移动荷载下道路病害的弯沉盆特性

移动荷载作用下道路弯沉盆蕴含路基、路面的病害信息,充分利用移动弯沉盆信息开展道路病害快速无损检测受到行业重要关注。该文通过分析道路病害的弯沉盆特性,为移动弯沉车开发道路病害检测方法提供技术参考。首先建立半刚性基层沥青路面有限元模型,通过设置不同类型和程度的病害有限元模型,分析在移动荷载作用下路表弯沉盆的连续变化情况。结果表明:荷载移动到病害区域时,各病害模型中路表弯沉盆的中心弯沉值均会变大;路面结构层出现横向裂缝时,弯沉盆的形状会发生明显变化,贯通性横向裂缝对弯沉盆形状的影响最明显;基层与底基层局部松散对弯沉盆形状的影响比面层松散对弯沉盆的影响更明显;土基顶部出现空洞时,弯沉盆形状变化不明显;路基唧泥病害会严重影响路表弯沉盆形状与大小。

微表处用水性树脂基改性乳化沥青流变性能

机场道面微表处技术养护品质依赖于其胶结材料性能,为明确水性树脂聚合物掺量对微表处用改性乳化沥青流变特性的影响,制备了微表处用WER/WPU改性乳化沥青与WER/WPU/EVA改性乳化沥青,借助动态剪切流变试验、线性振幅扫描试验和弯曲梁流变试验,探明了不同水性树脂聚合物掺量下改性乳化沥青高温抗变形能力、中温疲劳性能与低温蠕变特性,对比分析了WER/WPU改性乳化沥青与WER/WPU/EVA改性乳化沥青的流变性能,并与现有研究中改性乳化沥青的抗变形、抗开裂能力进行了对比评价。结果表明:掺加树脂聚合物后乳化沥青材料的高温抗变形能力、中温疲劳寿命以及低温柔韧性得到有效提升,提升幅度随水性树脂聚合物掺量增加而提高;WER/WPU/EVA-15改性乳化沥青高温抗变形性能略优于WER/WPU-15改性乳化沥青,但其疲劳特性与低温抗裂性较WER/WPU-15改性乳化沥青略低。文中所研制的树脂基改性乳化沥青具有显著的先进性。

木质素纤维增强型透水性沥青稳定碎石疲劳研究

为提高增强型透水性沥青稳定碎石(asphalt treated permeable base,ATPB)的抗裂性能和耐久性,以SBS改性沥青为胶结材料配制掺入木质素纤维的ATPB混合料——纤维增强型透水性沥青稳定碎石(fiber asphalt treated permeable base,FATPB),并制作不同木质素纤维掺量的FATPB-25梁式试件进行不同应力比下的四点弯曲疲劳试验。将木质素纤维掺量为0.3%的FATPB-25与普通的AC-25、ATB-25的疲劳性能进行对比分析,探究考虑失效概率的应力比与纤维掺量对疲劳寿命的影响。研究结果表明:纤维掺量为0.3%的FATPB-25的抗疲劳性能明显比普通的AC-25和ATB-25的高,可用作耐久型的透水性下面层或柔性基层;通过包含失效概率的双对数方程可以对FATPB-25的疲劳寿命进行预测。

半刚性基层开裂的沥青路面承载力响应特性

为研究半刚性基层开裂对沥青路面承载力响应特性的影响,采用ABAQUS软件建立具有不同形态基层反射裂缝的沥青路面三维模型,研究其在载荷作用下的路面承载力响应特性,揭示响应机理。研究结果表明:反射裂缝越长,路面承载力响应越大。反射裂缝在贯穿路表前后,承载力响应由弱至强发生激增,反射裂缝只在一定宽度范围内影响承载力响应。给出了处治基层反射裂缝的指导建议,即结合现行方案,注意区分反射裂缝和面层裂缝,限制反射裂缝的发展。从长度、宽度、结构层位3个角度分析了反射裂缝对承载力响应特性的影响,仿真结果与现场实测结果相吻合,为研究半刚性基层沥青路面的承载力响应特性提供参考。

基于截尾分布的永久路面结构可靠度分析

为建立基于实测参数变异范围的永久路面结构可靠度分析方法,首先基于概率等效原则和逆变换法建立参数“有界”性的双侧截尾分布随机数抽样方法;然后选取现行沥青路面设计规范中面层、基层和路基结构的验算指标建立极限状态方程并开发多指标可靠度计算程序,将分析结果与理论分布随机变量可靠度程序对比;最后结合实测参数变异性水平,使用建立的可靠度分析方法评估京德高速永久路面结构的工后可靠度。结果表明:截尾分布更符合工程参数的真实分布,计算的可靠度更准确;中等交通荷载等级下,京德高速的路面结构可靠度为95.2%~98.7%;在累计当量轴次失效点后,永久路面结构面层、基层和路基的可靠度值均随轴次的增大而减小,且荷载越大,可靠度值下降速率越快,可靠度也越低。

