半剛性基層預(yù)鋸縫技術(shù)在瀝青路面裂縫防治中的應(yīng)用研究

1、半剛性基層預(yù)鋸縫技術(shù)在瀝青路面裂縫防治中的應(yīng)用研究研究報(bào)告1河市公路局公路工程檢測(cè)中心2007年11月30日第一章概述1§1-1研究?jī)械囊饬x1§1-2國(guó)內(nèi)外研究概況2§ 13 主要研究?jī)?nèi)容5第二章 半剛性基層收縮開裂及反射裂縫發(fā)展機(jī)理分析6§2-1半剛性基層收縮開裂機(jī)理分析6§2-2反射裂縫產(chǎn)生及發(fā)展機(jī)理分析7§23 本章小結(jié)10第三章半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析11§ 31路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)基木理論11§3-2未鋪筑瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析13§ 33已鋪筑瀝青而層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析16

2、67; 34 本章小結(jié)18第四章 半剛性基層預(yù)鋸縫技術(shù)研究19§4-1半剛性基層預(yù)鋸縫處理的目的19§4-2半剛性基層預(yù)鋸縫間距的確定19§4-3半剛性基層預(yù)鋸縫時(shí)間的確定23§4-4半剛性基層預(yù)鋸縫深度的確定24§ 45木章小結(jié)25第五章實(shí)體工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析26§ 51實(shí)體工程應(yīng)用26§5-2實(shí)體工程應(yīng)用效果檢測(cè)28§53經(jīng)濟(jì)性分析29§ 54本章小結(jié)31第六章主要結(jié)論32r 4ntr第一章概述§11研究目的意義最近二三十年，世界各國(guó)的高速公路和各等級(jí)公路都有了很大的 發(fā)展，尤其是河南省近

3、兒年來(lái)，在認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于加快基 礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)戰(zhàn)略決策，積極順應(yīng)國(guó)家宏觀調(diào)控政策，搶抓機(jī)遇，全力加快交通 建設(shè)。截至2006年底，全省公路通車總里程達(dá)到23.5萬(wàn)公里（含村道）,在 全國(guó)排在第一位，公路密度141.53公里/百平方公里，在全國(guó)排在第二位。其 中：高速公路通車總里程在繼2005年突破2000公里之后，又突破3000公里大 關(guān)，2006年底達(dá)到3439公里，躍居全國(guó)第一；2007年10月底前可望率先在全 國(guó)實(shí)現(xiàn)通車總里程突破4000公里的目標(biāo)，力爭(zhēng)達(dá)到4500公里，實(shí)現(xiàn)全省95% 以上的縣通高速公路。1998年一2006年，河南省利用“統(tǒng)貸統(tǒng)還”政策，升級(jí) 改造國(guó)、省干

4、線1.2萬(wàn)多公里，新改建橋梁1319座10萬(wàn)余延米。2006年底， 全省干線公路達(dá)到21244公里，其中國(guó)道4811公里，省道16433公里，干線公 路中二級(jí)以上公路里程占86%,公路等級(jí)和服務(wù)水平顯著提高。溪河市地處河南省中南部，1986年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立為省轄市，h前轄舞 陽(yáng)縣、臨潁縣、哪城區(qū)和匯源區(qū)。全市總面積為2630平方公里，總?cè)丝?280 萬(wàn)，市區(qū)38萬(wàn)。潔河市為豫中南地區(qū)的重要交通樞紐，京廣鐵路縱貫?zāi)媳?，?寶鐵路向西與焦枝線相連，潔阜鐵路向東與京九、京滬線相接，溝通了潔河與 全國(guó)各地的聯(lián)系。京港澳高速公路、107國(guó)道、s238洛界公路、潔平高速公 路、潔周高速公路、省道s330

5、逍白線、s241時(shí)南線和省道s220七蟻線等重要 交通干線在此交匯，潔河已經(jīng)形成了四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)運(yùn)輸市場(chǎng)的h益繁榮，公路交通運(yùn)輸業(yè)也 迅猛發(fā)展并表現(xiàn)出新的特點(diǎn)：大交通量、重軸載渠化交通。這些必然給公路設(shè) 計(jì)者和建設(shè)者在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)要求方面提出了更高的要求。以無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類 材料作為基層的瀝青路面也正是適應(yīng)了這兩種要求。半剛性基層瀝青路面是我國(guó)公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，它具有與柔性路面 完全不同的結(jié)構(gòu)特征，第一，半剛性基層具有較高的剛度，其受力特性類似于“板體”，具有較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力，因此在整個(gè)施工和運(yùn)營(yíng)期間必須保持半剛 性基層的整體性;第二,半剛性基層瀝青路面

6、的結(jié)構(gòu)承載能力主要由基層承擔(dān)，瀝 青面層主要起功能作用，半剛性基層的彎拉疲勞損壞是這種路面結(jié)構(gòu)的主要破 壞形式；第三，半剛性基層瀝青路而能適應(yīng)現(xiàn)代公路交通量大、車輛大型化運(yùn) 輸形式的需要，是髙速公路、一級(jí)公路和二、三級(jí)公路的主要路面類型。然而半剛性基層材料尤其是水泥穩(wěn)定碎石類材料由于脆性，對(duì)溫度、濕度 敏感性較強(qiáng)，在強(qiáng)度形成及使用過(guò)程中，因溫度變化產(chǎn)生溫度收縮裂縫和因含 水量變化而產(chǎn)生干縮裂縫。當(dāng)瀝青面層較薄時(shí)這種裂縫往往擴(kuò)展到面層形成反 射裂縫。裂縫的存在不僅使車輛行駛質(zhì)量下降，而且也破壞了路而結(jié)構(gòu)整體性 和連續(xù)性并在一定程度上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的削弱（如裂縫處彎沉增大，回彈模量降 低等）。而且隨

7、著雨水或雪水的浸入，使基層變軟，在人量行車荷載反復(fù)作用下 導(dǎo)致路面強(qiáng)度人人降低，產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫加寬，裂縫兩側(cè)的瀝青 路面破碎，加速瀝青路面的破壞，從而影響公路使用質(zhì)量和壽命。鑒于此，根據(jù)半剛性基層材料本身的特性，以實(shí)體工程為依托，在充分考 慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、交通狀況、原材料質(zhì)量和施工技術(shù)水平的前提下，提出有效 防治半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)開裂的預(yù)鋸縫技術(shù)措施以及相應(yīng)的施工工藝。這 對(duì)更好的應(yīng)用這一路面結(jié)構(gòu)形式，有效防止和延緩裂縫出現(xiàn)以及路面破壞具有 重要的實(shí)用價(jià)值，對(duì)完善半剛性基層路面也具有重要的理論意義。此外，其成 果具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。§ 12國(guó)內(nèi)外研究概況關(guān)于半剛性

8、基層預(yù)鋸縫技術(shù)，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行過(guò)一些研究和應(yīng)用。法國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南對(duì)在半剛性基層直接用于瀝青層的下臥層時(shí)，通常都 耍求對(duì)基層采取預(yù)裂措施。一種方法是利用下尖上寬的三棱形切割機(jī)在基層上 每隔3m5m鋸一條縫并達(dá)到一定深度，同時(shí)在縫中灌注瀝青材料。另一種方 法是在施工7犬后的半剛性基層每隔4m左右對(duì)基層進(jìn)行砸碎破壞，即將980kg 重的落球儀從距地面高10cm,、20cm> 30cm處砸向地面半徑為30cm的金屬盤 上，故意使半剛性基層內(nèi)產(chǎn)生細(xì)小裂紋。法國(guó)的規(guī)范要求當(dāng)交通量大于等于14 x106時(shí)，采用較厚半剛性基層必須預(yù)裂，以減少基層的收縮裂縫發(fā)展，對(duì)其 它交通量時(shí)，也強(qiáng)烈建議預(yù)裂。英國(guó)稱半

