旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构研究

如何控制沥青加铺层反射裂缝的产生和发展是道路工程界所面临的一大难题,由于旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝产生的普遍性与严重性,各国学者及工程技术人员对沥青加铺层结构与反射裂缝的研究一直十分活跃,其目的一是为了系统地揭示反射裂缝产生的力学机理,二是寻求阻止反射裂缝产生、发展的方法。由于这一问题的复杂性加之各地交通、气候等条件的差异,在所取得的研究成果之间缺乏共同的认识,目前国内外对旧水泥混凝土路面加铺层的结构类型、设计方法及施工技术等方面的研究仍处于探索与试验阶段。本文在前人研究的基础上,继续对沥青加铺层反射裂缝产生机理、加铺层结构的选择等方面进行系统、深入地理论分析,并在室内外试验研究的基础上,探讨旧水泥混凝土路面沥青加铺层的设计方法。 本文主要进行了以下六个方面的研究工作:(1)依据路面断裂力学基本理论与有限元方法对沥青加铺层反射裂缝的成因及扩展机理进行了分析,研究了沥青加铺层厚度、模量、初始裂纹长度、降温幅度及轴载等参数变化对沥青加铺层裂缝应力强度因子的影响程度。(2)对试验路采用的几种新型加铺层结构的防裂机理进行了分析。采用三维有限元方法分析了荷载及温度作用下的水泥混凝土路面沥青加铺层应力随加铺层模量、厚度及基础模量的变化规律,重点对设置土工合成材料、应力吸收层、大粒径沥青碎石裂缝缓解层、级配碎石裂缝缓解层等几种加铺层结构进行了荷载应力、温度应力及耦合应力的分析。(3)分析了水泥混凝土路面板破裂尺寸与沥青加铺层的荷载应力、温度应力、耦合应力及基层顶面的压应力之间的关系,在理论分析及试验路研究的基础上,认为旧水泥混凝土路面板破裂的尺寸为100cm左右是合适的。(4)采用动力分析的三维有限元法对移动荷载作用下的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的动力响应进行了分析,研究了车辆行驶速度、沥青加铺层模量、基础模量、路面结构的阻尼系数等参数变化对旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力、弯沉及弯沉差的影响程度,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。(5)在室内理想条件下采用大型试验仪器及MTS进行了不同加铺层结构疲劳破坏的对比试验,模拟沥青加铺层荷载型及温度型反射裂缝的产生、发展过程,评价不同类型沥青加铺层阻裂效果。(6)对旧水泥混凝土路面上直接加铺沥青面层的加铺层结构以及破裂稳固板上加铺沥青面层的加铺层结构的设计参数、设计标准和设计方法进行了探讨。研究了旧水泥混凝土路面破裂板顶面当量回弹模量的计算方法。