一种刚性路面的加铺方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路工程领域，特别是一种刚性路面的加铺方法。 技术背景
[0002] 改革开放以来，高速公路一直是我国基础设施建设中的重点领域；至2014年底， 我国已建成通车的高速公路突破了 10万公里。其中，早期的高速公路以水泥混凝土路面为 主。道路工作者在高等级道路水泥混凝土路面的建设实践中，积累了丰富的经验、解决了大 量的技术问题。但从近年来已投入运营的高速公路水泥路面使用状况来看，部分未达到设 计寿命即出现了较严重的功能衰减和结构损坏，许多设计年限为15年的水泥路面，在开放 交通后5~8年内即出现大范围的破坏，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。
[0003] 我国水泥路面结构虽然已有几十年的发展历史，但其设计方法基本上是在上世纪 七、八十年代和九十年代初一系列研宄成果的基础上建立起来的，受当时科技水平的限制， 所依托的道路等级低、交通车辆荷载小、运行速度慢、施工技术落后。近年来，随着经济的发 展和技术水平的提高，道路交通状况发生了很大变化，部分高速公路的通行能力和服务水 平已经不能满足需求，急需进行升级改造。
[0004] 在路面升级改造的过程中，若高速公路水泥混凝土路面损坏严重，通常需要对原 有路面结构进行处理，然后加铺沥青层。这种复合式路面结构的弯沉值较小，而现行的以弯 沉作为水泥混凝土路面上加铺沥青层的设计指标，难以起到控制作用。已有研宄表明，复合 式路面结构以沥青层剪切破坏为主。因此，提出以沥青层最大剪应力为控制指标的刚性路 面结构设计方法，能解决路表弯沉指标无法发挥控制作用的问题。基于刚性路面加铺设计 方法设计的路面结构能够有效防止剪切破坏及剪切疲劳破坏的发生，从而提高路面结构的 服务能力与使用寿命，具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 基于以上技术问题，本发明提供一种刚性路面的加铺方法，所述方法基于沥青层 最大剪应力为控制指标，解决了路表弯沉无法发挥控制作用的问题；并将刚性路面加铺设 计等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，简化了复合式路面结构加铺设计。工程实践 表明，根据刚性路面的加铺方法得到的路面结构服务水平好、使用寿命长，具有广阔的应用 前景。
[0006] 本发明通过以下技术方案实现上述目的：
[0007] 一种刚性路面的加铺方法，具体步骤如下：
[0008] 1)将原有路面结构等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，通过模量调整使原 路面结构与等效结构的剪应力分布基本保持一致；
[0009] 2)在层间完全连续的条件下，通过力学分析得到上述结构的沥青层内最大剪应力 、加铺层厚度h和等效模量之间E/之间的对应数据；回归上述数据，得到沥青层内最 大剪应力、加铺层厚度和等效模量之间的关系；
【主权项】
1. 一种刚性路面的加铺方法，其特征在于，所述方法基于沥青层最大剪应力为控制指 标，并将刚性路面加铺设计等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，从而得到加铺层的厚 度，进行加铺。
2. 根据权利要求1所述的路面加铺方法，其特征在于，优选的，所述路面加铺方法具体 步骤如下： 1) 将原有路面结构等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，通过模量调整使原路面 结构与等效结构的剪应力分布基本保持一致； 2) 在层间完全连续的条件下，通过力学分析得到上述结构的沥青层内最大剪应力 、加铺层厚度h和等效模量之间E/之间的对应数据；回归上述数据，得到沥青层内最 大剪应力、加铺层厚度和等效模量之间的关系；
式中：a、b、c、d为回归系数； 3) 通过室内试验，测定了预备加铺的沥青混合料的抗剪强度、剪切疲劳寿命，回归出了 相应的剪切疲劳方程，确定抗剪强度结构系数K T和容许剪应力[t]; 4) 根据加铺路面结构的最大剪应力应小于容许剪应力[T]，得到刚性路面的加 铺层厚度，从而进行加铺。
3. 根据权利要求2所述的路面加铺方法，其特征在于，步骤1)中的模量调整是根据公 路沥青路面设计规范中的规定，采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论对 路面结构进行力学响应计算，得到等效结构的沥青层内最大剪应力数值，并使其与原有路 面结构加铺的沥青层内最大剪应力及其分布规律接近。
4. 根据权利要求2所述的路面加铺方法，其特征在于，步骤3)的具体步骤为在60°C条 件下进行室内抗剪强度试验，测定沥青混合料的抗剪强度T f;然后进行剪切疲劳试验，分 别以抗剪强度、的〇. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8倍应力比t加载，加载速率为10HZ， 加载方式为控制应力加载，测定剪切疲劳寿命Nf，回归出相应的剪切疲劳方程，确定抗剪强 度结构系数K T;容许剪应力[t]由测定的抗剪强度tf与抗剪强度结构系数KT确定。
5. 根据权利要求4所述的路面加铺方法，其特征在于，所述[t]的获得过程为： a) 通过回归试验数据，得到相应的剪切疲劳方程为： Nf= mtt 式中：m、t为回归参数； Nf为剪切疲劳寿命； t为剪切疲劳试验中施加的剪应力，MPa 由上式可得
b) 当乂= 1时，一次荷载作用下的抗剪切强度回归值t&=1^1'&为抗剪强度结构 系数，按本领域常规的方法，其值可表示为： 则：
C)根据实际路面情况与试件试验之间的差异，对乂进行校正，具体如下： 从而可将KT校正为：
Kt= Nf_1/t= (0. 00274Ne)_1/t= 0. 00274 _1/tNe_lA； d)容许剪应力[t]
由测定的抗剪强度Tf与抗剪强度结构系数K T确定，如下式所示：
【专利摘要】一种刚性路面的加铺方法，其针对刚性路面加铺沥青层以弯沉作为设计指标不能起到控制作用，容易出现剪切破坏的问题，提出了以加铺层最大剪应力为控制指标的刚性路面加铺方法，能有效防止加铺层发生剪切破坏。此外，将刚性路面加铺设计等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，简化了复合式路面结构加铺设计；提出了考虑剪疲劳特性的刚性路面加铺方法，完善了刚性路面加铺设计体系。工程实践表明，根据刚性路面加铺方法得到的路面结构服务水平好、使用寿命长，具有广阔的应用前景。
【IPC分类】E01C7-18
【公开号】CN104805748
【申请号】CN201510236461
【发明人】黄拓, 吕松涛, 郑健龙
【申请人】长沙理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月11日