公路路面新结构及建设维护成套技术研究.ppt
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1、,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,重庆交通学院重庆北方高速公路有限公司重庆市公路局重庆交通科研设计院2006年3月1日,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,重庆市重大科技专项项目,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,概 述,立项背景,研究内容,水泥混凝土路面的破坏过程分析 设置隔离层的新型水泥混凝土路面结构及其设计与施工方法 柔性纤维混凝土路面材料与路面结构性能 路面脱空检测的“瞬态冲击法”方法 基于层间状况的道路承载力评估与道路的维护与改造,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,第一部分水泥混凝土路面破坏过程分析与设置隔离层的水泥混凝
2、土路面新结构研究,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,一、水泥混凝土路面的层间 破坏过程分析,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,1“过渡层”的发现 及其对路面破坏的影响,路面理想模型 层间光滑接触 承认面层与基层分离 面层与基层在接触面附近各自保持完好 承认面层与基层的层间无破坏,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,“过渡层”的发现及层间初始状况,“过渡层”及其力学特点,“过渡层”力学特点力学性质随厚度变化,面层与基层的层间初始状况,“过渡层”的形成水泥浆进入基层,面层、过渡层、基层连为一体,公路路面
3、新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,“过渡层”的分离破坏与过渡层的薄弱性质,“过渡层”的分离破坏,“过渡层”的薄弱性质,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,“过渡层”与层间界面,界面“强连接”界面“弱连接”,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,“过渡层”对面层材料性能的影响,传统强度理论与断裂力学对过渡层对路面破坏影响的看法根本不同前者认为过渡层的影响很小或没有影响后者认为,过渡层一旦破坏,则过渡层中的裂纹必然扩展并穿过过渡层而进入混凝土面层,引起混凝土面层在低应力水平下的破坏。严重损伤的过渡层附着在面层底面,不仅影响面层的静力强度,而且会显著降低其疲劳强度或
4、寿命。,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,“过渡层”对面层结构性能的影响,过渡层对面层材料性能的影响固然显著但过渡层对面层结构性能的影响却是根本性的,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,2 三种基本破坏形式的揭示 及其对路面破坏的影响,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,传统水泥混凝土路面的力学建模,弹性地基板理论认为:路面板与地基在接触界面附近各自保持完好,路面板与弹性地基保持光滑接触,板与地基沿接触面法向的位移相等、应力相等,但沿切向可以有相对滑动,且切向剪力忽略不计 光滑接触面层与基层相互分离,但在分离界面上始终保持接触,不出现任何竖向空隙或脱
5、离,面层与基层各自在界面附近保持完好。,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,对层间建模的思考,路面力学模型,路面理论的基础,路面设计的出发点,层间初始状况:连为一体,层间计算模型:光滑接触(分离、接触、紧密),建模依据?,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式的首次提出,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式发生的必然性及其力学机理,三种基本破坏形式发生的变形协调机理,三种基本破坏形式发生的应力强度机理,三种基本破坏形式发生的温度作用机理,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式发生的变形协调机理,
6、公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式发生的均匀温降机理,连结于刚性地基上的路面板,连结于弹性地基上的路面板,反证法,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式不可避免必然会发生,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况,面层、过渡层、基层之层间关系的明确揭示,理想光滑接触条件难以满足 非均匀脱空的产生与的路面破坏,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况,层间的材料破坏 层间破碎层的出现及其对路面破坏的综合影响,公路路面新结构及建设、维护成套
7、技术研究与示范工程,结构层整体性的丧失弹性平台地基模型的提出,三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式的发展演变,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式揭示的路面典型破坏,基于基本破坏形式的路面板端脱空机理基于基本破坏形式的路面错台机理不连续地基与路面板的破坏面层与基层开裂的相互影响,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,3 过渡层与三种基本破坏 形式之间的关系,面层与基层层间连接的形成 三种基本破坏形式发生的必要条件“过渡层”与“三种基本破坏形式”之间的因果关系,公路路面新结构及建设、
8、维护成套技术研究与示范工程,三种基本破坏形式的验证,国内外对三种基本破坏形式的文献报道,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,刘伏路的调查,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,云门连接线的调查,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,4 路面的破坏与道路结构层 的整体性,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示
