y z e d u n d e rt h es t a n d a r d t r a f f i cl o a da n do v e r l o a dc o n d i t i o n s i t ss t r e s sa n ds t r a i nc h a n g i n gr u l e sw e r eo b t a i n e d t h r o u g ht h et h r e e d i m e n s i o n a lf i i l i t ee l e m e n tm e t h o d s t r e s s s t r a i no fr i g i ds 1 帥c t i j r e s o fd i f f e r e n tr e i n f o r c e m e n tu n d e rs t a n d a r dl o a da n do v e r l o a dw a sc a l c u l a t e dt o d e t e r m i n et h ei m p a c to fd i f f e r e n tp r o g r a m so nt h em e s hr e i n f o r c e m e n ts l m c t l i e s t h e f a t i g u el i v e so fa s p h a l tp a v e m e n t 謝n 1d i f f e r e n tr i g i db a s es t r u c t u r e sw e r ep r e d i c t e d t h er o l eo fm e s hr e i n f o r c e m e n t ，t h er e i n f o r c e m e n tn e ts e t t i n g sl o c a t i o na n d r e i n f o r c e m e n tr a t i ow e r ed e t e r m i n e d t h e t e m p e r a t u r eg r a d i e n to fc o n c r e t eb a s es 1 蚋j c t i 鵬w i t ha s p h a l ts u r f a c ew a s a n a l y z e d t h et e m p e r a t u r ef i e l do fp a v e m e n ts t r u c t u r ew a so b t a i n e du s i n g t h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tm o d e l t h et h e r m a ls t r e s sa n dc o u p l i n gs t r e s so f a s p h a l tp a v e m e n t 、 ，i t l lc o n c r e t eb a s ew e r ea n a l y z e d s t u d i e ss u g g e s tt h a t ：t h ew e a t h e r o ft e m p e r a t u r ed r o p p e d15 。cad a yi sr a r e l y ，u n l i k et h ev e h i c l el o a da st h o u s a n d s t i m e se v e r yd a y t a k i n gt h ec o u p l i n gs t r e s sa st h ec a l c u l a t i o nb a s i so ff a t i g u ei i f ei s u n r e a s o n a b l e a d o p t i n gt h e r m a l - s t r e s sc o u p l i n gm e t h o d ，t h e r m a ls t r e s so fa s p h a l tp a v e m e n t w i t hr i g i db a s ew i t hd i f f e r e n tt r a n s v e r s ei o i n ts p a c e sw a sc a l c u l a t e da n da n a l y z e d t h e t r a n s v e r s ej o i n ts p a c es u i t a b l ef o rr i g i db a s eo fr e c y c l e da g g r e g a t ew a sp u tf o r w a r d s t u d i e ss u g g e s tt h a tt e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dw a r p i n gs t r e s sd e c r e a s e ds h a r p l ya f t e r p a v i n ga s p h a l tc o n c r e t e n et r a n s v e r s ej o i n ts p a c e i sc o n t r o l l e d b ye x t r e m e t e m p e r a t u r er e d u c t i o no fr i g i db a s ei n i t sc u r l i n gp e r i o d t h er e a s o n a b l et r a n s v e r s e j o i n ts p a c e o fr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t eb a s ew a sr e c o m m e n d e d i na c c o r d a l i c ew i t ht h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so fc o m p o s i t es t r u c t u r eo f a s p h a l t p a v e m e n t 、航mr i g i db a s e t h ep a v e m e n ts t r l l c t l i ew a sd e s i g n e d c o m b i n e dw i t h e n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n dt h e o r e t i c a lb a s i s ，r e c o m m e n dt h er e a s o n a b l ea s p h a l t p a v e m e n ts n u c t l l r e 、 ，i t l lr i g i db a s ei nt h eh i g h w a yo v e r h a u la n dg i v es t r u c t u r a ld e s i g n p r o c e d u r e sa n dd e s i g ne x a m p l e s c o m b i n e dw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i e n c eb o t l la th o m ea n da b r o a d t r i a lp