福建省高速公路沥青路面温度场与车辙研究

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福建省夏季高温多雨,气候炎热。近年来随着经济的发展,高速公路交通量迅猛增长,且重载交通严重。很多高速公路沥青路面在使用两三年之后即出现严重车辙病害,对路面服务性能和使用寿命产生了不利影响。在这样的背景下,本文拟从“高温”、“重载”两个特点出发,通过现场普查、病害分析、福建沥青路面温度场监测、车辙室内试验与理论模拟分析等技术手段方法,对福建省高速公路沥青路面车辙产生的机制、特性和防治技术进行研究。具体如下:首先对福建全省高速公路路况进行了现场调查,分析了高速公路沥青路面车辙病害的现状;然后结合具体路段路面结构、材料、区域环境参数,分析了福建高速公路沥青路面车辙的病害特点、成因与影响因素。研究发现,福建高速公路沥青路面以失稳型车辙为主,高温、重交通、路面结构与材料和纵坡是引起车辙病害发生的重要因素。为了解沥青路面温度场特征,在福建四个不同地区高速公路路段设置了沥青路面温度观测点,连续监测一年三个季节两种沥青路面结构不同深度处的温度场,获得了大量基础数据。通过分析,研究了解了福建沥青路面结构的温度场特征,并建立了福建不同地区高温季节沥青路面温度场统计预估模型和数值预估模型。研究发现,太阳辐射和气温是造成福建沥青路面温度场出现高温的最重要因素,地区气候和路面结构不同的沥青路面温度场存在差异。为分析福建沥青路面车辙形成的机制,基于福建省温度场、典型路面结构以及车辙实验获得的材料参数,采用非线性有限元分析程序ABAQUS,建立连续变温条件下的福建沥青路面车辙计算模型。研究了福建沥青混合料的高温稳定性和级配类型的抗车辙性能,分析了福建省不同气候条件下的车辙发展规律,以及高温、重载、路面结构组合、沥青层厚度对沥青路面车辙的影响。研究发现,路面变形主要产生于高温季节一天中的10:00~18:00时段,受气温影响显著但滞后;路表以下7cm处的蠕变应变值最大,4cm~10cm处是车辙发生的主要区域;半刚性基层的抗车辙性能比倒装式稍好;沥青层的厚度越大,累积变形量越大。基于以上,提出福建省沥青路面车辙控制方法。首先建立了基于胎压和荷载作用时间的福建高温季节沥青路面车辙预估模型,并提出车辙等效气温,对路面车辙的发展进行计算和评价。提出了基于车辙等效的重载交通的轴载换算公式和沥青路面使用寿命计算方法。综合以上,提出基于车辙控制的沥青路面设计方法。然后,将沥青稠度与混合料动稳定度相结合,提出沥青选择的指标与标准,并考虑路面结构与材料的统一、路面施工控制与养护管理技术,得出车辙控制技术。
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