公路半剛性基層材料結(jié)構(gòu)理論多指標(biāo)控制設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用

1、會(huì)計(jì)學(xué)1公路半剛性基層材料結(jié)構(gòu)理論多指標(biāo)控公路半剛性基層材料結(jié)構(gòu)理論多指標(biāo)控制設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用制設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用第1頁(yè)/共67頁(yè)路基路基面層面層基層是公路路面的主要承重層,基層的使用壽命決定著整個(gè)公路路面的使用壽命。大背景:公路建設(shè)快速發(fā)展。 減少路面早期損壞，延長(zhǎng)路面使用壽命。供車(chē)輛安全、平穩(wěn)行駛主要起承重作用第2頁(yè)/共67頁(yè)+拌合、攤鋪水泥 或石灰砂石材料或工業(yè)廢渣 半剛性基層壓實(shí)、養(yǎng)生 半剛性基層在我國(guó)應(yīng)用極廣，占到基層用量的85%（各級(jí)公路基層）至95%（高速公路基層）以上。 圖1 各級(jí)公路基層類型 圖2 高速公路基層類型第3頁(yè)/共67頁(yè)第4頁(yè)/共67頁(yè)抗裂性不足導(dǎo)致面層反射裂縫沖

2、刷能力不足導(dǎo)致面層唧漿、松散強(qiáng)度不足導(dǎo)致面層疲勞破壞半剛性基層在具有顯著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，存在下列突出問(wèn)題。第5頁(yè)/共67頁(yè)第6頁(yè)/共67頁(yè)半剛性基層強(qiáng)度高抗裂性好抗沖刷性能強(qiáng) 國(guó)外對(duì)半剛性基層的開(kāi)裂與沖刷損壞主要是通過(guò)增加面層厚度和控制面層的滲水來(lái)避免和減少，效果有限，成本較高。 國(guó)內(nèi)曾采取過(guò)在基層中通過(guò)設(shè)置應(yīng)力吸收層、鋪設(shè)土工布、預(yù)鋸縫以及封層等方式減少基層自身收縮開(kāi)裂和沖刷現(xiàn)象以及對(duì)面層的影響，效果不明顯，且易引起新的破壞現(xiàn)象。第7頁(yè)/共67頁(yè)第8頁(yè)/共67頁(yè)研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容理論依據(jù)試驗(yàn)手段設(shè)計(jì)方法工程應(yīng)用第9頁(yè)/共67頁(yè)理論依據(jù)第10頁(yè)/共67頁(yè)第11頁(yè)/共67頁(yè)土土 類類級(jí)配良好

3、的級(jí)配良好的礫石礫石- -砂砂- -粘粘土，砂或礫土，砂或礫石石粉質(zhì)砂，粉質(zhì)砂，砂質(zhì)粘土砂質(zhì)粘土粉質(zhì)粉質(zhì)- -砂質(zhì)砂質(zhì)粘土，級(jí)粘土，級(jí)配差的砂配差的砂粉土，粉質(zhì)粉土，粉質(zhì)粘土，級(jí)配粘土，級(jí)配很差的砂很差的砂重粘重粘土土7d7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPaMPa）2.82.810.510.51.71.73.53.50.70.71.71.70.350.351.051.050.70.7彎拉模量（彎拉模量（10103 3MPaMPa）7 721217 73.53.57 73.53.51.41.4水泥劑量（干土重水泥劑量（干土重% %）5 57 79 910101313水泥穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

4、和彎拉模量水泥穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彎拉模量 第12頁(yè)/共67頁(yè)第13頁(yè)/共67頁(yè)1.52.53.54.55.56.504812162024283236404448時(shí)間（h）含水量（%）水泥碎石 XM 4%水泥碎石 XM 5%水泥碎石 XM 6%05010015020025030035040004812162024283236404448時(shí)間（h）干縮應(yīng)變（）水泥碎石 XM 4%水泥碎石 XM 5%水泥碎石 XM 6%干縮系數(shù)第14頁(yè)/共67頁(yè)0100200300400500600700-25-15-551525354555溫度（）溫縮應(yīng)變（）水泥碎石 GK 6%水泥碎石 GK 8%水泥碎石

