【博士】舊水泥混凝土路面共振碎石化及瀝青加鋪技術(shù)【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學交通運輸工程學院　　學位年度： 2008年　　目前需加鋪瀝青面層的舊水泥混凝土路面的比例越來越高，如何解決其關(guān)鍵技術(shù)問題顯得非常迫切。雖共振碎石化技術(shù)在美國“白+黑”工程中得到廣泛應用，但在國內(nèi)尚屬空白，其碎石化力學機理、碎石化層材料及結(jié)構(gòu)特性、含碎石化層路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學響應、瀝青加鋪層厚度設(shè)計方法等需做許多研究工作。本文結(jié)合我國大量舊水泥路面加鋪改造的技術(shù)需求，對這些問題進行研究?！　∈紫?，論文在分析共振碎石化過程的基礎(chǔ)上，根據(jù)振動理論推導了水泥板的振動響應方程，從中指出“共振”的原理，提出應從錘頭激振力和振動頻率兩方面控制，而振動頻率至關(guān)重要，是決定能否實現(xiàn)水泥板“共振”的關(guān)鍵因素。通過對振動方程的求解，得到了K地基上板的最低固有頻率公式；并計算了不同路況條件下水泥板的固有頻率。在此基礎(chǔ)上提出了共振碎石化時碎石化機施工參數(shù)選取的幾條建議?！　∑浯?，根據(jù)試驗路段的試驗分析，展開了碎石化層材料性能和結(jié)構(gòu)性能的研究。通過現(xiàn)場調(diào)查、鉆芯取樣、開挖檢查坑的手段，獲得了碎石化層基本物理特性參數(shù)，明確了碎石化層的級配問題；通過對試驗路段大量FWD彎沉數(shù)據(jù)的分析，表明碎石化加鋪路面中，設(shè)計彎沉的計算公式ld=600Ne-0.2AcAsAb中的路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)Ab應取值為1.6，這符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定；利用BISAR軟件并根據(jù)彎沉等效的原理，對含碎石化層的路面結(jié)構(gòu)進行大量計算，通過回歸分析獲得了適于計算碎石化層的諾莫圖，即根據(jù)碎石化層頂面當量回彈模量、碎石化后舊路基層頂面當量回彈模量、碎石化層厚度，直接查圖可求出碎石化層模量；通過對試驗路段承載板測試計算及FWD測試反算相結(jié)合的辦法，發(fā)現(xiàn)碎石化層靜態(tài)模量在470～890MPa之間，動態(tài)模量在700～1500MPa之間，碎石化對舊水泥混凝土路面下基層頂面綜合模量造成30％～40％的衰減，但碎石層頂面當量回彈模量在250～520MPa之間，具備足夠的承載能力。　　然后，本文對含碎石化層的瀝青加鋪路面結(jié)構(gòu)建立了有限元模型并進行計算分析。結(jié)果表明，荷載作用中心點及附近一定區(qū)域，瀝青加鋪層層底受拉：當碎石化層模量較小(接近300MPa)或加鋪層厚(大于20cm)時層底拉應力均較大，在重載作用下層底拉應力更大，因此碎石化道路必須驗算瀝青層層底拉應力指標。為使瀝青層層拉應力峰值不至于過大甚至超過容許拉應力，使得受拉區(qū)域控制在一定范圍以內(nèi)，同時為降低加鋪層豎向剪應力及土基頂面壓應變，碎石化層的模量不宜太小，建議控制在500MPa以上。碎石化層模量在1000MPa以上時，提高其模量對降低彎沉貢獻不大，考慮到碎石化層模量越大，說明破碎越不徹底，加鋪路面產(chǎn)生反射裂縫的可能性也越大，碎石化層模量建議控制在1000MPa以下。　　最后，文中通過對美國碎石化加鋪路面設(shè)計通常采用的AI經(jīng)驗設(shè)計法及AASTHO經(jīng)驗設(shè)計法的分析，指出兩種經(jīng)驗法存在的問題；通過對碎石化加鋪路面失效模式的分析，探討其設(shè)計指標，采用路表彎沉、瀝青加鋪層層底拉應力兩項指標控制，是否需要采用土基頂面壓應變指標控制永久變形仍需進一步研究；結(jié)合我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范，探討了適于我國舊水泥混凝土路面碎石化瀝青加鋪層厚度計算的力學.經(jīng)驗法，并提供了厚度推薦值?！　?

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