黃河沖積平原區(qū)高速公路路基強度衰減與路面結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、黃河沖積平原區(qū)大面積的分布有黃河沖積粉土，這是我國特有的一種土質(zhì)，這些地區(qū)很難以其它筑路材料作為路基替代填料。山東是我國開始建設高速公路較早且里程較長的省份，也是典型的黃河沖積平原粉土分布地區(qū)。該粉土土基是一種容易失穩(wěn)的土基，易產(chǎn)生路基路面病害，這些病害的過早出現(xiàn)嚴重影響了公路的使用性能和使用壽命。黃河沖積平原區(qū)高速公路的路基強度衰減造成的路面早期病害與路面大修加鋪改造問題十分突出，因此，圍繞該問題開展相關(guān)研究顯得十分必要和迫切。

2、 本文從黃河沖積平原區(qū)路面結(jié)構(gòu)早期破壞嚴重的實際問題出發(fā)，通過對多條道路的路面病害、路基不均勻沉降及路基含水量分布狀態(tài)等問題進行較充分的現(xiàn)場調(diào)查與研究，在室內(nèi)外試驗及數(shù)值計算分析的基礎上，揭示了黃河沖積平原區(qū)半剛性基層瀝青路面在正常荷載條件下早期結(jié)構(gòu)性損害依然發(fā)生的原因，主要是由于路基含水量變化引起的路基強度衰減及不均勻沉降造成，而重載交通則加劇了病害的發(fā)展速率和幅度?；谠摰貐^(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)的這一工程特點，本文針對大修改造典型結(jié)構(gòu)的選

3、擇，提出了對上部路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求、依據(jù)及應采取的措施。在對地基與路基進行相應的病害預防與處治的前提下，從功能性角度和結(jié)構(gòu)性角度初步探討了適合的大修加鋪特殊結(jié)構(gòu)，提出基于路基強度衰減下的路面結(jié)構(gòu)設計思想，選取了“復合式”基層結(jié)構(gòu)來控制瀝青路面結(jié)構(gòu)早期病害的發(fā)生，并通過數(shù)值分析與計算對這一新型路面結(jié)構(gòu)進行了驗證。 首先，本文通過大量的室內(nèi)外試驗，如現(xiàn)場含水量測試、室內(nèi)回彈模量測試、滲透規(guī)律測試、抗剪強度指標測試等，系統(tǒng)研究了黃河沖

4、積平原區(qū)擊實粉土的土質(zhì)特性以及在不同水分來源時的滲透規(guī)律，揭示了擊實粉土的強度(模量)變化規(guī)律：其次，本文采用Bisar計算程序，計算分析了路基強度衰減、重載交通兩種因素對半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)力學指標的影響，提出路基強度衰減對基層層底拉應力影響最大的觀點。同時，計算分析了兩種因素聯(lián)合作用下對基層疲勞壽命的影響規(guī)律，從而揭示了黃河沖積平原區(qū)路面結(jié)構(gòu)使用壽命短的主要原因；第三，現(xiàn)場實測了黃河沖積平原區(qū)路基不均勻沉降規(guī)律，提出不均勻沉降沿橫

5、向分布為近似拋物線分布規(guī)律，沿縱向主要分布在橋頭連接處路段。基于有限元軟件Ansys，選取典型路段，基于平面應變假定，分別分析了橫向不均勻沉降和縱向不均勻沉降對路面結(jié)構(gòu)受力的影響，分析說明半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)對橫向不均勻沉降非常敏感。建立三維有限元模型，分析了實際不均勻沉降對路面結(jié)構(gòu)的影響：最后，綜合考慮由于路基強度衰減與不均勻沉降的影響導致的傳統(tǒng)半剛性路面結(jié)構(gòu)難以適應黃河沖積平原區(qū)粉土路基的特點，提出了“復合式基層”路面結(jié)構(gòu)的設計思