5、 GK 10%46810121416-25-5153555溫度（）溫縮系數(shù)（/）水泥碎石 GK 6%水泥碎石 GK 8%水泥碎石 GK 10%0100200300400500600700800-25-15-551525354555溫度（）溫縮應(yīng)變（）二灰碎石 XM 4：11：85二灰碎石 XM 9：16：75二灰碎石 GM 4：11：8505101520-25-5153555溫度（）溫縮系數(shù)（/）二灰碎石 XM 4：11：85二灰碎石 XM 9：16：75二灰碎石 GM 4：11：85溫縮系數(shù)第15頁(yè)/共67頁(yè)成分成分收縮系數(shù)（收縮系數(shù)（1010-6-6）水泥石水泥石10102020集料集料花

6、崗巖花崗巖7 79 9玄武巖玄武巖6 68 8石灰石石灰石6 6白云石白云石7 71010砂砂 巖巖11111212水泥石和集料的收縮系數(shù)水泥石和集料的收縮系數(shù) 第16頁(yè)/共67頁(yè)第17頁(yè)/共67頁(yè)水泥土(6%)05010015020025030051015 202530時(shí)間(分鐘)沖刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ水泥砂礫(6%)0510152025303540455 10 15 20 25 30時(shí)間(分鐘)沖刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ圖4-18 水泥砂礫（6%）、水泥土

7、（6%）在相同作用力相同時(shí)間不同頻率下沖刷曲線水泥土(6%)050100150200510 15 20 25 30時(shí)間(分鐘)差刷量(克)0.3MPa10HZ0.5MPa10HZ0.7MPa10HZ水泥砂礫(6%)01020304050510 15 20 25 30時(shí)間(分鐘)沖刷量(克)0.3MPa10HZ0.5MPa10HZ0.7MPa10HZ圖4-20 水泥砂礫（6%）、水泥土（6%）在相同作用頻率、相同作用時(shí)間不同作用力下沖刷曲線第18頁(yè)/共67頁(yè)沖刷試驗(yàn)第19頁(yè)/共67頁(yè)第20頁(yè)/共67頁(yè)第21頁(yè)/共67頁(yè)第22頁(yè)/共67頁(yè)材料組成設(shè)計(jì)新理念考慮結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)決定性能 第23頁(yè)/共67

8、頁(yè)試驗(yàn)手段第24頁(yè)/共67頁(yè)第25頁(yè)/共67頁(yè)第26頁(yè)/共67頁(yè)室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)結(jié)構(gòu)第27頁(yè)/共67頁(yè)振動(dòng)法、靜壓法含水量變化情況對(duì)比 反映了振動(dòng)壓實(shí)功與靜力壓實(shí)功的一致性第28頁(yè)/共67頁(yè)靜 壓法振 動(dòng)法第29頁(yè)/共67頁(yè)振動(dòng)法確定壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法第30頁(yè)/共67頁(yè)第31頁(yè)/共67頁(yè) 1溫度補(bǔ)償片 2溫度補(bǔ)償應(yīng)變片 3屏蔽線 4接線柱 5應(yīng)變儀 6測(cè)試應(yīng)變片 7試件 收縮系數(shù)測(cè)試接線示意 半剛性基層材料收縮方法 1計(jì)算機(jī) 2接口線 3接線柱 4應(yīng)變儀 5屏蔽線 6環(huán)境箱 7試件 8應(yīng)變片 收縮系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)第32頁(yè)/共67頁(yè)第33頁(yè)/共67頁(yè)第34頁(yè)/共67頁(yè)干縮系數(shù)測(cè)定方法第35頁(yè)/共67頁(yè)1