9、剛性基層瀝青路面為“不確定使用年限的路面”，因此很少在交 通量人的高速公路上用半剛性基層瀝青路面，一般僅用在中、低等交通量的高 速公路屮。在大交通量的高速公路上，半剛性路而轉(zhuǎn)向采用貧混凝土基層，并 設(shè)置間距為4m的切縫，使貧混凝土結(jié)構(gòu)的橫向裂縫在早期產(chǎn)生。徳國(guó)的規(guī)范規(guī)定，如果符合下列三個(gè)條件之一，基層必須做橫向鋸縫處理: 當(dāng)基層抗壓強(qiáng)度人于9.0mpa；基層厚度超過(guò)20cm；基層上面的瀝青路 面厚度小于14cm。徳國(guó)、奧地利在厚度小于15cm, 28天抗壓強(qiáng)度小于12mpa的半剛性基層 剛完成后允許施工車輛在上面通過(guò)，或者鋪完后24h,在上面通過(guò)振動(dòng)壓路 機(jī)，故意讓半剛性基層遭到人為的損傷。而

10、當(dāng)基層厚度人于20cm,28天強(qiáng)度人 t 12mpa時(shí)，則在壓實(shí)后馬上預(yù)切間距為5m、深度為10cm的深縫。前蘇聯(lián)指出：為了避免薄瀝青面層下水泥穩(wěn)定土基層產(chǎn)生不規(guī)則的紊亂的 裂縫反射到瀝青面層上，也為了減少裂縫的破壞作用，建議在水泥土基層上每 隔8m12m做一假縫，深6cm8cm,縫寬10mm12mm；鋸縫后立即用瀝 青馬蹄脂填縫。瀝青面層鋪筑后，在水泥土基層鋸縫處上面的面層也會(huì)出現(xiàn)有 規(guī)則且較整齊的裂縫，面層上的裂縫也該用瀝青馬蹄脂填縫。國(guó)內(nèi)鋸縫處理最早是在沈大高速公路上采用的。預(yù)鋸縫間距采収了 30m 50m 一道的做法，有的甚至100m 道，在預(yù)鋸縫中沒(méi)有澆灌瀝青，也沒(méi)有在 基層和而層間

11、設(shè)置隔離層。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，路而不僅在鋸縫處有裂 縫，而且在離鋸縫很近的地方也出現(xiàn)裂縫。2001年在鋪筑黑龍江哈雙高速公路時(shí)，按照法國(guó)專家的意見(jiàn)鋪筑了 10km 預(yù)鋸縫的半剛性基層瀝青路面試驗(yàn)路，鋸縫間距10m,在預(yù)鋸縫中澆灌了瀝 青，但沒(méi)有在基層和面層間設(shè)置應(yīng)力吸收層。據(jù)3年的實(shí)際應(yīng)用觀測(cè)，鋸縫的 段落基本上在鋸縫位置發(fā)生了比較規(guī)則的裂縫。此外，在我國(guó)東北地區(qū)的其它路上也做過(guò)預(yù)鋸縫（只鋸縫，不設(shè)置應(yīng)力吸收 層）的嘗試，但由于瀝青面層厚度不夠，鋸縫都反射到面層上來(lái)?？墒敲鎸蛹雍?需要大幅增加工程造價(jià)，這是不可取的。因此國(guó)內(nèi)一些地區(qū)在不加厚瀝青面層 的情況下嘗試采用“鋸縫+貼縫”措施（先鋸

12、縫，再用上工織物或土工格柵進(jìn)行 貼縫處理）來(lái)進(jìn)行反射裂縫的防治。河南商丘市公路局在鋪筑平原路時(shí)，在基層碾壓成型后進(jìn)行了橫向鋸縫， 鋸縫間距20mo同時(shí)用瀝青灌縫，并分別采用30cm和80cm的單層土工布封 縫，個(gè)別路段采用80cm雙層土t布封縫。經(jīng)多年觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，30cm單層土工布 封縫路段，裂縫均反射上來(lái)；80cm單層土工布封縫路段，反射裂縫相對(duì)較少； 80cm雙層土工布封縫路段，基本無(wú)反射裂縫的岀現(xiàn)。寧夏銀古高速試驗(yàn)路嘗試采用預(yù)鋸縫間距分別為8m,、10m,> 12m,縫深 10cm寬5mm的預(yù)鋸縫措施。此外，在鋸縫上分別鋪貼2m寬特雷維拉土工 布、1.5m寬玻璃纖維土丁格柵和2m寬金

13、加網(wǎng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用觀測(cè)，基本 無(wú)反射裂縫出現(xiàn)。綜上所述，從國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)于預(yù)鋸縫技術(shù)及反射裂縫的防治研究町以 得出以下三點(diǎn)結(jié)論：（1）在瀝青面層足夠厚的情況下（國(guó)外一般認(rèn)為大于等于14cm）,只要鋸 縫間距合理，采用預(yù)鋸縫并同時(shí)進(jìn)行灌縫的反射裂縫防治措施是可行的。（2）在瀝青面層較薄的情況下，只要鋸縫間距和土工織物、土工格柵等貼 縫材料技術(shù)性能良好、貼縫寬度及厚度合理，可采用“鋸縫+貼縫”防裂措施進(jìn) 行反射裂縫的防治。（3）目前國(guó)內(nèi)對(duì)于“鋸縫+貼縫”防裂措施的研究尚處于初步階段，對(duì)于 鋸縫的合理間距、合理時(shí)間、合理寬度、合理深度以及貼縫材料的技術(shù)性能更 求、合理貼縫寬度等缺乏深入的研究。

14、§13主要研究?jī)?nèi)容木文以s238常付線改建工程和s220線孟寨至郭莊段公路改建實(shí)體工程為 依托，通過(guò)深入分析水泥穩(wěn)定碎石基層收縮開裂機(jī)理以及反射裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展 機(jī)理，從潔河及附近地區(qū)的氣候及施t實(shí)際狀況岀發(fā)，借鑒學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外的相關(guān) 研究成杲，進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析，水泥穩(wěn)泄碎石基 層預(yù)鋸縫技術(shù)研究。在結(jié)合s238常付線改建工程預(yù)鋸縫實(shí)施路段病害研究基 礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)體工程試驗(yàn)，驗(yàn)證理論研究結(jié)論的可行性，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。具體研究?jī)?nèi)容如下：1、水泥穩(wěn)定碎石基層收縮開裂及反射裂縫機(jī)理分析；2、水泥穩(wěn)眾碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析；3、水泥穩(wěn)定碎石基層預(yù)鋸縫技術(shù)研究；4、

