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1、水泥混凝土路面路基性能基本的指标和参数研究 项目验收技术汇报 2 汇报提要 2 技术思路 3 研究成果 4 主要创新 1 项目背景 项目验收技术汇报 3 水泥砼路面刚度大 稳定性好 应用广泛 项目背景 项目背景 与路基性能相关的路面病害屡有发生 项目验收技术汇报 4 角隅断裂 交叉裂缝 破碎板 项目背景 需要合理选取并有效控制路基性能指标参数我国现有规范仅以E 中湿状态 作为设计指标冻害以最小防冻厚度为设计指标 缺乏对路基本身的评价指标与控制要求对水稳性能和永久变形未有考虑 项目验收技术汇报 5 我国公路设计方法 PCA设计方法 AASHTO2002 日本砼路面设计方法 路基 基层顶面承载板测
2、定30 40 75cm不计季节性变化 三层次参数输入MR k 弯沉 气候 环境参数逐月k值 损伤累计 土基 底基层 地基反应模量忽略季节性波动取夏 秋季k值 自然区划土组类型中湿状态路床 基层顶面当量回弹模量 路面设计中的路基指标 针对我国水泥混凝土路面的实际使用状况审视确定各项路基设计指标并基于路基性能对路面结构的影响推荐选取合理的设计参数 技术思路 遵循路基路面 协同工作 的基本原理充分吸收和利用前期研究成果及试验积累增强指标模型构建的有效性充分体现水泥混凝土路面结构体系的特点路面结构刚度大路基内荷载应力水平与沥青混凝土路面不同 项目验收技术汇报 6 技术思路 项目验收技术汇报 7 研究成
3、果 1 揭示了影响水泥混凝土路面性状的路基性能南方潮湿多雨地区 项目验收技术汇报 8 错台 接缝张开 裂缝 研究成果 1 项目验收技术汇报 9 回弹模量偏低湿度过大 1 5 2 1wopt 路床 承载板 探坑 研究成果 1 北方冰冻区 项目验收技术汇报 10 公路区划为II2 纵长开裂 冻胀 研究成果 1 项目验收技术汇报 11 研究成果 2 明确了路基应力的分布规律和应力水平4种荷载形式标准轴载 单轴超载 双轴 三轴4种结构类型半刚性基层贫混凝土或碾压混凝土基层柔性基层排水性基层2种公路等级一级 二级 项目验收技术汇报 12 研究成果 2 项目验收技术汇报 13 特重交通典型结构 重交通典型
4、结构 中交通典型结构 轻交通典型结构 研究成果 2 项目验收技术汇报 14 竖向分布 平面分布 项目验收技术汇报 15 标准轴载作用下路基中主应力覆盖范围 30 1 70kPa 10 3 40kPa 路基中的典型应力水平组合 30 1 40kPa 10 3 20kPa 路基主应力比主要在1 9 4 0之间变化 且集中在2 0 3 0范围内 一级公路 二级公路 研究成果 2 研究成果 2 项目验收技术汇报 16 路基应力水平统计结果 较沥青混凝土路面而言 水泥混凝土路面下路基应力水平表现以下特点 1 应力覆盖范围小 2 主应力比略高 3 典型应力组合基本相同故可在借鉴沥青路面测试加载序列的基础上
5、 将其中的高应力级位予以剔除 而保留低应力级位的测试序列 研究成果 3 建立了典型土组MR预估模型12种土动三轴数据 LTPP数据预估模型 项目验收技术汇报 17 研究成果 3 项目验收技术汇报 18 典型土组ki取值 研究成果 4 根据临界荷位板的荷载应力等效原则 推荐了不同土组类型的路基当量回弹模量取值 项目验收技术汇报 路基应力场空间分布 当量等效 土回弹模量空间分布 路基设计指标E 控制应力 STEP1 STEP2 研究成果 4 项目验收技术汇报 20 STEP1 模量是应力分析的输入参数 同时又是应力输出的函数通用有限元程序中的本构开发是关键 研究成果 4 项目验收技术汇报 21 S
6、TEP2 基于板底应力等效的当量模量试算 61 5 等效结构 非线性结构 分析类型 回弹模量 MPa 1 142 11 7 154 5 1 142 板底拉应力 MPa 研究成果 4 项目验收技术汇报 22 A1 ki1 A2 ki2 A3 ki3 An 1 kin 1 An kin 路基当量回弹模量计算 EL1 EU1 EL2 EU2 EL3 EU3 ELn 1 EUn 1 ELn EUn 路基回弹模量设计参考值 参数准备 当量计算 结果整理 B A C 设计参考值计算方法 研究成果 4 项目验收技术汇报 23 路基设计模量建议值 研究成果 5 建立了路基土永久应变的预估模型试验方法 重复动三