大厚度柔性基层长寿命沥青路面试验研究

为研究大厚度柔性基层沥青路面结构内部力学行为特征及疲劳寿命,以田新高速试验段、主路面结构为原型,分别制作全厚路面结构模型,开展同条件下沥青稳定碎石柔性基层和水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面结构静力加载对比试验。采集不同轴载、温度工况下各层位力学响应值,进行变化规律拟合分析,并根据实际工况计算分析疲劳寿命。结果表明,同条件下,沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构下面层底、基层底的横向及纵向应变和竖向压应力指标均明显小于水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面结构,且2种结构的下面层底各力学指标均大于其对应基层底指标;2种结构下面层、基层的疲劳寿命对数值随荷载等级增加呈线性下降,前者受温度变化影响更小,且数值均较后者明显提高;正常环境温度和标准交通荷载下,沥青稳定碎石柔性基层大厚度沥青路面结构下面层与基层预期可实现长寿命。研究结果为长寿命沥青路面结构提供新的试验途径与评定方法。

半刚性基层沥青路面病害及其防治研究

为了提高半刚性基层沥青路面的建设水平,文章依托某国道一级公路,分析了路面反射裂缝、车辙等病害的产生原因,通过ABAQUS软件建立计算模型,分析了反射裂缝的受力和车辙的变形规律,同时提出了采取加铺玻纤格栅、确定基层预切缝间距等措施来处治路面病害,研究成果可为类似项目提供借鉴。

基于双模量理论的柔性基层沥青路面结构响应分析

绝大部分路面材料力学参数具有显著的拉压差异性,而现行柔性基层沥青路面设计中仍采用较大的压模量作为设计参数,导致结构力学计算与分析误差较大,路面设计结果不可靠。为此,开展了基于双模量理论和传统线弹性理论的柔性基层沥青路面结构力学响应对比分析,揭示了结构参数对柔性基层沥青路面结构关键力学响应的影响规律。结果表明:基于双模量理论的力学响应计算结果与传统线弹性理论之间的偏差高达15%;结构层厚度对结构力学响应的影响较大,其中基层厚度的影响更显著;各结构力学响应均随上中面层厚度增大而减小,随下面层厚度增大而增大,均呈二次函数关系,最大变化幅度约为20%;路表弯沉、基层底纵向拉应力与拉应变均随基层厚度的增加而减小,路表横向拉应变随基层厚度的增加而增大,其中路表横向拉应变受其影响最为显著,变化幅度超过40%。研究成果可为基于双模量理论的柔性基层沥青路面结构设计提供参考。

动载下复合式基层沥青路面的裂缝扩展行为研究

基于断裂力学理论及有限元数值模拟方法,建立塞内加尔MBOUR-KAOLACK(MK)高速公路带裂缝的复合式基层沥青路面三维模型,分析了不同荷载与路面结构层参数对复合式基层沥青路面开裂初期应力强度因子的影响,并与等厚半刚性基层路面对比,分析了裂缝在向上扩展时应力强度因子的变化规律。结果表明:随着车速的降低或轴重的增大,应力强度因子极值逐渐增大,路面裂缝扩展的风险增大。随着路面结构层厚度和沥青层模量的增大,应力强度因子则均在减小。其中,增大半刚性底基层与增大面层厚度对应力强度因子的降幅相近,故增大半刚性底基层厚度更经济。不过,底基层模量的增大会导致应力强度因子增大,也应避免使用过高模量的底基层。随着裂缝向上扩展,复合式基层沥青路面和半刚性路面的KⅠ先增大后减小,KⅡ逐渐增大,开裂主导模式逐渐由张拉型转变为剪切型。在裂缝向上扩展的过程中,复合式基层沥青路面的KⅠ降幅比半刚性基层路面更大,且其应力强度因子也小于半刚性基层沥青路面。可见,复合式基层沥青路面的抗裂性更好。

