半刚性基层沥青路面反射裂缝控制指标研究结构设计

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1、第一章绪论半刚性基层沥青路面反射裂缝控制指标研究结构设计第一章绪论1.1研究背景截至2005年底，我国公路总里程已经达到193.05万公里，高速公路通车里程达到4.10万公里，居世界第二位[1]。其中，大部分高速公路采用沥青混凝土面层，约占总里程的90%，我国沥青路面随着经济和交通量的发展依次经历了由低级到高级的过程。早期多为碎石路面；而后是在其上或在石灰稳定粒料上铺渣油表处形成的中低级沥青路面；进入20世纪80年代后，随着交通量的增加，我国沥青路面形式开始采用较优质量、较厚沥青面层和较高强度的水泥、石灰和粉煤灰稳定粒料（土）基层的半刚性基层沥青路面。为了推广这种路面结构，交通

2、部分别于“七五”和“八五”期间列项重点研究，并取得了很多成果。在此期间，我国修建的高速公路绝大多数采用了半刚性基层沥青路面，这些路面大多采用较优质的重交通沥青混合料面层和半刚性基层，沥青面层厚度为9～23cm，半刚性基层、底基层总厚度介于45～80cm之间[2]。由于半刚性基层具有较高的抗压强度和抗压回弹模量，并具有一定的抗弯拉强度，因此半刚性基层沥青路面的弯沉较小，荷载分布能力较强。另外，由于半刚性基层刚度大，使得其上的沥青面层弯拉应力相对减少，从而提高了沥青面层抵抗行车的弯拉疲劳破坏能力。半刚性基层具有很好的力学性能、较好的板体性及整体性，设计优良的半刚性基层能满足高等级公

3、路“足够的强度、适宜的刚度和耐久性、较小的变形”的技术要求。在当前和今后一段时间内，半刚性基层沥青路面结构仍是我国高等级路面的主要结构形式。我国在半刚性基层沥青路面施工、使用等方面积累了大量经验。但工程实践表明，半刚性基层沥青路面存在着严重的反射裂缝问题，而且这个问题已成为该路面结构的主要缺陷。反射裂缝[3]（ReflectiveCracking）是指己开裂的旧沥青路面或水泥路面内的裂缝在行车荷载和温度荷载的反复作用下反射到新加铺面层上形成的裂缝。而对于半刚性基层沥青路面，反射裂缝特指由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下先产生收缩开裂，而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的

4、裂缝。6006反射裂缝是半刚性基层沥青路面裂缝的主要形式，它破坏了路面结构整体性和连续性，并在一定程度上导致结构强度的削弱（如裂缝处弯沉增大，回弹模量降低等）。尤其是随着雨水或雪水的浸入，导致基层松散，在行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，引起裂缝两侧的沥青路面破碎，导致沥青路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。我国每年都要投入大量资金进行公路养护，其中很大一部分与反射裂缝导致的病害相关。所以有必要对反射裂缝进行深入研究，从而掌握其形成和扩展机理，并在此基础上提出有效的设计控制指标。1.2国内外研究现状1.2.1现有沥青路面设计方法概述路面设计总是以保证设计期/分析期内路

5、面不发生过量损坏为目标的。为了达到这一目标，各国的道路工作者进行了不懈的努力和艰苦的探索，在不同时期提出81第一章绪论了不同设计方法和设计思路。国内外的沥青路面设计方法，一般可分为经验法和力学－经验法（理论设计法）两大类[4]。表1-1对各种沥青路面设计方法的主要特点和设计指标进行了归纳。经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、荷载（轴载大小和作用次数）和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有美国加州承载比（CBR）法和美国各州公路和运输工作者协会（AASHTO）法。表1-1沥青路面设计方法设计方法路面模型损坏模型设计

6、指标设计程序Shell法多层弹性疲劳（沥青层、结合料稳定层）车辙（路基、路面）路基表面垂直压应变沥青面层层底水平拉应变结合料稳定基层水平拉应力路面表面总变形SPDM-PCBISARAI法多层弹性疲劳（沥青层）车辙（路基）沥青层底面拉应变土基表面压应变DAMACHEVAASHTO法试验路路面耐用性（不平整度、裂缝、修补面积、车辙）路面耐用性指数设计图表澳大利亚设计指南多层线弹性疲劳（沥青层、结合料稳定层）车辙（路基）土基顶面压应变稳定材料层底水平拉应变沥青层底水平拉应变CIRCLY日本理论法多层弹性疲劳（沥青层）车辙（路基）承载力（路基）沥青层底面拉应变土基表面压应变加固处理段土

7、基压应力理论计算公式法国典型结构法多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙（土基）冻融（路面）路基表面垂直压应变沥青面层层内水平拉应变水泥稳定基层弯拉应力路面冰冻指数ALIZEECOWINGEL1D南非力学设计法多层弹性或粘弹性疲劳（沥青层、水泥稳定层）车辙（路基应变、粒料层）路基表面垂直压应变沥青面层层内水平拉应变水泥稳定基层弯拉应力路面表面总塑性变形路面结构表俄罗斯道路设计法多层弹性疲劳（板体层）承载力（路面）车辙（路基、中间层、沥青层）各板体结构层弯拉应力整个路面结构弯沉值各结构层剪应力设