15、實(shí)體工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析。第二章半剛性基層收縮開裂及反射裂縫發(fā)展機(jī)理分析§2-1半剛性基層收縮開裂機(jī)理分析半剛性基層收縮開裂包括干縮開裂和溫縮開裂兩種。國(guó)內(nèi)研究表明：基層 的收縮開裂，對(duì)于含土較多的材料以干縮為主，對(duì)含集料較多的材料以溫縮為 主。干縮主要發(fā)生在竣工后初期階段，當(dāng)基層上鋪筑瀝青面層以后，除了少數(shù) 路段t濕變化較大外，基層的含水量一般變化不大，此時(shí)基層的收縮則以溫縮 為主。現(xiàn)就干縮機(jī)理和溫縮機(jī)理進(jìn)行具體分析。1、干縮開裂干縮開裂是指半剛性基層材料因內(nèi)部含水量變化(水分蒸發(fā))而引起的體積 收縮開裂現(xiàn)象。干縮的基木原理是由于水分蒸發(fā)而發(fā)生的“毛細(xì)管張力作兀i”、 “吸附水及分

16、子間力作用”、礦物晶體或膠凝體的“層間水作用”以及“碳化脫 水作用”而引起的整體宏觀體積的變化。受天氣的影響，一般首先散失基層材 料中大孔隙中的覓力水，這通常不會(huì)引起體積變化，接著在毛細(xì)管孔中水的毛 細(xì)管張力的作用下，隨著水分的散失，毛細(xì)管孔徑越來(lái)越細(xì)，引起收縮。在毛 細(xì)管張力作用的后期，隨著相對(duì)濕度的繼續(xù)降低，吸附水和分子間力開始起作 用，顆粒表面吸附水膜變薄，間距變小，分子力逐漸增加，引起體積收縮。另 外，碳化收縮也會(huì)引起基層材料的整體收縮，由于ca (oh)2和co2生成ca (co) 2結(jié)晶物和水，水分散失后引起碳化收縮。由此可見(jiàn)，礦物成分和分散 度對(duì)基層材料干縮性影響最大，含有較多粘

17、土礦物和分散度大、比表面大的材 料有較人的干縮性；集料含量增加可減少基層整體材料的孔隙率、比表面和含 水量，從而能較大幅度的降低干縮性；此外，隨著養(yǎng)生齡期增加，強(qiáng)度與剛度 增加，可在一定程度上降低材料的干縮性能。所以，初期養(yǎng)生不良或施工時(shí)材 料的含水量太人，極有可能導(dǎo)致半剛性基層產(chǎn)生較人的干縮。2、溫縮開裂半剛性基層材料的溫縮特性對(duì)瀝青路面的開裂有重要影響?；鶎觾?nèi)部的溫 度變化和溫差的影響會(huì)使基層產(chǎn)生溫度應(yīng)力。從宏觀角度來(lái)看，隨著溫度下 降，基層材料開始產(chǎn)生不同程度的收縮，當(dāng)氣溫驟降時(shí)，產(chǎn)生于基層材料內(nèi)部 的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變很可能超過(guò)材料木身的抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變，從而導(dǎo)致基 層開裂。從微觀角度

18、上看，溫縮是由固相脹縮和液相脹縮引起的。由于混合料 中固相顆粒間的鍵力、離子電荷、間距及空間結(jié)構(gòu)不同，溫度變化時(shí)，各向脹 縮性不同，導(dǎo)致溫縮；同時(shí)，由于水的熱脹縮很大，溫度升高時(shí)，水的擴(kuò)張壓 力使顆粒間距離增大而產(chǎn)生膨脹，反z,則產(chǎn)生收縮。半剛性基層材料屮固相部分的收縮系數(shù)取決于各固相的成分及其含量配 比。就組成固相的礦物顆粒而言，原材料中粗集料的溫縮系數(shù)較小，粉粒以下 顆粒，特別是粘上礦物的溫縮性較大，因此，在混合料設(shè)計(jì)和施工時(shí)控制混合 料屮細(xì)集料含量或通過(guò)摻加脹縮性小的材料，可以減小混合料溫縮性。此外，水對(duì)半剛性基層材料的脹縮性影響很大，當(dāng)溫度高于冰點(diǎn)時(shí)，水的 存在會(huì)使其收縮系數(shù)顯著增大；

19、當(dāng)溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，在含水量較人的情況卜 水的凍結(jié)會(huì)引起整體材料脹縮，從而使其收縮系數(shù)減小。因此，施工過(guò)程中應(yīng) 嚴(yán)格控制混合料的含水量。§22反射裂縫產(chǎn)生及發(fā)展機(jī)理分析2. 2.1反射裂縫的產(chǎn)生半剛性基層瀝青路面反射裂縫產(chǎn)生的主要原因可歸結(jié)為溫、濕變化引起基 層開裂，交通荷載作用于裂縫時(shí)，縫端瀝青面層內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集屮，從而導(dǎo)致反 射裂縫發(fā)生。在瀝青路面使用期間，通常有溫度變化引起的反射裂縫，稱z為 溫度型反射裂縫，相應(yīng)地由交通荷載作用引起的裂縫稱之為荷載型反射裂縫。1、溫度型反射裂縫外部環(huán)境對(duì)基層溫度的影響可以按日變化溫度和年變化溫度來(lái)考慮。在 年變化溫度作用下，由于作用周期較長(zhǎng)，瀝青面

20、層的頂面和底面溫度較接近。 在寒冷的季節(jié)，基層產(chǎn)生收縮變形，在瀝青面層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力；在炎熱的夏 季，基層膨脹，在瀝青面層內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，由此產(chǎn)生的反射裂縫。在日變化溫度作用下，瀝青面層頂面溫度變化較大，底面溫度變化較小， 使瀝青面層出現(xiàn)翹曲變形。隨著溫度的下降，在瀝青面層頂面產(chǎn)生拉應(yīng)力，底 面產(chǎn)生壓應(yīng)力。溫度變化越大、越快，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，瀝青面層越容易開 裂。2、荷載型反射裂縫當(dāng)行車荷載使經(jīng)裂縫時(shí)，在瀝青面層中產(chǎn)生應(yīng)力作用，根據(jù)荷載對(duì)裂縫的 作用時(shí)間，可以把荷載對(duì)裂縫的影響過(guò)程分為三種情況：（1）車輪荷載位于裂縫一側(cè)時(shí)，裂縫兩側(cè)產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，在瀝青而 層中產(chǎn)生校大的剪切應(yīng)力；（2）車輪荷

21、載位于裂縫頂面時(shí)，裂縫兩側(cè)無(wú)相對(duì)位移或相對(duì)位移較小，瀝 青層主耍承受彎拉應(yīng)力作用；（3）車輪荷載使離裂縫時(shí)，在面層內(nèi)產(chǎn)生與第一次方向相反的剪應(yīng)力，在 整個(gè)過(guò)程屮而層受到兩次剪切一次彎曲，而且是連續(xù)的。由上述分析可知，行車荷載的作用下的最不利位置有兩種，一種是荷載作 用在基層板裂縫的一側(cè)，基層板在這種荷載作用f,裂縫兩側(cè)產(chǎn)生相對(duì)的豎向 位移差，瀝青面層中的剪應(yīng)力增人，造成剪切型反射裂縫；另一種是荷載作用 在裂縫頂面，出于在裂縫處的基層板不能承受拉應(yīng)力，所以裂縫處頂面瀝青面 層的彎拉應(yīng)力最人，最容易引起彎拉型反射裂縫。2. 22影響反射裂縫的因素除了溫度、行車荷載等外界因索外，路面結(jié)構(gòu)本身特性對(duì)反

