宽幅沥青路面摊铺均匀性与大厚度路面基层压实特性研究

发布时间：2020-09-01 10:02

　　半刚性基层沥青路面是我国高等级路面的主要结构形式,在实际施工过程中,沥青路面采用并机摊铺,水稳基层一般分为两层进行摊铺、碾压。并机分层施工造成的问题主要有:整体性差、工期长、基层易产生早期损伤、工程造价增加以及上下基层裂缝相互反射等。与传统的分层铺筑相比,宽幅大厚度路面施工技术具有保持路面的整体性、避免并机接缝、简化路面施工工序、节省施工工期和建设费用等优点。目前,对于宽幅沥青路面施工的横向离析控制、大厚度水稳基层的压实度控制等方面缺乏系统的研究,这些都制约了该技术的推广应用。针对上述问题,本文主要开展了以下研究工作:(1)基于正交试验方法设计仿真方案,利用EDEM离散元法对宽幅摊铺机不同螺旋布料器参数下的摊铺过程进行数值模拟,并用路面质量重复性标准偏差来评价路面摊铺均匀性,得到螺旋布料器结构参数和使用参数对路面摊铺均匀性的影响规律,并对宽幅摊铺机螺旋布料器参数进行优化,最后进行现场试验验证;(2)从螺旋输料过程中混合料和螺旋两者之间的相互作用关系出发,进行动力学和运动学分析,对宽幅摊铺的离析机理进行分析,建立螺旋结构参数、使用参数和混合料参数之间关系数学模型。通过对影响螺旋布料器工作性能的参数分析,得出决定摊铺均匀性的主要结构参数为径距比(螺旋轴径与螺距之比),并给出其取值范围;建立螺旋叶片输料的料位系数模型、螺旋叶片输料能力模型和等螺距阶梯型变螺径螺旋叶片布置整数线性规划模型,提出在不同摊铺宽度条件下,满足输送量和料位系数要求的等螺距阶梯型变螺径螺旋叶片布置方案,为宽幅摊铺机螺旋设计和工程应用提供参考。(3)利用ANSYS有限元软件分析水稳基层大厚度施工与分层施工力学性能、疲劳性能的差异,通过室内试验研究层间结合状态对水稳基层使用性能的影响,对大厚度水稳基层的性能优势进行分析,并制定了大厚度水稳基层的压实工艺;(4)利用ANSYS有限元软件模拟分析大厚度水稳基层的压实过程,得到振动压路机的压应力随路面深度变化的衰减规律,从理论上分析大厚度水稳基层压实的可行性。基于“压应力等效”原理,提出振动压路机吨位、碾压遍数与水稳基层压实厚度的关系匹配模型,为大厚度水稳基层振动压路机的选择和压实工艺的制定提供理论依据,并结合现场试验验证数值模拟的正确性和大厚度水稳基层压实的实际效果;理论分析和现场试验表明,本文的研究成果可有效地解决宽幅沥青路面施工过程中的横向离析以及大厚度路面基层的压实度控制等关键问题,为宽幅大厚度路面施工技术的实际工程应用提供理论基础和技术支撑。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.217
【部分图文】：

早期病害,路面

未来我国仍将大力进行公路建设，其中国家公路占总规模的 7%，约有 40 万公里。由此可见，我国公路建设事业依然任重而道远[2]。图 1.1 2009-2017 年全国高速公路里程我国的高速公路已经逐步形成了相对完善的设计体系、施工体系。在已经建成的高速公路沥青路面中，由于各种原因，相当一部分公路在其运营早期出现裂缝、唧浆、龟裂、松散、坑槽等早期病害（见图 1.2）。其中，由于施工质量导致的路面早期破坏占比为 23%[3]，见图 1.3 所示。

里程,高速公路,公路建设,绪论

第一章绪论第一章绪论意义的快速发展，我国的公路建设得到了空前的发展，破 13.6 万公里，居世界第一。2018 年国家计划2009-2017 年我国高速公路里程。高速公路的快速体水平，优化了交通运输结构，对缓解交通运输促进了我国经济发展和社会进步[1]。《2013~203将大力进行公路建设，其中国家公路占总规模的国公路建设事业依然任重而道远[2]。

原因调查,路面,数据

图 1.3 路面早期损害原因调查数据基层是位于路面面层和路基之间，承受路面荷载并传递应力沥青路面中，基层是主要的承重层。基层的强弱和好坏对整和服役年限都有十分重要的影响。半刚性基层具有强度高、力强、施工工艺简单等优点，在我国应用极广，占到基层用量）至 95%（高速公路基层）以上，是我国高等级公路路面的行的半刚性基层沥青路面设计规范是以弯沉为设计指标，应法确定路面厚度，并对层底拉应力进行验算。这一路面设计面设计方法相比也是很先进的，但是设计时存在这一个前提全连续体系”。目前，随着交通量的骤增和交通轴载的增加，高速公路路面结构中水稳层的厚度通常在 50~60cm 之间，为三层进行并机摊铺、碾压。并机分层工艺在施工和使用过

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