半刚性基层沥青路面平整度波长研究

为了研究路面平整度波长和动荷载之间的关系,识别半刚性基层沥青路面的波长范围,选择典型高速公路和3级公路作为试验道路。以重型车辆和轻型货车作为试验车辆,采用满载和空载2种工况,在试验车辆后轴安装自主研发的无线车辆轮轴振动加速度测量仪器。现场试验获取车辆轮轴竖向振动时域特征数据,经过傅里叶变换,获得车辆振动频域特征。根据频率、车速和波长之间的关系计算划分了半刚性基层沥青路面平整度波长范围。结果表明:车轴振动加速度的标准偏差可以作为车辆动载荷的直接指标,车轴振动加速度的标准偏差随车速和路面粗糙度的增加而增加;半刚性基层沥青路面的车辆振动典型频域曲线由2个主共振频率和1个次共振频率组成;路面平整度波长可划分为4个波段:0~0.2 m极短波,0.2~1.4 m短波,1.4~5.6 m中波,5.6~100 m长波;极短波和长波对车辆振动产生动荷载影响较小,短波和中波对车辆振动产生动荷载影响较大,其中1.4~5.6 m中波对车辆振动产生动荷载的影响最大。试验结果可作为半刚性基层沥青路面平整度波长波段划分的新标准,为制订半刚性基层沥青路面平整度施工控制标准提供依据。

荒漠区沥青路面拱胀病害机理及影响因素分析

针对阿勒泰荒漠区S21阿乌高速出现的沥青路面拱胀病害问题,对其机理及影响因素进行分析。经现场调查与室内试验,分析沥青路面拱胀病害成因。以调查结果为基础,运用Kirchhoff薄板理论与有限积分变换法理论推导基层拱胀临界应力计算公式,分析沥青路面拱胀病害力学机制,确定基层拱胀临界应力值。应用Abaqus建立道路有限元模型,分析基层施工温度、膨胀系数、回弹模量及路表最高温度等因素对基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的影响,并基于基层拱胀临界应力值给出相应建议。研究认为:S21阿乌高速沥青路面拱胀病害是水泥稳定砾石基层在过大的温度应力作用下发生拱起破坏的结果。考虑实际道路情况,S21阿乌高速水泥稳定砾石基层拱胀临界应力值为3.49 MPa。当基层纵向最大应力大于基层拱胀临界应力值时,基层将会发生拱起失稳破坏。基层施工温度、膨胀系数及路表最高温度均为基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的敏感因素,而基层回弹模量对路面最大拱起高度无明显影响。建议将基层膨胀系数控制在2.8×10^(-5)℃^(-1)以内,基层回弹模量控制在1400~2200 MPa以内。

泡沫沥青复合式冷再生混合料组成设计与性能评价

文中通过发泡试验确定了泡沫沥青的最佳发泡条件,采用马歇尔试验确定了RAP和RAI不同掺配比例下泡沫沥青的最佳掺量,测试分析了泡沫沥青复合式冷再生混合料的抗压强度、抗拉强度、水稳定性和动态模量等性能.结果表明:在发泡温度为160℃,发泡用水量为2.9%的条件下,沥青发泡效果最优;在最佳发泡条件下,RAP掺量为0%、20%、40%的三种方案对应的泡沫沥青最佳掺量分别为3.4%、3.1%、2.9%,此时,三种方案均有较好的抗压、抗拉、水稳定性,并且随着泡沫沥青冷再生混合料中RAP掺量的增加,柔化程度与抗拉性能均逐渐增大,但抗压性能与水稳定性能均有所降低.

100%RAP乳化沥青冷再生混合料基层应用研究

为了评估使用乳化沥青再生剂和100%RAP的新型路面基层的效果,在连霍高速改扩建工程河南段修建了一个试验路段,采用FWD对其结构性能进行了12个月的弯沉监测和施工完成后第540天的车辙测试;通过室内验证试验,研究了成型方式对再生沥青混合料体积参数的影响,此外,测试回弹模量和间接抗拉强度,分析了松散混合料存储时间(7、14、28 d)、养护时间(1、3、7、26、56 d)对力学性能的影响。结果表明:室内力学试验验证了再生混合料刚度随养护时间的延长而增加;存储时间越长,短期内的刚度和拉伸强度值越高,当养护较长时间后,试验行为未得到验证;采用乳化沥青冷再生混合料作为基层是一种RAP替代方案。

移动行车荷载下全断面半刚性基层沥青路面的动力响应分析

为了进一步了解半刚性基层沥青路面在移动行车荷载下的力学响应,以浙江某高速公路为背景,利用MIDAS GTS软件建立了全断面三维有限元模型,采用标准轴载BZZ-100对轮胎接触面积内的路面施加移动行车荷载,对路面结构各层竖向位移、正应力和剪应力的分布及变化规律进行了分析研究,研究成果可以为半刚性基层沥青路面的建设和运营提供参考。