22、射裂縫的產(chǎn)生 也有一定的彩響，它包扌4基層與面層之間的層間粘結(jié)性能；基層性能參 數(shù)（基層板厚度、彈性模量、裂縫間距、裂縫寬度）；瀝青面層結(jié)構(gòu)參數(shù)與材 料性能。通常，影響溫度型反射裂縫的主要因素是基層與面層的粘結(jié)悄況、面層厚 度、基層裂縫間距、寬度及基層和面層材料的收縮系數(shù)；基層和瀝青面層的彈 性模量也有一定的影響。對(duì)于彎拉型反射裂縫，在正屮行車荷載的作用下，荷載應(yīng)力隨層間界面模 量的減小而增大，隨瀝青面層厚度的增加而減小，其它因素的影響是較小的。影響剪切型反射裂縫最主耍的因素有：基層與面層間的粘結(jié)性能、面層的 彈性模量、面層的厚度、基層裂縫的寬度、基層板厚度以及基層彈性模量；基 層板的剛度對(duì)剪

23、切型反射裂縫的產(chǎn)生也有一定的影響，基層裂縫間距等因素是 完全可以忽略的?？倆,當(dāng)基層裂縫寬度較小、裂縫間距較大、基層及面層材料收縮系數(shù)較 大而層間粘結(jié)又較緊密時(shí)，瀝青面層溫度型反射裂縫最可能產(chǎn)生；相反，在基 層板厚度較小而層間粘結(jié)乂較差的情況下，瀝青面層中容易產(chǎn)生荷載型反射裂 縫，特別是剪切型反射裂縫。2. 2. 3反射裂縫的擴(kuò)展傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論認(rèn)為，當(dāng)瀝青面層屮某點(diǎn)的臨界應(yīng)力超過(guò)瀝青混凝土本身 的極限強(qiáng)度時(shí)，瀝青面層即達(dá)到破壞狀態(tài)。實(shí)際上并非如此，瀝青面層中的反 射裂縫從其產(chǎn)生到整個(gè)路面破壞，中間要經(jīng)過(guò)一個(gè)裂縫擴(kuò)展階段，即反射裂縫 在瀝青而層厚度方向上的縱向擴(kuò)展和在瀝青而層表而上的橫向擴(kuò)展。1

24、、反射裂縫的縱向擴(kuò)展斷裂力學(xué)認(rèn)為，裂縫的擴(kuò)展有三種位移模式：張開模式、剪切模式和撕開 模式。具中溫度應(yīng)力對(duì)反射裂縫影響的模式為張開模式，交通荷載對(duì)反射裂縫 影響的主要模式是張開模式和剪切模式，當(dāng)荷載駛經(jīng)裂縫的正上方時(shí)，以張開 模式來(lái)引起反射裂縫，當(dāng)荷載駛在裂縫之前或之后時(shí)，以剪切模式影響反射裂 縫。撕開模式在瀝青面層屮不常出現(xiàn)。與張開模式相對(duì)應(yīng)的溫度型反射裂縫通常產(chǎn)生于瀝青面層的底部，而后向 上逐漸擴(kuò)展到面層頂面。rigo等人應(yīng)用sapli5程序模擬溫度應(yīng)力作用下反射 裂縫的擴(kuò)展路徑，幾乎是垂直向上擴(kuò)展的，但當(dāng)氣溫非常低時(shí)，haas認(rèn)為，裂 縫產(chǎn)生在面層的頂面和底面，而后向面層中間擴(kuò)展。對(duì)于正

25、荷載作用下的張開模式所對(duì)應(yīng)的反射裂縫，一般產(chǎn)生于面層的底 面，在周期性荷載的作用卜垂直向上擴(kuò)展。在偏荷載作用f,反射裂縫以剪切 模式在瀝青面層屮向上擴(kuò)展，rigo等人對(duì)其擴(kuò)展路徑進(jìn)行了分析，認(rèn)為裂縫在 瀝青面層中沿45°角的方向向上擴(kuò)展。當(dāng)交通荷載（偏荷載）和溫度應(yīng)力共同作用于瀝青路面結(jié)構(gòu)時(shí)，裂縫的擴(kuò)展 介于偏荷載和溫度應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)裂縫擴(kuò)展路徑z間，比偏荷載作用時(shí)的裂縫 擴(kuò)展途徑更垂直一些。2、反射裂縫的橫向擴(kuò)展通常，反射裂縫在瞬間不可能貫穿整個(gè)路面寬度，除非在荷載和溫度應(yīng)力 作用下，裂縫的長(zhǎng)度已經(jīng)等于或大于相對(duì)整個(gè)路面寬度的臨界長(zhǎng)度（這里的臨 界長(zhǎng)度是指當(dāng)裂縫的長(zhǎng)度接近或大于該長(zhǎng)

26、度時(shí)，裂縫的擴(kuò)展非?？於沂遣环€(wěn) 定的）。較為合理的發(fā)展過(guò)程是裂縫首先在路表面某些位置產(chǎn)生，然后再向兩側(cè) 擴(kuò)展。一般情況下，反射裂縫多出現(xiàn)在輪跡處，因?yàn)闇囟葘?duì)反射裂縫的影響在 整個(gè)路面寬度內(nèi)都是相同的，而交通荷載則以一定的頻率分布在車道上，尤其 在渠化交通的路而上。§23本章小結(jié)木章通過(guò)對(duì)半剛性基層收縮開裂及反射裂縫機(jī)理進(jìn)行深入分析，得出以下 幾點(diǎn)結(jié)論：1、干燥收縮主耍發(fā)生在竣工后初期階段，當(dāng)基層上鋪筑下封層及瀝青而層 以后，基層的收縮轉(zhuǎn)化為以溫度收縮為主。2、溫度應(yīng)力是產(chǎn)生反射裂縫的主要因素，它引起反射裂縫的產(chǎn)生，并參與 了最初的擴(kuò)展；而荷載應(yīng)力只是加速了裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。3、由溫

27、度變化而產(chǎn)生的收縮變形是引起瀝青面層反射裂縫的主要原因。第三章半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析§3-1路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)基本理論國(guó)內(nèi)外研究表明，路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)主要受氣溫、輻射、風(fēng)速、云量以及日 照時(shí)間等因素的影響，而氣溫和輻射則是路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)最主要的影響因素。 因此，有必要對(duì)路面結(jié)構(gòu)所受氣溫和輻射的變化規(guī)律進(jìn)行分析。在未鋪瀝青面層和已鋪瀝青面層兩階段情況下的路面結(jié)構(gòu)所受氣溫和輻射 變化規(guī)律都是一樣的。根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)王秉綱教授、韓子?xùn)|等對(duì)許昌、鄭州商地 路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的研究結(jié)果知：(1) 在正常天氣時(shí)，氣溫和輻射的日變化過(guò)程如圖3-1所示。fhii后，氣 溫快速上升，在下午2:00左右達(dá)到

28、最高；氣溫的下降速度相對(duì)較慢，在清晨 5： 006:00左右降至最低。升溫階段為9小時(shí)左右，降溫階段約為15小時(shí)。 晝夜平均氣溫以及氣溫的變化幅度隨太陽(yáng)總輻射量的增加而增加。157:1214:2421:36時(shí)何(h)0:004:48圖3-1 (a)鄭州市氣溫變化曲線0481216202481w(h)b3-1 (c) 2001.48鄭州瀝髀面太陽(yáng)總期、副 砌肋輛日變化峨site#12:00 pm 4:48 pm 9:36 pm 2:24 am 7:12 am 12:00 pmw«(h)圖3-1 (d) 2000,12.27.122812許昌水泥路面太陽(yáng)總輻射.反射輯射以及凈輯射變化曲線

