冻土地区柔性加固基层路面结构经济性研究

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川藏公路南线(西藏境内)沿线地质环境复杂,气候条件恶劣,季节性冻土广泛分布,有大量的松散堆积体,且路面结构形式单一,除过水路面采用水泥混凝土路面外,其余路段几乎全部采用半刚性基层沥青路面,沿线受路基水分、不良地质和季节性冻土冻融循环等影响,路面普遍出现不均匀变形病害。从上世纪60年代川藏公路修筑以来,公路病害经常发生平均每5年进行一次大修,在大修期间,不仅使通行车辆增加了大量的时间成本,而且还给当地政府带来了巨大的财政支出压力。我国许多地区开展了柔性基层沥青路面的研究,并在提升公路建设质量上取得了较好的效果,本文针对川藏公路南线现有路面结构形式病害严重经济损失巨大的现象,推荐柔性加固基层沥青路面,并对其经济性进行研究,对丰富川藏公路南线路面结构形式具有重要的现实意义。本文通过调查川藏公路南线(西藏境内)路基路面的病害情况,分析现行路面结构的局限性,推荐了适应不均匀变形路段的路面结构形式:柔性加固基层(土工格室加固级配碎石)沥青路面,采用有限元数值模拟的计算方法,对柔性加固沥青路面的适应性进行验证,按照先技术可行性,后经济合理性的原则,计算柔性加固基层沥青路面的全寿命周期费用,对该路面结构进行经济性分析。所做的主要工作如下:(1)本文运用ABAQUS软件建立弹塑性数值模型,以路基模量降低的多少来表征路基的不均匀变形程度,模拟分析半刚性基层沥青路面和柔性加固基层沥青路面在不均匀变形和车辆荷载共同作用下的力学响应,在此基础上对两种沥青路面进行破坏接近度计算,然后采用数值模拟结合经验拟合公式计算在不均匀变形影响下路基顶部累积塑性应变。结果表明,在相同轴载和不均匀变形的作用下,半刚性基层沥青路面比柔性加固基层沥青路面先达到破坏状态,验证了柔性加固基层沥青路面对不均匀变形的适应性。(2)运用物元分析理论,建立路面使用性能物元预测模型,以此为依据判断路面的养护时机。经预测分析,半刚性路面在第4.5年时需要进行中修养护,第8年进行大修养护,在寿命末期第12年时需要进行重建或改建;柔性加固路面只需在第8年进行一次中修即可。(3)在柔性加固基层沥青路面技术可行性的前提下,基于公路全寿命周期分析理论,计算了柔性加固路面的初期建造费用、养护费用、用户费用和残值。结果表明,柔性加固基层沥青路面虽然初期造价费用高于半刚性基层沥青路面,但是柔性加固路面的全寿命周期成本低于半刚性路面。因此,柔性加固基层沥青路面社会经济效益较高,是较为合理的路面结构形式。
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