不同隔離層對水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的疲勞性能影響

水泥混凝土路面是當(dāng)前交通公路建設(shè)中常用的一種路面工程施工技術(shù)，通常具有性能特點(diǎn)。相對于公路路面的組成結(jié)構(gòu)來說，受各種客觀性因素影響制約，水泥混凝土路面在施工和使用過程中往往會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)性能的破壞或降低。本文針對影響水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性能的因素進(jìn)行了簡要闡述和分析。

目前在我國公路路面建設(shè)中，人們往往采用水泥混凝土進(jìn)行鋪。然而由于公路路面施工情況復(fù)雜，其路面結(jié)構(gòu)常常會(huì)受到各種客觀因素影響，制約水泥混凝土路面的使用壽命與服務(wù)質(zhì)量。因此，如何提高降低水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性性能，早已成為公路路面建設(shè)的關(guān)鍵。本文筆者就水泥混凝土路面的性能結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡要的分析并加以闡述。

在傳統(tǒng)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,引入斷裂力學(xué)原理和方法,基于水泥混凝土路面"過渡層"的全新概念,深入分析水泥混凝土路面破壞過程,提出了設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論,達(dá)到提高路面實(shí)際承載力、延長路面實(shí)際使用壽命的目的。

水泥混凝土路面的層間破壞過程過渡層的形成過程“過渡層”是指存在于面層與基層之間的（如圖1示）．因面層混凝土澆注過程中水泥漿滲入基層后形成的具有一定深度的，力學(xué)性質(zhì)介于面層與基層之間的一個(gè)中間層?！斑^渡層”的存在是一客觀實(shí)際。

水泥混凝土路面的層間破壞過程過渡層的形成過程"過渡層"是指存在于面層與基層之間的(如圖1示),因面層混凝土澆注過程中水泥漿滲入基層后形成的具有一定深度的,力學(xué)性質(zhì)介于面層與基層之間的一個(gè)中間層。"過渡層"的存在是一客觀實(shí)際?，F(xiàn)行的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)是將水泥混凝土直接澆筑在基層表面形成的,將混凝土直接澆筑在基層表面后,水泥砂漿滲入基層便形成了"過渡層"。在面層混凝土澆筑在基層上后,"過渡層"將面層與基層粘結(jié)為一個(gè)整體。過渡層的分離破壞面層、過渡層和基層緊密結(jié)合,形成了一個(gè)整體——這是水泥混凝土路

在傳統(tǒng)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,引入斷裂力學(xué)原理和方法,基于水泥混凝土路面"過渡層"的全新概念,分析水泥混凝土路面破壞過程,提出了設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論,以達(dá)到提高路面實(shí)際承載力、延長路面實(shí)際使用壽命的目的。

隨著社會(huì)的發(fā)展,公路運(yùn)輸已經(jīng)成為了交通運(yùn)輸中一個(gè)非常重要的方面。四通八達(dá)的公路交通網(wǎng)為城市的發(fā)展注入了巨大的活力,同時(shí),由于不同程度的超載問題造成的水泥混凝土路面不同程度受損的現(xiàn)象一直存在著,成為了影響水泥混凝土路面使用壽命的最重要的原因之一。筆者就對某市交通狀況以及水泥混凝土路面受損情況的討論如下。

通過對烏魯木齊市外環(huán)路車輛通行情況以及水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)破損情況的調(diào)查,分析超載對路面結(jié)構(gòu)的危害性。應(yīng)用有限元分析通用軟件ansys建立幾何模型進(jìn)行模擬,得出不同工況下路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的力學(xué)響應(yīng),并討論超載對路面使用壽命的影響。

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本文引用設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面的原理,結(jié)合其在國道主干線廣州繞城公路九江至小塘段路面的施工情況,闡述了設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面在廣東地區(qū)應(yīng)用的情況和前景。

論述了水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),并為保證路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性,對路基提出了一些基本要求。

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)病害防治淺析——本文通過分析水泥砼路面結(jié)構(gòu)破壞的病害分類及病害產(chǎn)生的原因，對如何防治病害的產(chǎn)生提出了具體的分析意見。

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第15卷　第1期 2002年1月 中　國　公　路　學(xué)　報(bào) chinajournalofhighwayandtransport vol115　no11 jan.2002 文章編號:100127372(2002)0120006204 收稿日期:2001201212 作者簡介:夏永旭(19542),男,陜西武功人,長安大學(xué)教授,工學(xué)博士. 涵洞、通道上水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)研究 夏永旭,尤占平,胡長順,王秉綱 (長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安　710064) 摘　要:應(yīng)用有限元數(shù)值方法,詳細(xì)地研究了涵洞、通道上水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)性能,并和實(shí)驗(yàn)測 試結(jié)果進(jìn)行對比,得出了一些改進(jìn)涵洞、通道上水泥混凝土路面設(shè)計(jì)與施工的重要結(jié)論。 關(guān)鍵詞:涵洞;通道;水泥混凝土路面;結(jié)構(gòu) 中圖分類號:u4161