29、(2) 氣溫和輻射是路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)最主要的影響因素。路表溫度幾乎與氣溫 同步周期性變化，見(jiàn)圖32。凌晨5： 306:30 z間，路表溫度最低，而后路表 溫度快速升高，于中午14： 00左右達(dá)到最高，至次日凌晨5： 306:30左右再 次達(dá)到最低。路表溫度變化幅度遠(yuǎn)人于氣溫的變化幅度。圖3-2 2000. 7. 1 7許昌水泥路面路表涓度隨氣泡、太陽(yáng)總 組射変化曲線、£*«(3) 氣溫和輻射的年變化決趙了路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的年變化規(guī)律。氣溫和輻 射的年變化|lh線見(jiàn)圖33、圖34。夏季太陽(yáng)輻射量大，氣溫高，路面結(jié)構(gòu)溫度 高，冬季則相反。圖37 鄭州、西安月平均氣逞變化曲線|+月總

30、輻射最(do ws觀時(shí)im (月)圖371997年鄭卅市太陽(yáng)總輻射變化曲拔§ 3-2未鋪筑瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析3. 2.1未鋪筑瀝青面層路面結(jié)構(gòu)溫度分布及變化規(guī)律未鋪瀝青面層時(shí)路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)類似于水泥混凝土路面，故分析該階段情 況時(shí)可借鑒水泥路面的溫度場(chǎng)變化規(guī)律。借鑒國(guó)內(nèi)對(duì)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)溫度 分布及變化規(guī)律的研究結(jié)果，未鋪瀝青面層階段基層溫度分布及變化，有如下 規(guī)律：(1) 基層溫度隨氣溫和輻射的晝夜變化而周期性變化。隨著深度增加，溫 度波動(dòng)滯后時(shí)間逐漸增加；(2) 隨著深度的増加，溫度波動(dòng)的幅度逐漸減小。當(dāng)基層達(dá)到一定深度 時(shí)，沿深度方向的溫度分布可以近似視為線性變化

31、；(3) 基層的最高溫度和最低溫度均出現(xiàn)在基層表面，且表面最低溫度有可 能低于最低氣溫；(4) 基層在經(jīng)歷了秋冬季節(jié)(有些經(jīng)歷夏秋冬三季)后，不論最高溫度，述 是最低溫度，其季節(jié)溫差都十分明顯；并月隨著深度增加，季節(jié)溫差逐漸減 小。3. 2. 2未鋪筑瀝青面層路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算方法在未鋪瀝青面層階段，基層頂面與大氣直接接觸，底面與下承層相接觸， 這一點(diǎn)與水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)是相似的。但考慮到基層與人氣直接接觸只是暫 時(shí)性的，基層內(nèi)部溫度場(chǎng)直接受外界氣溫和輻射影響相對(duì)水泥混凝土板要小。因此，在計(jì)算未鋪瀝青而層階段路而結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)時(shí)，不考慮基層表而換熱系數(shù) 及基層表面的溫度變化，可推導(dǎo)出路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)

32、解析解的近似計(jì)算公式。qtgt首先假定未鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)為一均質(zhì)半空間體系，熱量的流動(dòng)沿 著垂直于基層的方向，經(jīng)基層表面，傳入或傳出路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)一維熱傳導(dǎo)方 程可得未鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)一維熱傳導(dǎo)方程為：（式31）初始條件為邊界條件 式中：t溫度場(chǎng)（°c）；z溫度計(jì)算點(diǎn)距基層表面的深度（m）；t時(shí)間（s）；i基層材料的密度（kg/m3）；s基層材料的熱容量（j/kg. °c）；k基層材料的導(dǎo)熱系數(shù)（j/m.h. °c）；to 基層初始溫度（°c）；ta基層表面溫度（°c）；h基層厚度（m）。為求解上述方程,可令a =和u =rsz2v

33、at則上述方程可變?yōu)閍2t _ 2u2 6t5z2 z 5z再令丫=竺，則上述方程由可變?yōu)? 2uy5zdu解此微分方程得：y=ce-u2式屮微分常數(shù)5, c2可根據(jù)初始條件和邊界條件確定。z=0 時(shí)，u=0+ ct?得 c? =tat 二0 時(shí)，u > 00 rh 7" = 7=q| 卜-"dii+ 得 c + c2 lz/>co由上可求得:=億）-乙）eu du將5、c2值代入式32得到解為-u八 du + ta（式 3-3 ）現(xiàn)用norsett近似計(jì)算式代替嚴(yán)得廠其中厶是丄的k階拉蓋爾多項(xiàng)式,a這里取前三項(xiàng)可得f 1>1 r° +厶丿1 +

34、 c"z丿au2（2+ au（ 式中® =1,厶airudu1° rj u + b0 （1 +勿廣）/ 1 / / 22衛(wèi)丿？（1 +加）3uan32（1+加）j 4（1+加）未鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)解析解可寫成（式3根據(jù)上式并結(jié)合不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的基層實(shí)測(cè)或理論計(jì)算的表面溫度，可近似 計(jì)算出未鋪瀝青面階段路面結(jié)構(gòu)基層內(nèi)不同時(shí)刻沿厚度方向上的溫度分布。§ 3-3已鋪筑瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析3. 3. 1已鋪筑瀝青面層路面結(jié)構(gòu)溫度分布及變化規(guī)律根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度分布及變化規(guī)律的研究結(jié)果，可 得出下列結(jié)論：(1) 路面結(jié)構(gòu)溫度隨著

35、氣溫和輻射的晝夜變化而周期性變化。隨著深度增 加，溫度波動(dòng)滯后時(shí)間逐漸增加；(2) 隨著深度的增加，溫度波動(dòng)的幅度逐漸減小。而lm深處的溫度f(wàn)i變 化已經(jīng)很小，在0.3°cz內(nèi)，此深度處的溫度年變化占主導(dǎo)地位。面層溫度在不 同時(shí)刻一般呈現(xiàn)加線變化；當(dāng)結(jié)構(gòu)層深度大于30cm時(shí)，沿深度方向的溫度分 布可以近視視為線形變化；(3) 瀝青路面的最高溫度出現(xiàn)在距離路表面03cm z間，最低溫度出現(xiàn) 在路表面，路表最低溫度有町能低于最低氣溫；(4) 以年為周期的路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)在不同季節(jié)的溫度分布，不論最高溫 度，還是最低溫度，季節(jié)溫差都十分明顯，并且隨著深度增加，季節(jié)溫差逐漸 減小。3. 3.