a v e m e n ts e c t i o n sw e r ec o n s t r u c t e d ，t h ed e s i g na n dv e r i f i c a t i o no fr e c y c l e d a g g r e g a t er i g i db a s ew a sc a r r i e do u t i l l 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 k e yw o r d ：s e m i r i g i db a s e7r e c y c l e da g g r e g a t e r i g i db a s e , m i x t u r er a t i o t r a n s v e r s e j o i n ts p a c e t h e r m a ls t r e s s - i v 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立 進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含 任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究作出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé) 任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：翼叢 日 期：絲卑：絲 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留或向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允 許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他 復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。 ( 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名：翼堂裊導(dǎo)師簽名： 期： 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 研究目的及意義 第一章緒論 半剛性路面是我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)的主要型式。由于諸多方面的原因，我國(guó)半 剛性路面結(jié)構(gòu)早期損壞嚴(yán)重，且早期修建的高速公路陸續(xù)進(jìn)入大修期，高速公路 大修任務(wù)繁重。大修中銑刨后的半剛性基層材料大量廢棄，造成巨大的資源浪費(fèi)、 土地占?jí)海⒁l(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題。本課題將銑刨的半剛性基層材料用作瀝青 路面剛性基層，探討經(jīng)濟(jì)耐久的再生集料剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。 半剛性路面結(jié)構(gòu)對(duì)抵抗重載起到了良好的作用。但是，由于半剛性基層的干 縮、溫縮與脆性特性，以及重載交通的作用，基層開(kāi)裂現(xiàn)象嚴(yán)重?；鶎右坏╅_(kāi)裂， 動(dòng)載下的板塊活動(dòng)使瀝青面層底部拉應(yīng)力與剪應(yīng)力大幅增長(zhǎng)而導(dǎo)致反射裂縫與 面層的快速疲勞，加速路面結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂與唧漿破壞，破壞后其養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用高。 由于半剛性路面的開(kāi)裂唧漿難以修復(fù)，近年來(lái)許多高速公路大修中將柔性基層應(yīng) 用于高速公路的維修結(jié)構(gòu)中。但由于重載、柔性結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的協(xié)同性等問(wèn)題， 修復(fù)后的路面也出現(xiàn)了一些新的路面結(jié)構(gòu)病害。 高速公路大修過(guò)程中，銑刨的大量半剛性基層材料被作為廢料拋棄，不僅占 壓土地，而且對(duì)環(huán)境造成不利影響。銑刨的半剛性基層材料，特別是上基層材料， 具有一定的級(jí)配、較高的強(qiáng)度，仍具有較高的利用價(jià)值。以銑刨的半剛性上基層 材料作為骨料，配制成水泥混凝土剛性基層，探討高速公路半剛性路面結(jié)構(gòu)大修 中修建剛性基層瀝青路面的可行性，這對(duì)于缺乏石料地區(qū)，半剛性基層材料的再 生利用，對(duì)保護(hù)環(huán)境與資源，降低工程建設(shè)成本，改善路面結(jié)構(gòu)的受力狀況，延 長(zhǎng)路面結(jié)構(gòu)使用壽命，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 本課題依托京福高速德州段，對(duì)高速公路大修過(guò)程中原有二灰碎石半剛性基 層的就地利用，研究二灰碎石再生集料的性能與再生利用技術(shù)，提高路面結(jié)構(gòu)的 耐久性能。本項(xiàng)目通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)路鋪筑及路面結(jié)構(gòu)力學(xué)的有限元計(jì)算分析， 研究能抵抗重車、結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)耐用的再生集料剛性基層結(jié)構(gòu)，提高路面結(jié)構(gòu) 的耐久性能。這對(duì)于探討高速公路維修中再生集料的利用，節(jié)約資源，降低工程 成本，減少礦山開(kāi)采，保護(hù)環(huán)境與資源具有重大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)建筑 資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)、外對(duì)半剛性基層材料的再生利用主要是與瀝青面層一起銑刨后 進(jìn)行冷再生利用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)、外對(duì)冷再生技術(shù)進(jìn)行了大量研究。在國(guó)外，美 國(guó)、芬蘭、法國(guó)及歐洲一些國(guó)家對(duì)瀝青砼冷再生利用的配合比設(shè)計(jì)、施工工藝等 進(jìn)行了研究，在國(guó)內(nèi)，同濟(jì)大學(xué)的薛明i l j 、廣東路橋的肖盈【2 】等，對(duì)瀝青路面冷 再生的材料、工藝、穩(wěn)定劑及改性機(jī)理等進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究，并在部分公路 上進(jìn)行了試驗(yàn)推廣。但是，總體而言，冷再生利用技術(shù)尚不成熟，冷再生混合料 的材料性能、配合比設(shè)計(jì)方法、及路用性能有待進(jìn)一步研究，冷再生技術(shù)在高速 公路中的利用受到一定的限制。