半刚性基层裂缝微创注浆耐久性评价——以江苏省内宁杭等高速为例

在高速公路沥青路面的养护工程中,常规手段难以彻底解决路面结构内部的隐性病害问题。微创注浆技术因其技术优势,逐渐被用于这类病害的修复。然而现在研究方向聚焦于注浆材料的研发和施工工艺,对于注浆技术耐久性评价关注较少。鉴于耐久性直接影响技术的使用效果和寿命延长,开展耐久性评价显得尤为重要。采用室内试验和实地路面跟踪观测两种方法评估半刚性基层裂缝注浆的效果。结果表明:养生28 d、90 d、1 a的不同龄期无侧限抗压强度恢复率分别为70.4%、70.0%、68.6%;养生7 d、28 d、90 d、1 a的地推直剪试验剪切强度分别为0.75、1.25、1.21、0.90 MPa;养生28 d冻融循环2次劈裂强度值为5.2 MPa。表明半刚性基层裂缝微创注浆并经长期使用后,无侧限抗压强度值、剪切强度值仍保持较好的水平。根据实体工程持续跟踪观测,芯样完整性高、浆液饱满、强度值未明显衰减。

中国与澳大利亚沥青路面基层设计对比分析

在澳大利亚工程项目实施过程中,中企项目团队因惯性思维的影响,会经常以中国标准体系中的要求来衡量在当地市场建设中的各种行为,同时澳大利亚基层设计标准体系与中国标准有诸多差异,这些差异直接影响到项目实施的有效性和建设经验的可复制性,极大地增加施工及研究人员的工作难度。因此为指导中国企业在澳洲的工程项目实施,提升公司在南太平洋区域建设的业务能力和水平,对中澳公路沥青路面基层设计标准进行对比研究,共有3个方面的对比,分别为沥青路面基层材料对比、沥青路面基层结构组合设计对比、沥青路面基层结构设计方法对比。通过以上3个方面的中澳对比,对澳大利亚基层设计进行系统的研究,对指导中企在澳洲的工程建设有重要意义。

级配碎石基层沥青路面材料优化研究

为缓解级配碎石基层沥青路面上面层所发生病害,优化级配碎石基层沥青路面材料应用效果。本文分别对AC-13、AC-20和AC-25进行级配设计;通过马歇尔试验检测各级配类型混合料最佳油石比;通过测定混合料抗车辙性能和动态模量性能综合评定不同类型沥青混合料应用效果。结果表明,掺加0.35%PE抗车辙剂对提升沥青混合料抗车辙性能效果显著,高模量沥青混凝土适合用于需要优异低温性和水稳定性的沥青路面。

沥青路面微表处养护施工技术探析

微表处技术是道路沥青路面养护施工过程中比较常用的方法之一。文中以某高速公路为例,通过水性环氧树脂进行乳化沥青的改性,制备微表处材料并展开施工,同时研究该材料的力学性能、流变性能及稳定性能,为道路沥青路面的养护工作提供更加高效、环保、可持续的解决方案。

超载状态下半刚性基层沥青路面力学响应分析

基于弹性层状体系理论,应用BISAR软件对标准轴载和不同超载状态下半刚性基层沥青路面的力学响应进行分析,主要指标包括路表弯沉、行车方向水平拉应力和沥青面层竖向压应力。研究结果表明,超载状态下路面结构的力学响应值大幅度增长,将导致路面使用性能降低,缩短使用寿命。应加大超载运输治理力度,保障路面正常运营。

高模量沥青路面结构力学响应及适用层位分析

为探究高模量沥青混合料在半刚性基层沥青路面结构中的合理应用层位,明确高模量沥青层的引入对路面结构受力影响的变化规律,文中选用BISAR3.0路面力学计算程序,以中下面层材料抗压模量变化、下面层材料差异、层间黏结状态、路基不同工况四类别主要影响因素开展不同深度与计算点位的路面结构受力状态的全面考察。结果表明,对于半刚性基层沥青路面,高模量沥青层的引入不会对基层的应力、应变状态产生较大影响,将高模量沥青混凝土设置在下面层的效果优于中面层,下面层模量的提高有助于减小沥青层层底的拉应变,降低幅度在40%左右,同时路面沥青面层不同深度的抗剪切变形和抗疲劳损伤能力也均有所提升;提高高模量沥青层与半刚性基层的层间接触强度可显著改善路面结构的整体受力性能,有效降低各结构层的拉应变与剪切应变;提高路基抗压模量可有效改善基层受力状态,降低半刚性基层开裂风险及由此产生的沥青面层反射裂缝问题。