【摘要】：反射裂縫是半剛性基層瀝青路面的主要病害形式之一,特別是川東丘陵地區(qū),因夏季氣溫高、降雨量大且持續(xù)時間長,致使該區(qū)域內(nèi)與反射裂縫相關(guān)聯(lián)的病害問題更為突出。為降低半剛性基層瀝青路面早期破壞的風(fēng)險,工程中引入了剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu),通過水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青層之間加設(shè)級配碎石過渡層,抑制反射裂縫并增強排水,達到延長瀝青路面服務(wù)年限的目的。然而,級配碎石屬離散材料,其強度、剛度均不及水泥穩(wěn)定碎石,甚至不及水泥穩(wěn)定礫石,導(dǎo)致剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能顯著弱于傳統(tǒng)的半剛性基層瀝青路面。鑒于此,論文結(jié)合遂廣高速公路的修建,從級配碎石材料路用性能和剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能兩方面進行了系統(tǒng)的研究,其主要工作及取得的成果如下:1)根據(jù)級配碎石最大粒徑對其性能特性影響的研究成果,確定過渡層級配碎石最大粒徑采用26.5mm,并基于級配碎石室內(nèi)試件成型方法對級配衰減特征和性能指標(biāo)的影響,確定采用振動臺法作為評價級配碎石粗集料集成特性的成型方法。在此基礎(chǔ)上,將部分瀝青混合料級配設(shè)計理論優(yōu)化后用于設(shè)計級配碎石材料的級配組成,對通用級配設(shè)計方法(泰勒法、變i法、變k法)和瀝青混合料級配設(shè)計理論(SAC法、VS法和Sperpave法)所確定級配組成以及規(guī)范推薦級配組成基于集成體積指標(biāo)進行了相關(guān)參數(shù)確定和性能評價。根據(jù)多級嵌擠理論和以便獲取與料場實際情況相符的依托工程過渡層級配碎石組成目的,進行了粗集料的骨架形成試驗、細(xì)集料填充試驗,并結(jié)合室內(nèi)試驗和理論計算確定了粗細(xì)集料合成比例,分析了影響級配碎石混合料控制性指標(biāo)的主要因素。2)運用三軸試驗離散單元法,對碎石骨架應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和圍壓與偏應(yīng)力對級配碎石回彈模量影響進行分析的基礎(chǔ)上,評價了級配碎石粗集料骨架性能,揭示了級配碎石非線性特性,并依托室內(nèi)滲水試驗探討了級配碎石滲水系數(shù)的主要影響因素,對級配碎石滲水系數(shù)預(yù)估公式進行了擬合,最后結(jié)合虛擬三軸試驗、CBR試驗和室內(nèi)滲水試驗對級配設(shè)計理論所設(shè)計級配碎石組成進行了優(yōu)選,提出了依托工程過渡層級配碎石級配組成設(shè)計方法、級配組成范圍和評價指標(biāo)。研究可得:基于多點支撐骨架狀態(tài)的混合料體積設(shè)計方法和多級嵌擠級配設(shè)計方法可確定出性能更優(yōu)的級配碎石組成。3)以現(xiàn)場瀝青路面動態(tài)響應(yīng)試驗段為載體,采用FWD和貝克曼梁法測試了三種瀝青路面(1種半剛性瀝青路面,2種剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面)分層層面動、靜態(tài)彎沉,分析了不同結(jié)構(gòu)瀝青路面動、靜荷載作用下的彎沉值分布規(guī)律和瀝青路面結(jié)構(gòu)層施工過程變形特征,可得貝克曼梁法和FWD法檢測數(shù)據(jù)不具等同性,FWD數(shù)據(jù)可靠性和適應(yīng)性更高�；趧討B(tài)彎沉盆測試結(jié)果,結(jié)合提高瀝青路面結(jié)構(gòu)層模量反演精度的目的,采用傳統(tǒng)反演法和逐層反演法反演三種結(jié)構(gòu)瀝青路面各結(jié)構(gòu)層模量值,對比研究了兩種方法對不同路面結(jié)構(gòu)類型的適應(yīng)性,可得路面結(jié)構(gòu)層模量可綜合反映路面結(jié)構(gòu)和組成材料特性,逐層反演模量法可在一定程度上提高反演結(jié)構(gòu)層模量值的可靠性。4)考慮到瀝青路面結(jié)構(gòu)層當(dāng)量回彈模量理論計算法與現(xiàn)場實測值相關(guān)性不佳,以逐層測試瀝青路面結(jié)構(gòu)層彎沉盆實測值和模量反演理論為依據(jù),重點探討了理論計算法與反演法確定的不同瀝青路面結(jié)構(gòu)的墊層、水泥穩(wěn)定碎石層和過渡層頂面當(dāng)量回彈模量差異,可得兩種方法反演當(dāng)量回彈模量差異主要源于水泥穩(wěn)定碎石層頂面當(dāng)量回彈模量的確定,以此提出了修正當(dāng)量回彈模量理論計算公式。5)基于對所設(shè)計瀝青路面結(jié)構(gòu)性能測試系統(tǒng)可靠性進行論證的基礎(chǔ)上,以瀝青層層底應(yīng)變、路基土頂面或過渡層底面豎向壓應(yīng)力和過渡層豎向位移為評價參數(shù),開展了基于行車荷載作用的三種瀝青路面結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)特征研究,分析了行車速度、車輛類型和軸重對路面結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)特性的影響,可得半剛性基層瀝青路面對行車狀態(tài)的敏感性高于剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面。同時,基于路面結(jié)構(gòu)性能測試系統(tǒng)和溫度、濕度測試系統(tǒng),揭示了降雨過程路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部濕度變化特征,探討了剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面在濕度和動荷載耦合作用下級配碎石孔隙水壓力的響應(yīng)特征,分析了過渡層孔隙水壓力對行車速度和車輛軸重的敏感性,論述了現(xiàn)場試驗中季節(jié)變化對不同路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性的影響,可得級配碎石具有良好的排水特性,剛?cè)釓?fù)合式基層瀝青路面在川東丘陵地區(qū)具有較佳的適宜性。
【圖文】：