在國(guó)內(nèi)，張超【3 】、李征【4 】等人也就利用舊水泥混 凝土做道路基層的技術(shù)開(kāi)展了一些初步研究。 由于剛性基層瀝青路面具有良好的耐久性和抗重車能力，素混凝土或連續(xù)配 筋混凝土基層瀝青路面在美、英、德等國(guó)的高速公路中應(yīng)用較多。我國(guó)長(zhǎng)安大學(xué) 自2 0 0 1 年至今一直對(duì)貧混凝土l 引、水泥混凝土、連續(xù)配筋混凝土及多孔混凝土【6 】 等剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。馬慶雷【_ 7 】等對(duì)基 于剛性基層( 包括貧混凝土、水泥混凝土和鋼筋混凝土基層) 的耐久性瀝青路面 結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。但上述研究均未對(duì)剛性基層的板塊尺寸、切縫間距等進(jìn)行深入的 理論分析和試驗(yàn)研究，所提出的切縫間距等技術(shù)數(shù)據(jù)缺乏理論依據(jù)。 如何充分利用半剛性基層材料，并再生后做剛性基層，以修筑耐久性好、抗 重車能力強(qiáng)的剛性基層瀝青路面，國(guó)內(nèi)外研究尚為空白。根據(jù)我國(guó)高速公路大修 任務(wù)艱巨、半剛性基層銑刨后浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)狀，將半剛性基層再生后用作瀝青路 面的剛性基層，具有巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。以下分幾個(gè)部分介紹相 關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：再生集料利用的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，剛性基層的國(guó)內(nèi)外研究 現(xiàn)狀，及鋼筋網(wǎng)加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀，及剛性基層切縫間距的研究現(xiàn)狀。 1 2 1 剛性基層的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 剛性基層主要指以貧混凝土、水泥混凝土和連續(xù)配筋混凝土等材料作道路基 層。這類基層強(qiáng)度高，抗沖刷能力強(qiáng)，耐久性好。加鋪瀝青面層材料后，可以綜 合剛性路面和柔性路面的優(yōu)勢(shì)，大大延長(zhǎng)路面的使用壽命。在美、英、德等國(guó)也 較多的采用素混凝土或連續(xù)配筋混凝土作為高速公路瀝青路面基層。其中連續(xù)配 2 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 筋混凝土基層路面結(jié)構(gòu)于1 9 世紀(jì)3 0 年代最早出現(xiàn)在美國(guó)新澤西州，后來(lái)在歐美得 到了較為廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)長(zhǎng)安大學(xué)自2 0 0 1 年至今一直對(duì)貧混凝土、水泥混凝土、連續(xù)配筋混凝 土及多孔混凝土等基層瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)路研究提出合理的結(jié) 構(gòu)形式。 長(zhǎng)安大學(xué)的劉偉1 5 j 對(duì)貧混凝土基層混凝土路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方法進(jìn)行深入研究，認(rèn)為貧混凝土具有比常用的半剛性基層材料更加優(yōu)良的疲勞 性能，提出了貧混凝土基層混凝土路面的概率型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。提出了貧混凝土 兩種形式的疲勞方程，并據(jù)此推導(dǎo)了混凝土路面結(jié)構(gòu)貧混凝土基層的疲勞應(yīng)力系 數(shù)和瀝青路面結(jié)構(gòu)貧混凝土基層的抗彎拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。 對(duì)貧混凝土基層混凝土路面現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn) 等剛度法用于雙層板路面的荷載應(yīng)力計(jì)算是可行的，但用于溫度應(yīng)力計(jì)算會(huì)引起 較大的誤差。 利用三維有限元方法對(duì)貧混凝土基層混凝土路面進(jìn)行了荷載應(yīng)力和溫度應(yīng) 力的大量計(jì)算，通過(guò)回歸，得出了貧混凝土基層混凝土路面荷載應(yīng)力及溫度應(yīng)力 實(shí)用計(jì)算公式。針對(duì)規(guī)范中軸載換算存在的問(wèn)題，分別根據(jù)面層和基層的荷載應(yīng) 力公式和疲勞方程，提出軸載換算公式以及疲勞應(yīng)力系數(shù)。 長(zhǎng)安大學(xué)的馬慶雷f 7 】對(duì)基于剛性基層( 包括貧混凝土、水泥混凝土和鋼筋混 凝土基層) 的耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。認(rèn)為剛性基層瀝青路面較半剛性基 層瀝青路面具有使用壽命長(zhǎng)，減少行程時(shí)間費(fèi)、車輛運(yùn)行費(fèi)和事故費(fèi)，可在較長(zhǎng) 時(shí)間內(nèi)保持較高的服務(wù)能力，大大減少時(shí)間壽命周期費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。 提出了普通水泥混凝土基層、貧混凝土基層厚度范圍與合理切縫間距，建立 了剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；提出采用應(yīng)力吸收層、大粒徑瀝青碎石混 合料等結(jié)構(gòu)層可有效地防止剛性基層因溫度應(yīng)力而引起的瀝青面層反射裂縫。 利用三維有限元模型，分析了瀝青面層厚度、基層厚度、基層模量和路基模 量等參數(shù)對(duì)剛性基層的荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力及其兩者之間的復(fù)合應(yīng)力的影響規(guī)律 及其顯著性。得出了標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下基層應(yīng)力以及不同軸型荷載作用下混凝土基 層底面的荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力及復(fù)合應(yīng)力的實(shí)用計(jì)算公式。 長(zhǎng)安大學(xué)的鄭木蓮1 6 】對(duì)多孔混凝土排水基層進(jìn)行研究，認(rèn)為多孔混凝土具有 3 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 良好的溫縮、干縮、抗沖刷和抗凍等物理性質(zhì)。