36、2已鋪筑瀝青面層路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算方法對(duì)于已鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的理論計(jì)算，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行 了大量的研究工作。美國(guó)barber于1957年首先提岀了路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的理論 計(jì)算方法，它將路面視為半無(wú)限體，大氣溫度和太陽(yáng)輻射雖假設(shè)為正弦函數(shù)， 進(jìn)而推導(dǎo)出了路面溫度場(chǎng)計(jì)算公式。2001年，王秉綱、韓子?xùn)|等將路面視為層 狀體系，從熱傳學(xué)基木原理出發(fā)，用解析法對(duì)一維瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)進(jìn)行了 深入的研究，并導(dǎo)出了瀝青路面溫度場(chǎng)計(jì)算公式。此外，國(guó)內(nèi)外一些研究者在 大量有關(guān)路面結(jié)構(gòu)溫度變化規(guī)律數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)擬合形 式，得出了瀝青路面結(jié)構(gòu)中溫差的分布函數(shù)。本文主耍介紹和運(yùn)用瀝青路面

37、結(jié) 構(gòu)溫差分布函數(shù)方法。國(guó)內(nèi)外大量的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，瀝青路面結(jié)構(gòu)屮的溫度變化幅度值隨著深度増大而逐漸減小，路表發(fā)生變溫，變溫沿深度方向的衰減可按指數(shù)函數(shù)關(guān)系計(jì) 算。下面介紹兩種形式的指數(shù)函數(shù)。第一種形式是假設(shè)在路面體內(nèi)的每一結(jié)構(gòu)層中溫差分布為：，一兒1 m厶八卩=7；心兒2一燈 7；'2(式 3-5)式中n路面結(jié)構(gòu)層序號(hào)；yl yn2分別為第n層頂面和底面的坐標(biāo)；t”、atn2分別為第n層頂面和底面的溫差。第二種形式為根據(jù)吳贛昌的二維瀝青路面溫差模擬函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化而得出的 一維溫差分布函數(shù)：'txeby (o< y <)at = t2eh2(yh) (h<y<

38、;h-hg)丁3 嚴(yán)(y 工/2+g)式中t)路面表面溫度；bi控制溫度隨深度變化的因子，一般可取b=25 (i=l, 2, 3,)；y距路面表面的深度。對(duì)于第一種溫度分布形式需事先知道每一層頂面和底面的溫差；而第二種 形式則只要知道路面表面的溫勞即可，但對(duì)bi的取值有要求。§ 34本章小結(jié)木章通過(guò)對(duì)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的深入分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié) 論：1、無(wú)論是未鋪瀝青而層階段還是己鋪瀝青而層階段，路而結(jié)構(gòu)溫度都隨氣 溫和輻射的晝夜變化而周期性變化，且隨著深度的增加，溫度波動(dòng)的幅度逐漸 減??；此外，不論最高溫度，還是最低溫度，其季節(jié)溫差都十分明顯，并且隨 著深度增加，季節(jié)溫羌

39、逐漸減小。2、未鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)類似于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，基層板 的最高溫度和最低溫度均出現(xiàn)在基層板表面，月表面最低溫度有可能低于最低 氣溫；而已鋪瀝青面層階段瀝青路面的最高溫度出現(xiàn)在距離路表面03cm z 間，最低溫度出現(xiàn)在路表血。3、根據(jù)未鋪瀝青面層階段基層板所受外界氣溫和輻射影響的實(shí)際情況，推 導(dǎo)出了未鋪瀝青面層階段路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)近似解析解。第四章半剛性基層預(yù)鋸縫技術(shù)研究§4-1半剛性基層預(yù)鋸縫處理的目的合理的預(yù)鋸縫處理包括鋸縫、填縫和貼縫三個(gè)方面。對(duì)半剛性基層進(jìn)行預(yù) 鋸縫處理的目的；一是有效控制裂縫的產(chǎn)生位置和數(shù)量，使裂縫規(guī)則化；二是 防止路表水通過(guò)基層裂縫滲入土

40、基。這是因?yàn)榘雱傂曰鶎邮且环N水硬性結(jié)合料 處治的結(jié)構(gòu)層，這種結(jié)構(gòu)層對(duì)溫度敏感，預(yù)先在基層中制造出規(guī)則間距的裂 縫，并在鋸縫縫隙處預(yù)加處理（如填縫并進(jìn)行貼縫處理），可以防止基層預(yù)鋸縫 反射到瀝青面層上來(lái)；即使基層預(yù)鋸縫反射到瀝青面層上來(lái)，反射裂縫也比由 基層自由開裂而產(chǎn)生的面層反射裂縫規(guī)則，規(guī)則的裂縫邊緣在行車荷載的作用 下不容易碎裂，而因自由開裂產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫邊緣在行車荷載的作用下容易 損傷，出此而產(chǎn)生的龜裂、網(wǎng)裂、坑槽等病害現(xiàn)象要比由口出開裂狀態(tài)下而引 起的這些病害現(xiàn)象少。此外，進(jìn)行預(yù)鋸縫處理后，阻斷了路表水滲入路基的路 徑，使路而不會(huì)產(chǎn)生卿泥、沖刷現(xiàn)象，從而起到防水和阻止路而進(jìn)一步破壞的

41、 效果。§4-2半剛性基層預(yù)鋸縫間距的確定4. 2. 1影響半剛性基層縮縫間距的因素根據(jù)半剛性基層的受力特點(diǎn)，其縮縫間距與下而兒個(gè)因素有關(guān)：1、溫度脹縮應(yīng)力由于大氣溫度和a陽(yáng)輻射的周期性變化，致使半剛性基層產(chǎn)生較大的年溫 斧，年溫丼引起溫度變形，周期性較長(zhǎng)，溫度變化較緩慢，因此基層間距的脹 縮在其厚度范圍內(nèi)成均勻分布，這種變形一口受到約束將產(chǎn)生均勻的溫度脹縮 應(yīng)力。由年溫差引起的脹縮應(yīng)力是影響基層縮縫間距的重要因素。2、溫度翹曲應(yīng)力在fi溫差較人的季節(jié)，由于fi溫差變化周期較短，在路面厚度范圍內(nèi)呈現(xiàn) 不均勻分布，板上下形成的溫度梯度，將產(chǎn)生翹曲應(yīng)力，溫度梯度會(huì)使水泥穩(wěn) 定碎石基層產(chǎn)生

42、翹曲變形的趨勢(shì)，當(dāng)這種趨勢(shì)受到約束時(shí)，會(huì)在基層板內(nèi)產(chǎn)生 翹曲應(yīng)力。在氣溫差較大的情況下，基層頂部溫差幅度很大，而基層底部溫差 幅度相對(duì)較小，在最高氣溫與最低氣溫兩個(gè)不同時(shí)刻形成的最大變溫場(chǎng)也將產(chǎn) 生溫度翹曲應(yīng)力。考慮到瀝青面層隔溫作用，基層內(nèi)溫度梯度不是很人，因此 翹曲應(yīng)力對(duì)基層縮縫間距的確定不是主要因素。3、干縮應(yīng)力由于水泥的水化和水分的蒸發(fā)，穩(wěn)定類基層發(fā)生收縮變形，當(dāng)這干縮變形 受到約束時(shí)產(chǎn)生干縮應(yīng)力。干縮應(yīng)力的大小除了取決于基層鋸縫間距，還取決 于穩(wěn)定類基層的干縮系數(shù)、基層與面層和底基層的約朿情況、失水量等因索， 其中失水是產(chǎn)生干縮的內(nèi)因。因此在施工中若能嚴(yán)格控制穩(wěn)定類基層的水分散 失，

43、通過(guò)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，便能夠減小甚至完全消除干縮裂縫的發(fā)生。而且穩(wěn)定類基 層一旦覆蓋上瀝青面層之后，其水分散失變得困難。因此干縮應(yīng)力不是控制縮 縫間距的主要因素。4、荷載應(yīng)力在路面設(shè)計(jì)中，其中需對(duì)荷載作用于基層產(chǎn)生的拉應(yīng)力進(jìn)行了驗(yàn)算，所以 只要設(shè)計(jì)合理，荷載應(yīng)力對(duì)基層鋸縫間距的確定影響不明顯。但是在考慮到溫 度應(yīng)力與荷載應(yīng)力綜合，干縮應(yīng)力與荷載應(yīng)力綜合以及翹曲應(yīng)力與荷載應(yīng)力綜 合成最不利悄況時(shí)，荷載應(yīng)力對(duì)基層鋸縫間距確定有一定影響。422溫度脹縮應(yīng)力、荷載應(yīng)力與鋸縫間距的關(guān)系半剛性基層材料因門身溫度變化而脹縮，受土基（或底基層）和面層的約束 產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在這里討論的溫度應(yīng)力考慮的是半剛性基層材料的整

