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东北地区高速公路沥青路面典型结构及路面材料指标的研究

作　者: 丁海发
导　师: 刘寒冰
学　校: 吉林大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 东北地区冻区划分土基强度材料指标典型结构组合式基层
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

东北地区高速公路沥青路面早期病害现象普遍,除了与超载现象日益严重有关外,路面结构设计及材料性能的好坏也是造成沥青路面早期破坏的主要原因。因此,如何在我国现行的路面设计规范指导下,根据东北地区的自然条件、筑路材料来源和交通条件等进行合理的路面结构设计,并提出适宜的材料指标要求意义重大。本文结合研究目的主要开展了以下工作：1、根据东北地区气候条件的调查资料,在交通部行业指南《公路工程抗冻设计与施工技术指南》基础上,进一步将东北地区道路冻区划分为特重冻区、重冻区和中冻区；根据交通量调查资料,采用PADS软件对东北地区29条主要干线公路15年后的累计交通荷载进行预测,根据预测结果,将东北地区交通量等级简化为中、重和特重交通3级；兼顾地区差异和经济因素,确定了同时满足材料和结构要求的东北地区高速公路的土基回弹模量限值,采用PADS对土基强度等级进行了划分。2、对沥青面层材料、半刚性基层材料以及柔性基层材料的性能指标进行了系统的试验研究,主要成果：(1)考虑到目前沥青选择的标准与东北地区气候特点的不适应性,提出了沥青的PG分级方法,并推荐了东北地区沥青分级标准指标；提出采用逐级填充方法对沥青混合料矿料级配进行优化设计,推荐了不同层位沥青混合料矿料级配范围；以室内试验结果依据,提出了不同交通及气候条件下高速公路面层混合料高低温性能指标；这些结果均为典型结构施工中沥青的选择及沥青混合料性能指标的控制提供了参考。(2)结合多年来东北地区高速公路半刚性基层设计施工经验及以往研究成果,本着嵌挤结构的设计思想,采用体积法进行二灰基层材料配和比设计,推荐了级配范围,通过相关试验验证,提出二灰碎石材料合理的强度控制指标、抗冻性能指标以及抗收缩性能指标,为典型结构基层材料的选择和设计提供了依据。(3)结合室内试验研究成果及柔性基层使用情况,给出了东北地区高速公路柔性基层材料结构推荐形式、成型方法以及模量等指标,在典型结构中柔性基层材料结构形式选择和施工指标控制方面具有借鉴意义。3、考虑到东北地区经济发展水平,路面典型结构提出时仍以半刚性基层沥青路面作为东北地区主要基层类型。同时提出组合式基层沥青路面典型结构,通过柔性基层与半刚性基层组合弥补单一基层类型的不足,提高路面使用性能和耐久性。并使用壳牌程序和我国路面分析与计算软件及有限元程序对所提出的典型结构进行了力学验算,最终提出适合东北地区的高速公路沥青路面典型结构。同时,针对目前抗冻垫层厚度偏小,抗冻设计考虑不足的现象,按照交通部行业指南《公路工程抗冻设计与施工技术指南》对抗冻垫层厚度重新进行了计算,提出了不同冻区、不同干湿类型、不同土质和不同冻深条件下三种路面典型结构的抗冻垫层厚度范围。总之,论文的研究成果对于提高东北地区的路面结构质量,减少路面早期病害,延长路面的使用寿命,节省工程造价和养护维修费用具有重要的意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 研究目的及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 国外研究现状  13-15
    1.2.2 国内研究现状  15-17
  1.3 本文的研究内容  17-20
第2章典型结构影响因素的分析  20-38
  2.1 冻区划分  20-23
    2.1.1 气候条件的调查  20-21
    2.1.2 道路冻区划分  21-23
  2.2 交通量等级划分  23-29
    2.2.1 交通量调查  24-25
    2.2.2 交通荷载组成及调查  25-26
    2.2.3 交通量预测  26-29
    2.2.4 交通量等级划分  29
  2.3 土基强度等级划分  29-36
    2.3.1 土基强度等级划分  29-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章沥青路面材料及性能指标  38-70
  3.1 沥青混合料使用性能的研究  38-54
    3.1.1 沥青单质性能的试验研究  38-42
    3.1.2 沥青混合料矿料级配的试验研究  42-44
    3.1.3 沥青混合料试验分析  44-52
    3.1.4 沥青混合料性能推荐指标  52-54
  3.2 半刚性基层材料  54-63
    3.2.1 半刚性基层材料结构型式及配合比设计方法  54-56
    3.2.2 半刚性基层强度指标  56-59
    3.2.3 半刚性基层材料抗冻性研究  59
    3.2.4 半刚性基层材料缩裂性能试验分析  59-63
    3.2.5 材料推荐指标  63
  3.3 柔性基层材料  63-68
    3.3.1 骨架密实结构沥青碎石(ATB)混合料强度与空隙率相关性研究  64
    3.3.2 骨架密实结构沥青碎石(ATB)混合料矿料级配的研究  64-65
    3.3.3 骨架密实结构沥青碎石(ATB)混合料推荐试验成型方法  65-66
    3.3.4 骨架密实结构沥青碎石混合料强度试验  66-67
    3.3.5 推荐材料指标  67-68
  3.4 本章小结  68-70
第4章高速公路沥青路面典型结构研究  70-104
  4.1 高速公路沥青路面合理结构推荐  70
  4.2 高速公路沥青路面典型结构的设计参数  70-71
    4.2.1 交通设计参数  70-71
    4.2.2 土基强度设计参数  71
  4.3 沥青路面结构组合设计及设计标准  71-73
    4.3.1 沥青路面结构组合设计原则  71-73
    4.3.2 设计标准  73
  4.4 高速公路沥青路面典型结构设计  73-74
  4.5 路面典型结构计算分析  74-97
    4.5.1 利用壳牌路面计算程序与我国路面设计程序计算路面结构响应  74-88
    4.5.2 利用有限元进行的重载沥青路面结构的力学分析  88-97
  4.6 路面抗冻厚度计算分析  97-101
  4.7 典型路面结构及其使用说明  101-102
    4.7.1 推荐典型结构  101
    4.7.2 典型结构使用说明  101-102
  4.8 本章小结  102-104
第5章结论与展望  104-106
  5.1 结论  104-105
  5.2 展望  105-106
参考文献  106-110
致谢  110

东北地区高速公路沥青路面典型结构及路面材料指标的研究

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