對(duì)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出 了多孔混凝土作為水泥混凝土路面下面層荷載應(yīng)力計(jì)算的疲勞應(yīng)力系數(shù)，和作為 瀝青路面基層層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。 對(duì)于多孔混凝土基層水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)汁，提出了組合設(shè)計(jì)的具體要 求。從分析路面溫度場(chǎng)入手，研究了多孔混凝土基層的溫度翹曲應(yīng)力和溫度脹縮 應(yīng)力，據(jù)此分析了多孔混凝土基層接縫的設(shè)置依據(jù)和縫間距離。最后綜合路面排 水分析和應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)計(jì)算兩部分內(nèi)容，提出多孔混疑土基層水泥混凝土路面 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。 但是目前還未發(fā)現(xiàn)利用破碎半剛性基層作為再生集料骨料，進(jìn)行水泥混凝土 剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先例。 1 2 2 鋼筋網(wǎng)加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀 在公路建設(shè)中一般采用連續(xù)配筋混凝土或鋼絲網(wǎng)加固技術(shù)，很少采用鋼筋 網(wǎng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)連續(xù)配筋混凝土的研究已經(jīng)非常成熟，并且都制定了相關(guān)的設(shè)計(jì)施 工規(guī)范。但由于連續(xù)配筋混凝土基層瀝青路面用筋多，較難推廣；近年又提出鋼 絲網(wǎng)加固技術(shù)，如陜西榆林地區(qū)就是為了改善瀝青混凝土路面推移病害，在瀝青 碎石路面中加入鋼絲網(wǎng)【1 引。再如長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院、陜西榆林公路管理局、中交 第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合研究【l9 】在楊靖線上的陡坡推移路段，針對(duì)沙漠地區(qū) 公路的網(wǎng)裂和推移病害，分別采用瀝青微表處理和改性瀝青混合料加鋪鋼絲網(wǎng)施 工的工藝進(jìn)行處理。選用直徑為3 m m 的成品鋼絲網(wǎng)，每片為l o m 2 的等邊菱形網(wǎng) 格，菱形邊長(zhǎng)6 c m ，鋼絲網(wǎng)的連接為點(diǎn)焊焊接；瀝青采用成品改性瀝青，并且在 混合料中添加1 一的水泥。對(duì)雙面層路面，澆灑透層油一攤鋪4 c m 瀝青碎石下 面層一鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)一攤鋪3 c m 瀝青碎石上面層一碾壓一改性瀝青薄層罩面。單面 層路面，澆灑透層油一鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)一攤鋪瀝青碎石面層一碾壓一改性瀝青薄層罩 面。歷時(shí)一年后，尚未出現(xiàn)推移、擁包，取得了較好的效果。 焊接鋼筋網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于大型現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和橋梁中，在國(guó)外已 經(jīng)有廣泛的研究。焊接鋼筋網(wǎng)的應(yīng)用始于1 9 0 1 年美國(guó)的馬薩諸塞州 ( m a s s a c h u s e t t s ) 2 0 】，用作預(yù)制混凝土的配筋。早在2 0 世紀(jì)初1 2 1 1 ，德國(guó)、意大 利、奧地利、法國(guó)、美國(guó)等國(guó)家就制定了焊接鋼筋網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在2 0 世紀(jì)9 0 4 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 年代以后才逐漸采用焊接鋼筋網(wǎng)，1 9 9 5 年頒布實(shí)施了鋼筋混凝土用焊接鋼筋 網(wǎng)，1 9 9 7 年頒布實(shí)施了焊接鋼筋網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。目前我國(guó)焊接鋼 筋網(wǎng)的研究應(yīng)用尚處于起步階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大差距，規(guī)程提出其適用范圍 僅為工業(yè)及民用房屋及一般構(gòu)筑物的板和墻的混凝土結(jié)構(gòu)。 本課題采用鋼筋網(wǎng)加固半剛性基層再生集料剛性基層路面結(jié)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)外 尚未有研究。 1 2 3 剛性基層橫縫間距的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 混凝土基層的橫向裂縫主要是由于在環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的影響下產(chǎn)生的 溫縮變形和干縮變形引起的。一般而言，混凝土隨含水量變化而引起的干縮變形， 主要取決于拌制混凝土?xí)r的單位用水量。單位用水量越大，干燥時(shí)的收縮也越大。 因此，應(yīng)在施工條件允許的范圍內(nèi)盡可能采用較小的單位用水量。至于其他影響 因素，如水泥用量、水灰比等雖與干縮性有關(guān)，但影響程度遠(yuǎn)不如用水量?；炷?土基層澆筑初期，表面的水分蒸發(fā)會(huì)引起表層混凝土的不均勻收縮。因此，必須 采取相應(yīng)的養(yǎng)生措施，以保證混凝土有良好的凝結(jié)硬化條件?？梢?jiàn)干縮變形受施 工條件的影響較大，可以得到有效控制，此處重點(diǎn)考慮溫度變形的影響。 有關(guān)碾壓混凝土、貧混凝土基層縮縫間距的研究相對(duì)較少。雖然普遍認(rèn)為可 比普通水泥混凝土路面適當(dāng)延長(zhǎng)間距，但多以一定時(shí)間的工程實(shí)踐為依據(jù)。從路 面力學(xué)理論分析延長(zhǎng)縮縫間距的機(jī)理，一般是依據(jù)干縮和溫縮系數(shù)來(lái)確定縮縫的 間距。再生集料混凝土基層的縮縫間距可參照碾壓、貧混凝土的縮縫研究成果。 對(duì)于碾壓混凝土，有文獻(xiàn)根據(jù)室內(nèi)伸縮值的對(duì)比試驗(yàn)和試驗(yàn)路的鋪筑驗(yàn)證， 認(rèn)為碾壓混凝土路面每隔l o 1 5 m 設(shè)置一條縮縫是可行的【2 2 1 。西班牙、法國(guó)、澳 大利亞等國(guó)家研究、應(yīng)用碾壓混凝土路面施工技術(shù)已有多年歷史，但由于主要用 于建造貨場(chǎng)、港口碼頭、停車場(chǎng)和低等級(jí)道路工程，因此對(duì)接縫的研究較少，有 的甚至與瀝青路面一樣，不預(yù)設(shè)接縫，任其自由開(kāi)裂。