7、轴已有积累NCHRP1 32模型局限性 仅适用于1 1 2wopt 项目验收技术汇报 24 含水率现场调研结果 研究成果 5 已有数据 高含水率条件的补充试验数据 项目验收技术汇报 25 原模型 实测值 本模型 高含水率条件的预估效果 揭示了水泥砼路面路基永久变形的空间分布特征及其影响 研究成果 6 项目验收技术汇报 26 水泥混凝土板块的不连续导致其应力分布特殊 板块尺寸影响应力级位 基层形态决定变形的层位 水泥砼路面的特点 研究成果 6 项目验收技术汇报 27 变形计算方法 第一层叠加 分层 考虑土基各深度应力级位的变化第二层叠加 分条 考虑车辆荷载在横断面上分布及其形成应力的不均匀 研究
8、成果 6 项目验收技术汇报 28 算例结果 mm 30MPa 40MPa 50MPa 路基模量 研究成果 6 项目验收技术汇报 29 29 不考虑横向分布频率 考虑横向分布频率 虽然板角处的荷载应力最大 但由于荷载在横断面的不均匀分布 水泥混凝土板路基永久变形的最大值出现横缝板中处 一定程度上减小了变形的不均匀性 垂球面 马鞍型 研究成果 6 柔性基层有必要考虑路基永久变形的影响 项目验收技术汇报 30 30 路基永久变形导致路面疲劳寿命的折减 30 路基永久变形导致路面应力的增幅 研究成果 7 提出了路基水稳定性能的评价指标及其预估模型模量调整系数湿化率 项目验收技术汇报 31 反映运营期间
9、模量受到湿度变化的影响 与wopt状态时模量的差异 与运营期间的w相关 反映填料自身对水的敏感程度 为材料属性 与w无关 双指标评价方法 研究成果 7 FS预估模型 试验数据 国外文献 项目验收技术汇报 32 32 粗粒土 细粒土 研究成果 7 Ks预估模型 项目验收技术汇报 33 提出了路基水稳性能的评价标准 项目验收技术汇报 34 路基水稳性能 STEP1 敏感性分析 路基回弹模量 路面疲劳寿命 STEP2 以疲劳寿命折减确定水稳评价标准 研究成果 8 疲劳寿命折减率出现的概率 统计划档 研究成果 8 项目验收技术汇报 35 35 水泥混凝土路面路基模量调整系数Fs标准 在特定的工程条件下
10、 平衡含水率w 通过计算Fs 可评价路基整体结构性能 模量的衰减对疲劳寿命的影响程度 研究成果 8 项目验收技术汇报 36 36 水泥混凝土路面路基湿化率Ks标准 针对不同的工程条件 S Sopt 为保证疲劳寿命不因湿度的增大而过分降低 填料应具备的水稳性能 材料选型 研究成果 9 掌握了冻胀和融沉对路面结构应力的影响 确定了路基最大允许冻胀量和不均匀冻胀量 项目验收技术汇报 37 冻胀应力的分析方法 研究成果 9 项目验收技术汇报 38 结构类型的影响 系数回归 D 研究成果 9 项目验收技术汇报 39 C 临界荷位 B 变形对弯拉应力的影响 结构的影响 相对刚度半径r D 融沉应力的分析方
11、法 研究成果 9 项目验收技术汇报 40 基于结构性能的冻胀控制标准 研究成果 9 项目验收技术汇报 41 基于路面平整度的控制标准 平整度 3m直尺 一级公路 3mm 二级公路及以下 5mm 主要创新 从路基 路面相互作用机理 保证路面结构整体性能出发 揭示了影响水泥混凝土路面性状的三大路基性能 系统建立了路基性能指标体系基于水泥混凝土路面的路基应力水平 制定了回弹模量试验方法 并通过本构开发和等效计算 提出了不同交通等级的路基当量回弹模量建议值 为设计应用提供了简便的途径 项目验收技术汇报 42 主要创新 构建了广泛适用于各种含水率条件的永久变形预估模型 创建了分条分层总和法 首次揭示了水泥混凝土路面路基永久变形的空间分布形态提出了路基水稳定性的双指标评价法 模量调整系数有效反映了路基长期性能中的模量状态 湿化率则为不同湿度条件下的填料选型提供了可靠的依据 建立了基于路面结构修正弯曲刚度的冻胀应力计算方法 并分别以路面冻胀开裂 路面平整度为控制标准 确定了路基最大允许冻胀量和不均匀冻胀量 项目验收技术汇报 43 ThankYou
