西南大学土木工程毕业论文

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1、学习中心编号： 298 学习中心名称： 重庆人力资源开发培训中心学习中心 西南大学网络与继续教育学院毕 业 论 文山区陡坡路段沥青路面设计学生姓名 胡 磊 学 号 1312982613009 类 型 网 络 教 育 专 业 土 木 工 程 层 次 专 升 本 指导教师 乔 克 日 期 2015年4月10日 目 录 第一章 绪论1.1 研究背景以及意义1.2 国内外的研究现状 1.2.1 重载交通荷载研究现状1.2.2 陡坡沥青路面研究现状.1.3 设计内容1.3.1 依托项目简介-广乐高速 A2 合同段概况1.3.2 设计内容1.4 设计方法和技术路线1.4.1 设计方法1.4.2 技术路线第

2、二章 山区高速沥青路面情况概述2.1 山区高速公路特点2.2 沥青路面病害概述2.2.1 沥青路面病害类型2.2.2 破坏分类 2.3 沥青路面设计方法概述 2.3.1 我国沥青路面厚度设计方法2.3.2 AASHTO 设计方法 2.3.3 SHELL 沥青路面厚度设计方法 2.4 本章小结 第三章 交通荷载3.1 交通荷载概述 3.2 交通轴载分析3.2.1 车型和轴型3.2.2 AASHTO 沥青路面轴载换算方法 3.2.3 我国沥青路面轴载换算方法 3.3 重载条件下轴载换算系数的确定 3.3.1 换算方法分析 3.3.2 基于理论计算的重载下轴载换算系数 3.3.3 基于实测数据下的重

3、载交通轴载换算系数 3.4 基于轴载谱的累计当量轴次研究 3.4.1 已有关于轴载谱分析的情况 3.4.2 基于轴载谱的轴载换算研究提出 3.5 轴载谱参数的分析 3.6 广乐高速交通参数确定53.6.1 交通量情况 3.6.2 交通荷载计算 3.7 本章小结 第四章 重载交通下沥青路面力学响应分析4.1 重载交通规定 4.1.1 重载交通的规定和限值4.1.2 交通量分级4.2 典型沥青路面结构力学响应分析 4.2.1 沥青路面典型结构的选取4.2.2 参数的选取4.2.3 路面力学计算模型4.2.4 计算结果及分析4.2.5 分析结论4.3 沥青路面力学破坏分类 4.3.1 强度破坏 4.

4、3.2 疲劳破坏 4.4 广乐高速公路主线路面设计情况分析 4.4.1 方案情况4.4.2 方案论证4.4.3 方案推荐4.5 本章小结 第五章 陡坡路段沥青路面设计5.1 陡坡路段沥青路面病害情况以及原因分析 5.1.1 病害概述5.1.2 原因分析5.2 陡坡路段普通沥青路面力学响应模型分析5.2.1 结构层组合以及材料参数情况5.2.2 坡度、荷载和轮迹面积确定 5.2.3 模型建立5.2.6 模型计算及其分析5.2.7 陡坡路段力学响应的特点 5.3 陡坡路段沥青路面设计关键点 5.4 广乐高速陡坡路段沥青路面设计情况 5.5 本章小结 第六章 结论与展望参考文献.致谢第一章 绪论1.

5、1 研究背景以及意义随着国家的发展，经济技术的飞速提升，我国的基础建设也在不断大量的投入，高速公路也得到不断的发展。根据交通部信息，到 2010 年 4 月截止，全国高速公路总里程到达 7.42 万公里，其中，国家高速达到 5.77 万公里，已经居于世界第二1。图 1 为 2006 至 2010 年全国高速公路里程变化情况。随着高速公路的里程的增加，高速公路的建设不断向山区推进，所谓山区通常是指山地、丘陵和地形比较崎岖的地区。在山区高速公路建设中遇到不少问题，由于地形的限制，在路线线性选择上就无可避免的出现许多桥、隧道、陡坡等结构形式，然而这些往往是路面结构形式的薄弱环节。而且随着交通量的不断

