【博士】旧水泥混凝土路面共振碎石化及沥青加铺技术【2008】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学交通运输工程学院　　学位年度： 2008年　　目前需加铺沥青面层的旧水泥混凝土路面的比例越来越高，如何解决其关键技术问题显得非常迫切。虽共振碎石化技术在美国“白+黑”工程中得到广泛应用，但在国内尚属空白，其碎石化力学机理、碎石化层材料及结构特性、含碎石化层路面结构在荷载作用下的力学响应、沥青加铺层厚度设计方法等需做许多研究工作。本文结合我国大量旧水泥路面加铺改造的技术需求，对这些问题进行研究。　　首先，论文在分析共振碎石化过程的基础上，根据振动理论推导了水泥板的振动响应方程，从中指出“共振”的原理，提出应从锤头激振力和振动频率两方面控制，而振动频率至关重要，是决定能否实现水泥板“共振”的关键因素。通过对振动方程的求解，得到了K地基上板的最低固有频率公式；并计算了不同路况条件下水泥板的固有频率。在此基础上提出了共振碎石化时碎石化机施工参数选取的几条建议。　　其次，根据试验路段的试验分析，展开了碎石化层材料性能和结构性能的研究。通过现场调查、钻芯取样、开挖检查坑的手段，获得了碎石化层基本物理特性参数，明确了碎石化层的级配问题；通过对试验路段大量FWD弯沉数据的分析，表明碎石化加铺路面中，设计弯沉的计算公式ld=600Ne-0.2AcAsAb中的路面结构类型系数Ab应取值为1.6，这符合现行规范的规定；利用BISAR软件并根据弯沉等效的原理，对含碎石化层的路面结构进行大量计算，通过回归分析获得了适于计算碎石化层的诺莫图，即根据碎石化层顶面当量回弹模量、碎石化后旧路基层顶面当量回弹模量、碎石化层厚度，直接查图可求出碎石化层模量；通过对试验路段承载板测试计算及FWD测试反算相结合的办法，发现碎石化层静态模量在470～890MPa之间，动态模量在700～1500MPa之间，碎石化对旧水泥混凝土路面下基层顶面综合模量造成30％～40％的衰减，但碎石层顶面当量回弹模量在250～520MPa之间，具备足够的承载能力。　　然后，本文对含碎石化层的沥青加铺路面结构建立了有限元模型并进行计算分析。结果表明，荷载作用中心点及附近一定区域，沥青加铺层层底受拉：当碎石化层模量较小(接近300MPa)或加铺层厚(大于20cm)时层底拉应力均较大，在重载作用下层底拉应力更大，因此碎石化道路必须验算沥青层层底拉应力指标。为使沥青层层拉应力峰值不至于过大甚至超过容许拉应力，使得受拉区域控制在一定范围以内，同时为降低加铺层竖向剪应力及土基顶面压应变，碎石化层的模量不宜太小，建议控制在500MPa以上。碎石化层模量在1000MPa以上时，提高其模量对降低弯沉贡献不大，考虑到碎石化层模量越大，说明破碎越不彻底，加铺路面产生反射裂缝的可能性也越大，碎石化层模量建议控制在1000MPa以下。　　最后，文中通过对美国碎石化加铺路面设计通常采用的AI经验设计法及AASTHO经验设计法的分析，指出两种经验法存在的问题；通过对碎石化加铺路面失效模式的分析，探讨其设计指标，采用路表弯沉、沥青加铺层层底拉应力两项指标控制，是否需要采用土基顶面压应变指标控制永久变形仍需进一步研究；结合我国现行沥青路面设计规范，探讨了适于我国旧水泥混凝土路面碎石化沥青加铺层厚度计算的力学.经验法，并提供了厚度推荐值。　　

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