44、體平均溫 度的變化，瀝青面層的隔溫作用使得基層在深度方向溫度的變化不是很大，即 基層溫度梯度很小，溫度翹曲應(yīng)力忽略不計(jì)。同時(shí)，應(yīng)該指出的是一口鋪筑瀝 青面層后其基層內(nèi)部失水就變得困難起來(lái)，含水量的變化只在初期面層為鋪筑 前少許，面層覆蓋后可以近似認(rèn)為零。而先前少許含水量變化所產(chǎn)生的干縮應(yīng) 力在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中由于應(yīng)力松弛作用變得微乎其微，所以可以不考慮干縮 應(yīng)力。長(zhǎng)安大學(xué)的蔣應(yīng)軍取半剛性基層鋸縫間距分別為8m、10m、12m、15m、 18m、20m> 30m、40m 80m對(duì)鋸縫間距的變化對(duì)溫度脹縮應(yīng)力的影響進(jìn)行了 研究。結(jié)果如圖41所示。世嫌間即(a)0102030405060708

45、090芒3金噫»,嘗sww圖41鋸縫間距與溫度脹縮應(yīng)力的關(guān)系出此圖可以看出，曲線在鋸縫間距20m附近的右側(cè)陡而左側(cè)緩，亦即隨基 層鋸縫間距的增長(zhǎng)剛開始溫度應(yīng)力急劇增人，間距人于20m増長(zhǎng)的趨勢(shì)變得平 緩。這就告訴我們只要基層材料的模量、厚度、抗拉強(qiáng)度以及面層材料的模 量、厚度設(shè)計(jì)的合適，就可以大大提高基層的抗裂性能，也就是說(shuō)基層的鋸縫 間距可以大大延長(zhǎng)。根據(jù)荷載應(yīng)力的有關(guān)研究可知，曲荷載應(yīng)力引起基層拉應(yīng)力的大小隨面層 模量、基層模量以及血層厚度的變化成線性變化；而基層厚度、基層鋸縫間距 等因索對(duì)基層拉應(yīng)力變化不敏感。因此在確泄基層鋸縫間距時(shí)由荷載引起的基 層拉應(yīng)力可以結(jié)合具休的面層模

46、量、厚度和基層模量當(dāng)作定值考慮。長(zhǎng)安大學(xué)的蔣應(yīng)軍計(jì)算的溫度脹縮應(yīng)力、荷載應(yīng)力和鋸縫間距的結(jié)果如表 4-1所示。結(jié)果表明：(1) 施工養(yǎng)護(hù)初期，如果半剛性基層的抗拉強(qiáng)度很低，則抗拉強(qiáng)度是控制 鋸縫間距的主要因素。此時(shí)抗拉強(qiáng)度和晝夜溫差at都對(duì)鋸縫間距的影響極為 敏感。(2) 在一般情況下，路面設(shè)計(jì)年限末期的鋸縫間距計(jì)算值往往成為控制性 的因素。因?yàn)殡S著交通量的增加，荷載疲勞作用增大，出荷載引起的基層拉應(yīng) 力逐步增加，從而必須設(shè)法減少溫度應(yīng)力。由于鋸縫間距對(duì)溫度應(yīng)力影響較 大，對(duì)荷載應(yīng)力影響不明顯。所以可通過(guò)縮短鋸縫間距來(lái)避免因荷載應(yīng)力增加 而導(dǎo)致基層開裂。另外計(jì)算結(jié)果也表明高溫期施工的基層鋸縫間

47、距值小于低溫期施工的鋸縫間距。(3) 基層內(nèi)季節(jié)性溫差若在40°c左右，鋸縫間距15m25m范|韋|內(nèi)；基 層內(nèi)季節(jié)性溫差如在30°c左右，鋸縫間距25】"40m范圍內(nèi)；基層內(nèi)季節(jié)性溫 差若在20°c左右，鋸縫間距40m60m范|韋|內(nèi)。表4-1溫度脹縮應(yīng)力、荷載應(yīng)力和鋸縫間距齡期(d)抗拉強(qiáng)度(mpa)荷載應(yīng)力(mpa)鋸縫間距(m)溫度收縮應(yīng)力ati(°c)0(mpa)at2(°c)0 t(mpa)at3(°c)0 t(mpa)70.280810-0.09359-0.08415-0.046710-0.102-0.0918

48、-0.05011201076-0.0968-0.053916-0.114601031-0.057320-0.1190-0.1071-0.05953001253-0.1127-0.0626280.610.2810-0.093520-0186930-0.280410002-0.2040-0.306012-0.1076-0.2152-0.32281601146-0.2292-0.34382001190-0.238-0.356930-0.1253-0.2505-0.3758900.860.3820-0.186930-0.280440-0.373810-0.2040-0.3060-0.408012-0.

49、2152-0.3228-0.430416-0.2292-0.3438-0.458420-0.238-0.3569-0.475930-0.2505-03758-0.5010§4-3半剛性基層預(yù)鋸縫時(shí)間的確定采用預(yù)鋸縫的穩(wěn)定類基層及時(shí)鋸縫，使基層有規(guī)則的斷開以釋放基層內(nèi)的 溫縮應(yīng)力，是防止基層養(yǎng)生階段開裂的最有效的措施。如鋸縫太早因強(qiáng)度不 足，縫槽被鋸縫機(jī)打成不規(guī)則的毛邊；如鋸縫太晩基層在早期溫度裂縫己經(jīng)形 成，造成開裂。因此，提出合理的確定鋸縫時(shí)機(jī)的方法就顯得比較覓要。比較養(yǎng)生階段水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度與溫度脹縮應(yīng)力的變化，當(dāng)溫度脹縮應(yīng) 力大于水泥穩(wěn)定類基層抗拉強(qiáng)度時(shí)就有可能在養(yǎng)生階段發(fā)生

50、開裂，這是確定基 層鋸縫時(shí)機(jī)的依據(jù)。具體確定方法如下：1、確定基層內(nèi)溫升曲線鋪筑基層時(shí)，在基層厚度中心埋置溫度計(jì)，碾壓完畢后，考慮水泥水化熱 作用，起初5小時(shí)內(nèi)每15min讀取一溫度值(最好同時(shí)記卜'該時(shí)刻氣溫)，以后 可按30min讀取一數(shù)據(jù)，以溫升值為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制成溫升過(guò)程 曲線。2、根據(jù)溫升曲線確定基層溫度應(yīng)力假設(shè)在與時(shí)刻溫升曲線達(dá)到峰值tnwx,則在tiwto時(shí)刻，基層處于升溫階 段，在該時(shí)刻基層不會(huì)出現(xiàn)溫度收縮應(yīng)力，而冃強(qiáng)度増長(zhǎng)較快，因此該階段對(duì) 基層有利；當(dāng)t2$如 處于降溫階段，此時(shí)基層出現(xiàn)收縮應(yīng)力，如果溫度應(yīng)力超 過(guò)基層材料抗拉強(qiáng)度時(shí)基層便出現(xiàn)開裂，設(shè)s時(shí)