6、增大，并伴随着许多超载超限的车辆，使得路面结构出现车辙、裂缝、拥抱、泛油、水损害等早期破坏，给国家带来了许多的经济损失。我国是一个多山的国家，我国的山地占国土面积的 33，丘陵占 10，崎岖高原占 10以上，大体上讲，山区面积占国土 50以上，并且山区大部分地区经济滞后，为提高人民生活水平，交通便利是一个必要条件，因此，解决好山区的交通状况非常的重要。同时，山区高速公路的建设遇到了一些经济技术问题。因山区受地质和经济因素的制约，在高速公路设计建造时受到一定的阻力，而且山区高速公路建设成套技术的发展相对滞后。山区高速公路地质复杂，环境难以预测，路面病害多发。比如陡坡路段车辙严重，凌冰路段抗滑性能

7、差以及路面结构水损害严重等。 面对我国现阶段的国情，我国大量的采用的是沥青混凝土路面，针对山区高速公路的特点，路面使用中，面临着很大的挑战。根据调查和数据分析，我们发现山区高速公路沥青路面在使用过程中，出现了大量的不同程度的早期病害，比如裂缝、车辙、沉陷、龟裂等。在路面设计中，轴载是一个关键的因素，按照现行规范，采用的是累计当量标准作用次数这个参数来进行设计，它是通过交通量调查和每种车型的额定换算系数来换算得到。然而，随着近年来交通量的不断增大，伴随着超载、重载的大量出现，采用规范方法和实际不合，导致较大的差异，根据规范换算得到累计当量轴次远小于实际。有必要进行交通荷载的从新审视和研究，研究交

8、通荷载对路面设计参数的确定有重要的影响。山区高速公路的特点，决定了路面也相应伴随着山区的特点。山区高速的地形地质复杂，起伏性大，决定了线性的不确定性，长大下坡比一般高速多；山区高速公路结构物多，桥隧比例高，桥面铺装以及隧道路面增多；通常，山区高速公路的海拔高，气候环境复杂，凌冰路段出现多。针对山区高速公路出现的“几多”特点（陡坡路段多，桥面铺装多，隧道铺装多），以及超载、重载交通的影响，对其进行深入研究，有助于山区高速公路的设计与施工，对山区高速公路路面铺装起到借鉴作用，达到减少路面早期病害的目的，提高路面使用性能，提供一个安全舒适的路面环境。山区高速公路的建设如此严峻，有必要对其路面设计的关

9、键技术进行研究，为以后山区高速公路路面的建设提供参考。本文将以典型的山区高速公广州至乐昌的高速公路（以后简称“广乐高速”）新建沥青路面建设项目为依托，从重载、陡坡路段、桥面铺装层、隧道复合式路面等几个方面，对山区高速公路路面设计关键技术研究。1.2 国内外的研究现状1.2.1 重载交通荷载研究现状国内道路使用中，重载交通特性很明显，严重影响了路面的使用寿命。重载交通有如下特点：轴载重、轴载作用次数多、接地压力分布不均、轮胎胎压大和动力学特征明显等特点。重载下沥青路面的力学响应和在谱载下的响应是不同的，国内外有许多学者对此进行了研究。J.Craus2研究了高接触压力和重载对沥青路面疲劳性能的影响

10、。他认为，轴载不变的情况下，对 2IN 厚的沥青面层，当接触增大 50%的时候，将会导致疲劳寿命降低 85%。作者通过 AASHTO 实验路段的研究，得到了基于 Finn 模型的重载下沥青路面开裂率大于 30%和小于 10%的疲劳模型为：Philip M.O.Owende研究了四种水平的胎压和三钟水平的轴载对路面的损害情况，其结果发现车辆空载高胎压和满载低胎压引起的疲劳损坏是相同的，同时表明，方向轮引起的横向应变是疲劳破坏的关键指标。胡萌也对重载下沥青路面进行结构分析，采用的是非线性和粘弹性层状体系，发现随着荷载的增大，拉应力呈现不同的走势，且差距越来越大。艾长发对重载下沥青路面进行结构应力分