9、鋼桶 2試件 3水 4配重 5振動(dòng)臺(tái)頂面 6振動(dòng)臺(tái) 法國(guó)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)裝置 澳大利亞振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)裝置 1旋轉(zhuǎn)刷 2試件法國(guó)旋轉(zhuǎn)刷試驗(yàn)裝置 1鋼桶 2水 3混凝土墊塊 4試件 5振動(dòng)臺(tái)頂面 6振動(dòng)臺(tái)第36頁(yè)/共67頁(yè)利用MTS進(jìn)行沖刷試驗(yàn)壓頭向下運(yùn)動(dòng)壓頭向上運(yùn)動(dòng)第37頁(yè)/共67頁(yè)113109875211643121415180O0O132132354O室內(nèi)沖刷試驗(yàn)機(jī) 1機(jī)架 2皮帶 3固定偏心塊 4活動(dòng)偏心塊 5 配重箱 6沖刷頭 7沖刷桶 8導(dǎo)向柱 9電機(jī) 10框架 11分動(dòng)齒輪 12配重塊 13水 14試件 15鋼夾道路沖刷試驗(yàn)機(jī)示意圖激振力調(diào)節(jié)原理示意圖1活動(dòng)偏心塊 2銷孔 3固定偏心塊第38頁(yè)

10、/共67頁(yè)一、 目的和使用范圍本試驗(yàn)方法適用于水泥穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類、二灰穩(wěn)定類等基層材料進(jìn)行抗沖刷試驗(yàn)。本試驗(yàn)方法包括：按照室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)所確定的最大干密度和最佳含水量，采用靜力壓實(shí)或振動(dòng)成型法制備試件，試件為圓柱體，高度與直徑之比為11。二、儀器設(shè)備三、試件形狀、尺寸四、試料準(zhǔn)備五、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定六、試件制備七、試件養(yǎng)生八、試驗(yàn)步驟九、試驗(yàn)結(jié)果處理材料種類養(yǎng)生齡期水泥穩(wěn)定類28天二灰穩(wěn)定類90天第39頁(yè)/共67頁(yè)設(shè)計(jì)方法第40頁(yè)/共67頁(yè)第41頁(yè)/共67頁(yè)第42頁(yè)/共67頁(yè)11CCCmVVFFFmV)1 (2V1 V2 V1 V2 V1 V2 提出了結(jié)構(gòu)類型劃分的物理概念和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 提出半

11、剛性基層材料四種結(jié)構(gòu)類型： 均勻密實(shí)結(jié)構(gòu) 懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu) 骨架密實(shí)結(jié)構(gòu) 骨架孔隙結(jié)構(gòu)均勻密實(shí)結(jié)構(gòu) 懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu) 骨架密實(shí)結(jié)構(gòu) 骨架孔隙結(jié)構(gòu) 不同結(jié)構(gòu)類型半剛性基層材料不同結(jié)構(gòu)類型半剛性基層材料粗集料壓密后的孔隙體積細(xì)集料和結(jié)合料壓密后的總體積第43頁(yè)/共67頁(yè)第44頁(yè)/共67頁(yè)水泥穩(wěn)定碎石基層材料體積參數(shù)測(cè)定結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目單位以9.5mm劃分以4.75劃分以2.36劃分粗集料空隙體積cm3409.05724.31760.36細(xì)集料部分(含水泥、水)體積cm31981.851345.68990.00混合料結(jié)構(gòu)類型懸浮懸浮懸浮第45頁(yè)/共67頁(yè)粗集料試驗(yàn)級(jí)配表 篩孔孔徑 （ mm）31.526.5 1

12、9.016.013.29.54.75連續(xù)級(jí)配a10088675847300b10087645243260c10085594837220多級(jí)嵌擠d10085352015100e1009578271370f1008872645550單級(jí)級(jí)配g1000h1000i1000第46頁(yè)/共67頁(yè)ByxAWyx水泥、細(xì)料漿粗料x(chóng) 混合料中水泥的用量（g）y 混合料中細(xì)料的用量（g） W粗料裝滿標(biāo)準(zhǔn)容器后粗料的質(zhì)量（g） 水泥、細(xì)集料 水泥、細(xì)集料的最大干密度（g/ cm3） A 混合料中預(yù)定水泥計(jì)量（%） B 通過(guò)試驗(yàn)確定出的粗集料空隙體積（cm3）骨架密實(shí)水泥穩(wěn)定碎石組成計(jì)算第47頁(yè)/共67頁(yè)選擇結(jié)構(gòu)類型