51、刻溫度為t2。計(jì)算出s以后的 溫度應(yīng)力，并繪制成溫度應(yīng)力時(shí)間的關(guān)系曲線。3、強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線基層碾壓完畢，在水泥終凝結(jié)束開始鉆芯取樣測(cè)試基層材料間接抗拉強(qiáng) 度，以后每隔12h鉆芯一次測(cè)定其間接抗拉強(qiáng)度，鉆芯取樣不小于5次。將 測(cè)得的對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度繪制在溫度應(yīng)力時(shí)間的關(guān)系曲線，找出兩者笫一次相交 的時(shí)間tmax，該點(diǎn)即為鋸縫的極限時(shí)間?？紤]到述沒(méi)有覆蓋面層，勢(shì)必會(huì)有一 定的干縮存在，應(yīng)該考慮一個(gè)適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)k(k<l)o該法剛開始雖然顯得有點(diǎn)麻煩，但其試驗(yàn)很簡(jiǎn)單，一旦取得了氣溫、基層溫度、強(qiáng)度資料后，其復(fù)演性好。§4-4半剛性基層預(yù)鋸縫深度的確定在進(jìn)行半剛性基層預(yù)鋸縫時(shí)，鋸縫深度也

52、是必須考慮的一個(gè)因素。鋸縫必 須達(dá)到一定深度，基層結(jié)構(gòu)才能發(fā)生斷裂，即基層在溫度作用下從此縫向下規(guī) 則斷裂;若鋸縫達(dá)不到一定深度，則基層結(jié)構(gòu)的斷裂將會(huì)不規(guī)則，達(dá)不到預(yù)鋸縫 的冃的。因此，對(duì)半剛性基層進(jìn)行鋸縫合理深度的確泄也是十分必耍的。徐江萍教授應(yīng)用線彈性斷裂力學(xué)對(duì)鋸縫合理深度的研究結(jié)論認(rèn)為：（1）當(dāng)a/h較小時(shí)，溫度變化值即at值相當(dāng)大，即線彈性力學(xué)在a/h很 小時(shí)不適用，原因可能是半剛性基層材料實(shí)際上是一種硬化水泥漿與集料組成 的二相復(fù)合材料，線彈性斷裂力學(xué)的均勻假設(shè)前提在半剛性基層表面不成立。 故a/h很小時(shí)可看作未鋸縫的半剛性基層。（2）相對(duì)鋸縫深度a/h定時(shí)at相差很小，故可以認(rèn)為變

53、溫一定時(shí)相對(duì) 鋸縫深度與鋸縫時(shí)間沒(méi)有關(guān)系。（3）隨著基層厚度增大，a/h減小，即基層厚度增加時(shí)，相對(duì)鋸縫深度 a/h可以減小，但減小的幅度比較小。（4）對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石基層，施工季節(jié)不同時(shí)，基層變溫情況是不同的， 故其相對(duì)鋸縫深度也不同。根據(jù)圖42并結(jié)合河南省人部分地區(qū)基層施工的實(shí) 際情況，水泥穩(wěn)定碎石基層相對(duì)鋸縫深度的建議值如表4-2所示。圖42相對(duì)鋸縫深度a/h與變溫曲線表42相對(duì)鋸縫深度與基層厚度及變溫的關(guān)系變溫（°c）30°c 50°c20°c 30°c5 °c 20 °c相對(duì)鋸縫深度3/20 h1/5h1/5h 1

54、/3h1/3h 1/2h§45本章小結(jié)通過(guò)半剛性基層鋸縫研究，得出如下結(jié)論：1、溫度脹縮應(yīng)力是確定基層縮縫間距的主要因素，而溫度翹曲應(yīng)力、干縮 應(yīng)力和荷載應(yīng)力不是控制縮縫間距的主要因素。2、基層內(nèi)季節(jié)性溫差若在40°c左右，鋸縫間距15m25m范圍內(nèi)；基層 內(nèi)季節(jié)性溫差如在30°c左右，鋸縫間距25m40m范圍內(nèi)；基層內(nèi)季節(jié)性溫差 若在20°c左右，鋸縫間距40m60m范圍內(nèi)。3、從半剛性基層養(yǎng)生階段強(qiáng)度增長(zhǎng)特性、溫度變化規(guī)律和芯樣完整率與基 層強(qiáng)度增長(zhǎng)關(guān)系分析入手，并結(jié)合實(shí)體t程，總結(jié)出了有效確定鋸縫合理時(shí)間 的方法。4、通過(guò)半剛性基層相對(duì)鋸縫深度與溫

55、差關(guān)系分析可知，相對(duì)鋸縫深度隨著 基層板厚度的增加而減??；此外，鋸縫間距增加時(shí)，和對(duì)鋸縫深度a/h可以減 小，但減小幅度越來(lái)越小，并逐步趨于穩(wěn)定。第五章實(shí)體工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析§51實(shí)體工程應(yīng)用5. 1. 1工程概況s238常付線改建工程，該工程是s238常付線在潔河w區(qū)的過(guò)境路段，為 新建段。路線屮段起點(diǎn)位于姚莊西北的新107國(guó)道上(k311+984)，向東途經(jīng)姚 莊北、塔河南、上跨京廣鐵路，再經(jīng)丘里、塔前王北、廟王、跨沙河，中段終 點(diǎn)(k321+028)。路線東段起點(diǎn)位于羅莊，順接中段的終點(diǎn)(k321+028),向東 經(jīng)桂子李，下穿京珠高速公路后，沿桂王村、油李，從歸村北側(cè)繞過(guò)接

56、老路 (k333+525 ),然后路線沿老路布線至終點(diǎn)周口界(k337+768 ),路線全長(zhǎng) 25. 784公里，總體走向由西向東。本項(xiàng)日全線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為平原微丘區(qū)二級(jí)公路 標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車速度80km/h,雙向4車道。s220七蟻線孟寨至郭莊段公路改建工程所在地為潔河市西部的舞陽(yáng)縣。舞陽(yáng)縣地處淮河流域，沙、灣河橫貫全境，海拔62至102m,南高北低， 西高于東，自西向東緩斜。地勢(shì)分崗地、平原、洼地。崗地約占全縣總面積的 23.5%,橫亙于城關(guān)鎮(zhèn)和保和、城關(guān)、辛安、吳城等鄉(xiāng)，一般海拔90m左右，保 和鄉(xiāng)馬崗村西北最高，海拔在102m；平原約占全縣總面積的42.6%,分布丁孟 寨、馬村、姜店、侯集、太尉等鄉(xiāng)；洼地約占全縣總面積的33.9%,分布于北 舞渡、拐子王、九街及姜店、馬村等部分地區(qū)。以上工程所在地屬于溫曖過(guò)渡型季風(fēng)氣候，氣候特點(diǎn)表現(xiàn)為“冬季寒冷雨 雪少，夏季炎熱雨集中，秋季涼爽ei照長(zhǎng)，春季干旱多大風(fēng)?！币荒戤?dāng)中，冷熱 交替，四季分明。全年平均氣溫為14.6 °c o 一月最冷，平均氣溫在0.5 0.7°c,七月最熱，平均氣溫為27.6°co極端最高溫度為40.5°c，極端最低溫度. 16 °c ,