11、析，结果发现在重载情况下，路面会产生很大变形（包括弯拉变形、剪切变形和压密变形），且应力会大幅度的增加。其计算结果显示，最大正应力出现在面层底部两轮中心处，最大拉应力出现在基层底部轮隙中心处，最大剪应力出现在面层中部。剪应力主要作用区域出现在面层，其对路面产生不利影响。胡小弟研究了超载对于路面结构的影响，其指出超载对路面影响极大，同时水平力也会对其产生严重影响。超载情况下，作用于路面剪应力、弯沉及弯拉应力值都会出现明显的增加，研究影响路面的使用寿命。1.2.2 陡坡沥青路面研究现状曹阳等针对陡坡路段采用了 ANSYS 有限元的方法从力学的角度分析了其受力情况，得出了如下结论:陡坡路段随着坡度的

12、增加，路表弯沉值也相应的增大，层底拉应力相应的增加，剪应力迅速增大。朱耀昆，朱士东，吴玉财等通过路面结构理论计算分析，探讨提高模量对路面性能的影响，利用有限元模型进行结构计算，并确定试验段的路面结构形式，通过工后通车一年的高模量沥青路面试验段与比较段的车辙发展跟踪检测比较，结果试验段模量提高后 (提高为对比段的 1.3 倍左右 )，尽管长陡坡路段的当量荷载作用次数比对比段提高了 1.4-1.5 倍，试验段的车辙深度仍较对比段减少了20以上，表明高模量试验段路面具良好的抗车辙能力。俞文生，李昶为分析纵坡段沥青路面车辙，进行了室内蠕变试验，按“四单元五参数”模型确定了相关参数。进行了现场温度场检测

13、，用有限元的方法对沥青路面温度场进行模拟，其荷载采用方形荷载，分析不同超载水平、不同速度、不同纵坡坡度下的陡坡路段行驶情况，得到影响纵坡段车辙的有 3 个因素：1、车速降低导致的荷载作用时间增加；2、超载因素；3、水平荷载分量的影响。提出了提高纵坡段沥青路面材料的抗车辙能力，及采取合理的坡度与坡长组合的措施，保证纵坡段载重车辆的总体运行速度。刘艳华，刘英军研究了关于重交通的陡坡路段以及被矿山包围区沥青路面结构设计问题。他们对于早期出现推移和车辙的现象进行了原因分析，并从设计上如何因地置宜地考虑进行探讨和研究。全丽春借鉴汽车与路面之间的作用原理，分析汽车在沥青陡坡路面行进中减速换档、刹车制动对路

14、面造成的严重损害，从设计上提出改进意见，这时于延长沥青路面的使用寿命具有特别重要的现实意义。陈哲，朱士东，张家峰对高模量沥青混合料用于陡坡路段进行研究，发现其应力应变有明显的改善，高模量沥青路面比普通沥青路面的压应变和剪应变减少了 30%，提高了陡坡路段路面抵抗车辙的能力，高模量沥青混合料的使用为重载和超载下沥青路面设计提供了新的方向。吴玉财对矿物纤维沥青砼用于陡坡路面的适用性进行分析。作者选择重载交通量很大的粤赣高速公路的陡坡路段作为实验路段，通过参拌矿物纤维的改性沥青混凝土和普通改性沥青混凝土进行比较，并通过多轮车辙仪(RLWT)抗车辙试验、间接拉伸劲度模量试验、落锤式弯沉仪（FWD）检测和现场车辙检测等方法进行对比分析，结果表明参拌矿物纤维的沥青砼路面具有很强的抵抗车辙的能力。1.3 研究内容结合国内外研究成果，在前人的基础上，并以广乐高速 A2 合同段路面设计项目作为依托，从交通荷载、陡坡路段、桥面铺装层和隧道复合式路面等方面对山区高速公路沥青路面设计关键技术进行深入研究。1.3.1 依托项目简介-广乐高速 A2 合同段概况为对山区高速深入研究