根據(jù)第十八屆世界道路會(huì) 議的資料介紹，不預(yù)設(shè)橫縫、自由開(kāi)裂產(chǎn)生的橫縫間距通常為6 - 1 2 m ，有時(shí)可 達(dá)到2 0 m 。 日本道路協(xié)會(huì)1 9 9 0 年5 月制訂的“碾壓混凝土路面技術(shù)指南( 草案) 對(duì)橫 向縮縫提出的設(shè)置原則【2 3 】為：當(dāng)板厚為2 5 c m 時(shí)，橫向縮縫間距為1 5 - 2 0 m ；板 5 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 厚小于2 5 c m 時(shí)，間距為1 0 - - 1 5 m 。但這種規(guī)定主要依據(jù)實(shí)際工程觀測(cè)，尚未見(jiàn) 到深入的試驗(yàn)研究成果或理論分析報(bào)告。 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)( a c i ) 3 2 5 委員會(huì)1 9 9 5 年發(fā)表的碾壓混凝土當(dāng)前工藝水平 的報(bào)告1 2 4 】中涉及碾壓混凝土路面接縫設(shè)計(jì)的內(nèi)容相當(dāng)少，僅在“路面設(shè)計(jì)的考 慮”一節(jié)中提到：采用橫縫時(shí)，一般問(wèn)隔在9 1 m - 2 1 3 m 之間。 英國(guó)道路研究所的足尺試驗(yàn)路表明，增加貧混凝土的強(qiáng)度會(huì)增大溫度裂縫的 間距和寬度。為了獲得微裂縫的最佳分布，德國(guó)建議在新建的貧混凝土基層上切 縫。在下列情況下要求切縫： ( 1 ) 貧混凝土基層的厚度大于或等于2 0 c m ，橫向切縫的間距須小于5 m ； ( 2 ) 穩(wěn)定基層的抗壓強(qiáng)度超過(guò)上限值( 1 2 m p a ) ，橫向切縫的間距須小于5 m 。 德國(guó)對(duì)切縫間距的這一要求偏小，但其對(duì)于厚度較大，強(qiáng)度較高的貧混凝土 基層需作切縫處理且切縫間距較小的思想值得借鑒。f o u l k e s 認(rèn)為，在水泥結(jié)基 層中采用溫縮系數(shù)高的粗集料可使板長(zhǎng)縮短；降低貧混凝土的強(qiáng)度到其低限 1 0 m p a 可進(jìn)一步調(diào)節(jié)裂縫的間距。但降低貧混凝土的強(qiáng)度對(duì)相鄰板之間的鎖結(jié)作 用有害，而這種鎖結(jié)作用可提高整個(gè)基層的整體性，為面板提供有力的支撐。 綜上所述，各國(guó)對(duì)縮縫設(shè)置的認(rèn)識(shí)尚未統(tǒng)一，雖普遍認(rèn)為可比普通水泥混 凝土路面適當(dāng)延長(zhǎng)間距，但多以一定時(shí)間內(nèi)的實(shí)踐為依據(jù)，尚缺乏從路面力學(xué) 理論上深入分析延長(zhǎng)縮縫間距的機(jī)理，因而無(wú)法根據(jù)材料及結(jié)構(gòu)的自身特性確 定合理的縮縫間距。 再生集料混凝土基層與混凝土面層又存在顯著不同，其上面覆蓋約0 1 m 厚 的瀝青混凝土面層，大大緩解了溫度的影響。目前尚未見(jiàn)有關(guān)再生集料混凝土基 層接縫設(shè)置的論述。胡長(zhǎng)順等【2 5 】對(duì)碾壓混凝土基層進(jìn)行一系列物理力學(xué)性質(zhì)研 究，得出其縮縫距離可較普通混凝土板的長(zhǎng)，并通過(guò)在試驗(yàn)路上設(shè)置不同間距的 縮縫，觀察得出接縫間距為l o m 和1 5 m 板未發(fā)生斷裂的結(jié)論。牛開(kāi)民等【2 5 】通過(guò) 對(duì)全厚式碾壓混凝土路面進(jìn)行應(yīng)力分析，并結(jié)合碾壓混凝土本身的收縮特性，認(rèn) 為每隔6 1 0 m 設(shè)置一條縮縫是可行的。對(duì)于貧混凝土基層縮縫間距，普遍認(rèn)為 可比普通水泥混凝土路面適當(dāng)延長(zhǎng)，孫家偉【2 6 】通過(guò)分析，提出貧混凝土基層的橫 向縮縫間距一般可在1 0 , - - 一1 5 m 之間選擇。鄭木蓮2 7 1 通過(guò)一維熱傳導(dǎo)分析，提出 多孔混凝土基層接縫間距的計(jì)算方法，認(rèn)為多孔混凝土基層接縫間距在1 0 - 2 0 m 6 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 之間。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)普通水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力進(jìn)行了深入的研究，對(duì)瀝青 路面水泥混凝土基層溫度應(yīng)力的研究尚未系統(tǒng)。由于混凝土基層的平面尺寸從普 通水泥混凝土基層到貧混凝土基層，變化較大，且在上方鋪筑了瀝青面層，改變 了其溫度特性，因此需要對(duì)混凝土基層瀝青路面的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力進(jìn)行分析。 1 3 研究?jī)?nèi)容 1 再生集料剛性基層的構(gòu)造研究 為遏制再生集料剛性基層的干縮、溫縮反射裂縫對(duì)瀝青面層的影響，對(duì)再生 集料剛性基層不同縮縫間距、不同鋼筋網(wǎng)配制方式進(jìn)行荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力數(shù)值 模擬計(jì)算；并通過(guò)鋪筑試驗(yàn)路進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的跟蹤檢測(cè)，以確定剛性基層的配筋 技術(shù)、板塊尺寸。 2 剛性基層的切縫間距 研究再生集料剛性基層切縫間距的控制因素，提出再生集料剛性基層切縫間 距的理論計(jì)算方法。 3 再生集料剛性基層路面結(jié)構(gòu)使用耐久性的研究 通過(guò)對(duì)大、中修中使用的再生集料剛性基層路面結(jié)構(gòu)、柔性基層路面結(jié)構(gòu)的 力學(xué)性能、抗疲勞及經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行對(duì)比分析，研究這兩類基層的層位功能、受力 特點(diǎn)、使用耐久性，為再生集料剛性基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，為高速公 路大修中瀝青路面結(jié)構(gòu)類型的選擇提供理論支撐。 4 鋼筋網(wǎng)對(duì)剛性基層受力的影響 探討剛性基層中鋼筋網(wǎng)的作用，比較鋼筋網(wǎng)對(duì)行車荷載、溫度荷載引起的剛 性基層應(yīng)力分布的影響，基層開(kāi)裂前后，鋼筋網(wǎng)的功能，及鋼筋網(wǎng)對(duì)剛性基層疲 勞壽命的影響。 5 剛性基層的結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià) 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的比較分析，以及試驗(yàn)路跟蹤 觀測(cè)，對(duì)該路面結(jié)構(gòu)性能做出合理的評(píng)價(jià)。 