一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種瀝青路面維修設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種半剛性基層瀝青路面的結(jié) 構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 截止2013年底，中國(guó)的高速公路已突破10萬(wàn)公里，總里程躍踞世界第一。從上世 紀(jì)九十年代開(kāi)始，中國(guó)進(jìn)入了公路建設(shè)快速發(fā)展的時(shí)期，尤其是1998年中國(guó)實(shí)施積極的財(cái) 政政策以來(lái)，公路建設(shè)開(kāi)工項(xiàng)目之多、投資數(shù)量之大舉世矚目。公路建設(shè)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的 支柱產(chǎn)業(yè)，更是能源與資源的消耗大戶，面臨著資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)的艱巨任務(wù)和重要責(zé) 任。
[0003] 半剛性基層瀝青路面作為我國(guó)公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式，其在壽命周期內(nèi)的使用 性能直接決定了路網(wǎng)的服務(wù)水平。在交通荷載和自然因素的反復(fù)作用下，路面結(jié)構(gòu)性能逐 漸下降，最終導(dǎo)致無(wú)法滿足荷載使用要求。同時(shí)，為滿足不斷增加的交通量，必須采取相應(yīng) 的補(bǔ)強(qiáng)和改建措施，使路面的結(jié)構(gòu)性能得以恢復(fù)，甚至提高。據(jù)估算，當(dāng)前我國(guó)每年約有 12%的瀝青路面需要維修，而國(guó)內(nèi)常規(guī)的結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法基本上是依據(jù)新建瀝青路面 設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中的設(shè)計(jì)思路對(duì)各結(jié)構(gòu)層底部力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)算，設(shè)計(jì)指標(biāo)過(guò)于單一，無(wú) 法反映舊路加鋪維修后的服務(wù)壽命。因此，有必要在現(xiàn)有研宄的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出半剛性 基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，明確公路改建設(shè)計(jì)時(shí)不同維修方案所對(duì)應(yīng)的使用年 限，以使得公路工程維修決策更加科學(xué)合理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種半剛性基層瀝青路 面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算不同瀝青層加鋪厚度對(duì)應(yīng)的改建路面結(jié)構(gòu)使用壽命，分 析瀝青路面的合理加鋪厚度，解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種半剛性基層瀝青路 面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：根據(jù)路面狀況指數(shù)PCI對(duì)路標(biāo) 開(kāi)裂情況進(jìn)行評(píng)級(jí)，對(duì)于開(kāi)裂情況中等及以上的瀝青路面通過(guò)落錘式彎沉儀FWD配合路面 鉆芯取樣，以獲得路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的參數(shù)；所述參數(shù)包括各結(jié)構(gòu)層的厚度及模量；瀝青加 鋪層（4)的混合料疲勞性能可通過(guò)測(cè)試體積參數(shù)并帶入經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)估，也可通過(guò)室內(nèi) 疲勞試驗(yàn)實(shí)測(cè)獲得；建立3D路面加鋪結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì)算裂縫（5)位置處瀝青加鋪層 (4)底部最大等效應(yīng)變eVM，將eVM代入疲勞方程并采用環(huán)境修正系數(shù)對(duì)路面疲勞壽命加以 修正，最終得到瀝青加鋪層的（4)厚度。
[0006] 進(jìn)一步的，路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層包括路基（1)、舊路半剛性基層（2)和舊路瀝青面層 (3)；
[0007] 獲得所述路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的參數(shù)具體方法為：通過(guò)落錘式彎沉儀FWD反算或采用 有損檢測(cè)方式取得路基（1)、舊路半剛性基層（2)、舊路瀝青面層（3)的回彈模量，并通過(guò)探 地雷達(dá)GPR或鉆芯取樣方式獲得路面各層厚度參數(shù)，作為路面加鋪維修的設(shè)計(jì)參數(shù)；所述 模量及厚度應(yīng)將具有95%保證率的下分位值作為參數(shù)代表值。
[0008] 進(jìn)一步的，加鋪瀝青層（4)混合料的疲勞性能評(píng)價(jià)方法，具體方法為：
[0009] 針對(duì)配合比設(shè)計(jì)完成后的瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)獲得其抗疲勞 性能，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)疲勞方程式Nf= a(l/ e 中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正；式中，Nf為加載 的重復(fù)荷載作用次數(shù)，e ^為瀝青混合料小梁底部中心位置的拉應(yīng)變，a、b為材料的疲勞性 能參數(shù)。
