半刚性基层沥青面层位功能分区及结构优化设计.pdf

Research on Function Division Theory and Optimum Structural Design of Semi-rigid Based Asphalt Pavement A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Du Xin Supervisor：Prof. Chen Zhongda Chang’an University, Xi’an, China 摘 要 工程实践表明，我国高速公路半刚性基层沥青路面存在着耐久性不足的问题，原因 复杂，其中路面结构是关键因素。目前，我国仍然存在半刚性基层沥青路面结构设计与 材料设计脱节的问题，为解决这一问题，防止路面出现早期破坏，论文对半刚性基层沥 青路面各沥青层的层位功能及合理路面结构组合进行了系统研究。 首先分析半刚性基层沥青路面疲劳裂缝、车辙及低温收缩裂缝的形成机理，建立力 学分析模型，研究半刚性基层沥青面层内部拉应力、剪应力及低温收缩应力沿路面深度 分布规律。沥青面层内部拉应力沿路面深度方向逐渐增大，并在面层底取得最大值，拉 应力峰值分布区域位于沥青面层的下面层，由此确定半刚性基层沥青路面的抗疲劳区 域；面层内部剪应力从面层层顶和面层层底向以路面深度6~7cm 为中心的面层中部位置 逐渐增大，并在面层中部取得最大值，剪应力峰值分布区域位于沥青面层的中面层，由 此确定半刚性基层沥青路面的抗车辙区域；面层内部低温收缩应力从面层底向层顶逐渐 增大，并在面层顶面取得最大值，低温收缩应力峰值分布区域位于沥青面层的上面层， 由此确定半刚性基层沥青路面的抗低温缩裂区域。结合国内外对沥青路面各结构层的基 本要求，将沥青面层划分为四个功能区：抗低温缩裂区、抗车辙区、抗疲劳开裂区及表 面功能区。 然后，根据沥青面层层位功能分区，以半刚性基层沥青路面各结构层（包括沥青面 层与半刚性基层、半刚性底基层）尽可能同时达到疲劳寿命为目标，使其既能满足功能 性使用性能要求，又满足结构性使用性能要求，保证在使用期内不会产生结构性破坏为 目的，开展半刚性基层沥青路面结构优化设计的研究，提出半刚性基层沥青路面的合理 组合结构及层厚。 最后，在半刚性基层沥青路面结构优化设计推荐方案的基础上，充分利用因改建产 生的旧路面材料，对天津津滨高速公路改扩建工程沥青路面结构方案进行了优化设计， 通过技术经济性比较分析，得出最终方案。 关键词：早期破坏；力学分析；沥青面层功能分区；结构优化设计 i Abstract Project practice shows that the highway with semi-rigid based asphalt pavement has insufficient durability, causes are complicated, the pavement structure is the key factor. Currently the problem that the pavement structure design disjointed with material design is still remaining. To avoid pavement early damage, this paper systematic analyzed the different surface layers function partition of the semi-rigid based asphalt pavement and reasonable pavement structure combination. First analyzed the formation mechanism of fatigue cracks, rut