1 4 研究的技術(shù)路線 1 。建立再生集料剛性基層溫度應(yīng)力有限元計(jì)算模型，對(duì)再生集料剛性基層不 7 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 同縮縫間距進(jìn)行溫度應(yīng)力數(shù)值模擬計(jì)算，以確定剛性基層的板塊尺寸和切縫間 距。 2 建立剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型，對(duì)再生集料剛性基層不同 縮縫間距、不同鋼筋網(wǎng)配制方式進(jìn)行荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力數(shù)值模擬計(jì)算，以確定 剛性基層的配筋技術(shù)。 3 進(jìn)行水泥混凝土一瀝青混凝土復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 結(jié)構(gòu)性能對(duì)比試驗(yàn)研究。對(duì)再生集料剛性基層路面結(jié)構(gòu)、柔性基層路面結(jié) 構(gòu)的力學(xué)性能、抗疲勞及經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行對(duì)比分析，研究這兩類基層的層位功能、 受力特點(diǎn)、使用耐久性，為高速公路大修中瀝青路面結(jié)構(gòu)類型的選擇提供理論支 撐。 5 試驗(yàn)路驗(yàn)證。 1 5 可行性分析 1 理論知識(shí) 根據(jù)現(xiàn)在所掌握的專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)操作能力、數(shù)學(xué)計(jì)算能力和前人的研究 成果，可以完成本課題的數(shù)據(jù)處理和理論分析工作。 2 試驗(yàn)技術(shù)條件 根據(jù)道路實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)條件，能夠完成本課題所涉及的室 外，室內(nèi)試驗(yàn)。 3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件 現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)成熟，監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備齊全，能夠全面和準(zhǔn)確的觀測(cè)所需數(shù)據(jù)。 4 應(yīng)用前景 目前我國(guó)高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式是半剛性基層瀝青路面，這對(duì)抵抗重 載交通起到了良好的作用。但是，由于半剛性基層的干縮、溫縮與脆性特性，以 及重載交通的作用，基層開(kāi)裂現(xiàn)象嚴(yán)重。早期病害稱為普遍現(xiàn)象。加之先期修建 的高速公路目前已基本達(dá)到大修年限，半剛性路面結(jié)構(gòu)大修任務(wù)繁重。目前大修 中，銑刨的大量半剛性基層材料幾乎全部作為廢料拋棄，不僅占?jí)和恋兀覍?duì) 環(huán)境造成不利影響。半剛性基層材料的利用問(wèn)題十分突出。銑刨的半剛性基層材 料，具有一定的級(jí)配、較高的強(qiáng)度，仍具有較高的利用價(jià)值。以銑刨的半剛性基 層材料作為骨料，配制成水泥混凝土做剛性基層，對(duì)降低工程建設(shè)成本具有重要 3 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 的經(jīng)濟(jì)意義。特別是對(duì)于缺乏石料平原區(qū)高速公路，市場(chǎng)需求巨大。 該項(xiàng)目的研究，將提出合理的半剛性基層再生集料修建剛性基層瀝青路面 的設(shè)計(jì)和施工方法，可以降低工程費(fèi)用，提高路面結(jié)構(gòu)耐久性，有效利用半剛性 路面大修中的廢棄基層材料，減少環(huán)境的污染，降低工程成本和減少礦山開(kāi)采具 有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)和環(huán)境效益。這些都將更有利于該技術(shù)的應(yīng)用與推廣， 符合節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展的理念。推廣前景廣闊。 根據(jù)上述條件，認(rèn)為該課題的開(kāi)展是可行的。 9 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章剛性基層的特點(diǎn) 2 1 現(xiàn)有瀝青路面結(jié)構(gòu)的病害 目前我國(guó)公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式是半剛性基層瀝青路面，這對(duì)抵抗重載交 通起到了良好的作用。相對(duì)于柔性基層來(lái)說(shuō)，半剛性基層具有良好的板體性能， 較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力。半剛性基層下路床頂面的荷載壓應(yīng)力與壓應(yīng) 變較小，有利于保持路基處于良好的工作狀態(tài)并處于彈性工作狀態(tài)，從而有利于 減輕瀝青路面的車轍，同時(shí)，還能因地制宜地利用當(dāng)?shù)夭牧?，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu) 勢(shì)。因此，半剛性基層在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，在路面結(jié)構(gòu)形式中占據(jù)了主流地 位。但是，半剛性基層本身存在難以克服的缺陷與不足：土的溫縮系數(shù)比干縮系 數(shù)大4 - 5 倍，二灰土等半剛性基層的開(kāi)裂多發(fā)生于氣溫較低的冬季，土的粘性愈 大、石灰劑量愈高，石灰土基層裂縫愈多愈寬。通過(guò)加入粉煤灰、級(jí)配碎石改良 而形成的二灰穩(wěn)定級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)，雖然能減小裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，但還不能消除 反射裂縫的出現(xiàn)。 國(guó)外專家研究發(fā)現(xiàn)，瀝青面層下5 - 1 0 c m 是產(chǎn)生車轍破壞的主要區(qū)域；我國(guó) 的研究資料也認(rèn)為在i o o k n 軸載作用下，面層下2 7 c m 是剪應(yīng)力的作用范圍，是車 轍病害易發(fā)區(qū)域，在這個(gè)范圍內(nèi)采用瀝青碎石結(jié)構(gòu)是不可行的。但在路面結(jié)構(gòu)層 與基層之間采用7 c m 的瀝青碎石作為排水與反射裂縫緩解層是可行的。公路病害 調(diào)查表明路面產(chǎn)生自下而上裂縫的居多，并進(jìn)而引起其他病害。主要病害類型： 坑槽、沉陷、縱縫、網(wǎng)裂。 2 2 基層類型與特點(diǎn) 2 。