[0010] 進(jìn)一步的，裂縫（5)位置處瀝青加鋪層（4)底部最大等效應(yīng)變e VM的計(jì)算方法具 體為建立3D有限元模型，并帶入下式進(jìn)行計(jì)算：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 根據(jù)路面狀況指數(shù)PCI對(duì)路表開(kāi)裂情況進(jìn)行評(píng)級(jí)，對(duì)于開(kāi)裂情況中等及以上的瀝青路面通 過(guò)落錘式彎沉儀FWD配合路面鉆芯取樣，獲得路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的參數(shù)；所述參數(shù)包括舊路 各結(jié)構(gòu)層的厚度與模量；瀝青加鋪層（4)混合料的疲勞性能可通過(guò)測(cè)試體積參數(shù)并帶入經(jīng) 驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)估，也可通過(guò)室內(nèi)疲勞試驗(yàn)實(shí)測(cè)獲取；建立3D路面加鋪結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì) 算裂縫上方瀝青加鋪層（4)底部最大等效應(yīng)變?chǔ)?νΜ，將ενΜ代入疲勞方程并采用環(huán)境修正 系數(shù)對(duì)路面疲勞壽命加以修正，最終得到瀝青加鋪層的（4)厚度。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層包括路基（1)、舊路半剛性基層（2)和舊路瀝青面層（3); 獲得所述路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的參數(shù)具體方法為：通過(guò)落錘式彎沉儀FWD反算或采用有損 檢測(cè)方式取得路基（1)、舊路半剛性基層（2)、舊路瀝青面層（3)的回彈模量，并通過(guò)探地雷 達(dá)GPR或鉆芯取樣方式獲得路面各層厚度，作為路面加鋪維修的設(shè)計(jì)參數(shù)；所述模量及厚 度應(yīng)將具有95%保證率的下分位值作為參數(shù)代表值。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 包括加鋪瀝青層（4)混合料的疲勞性能評(píng)價(jià)方法，具體方法為： 針對(duì)配合比設(shè)計(jì)完成后的瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)獲得其抗疲勞性能， 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)疲勞方程式Nf= a(l/ ε Jb中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正；式中，Nf為加載的重復(fù) 荷載作用次數(shù)，ε ^為瀝青混合料小梁底部中心位置的拉應(yīng)變，a、b為材料的疲勞性能參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述裂縫（5)位置處瀝青加鋪層（4)底部最大等效應(yīng)變?chǔ)?νΜ的計(jì)算方法為建立3D有限元 模型，并按下式進(jìn)行計(jì)算：
b.卯儀利安豕i所還的一W平剛丨王_壇沏言蹐囬結(jié)構(gòu)?王維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述環(huán)境修正系數(shù)的具體計(jì)算方法為：調(diào)查公路工程所在地的氣象資料，所述氣象資料包 括當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)最高溫度、設(shè)計(jì)最低溫度以及當(dāng)?shù)氐脑缕骄鶜鉁?；所述設(shè)計(jì)最高溫度為當(dāng)?shù)?近7天最高平均氣溫；所述設(shè)計(jì)最低溫度為當(dāng)?shù)啬陿O端最低氣溫；根據(jù)氣象資料分別計(jì)算 老化修正系數(shù)、溫度修正系數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)修正系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性維修設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：根據(jù)路面狀況指數(shù)PCI對(duì)路表開(kāi)裂情況進(jìn)行評(píng)級(jí)，對(duì)于開(kāi)裂情況中等及以上的瀝青路面通過(guò)落錘式彎沉儀FWD配合路面鉆芯取樣，獲得路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)參數(shù)；所述參數(shù)包括舊路各結(jié)構(gòu)層的厚度及模量；檢測(cè)加鋪層瀝青混合料的疲勞性能，可通過(guò)測(cè)試體積參數(shù)并帶入經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)估，也可通過(guò)室內(nèi)疲勞試驗(yàn)實(shí)測(cè)獲??；建立3D路面加鋪結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì)算裂縫位置處瀝青加鋪層底部最大等效應(yīng)變?chǔ)臯M，將εVM代入疲勞方程并采用環(huán)境修正系數(shù)對(duì)路面疲勞壽命加以修正，最終得到瀝青加鋪層的厚度。
【IPC分類】E01C23-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104727207
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510150613
【發(fā)明人】黃曉明, 祝譚雍, 高英
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日