圖１－１項目實施技術(shù)路線逡逑

通過馬歇爾擊實錘在混合料試件上頂面施加沖資荷載使混合料試件密實，與重型擊實逡逑成型原理相似，但接觸面積、擊實功、落錘高度等存在差異，擊實過程碎石破碎嚴(yán)重ｅ逡逑現(xiàn)行規(guī)范［ｍ］推薦采用重型成型法成型級配碎石混合料試件（圖２－１），即通過具有逡逑一定質(zhì)量的重錘在固定高度處自由下落，借助沖擊力夯實級配碎石混合料，試件成型逡逑采用分層多次擊實。該方法成型試件集料的分布和排列與現(xiàn)場鋪筑結(jié)構(gòu)仍具有與－定逡逑的差異，，且重現(xiàn)性較差，對同一級配，通過調(diào)整落錘的質(zhì)量、高度及擊實次數(shù)，可得逡逑到不同的密實度，但成型過程中骨料破碎較為嚴(yán)重＊易改變原有級配骨架結(jié)構(gòu)特性，逡逑因此，用于粗集料骨架結(jié)構(gòu)特性的評價時，可能產(chǎn)生較大的偏差６逡逑圖２－１重型擊實儀（左）、振動臺成型（中）、振動成型儀（右）示意圖逡逑振動成型法主要分為兩種，第一種為表面振動成型儀或振動臺成型，另一種為無逡逑機結(jié)合料類材料專用振動成型儀成型。振動成型法指將試件放置在振動儀器上，弁在逡逑試件表面加一重物承壓，通過高頻振動作用成型試件，，振動“液化”使散粒體達到密逡逑實效果
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U416.217


本文編號：2646270