2 。1 路面基層的發(fā)展 為適應(yīng)公路交通量的增長(zhǎng)和重載車輛的增加，路面結(jié)構(gòu)包括基層結(jié)構(gòu)在不斷 更新和完善。就我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展而言，道路基層經(jīng)歷了如下三個(gè)階段： 1 適應(yīng)中、低交通的泥結(jié)碎石及級(jí)配礫石路面，其基層主要采用手?jǐn)[片石、 碎石土、碎磚等當(dāng)?shù)夭牧稀Ｓ捎诮煌啃∫约笆前咨笟饴访?，能承?dān)當(dāng)時(shí)不大 的交通量。 1 0 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 隨著公路里程的快速增長(zhǎng)，為改善路面行車質(zhì)量，采用瀝青表面處治路面， 原來(lái)的泥結(jié)碎石及級(jí)配礫石路面改作基層。在推廣中發(fā)現(xiàn)該含土多、塑性指數(shù)大 的泥結(jié)碎石及級(jí)配礫石基層越來(lái)越明顯地暴露出它們水穩(wěn)性不好的弱點(diǎn)。針對(duì)這 種現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)用摻灰的方法對(duì)基層進(jìn)行處理，收到了一定的效果。 3 進(jìn)入2 0 世紀(jì)8 0 年代以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高等級(jí)公路的里程 不斷增加。為適應(yīng)高等級(jí)公路重交通、重載對(duì)道路的要求，一種以無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn) 定粒料為基層、瀝青混凝土為面層的所謂“半剛性路面”被大量應(yīng)用。國(guó)家在“七 五 科技攻關(guān)中專門立項(xiàng)進(jìn)行研究，并取得大量成果。半剛性基層在我國(guó)得到了 廣泛應(yīng)用，在路面結(jié)構(gòu)形式中占據(jù)了主流地位。基層一般采用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒 料，厚度1 5 2 5 c m ，底基層一般采用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，厚度1 5 4 0 c m 。 2 2 2 各類基層特點(diǎn) 目前路面基層類型根據(jù)材料的力學(xué)行為可分為：柔性基層、半剛性基層和剛 性基層。 1 半剛性基層 半剛性基層指無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層，這是目前我國(guó)應(yīng)用最廣泛的基層，其 結(jié)合料一般采用水泥、石灰、工業(yè)廢渣等材料。半剛性基層承載力大、剛度大、 模量高、板體性強(qiáng)、彎沉小，但這種材料溫縮、干縮變形大，易開(kāi)裂，屬于脆性 材料。基于半剛性材料強(qiáng)度高、模量大、板體性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)路面設(shè)計(jì)時(shí)將半 剛性基層作為承重層，提出強(qiáng)基薄面的設(shè)計(jì)思想。雖然近幾年面層設(shè)計(jì)也有增厚 的趨勢(shì)，一些高速公路的瀝青面層加厚至18 c m ，但是半剛性基層的強(qiáng)度仍然控 制在3 - 5 m p a ，在施工中強(qiáng)度甚至更高，同時(shí)半剛性基層材料變形小，易斷裂的 缺點(diǎn)依然沒(méi)有改變，反射裂縫仍然為半剛性基層瀝青路面的主要破壞模式。 由于半剛性基層材料溫縮和干縮特性，以及材料本身的脆性，裂縫的產(chǎn)生不 可避免。裂縫的存在導(dǎo)致三種后果：首先，當(dāng)車輪從裂縫的一側(cè)經(jīng)過(guò)到達(dá)裂縫的 另一側(cè)時(shí)，應(yīng)力形成突變，并在裂縫處產(chǎn)生較大應(yīng)力集中，表現(xiàn)為面層在裂縫處 上下剪切和層底彎拉，這些應(yīng)力，加之溫度應(yīng)力的綜合、反復(fù)作用，導(dǎo)致面層疲 勞而產(chǎn)生反射裂縫：其二，水沿裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，在行車荷載作用下，對(duì)基 層、底基層、路基形成水力沖刷，將材料中的細(xì)料唧出，材料松散并形成坑槽， 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 半剛性基層失去板體性，彎沉迅速增大，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破損；第三，界面上水的 存在改變了接觸條件，結(jié)構(gòu)不再連續(xù)，界面成為半連續(xù)甚至光滑接觸模式，這種 情況使得路面的受力狀態(tài)十分不利，瀝青層底有可能出現(xiàn)超過(guò)極限拉應(yīng)力，導(dǎo)致 瀝青面層開(kāi)裂，承載力降低，產(chǎn)生車轍等病害。半剛性基層路面的破壞一般從半 剛性基層的縮裂開(kāi)始，然后破壞由基層向面層及向路基延伸，最終發(fā)展為整個(gè)路 面結(jié)構(gòu)的破壞，因此這種路面破壞模式屬于路面的結(jié)構(gòu)性破壞。一旦損壞，維修 養(yǎng)護(hù)是目前面臨的一大難題。 我國(guó)幅員遼闊，氣候條件千差萬(wàn)別，但高速公路幾乎全部采用半剛性基層的 結(jié)構(gòu)形式卻過(guò)于單一，很難適應(yīng)在不同氣候環(huán)境下的使用要求，需要發(fā)展和研究 多樣化的基層材料，豐富高等級(jí)公路路面的結(jié)構(gòu)形式。而柔性基層和剛性基層鑒 于各自的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)一步研究，以利選擇應(yīng)用。 2 柔性基層 國(guó)際上應(yīng)用較多的柔性基層主要包括級(jí)配碎石基層和瀝青穩(wěn)定碎石基層。 ( 1 ) 級(jí)配碎石基層 級(jí)配碎石基層是世界各國(guó)普遍采用的基層類型之一，采用具有一定厚度和嚴(yán) 格級(jí)配要求的優(yōu)質(zhì)級(jí)配碎石作為上基層，而半剛性材料作為下基層。這種上柔下 剛的倒裝結(jié)構(gòu)，使上下基層優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既充分發(fā)揮半剛性基層瀝青路面強(qiáng)度較高 的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服其缺點(diǎn)，能在很大程度上防治和減少半剛性基層的反射裂縫。 但是，級(jí)配碎石層整體強(qiáng)度不足，抵抗變形能力差，在荷載多次重復(fù)作用下易產(chǎn) 生塑性變形積累，為達(dá)到較高的壓實(shí)度應(yīng)采用重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。然而當(dāng)其厚度較大 時(shí)，即使達(dá)到較高壓實(shí)度，在重復(fù)荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生較大的殘余變形。