針對重載車輛,基于有限元法,建立了典型水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的三維有限元分析模型,分析了不同軸載、不同軸型作用下的水泥混凝土板應(yīng)力分布狀況。表明板底最大水平應(yīng)力隨軸重的增大而幾乎成線性增大,重載將顯著增大水泥混凝土板底應(yīng)力;單軸軸載在板縱向邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力大于雙軸和三軸的應(yīng)力。

文章基于有限元法,針對重載車輛建立了典型水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的三維有限元分析模型,分析了不同軸載、不同軸型作用下的水泥混凝土板應(yīng)力分布狀況。表明板底最大水平應(yīng)力隨軸重的增大而幾乎成線性增大,重載將顯著增大水泥混凝土板底應(yīng)力;單軸軸載在板縱向邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力大于雙軸和三軸的應(yīng)力。

為了給設(shè)置了隔離層的路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)提供參數(shù)以及優(yōu)化實(shí)體工程的隔離層方案,探討了貧混凝土基層上鋪筑水泥混凝土面層時(shí)采用稀漿封層、土工布隔離層與蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層的界面力學(xué)性能差別。通過采用了不同隔離層的水泥混凝土路面上進(jìn)行的層間力學(xué)性能試驗(yàn)和室內(nèi)直道路面力學(xué)性能試驗(yàn)研究,測定了不同隔離層路面層間粘結(jié)應(yīng)力、層間摩擦力和室內(nèi)直道不同隔離層水泥混凝土路面板底部的動(dòng)應(yīng)力?，F(xiàn)場面層混凝土層間粘結(jié)應(yīng)力試驗(yàn)表明,在減少層間摩擦力、降低層間粘結(jié)應(yīng)力方面,稀漿封層、蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層優(yōu)于土工布隔離層。而室內(nèi)直道混凝土路面動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果表明,瀝青混凝土隔離層緩沖應(yīng)力的功能明顯優(yōu)于無隔離層路面及稀漿封層、蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層路面。

該文結(jié)合稀漿封層與土工布作水泥混凝土路面隔離層的應(yīng)用研究,通過室內(nèi)水沖刷試驗(yàn)、現(xiàn)場摩擦系數(shù)試驗(yàn)、面層混凝土粘結(jié)應(yīng)力試驗(yàn)等,探討了貧混凝土及水泥穩(wěn)定粒料基層上鋪筑水泥混凝土面層時(shí)采用稀漿封層與土工布隔離層的隔離性能差別,進(jìn)行了近5年試驗(yàn)路及實(shí)體工程有關(guān)實(shí)際隔離效果的觀測分析。研究表明:基層與混凝土面層間采用稀漿封層與土工布隔離可減少水泥混凝土路面早期斷板,改善基層的抗沖刷能力。但長期觀測結(jié)果也表明:上述隔離層并不能消除路基原因、超載原因引起的水泥混凝土路面開裂及抑制唧泥現(xiàn)象的產(chǎn)生。

采用三維有限元法分析了基層參數(shù),包括基層模量、厚度以及層間接觸界面特性對水泥混凝土路面板的荷載應(yīng)力、溫度翹曲應(yīng)力、路表彎沉以及接縫傳荷性能的影響。結(jié)果表明:提高基層模量和厚度可以有效降低路面在車輛荷載作用下的應(yīng)力,提高基層的支承剛度,可以減小板角撓度,防止產(chǎn)生初始局部脫空。提高基層的模量和厚度可以改善基層頂面的撓度分布,合理的基層設(shè)計(jì)可以有效改善接縫的傳荷性能。

主要結(jié)合廣東、湖南等省高速公路中采用土工布作水泥混凝土路面隔離層進(jìn)行的路面層間力學(xué)性能試驗(yàn)與工程應(yīng)用研究,探討了貧混凝土基層上鋪筑水泥混凝土面層時(shí)采用土工布隔離層與無隔離層時(shí)的層間力學(xué)性能差別。通過現(xiàn)場試驗(yàn)路施工,總結(jié)了土工布用于路面隔離層的施工控制技術(shù)。獲得的土工布隔離層層間力學(xué)性能參數(shù)與施工應(yīng)用技術(shù),為實(shí)體工程路面設(shè)計(jì)、施工控制提供了科學(xué)依據(jù)。

為了揭示沖擊碾壓動(dòng)荷載下水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為,基于動(dòng)力三維有限元分析方法,考慮材料的彈塑性,擬定縱橫板邊、板中及板角4種典型荷載位置,在四楞沖擊壓路機(jī)沖擊碾壓水泥混凝土路面時(shí),分析了路面各層結(jié)構(gòu)的受力和變形特征。研究發(fā)現(xiàn),各工況下混凝土板底部承受縱、橫向彎拉應(yīng)力是舊面板破裂的主要原因,基層與舊面板一起處于雙向彎拉狀態(tài),土基三向受壓,不同工況存在不同的有效影響深度。沖擊碾壓板角時(shí),路面板豎向位移最大,影響深度最深;而沖擊板中位置時(shí),板豎向位移最小,分布最均勻,此時(shí)板體以縱向彎拉為主,易形成橫向裂縫;當(dāng)沖擊縱向板邊時(shí),板體以橫向彎拉為主,易形成縱向裂縫。可見,路面破碎效果是地基剛度、沖擊能量與沖擊位置的綜合函數(shù),建議基于具體路況選擇相應(yīng)的施工方案。