9、范工程,三种基本破坏形式对路基的影响,路基道路结构层的基础,三种基本破坏形式引起的路基破坏,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,路面的破坏与基层的合理结构形式,“强基薄面”力学上最合理的路面结构形式,“强基”有两层含意,一是路基强,二是基层强。“薄面”是一个相对的概念,“薄面”不应单纯地强调面层的 绝对厚度“薄”。我们的实验表明:路基弱面层破坏,基层弱面层破坏。,路面的破坏与基层的合理结构形式,若能避免或减弱三种基本破坏形式的影响,半刚性基层是较 佳的结构形式,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,路面结构的破坏与路面材料的特性,强度、变形与路面的破坏控制参量强度、变
10、形的概念及强度定义的局限性材料的脆性对层间支承要求更高,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,水泥混凝土路面的两大致命缺点 面层材料的脆性和结构层整体性的丧失,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,5 温度和荷载翘曲复合应力的提出 与面层强度设计,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,6 路面破坏过程分析与路面 设计新思想的提出,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,水泥混凝土路面实际层间状况与理想模型的差异,过渡层造成的实际层间状况与理想模型之间的差异,层间非均匀脱空状况与理想接触条件的显著不符,松散层使路面层间状况恶化,显著偏离理想模型,面层
11、割缝断面基层的开裂与理想模型之间的差异,基层整体性的丧失未在理想模型中得到反映,实际层间分离破坏造成的材料特性、层间结构差异从总体上与 理想模型不符,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,基于破坏过程分析的水泥混凝土路面设计新思想,从本质上讲,路面的破坏是层间结构相互作用引起的层间破坏造成的,路面的破坏不是因为理想模型有问题,而是因为实际层间支承状况与理想模型不一致,从认识论看,理想模型本身并没有问题,问题出在实际层间结构远远偏离理想模型;从方法论看,要保证路面的设计可靠性,应该使实际路面实际结构尽可能回归理想模型。,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,路面设计应遵循
12、的思想:从源头上找出消除过渡层、避免三种基本破坏 形式产生的方法,保证实际层间状态与现有理 想模型一致,找准问题 消除差异简化问题 继承传统,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,二、设置隔离层的水泥混凝土 路面结构及其性能,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,1 设置隔离层的水泥混凝土路面结构,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,路面层间建模的核心接触界面,回归理想模型的关键消除层间过渡层,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,设置隔离层的水泥混凝土路面结构,隔离层的设置与传统力学模型的回归,隔离层的设置与层间破坏的消除,公路路面新结构及建
13、设、维护成套技术研究与示范工程,隔离层材料的选材及与封油层、土工布的区别,隔离层材料的选材需满足三个条件:(1)隔离层必须是在基层表面形成后加铺上去的、不与基层表面粘 结的薄膜类产品(2)隔离层必须能够完全隔断水泥砂浆进入基层(3)隔离层必须足够薄,仅起分离界面的作用 凡是满足上述三个条件的薄膜、卷才、织物均可作为隔离层,隔离层与封油层的区别,隔离层与土工布的区别,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,2 隔离层、过渡层表面特性 与面层混凝土的材料性能,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,标准试模,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,第一次疲劳实验,b,
14、max,min,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,第二次疲劳实验,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,第三次疲劳实验,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,3.3 设置隔离层路面结构的试验研究,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,试验目的 第一种基本破坏形式发生前后承载力对比;第二种基本破坏形式的实验验证;第三种基本破坏形式对路面板承载力的影响;层间非均匀支承对路面板承载力的影响;路基非均匀沉降对路面板承载力的影响;过渡层对路面结构破坏的影响;设置隔离层的路面结构与普通混凝土路面结构的承载力对比;不同隔离层路面结构性能对比以及隔离层选材;
15、不同基层形式对路面结构性能的影响;土基质量对路面结构性能的影响;为计算分析提供实测数据。,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,试验规模与实施方案 在进行的四批路面结构实验中,每批实验各自在相 同尺寸以及相同加载条件下进行对比 四批实验共进行了61块路面板的破坏实验,路面板的制作与加载,三种基本破坏形式的实验模拟与观察,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,普通路面结构第一种基本破坏形式的实验模拟方法,第二种基本破坏形式的实验观察,第三种基本破坏形式的实验模拟与观察,层间非均匀脱空(支承)的实验模拟,路基非均匀沉降的实验模拟,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范
16、工程,第一次路面板实验,第一次路面结构实验将基层和面层直接成型在结构实验室 的钢筋混凝土地面上。这次实验属于探索性实验,实验目的如下:观察层间破坏的发生发展;对层间破坏发生前后的普通混凝土路面板的承载力进行对比;对隔离层路面结构与普通混凝土路面结构的承载力进行对比;初步进行隔离层的试验选材;模拟基层非均匀沉降对路面承载力的影响。,公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程,主要规律与结论,面层与基层的层间连接的支承状况 不符合路面结构的实际情况,层间破坏发生后,普通路面板的承载 力大幅降低,支承状况改变对隔离层路面结构的承 载力影响相对较小,非均匀支承状况下的隔离层路面结构的 承载力显著
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