除可作 為應(yīng)力消散層用在瀝青面層與半剛性基層之間外，級(jí)配碎石可在輕交通道路上用 作薄瀝青面層下的基層作為主要承重層( 此時(shí)厚度較厚) ，或在中重交通道路上用 作厚瀝青面層的基層或設(shè)置在一定厚度的瀝青穩(wěn)定碎石下作為底基層。 雖然我國(guó)級(jí)配碎石應(yīng)用較早，但主要用于一般公路的基層和低等級(jí)公路的路 面，或作為排水墊層，而且對(duì)碎石材料的級(jí)配要求不嚴(yán)，隨意性較大，若將其大 面積用于高等級(jí)公路，尚需進(jìn)一步研究。 ( 2 ) 瀝青穩(wěn)定碎石基層 瀝青穩(wěn)定碎石基層是在級(jí)配碎石基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用適量的瀝青對(duì)級(jí)配 1 2 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 碎石進(jìn)行穩(wěn)定后用作瀝青路面的基層。與半剛性基層相比，瀝青穩(wěn)定碎石基層剛 相對(duì)較小，具有較高的抗剪強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和耐疲勞性，不易產(chǎn)生收縮開(kāi)裂和 水損害；與傳統(tǒng)的用于面層的瀝青混凝土相比，它是針對(duì)于基層用的，粒徑偏大， 級(jí)配偏粗，瀝青用量偏少，對(duì)原材料的要求相對(duì)于面層要低。 瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：由于面層和基層材料結(jié)構(gòu) 的相似性，路面結(jié)構(gòu)受力、變形更為協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)優(yōu)良的瀝青穩(wěn)定基層混合料能保 證一定的空隙率，使水分順暢地通過(guò)基層排出，不會(huì)滯留在路面結(jié)構(gòu)中造成路面 的水穩(wěn)性破壞；瀝青混合料對(duì)于水分的變化不敏感，受水和冰凍影響較小，不會(huì) 因?yàn)楦煽s裂縫而導(dǎo)致面層出現(xiàn)反射裂縫；瀝青穩(wěn)定碎石基層同瀝青面層一起構(gòu)成 全厚式瀝青面層，從而使得整個(gè)瀝青面層的修筑時(shí)間減少。 鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，使得瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青路面在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用，其中 最有代表性的是美國(guó)全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)和英國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面。國(guó)外瀝青路面 結(jié)構(gòu)中瀝青層總厚度較大，其路面結(jié)構(gòu)相對(duì)于我國(guó)半剛性路面來(lái)講，偏于柔性。 國(guó)外的瀝青路面結(jié)構(gòu)有向進(jìn)一步加厚瀝青層的厚度并提高瀝青穩(wěn)定類基層強(qiáng)度 的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)在這方面做了一些研究，并對(duì)瀝青穩(wěn)定類基層瀝青路面設(shè)計(jì)的 各個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，但這方面的研究工作剛剛起步，要通過(guò)實(shí)際道路的 修筑，對(duì)瀝青穩(wěn)定類基層瀝青路面的長(zhǎng)期使用性能進(jìn)行觀測(cè)，以獲得足夠數(shù)據(jù)， 進(jìn)行分析。同時(shí)，由于近來(lái)石油價(jià)格的攀升，綜合考慮我國(guó)國(guó)情，將其大面積推 廣應(yīng)用尚有待商榷。 3 剛性基層 剛性基層主要指以貧混凝土、水泥混凝土和連續(xù)配筋混凝土等材料作基層。 這類基層強(qiáng)度高，抗沖刷能力強(qiáng)，耐久性好。加鋪瀝青面層材料后，可以綜合剛 性路面和柔性路面的優(yōu)勢(shì)，大大延長(zhǎng)路面的使用壽命。 為提高瀝青路面的耐久性，采用剛性基層是一種行之有效的措施，目前剛性 基層可采用貧混凝土、水泥混凝土和連續(xù)配筋混凝土。根據(jù)各類剛性基層的物理 力學(xué)特性，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，連續(xù)配筋混凝土基層、水泥混凝土基層和 貧混凝土基層的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期可分別為6 0 年、4 5 年和3 0 年，從而充分體現(xiàn)出其 優(yōu)越的耐久性能。 國(guó)內(nèi)有關(guān)剛性基層的研究相對(duì)較少，只有近幾年長(zhǎng)安大學(xué)對(duì)貧混凝土、水泥 1 3 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 混凝土和連續(xù)配筋混凝土這三種剛性基層進(jìn)行了研究，但隨著對(duì)這種路面結(jié)構(gòu)的 進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，以及路面結(jié)構(gòu)耐久性理念的進(jìn)一步發(fā)展，剛性基層必將得到越來(lái)越 廣泛的應(yīng)用。 2 3 剛性基層材料特性 水泥混凝土作為剛性基層時(shí)與其作為面層相似，在其承受的荷載應(yīng)力和溫度 應(yīng)力之和超過(guò)其極限彎拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土板便產(chǎn)生斷裂破壞。在荷載和溫度的重 復(fù)作用下，混凝土基層會(huì)在低于其極限抗彎拉強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)疲勞破壞。本項(xiàng)目采用 二灰碎石再生集料配制的水泥混凝土剛性基層，其性質(zhì)與普通水泥混凝土基層的 性質(zhì)類似，以下主要研究再生集料混凝土的特性。 1 再生混凝土的強(qiáng)度特性 強(qiáng)度是水泥混凝土硬化后的主要力學(xué)特性，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué) 性能試驗(yàn)方法f 2 8 1 規(guī)定，混凝土強(qiáng)度有立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂 抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度等。與一般工程結(jié)構(gòu)不同，水泥混凝 土用作路面時(shí)以彎拉強(qiáng)度作為主要強(qiáng)度指標(biāo)，抗壓強(qiáng)度作為參考或輔