13、骨架孔隙結(jié)構(gòu)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)車(chē)輛組成道路等級(jí)、面層類型氣候條件路用性能檢驗(yàn)確定混合料配比是否滿足要求推薦使用否是交通量第48頁(yè)/共67頁(yè)第49頁(yè)/共67頁(yè)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配范圍篩孔尺寸(mm)31.526.519.016.09.54.752.361.180.60.30.150.075上限100100998877493527181372下限100948873572917126420骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配范圍篩孔尺寸(mm)31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗集料上限10091706150333下限10082

14、564534190細(xì)集料上限10010010090592552下限10090755030800骨架孔隙結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配范圍篩孔尺寸(mm)31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗集料上限10091706150335下限10082564534190細(xì)集料上限100100100100844052下限100908575601500第50頁(yè)/共67頁(yè) 骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定類集料級(jí)配骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定類集料級(jí)配 （JTG D50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）31.519.09.504.752.360.60.075基

15、層100688638582232162881503第51頁(yè)/共67頁(yè)懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定類集料級(jí)配懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定類集料級(jí)配 （JTG D50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基層1009010060802949153262005底基層10093100759050702950153562005第52頁(yè)/共67頁(yè)第53頁(yè)/共67頁(yè)表81 水泥穩(wěn)定碎石基層 公路等級(jí)指標(biāo)高速、一級(jí)公路二級(jí)、二級(jí)以下公路抗壓強(qiáng)度（MPa）32收縮系數(shù)平均干縮系數(shù)（1/%）7010-68510-68010-69510-6平均溫縮系數(shù)（

16、1/）（+5515）6.510-67.510-67.510-69.010-630min沖刷量 （g） 42 52表82 石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石基層 公路等級(jí)指標(biāo)高速、一級(jí)公路二級(jí)、二級(jí)以下公路抗壓強(qiáng)度（MPa）0.80.6收縮系數(shù)平均干縮系數(shù)（1/%）5510-66510-66510-67510-6平均溫縮系數(shù)（1/）（+5515）8.510-69.510-68.510-69.510-630min沖刷量 （g） 35 45第54頁(yè)/共67頁(yè)工程應(yīng)用第55頁(yè)/共67頁(yè)第56頁(yè)/共67頁(yè)應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的半剛性基層抗裂效果顯著： 工程應(yīng)用工程應(yīng)用第57頁(yè)/共67頁(yè) 應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的半剛性基層抗沖刷能力顯著：工程應(yīng)用工程應(yīng)用第58頁(yè)/共67頁(yè)工程應(yīng)用工程應(yīng)用第59頁(yè)/共67頁(yè)項(xiàng)目名稱：項(xiàng)目名稱： 公路半剛性基層材料結(jié)構(gòu)理論、多指標(biāo)控制設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用公路半剛性基層材料結(jié)構(gòu)理論、多指標(biāo)控制設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用長(zhǎng)長(zhǎng) 安安 大大 學(xué)學(xué)第60頁(yè)/共67頁(yè)第61頁(yè)/共67頁(yè)成分成分收縮系數(shù)（收縮系數(shù)（1010-6-6）水泥石水泥石10102020集料集料花崗巖花崗巖7 79 9玄武巖玄武巖6 68 8石灰石石灰石6 6白云石白云石7 71010砂砂 巖巖11111212水泥石和集料的收縮系數(shù)水泥石和集料的收縮系數(shù) 第62頁(yè)/共67頁(yè)試驗(yàn)手段第63頁(yè)/共67頁(yè)第64頁(yè)/共67