多孔隙水泥稳定碎石排水基层的设计及研究Word文档下载推荐.docx

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长沙理工大学

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本人郑重声明:

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的

研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或

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‘同时

授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库》,并

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.本学位论文属于

年解密后适用本授权书。

、保密口,在一

、不保密团。

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日期:

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旆聋摘要

文章主要研究了多孔隙水泥稳定碎石基层的级配,以及提出该材料基层与面层的层

间处理方法。

提出四组级配,通过分形级配理论评价,同时通过不同级配对比,提出最

大公称粒径,.通过率,.通过率的级配关键参数,同时提出表征材料强度,

孔隙率,灰集比,水灰比等交互作用的水平的模型,以期设计者能准确的掌握多孔隙水

泥稳定碎石材料的性质,配制出达到设计指标的基层材料。

最后通过实验及其他文献提

出以压碎值指导设计指标并通过分形理论设计级配的设计思路,同时通过配合比实验验

证此一思路。

阐述沥青混凝土路面裂缝的产生及其发育机理,并提出层间加铺网格可降解薄膜,

撒布乳化沥青的层间处理方法,保证既有富余的降解可透区域满足不规则裂缝的雨水渗

入,又保证了基层与面层的整体性。

设计了的多孔隙水泥稳定碎石基层的路面结构,将研究应用到实际当中。

针对多孔隙水泥稳定碎石基层材料的渗水功能作用,对其施工提出监控指标要求,

、

同时针对此材料,提出相应的后期维护工艺,以达到建设好,维护好的研究目的。

关键词。

多孔晾水泥稳定碎石,级配,级配分形维数,施工工艺,层问处理,捧水基层

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Ⅱ目录

摘

要........。

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Ⅱ

第一章绪论

.问题提出及意义?

.国内外研究现状?

.国内外现存问题?

.本文主要研究内容及技术路线:

第二章多孔隙水泥稳定碎石级配研究

.级配理论?

..粒子干涉级配理论?

..贝雷法级配理论..分形理论?

..’多孔隙水泥稳定碎石材料级配研究?

.:

..多孔隙水泥稳定碎石级配的分形维数?

..材料的基本实验?

..级配研究?

..:

..选取级配以及实验对比?

.交互作用的结果指标的实验控制?

二..

.本章小结:

第三章’排水基层材料配合比设计

.路面内部排水系统设置的依据.

.排水基层材料的影响因素?

.排水基层材料的配合比设计指标...?

.材料配合比设计?

....

.本章小结.

第四章材料的力学发育特征及层间处理

.材料组成结构与形成机理?

.实验所选级配及原材料?

...?

.材料强度发育及抗弯拉强度?

..

..多孔隙水泥稳定碎石强度发育特征?

..多孔隙水泥稳定碎石抗弯拉强度?

.排水基层与沥青路面层间处理..:

..沥青路面裂缝类型?

..沥青路面裂缝机理分析?

..裂缝发育引发次生病害...?

..沥青路面与多孔隙水泥稳定碎石基层层间处理?

..网格可降解塑料薄膜设计?

‘.本章小结?

第五章排水基层工程应用

.排水基层力学特性?

.水力计算?

..路表渗水率?

..排水层厚度的确定?

..排水基层中水渗流时间计算

.结构设计?

.排水基层应用.复合路面结构?

排水基层路面特点

..结构设置?

斗捧水基层路面结构水力验算

.排水基层施工工序。

.后期维护?

赢?

...。

.本章小结?

....。

.第六章结论与展望

一一

.主要结论?

.进一步研究问题

参考文献

附录攻读学位期间参与科研项目绪论

第一章

.问题提出及意义

随着国民经济的迅猛增长,交通运输量的加大,公路里程迅速增长,至年底,

我国公路通车里程达到.万公里。

在良好发展的同时,公路仍然出现较为严重的早

期损坏问题,特别在多雨潮湿的南方地区。

我国公路基层和底基层结构主要还是无机结

合料稳定材料半刚性基层。

用无机结合料基层建设道路的整体效果比较好,稳定性

较强,该结构本身具有板体性,成本低等优点,在我国得到了大范围的应用。

但该基层

材料是密实型结构材料,进入水后不能及时排出,从而易产生唧泥等病害,以及基层材

料易被冲刷破坏,从而使路面在循环载荷不断作用下提前破坏。

良好的路基为路面提供支撑,保证路面的使用性能。

多年的工程实践证明:

高温地

区,水泥混凝土面层将会产生较大的温度翘曲变形,板底架空。

雨水充足地区,雨水从

面板之间的接缝渗透入基层,在交通荷载特别重的情况下,自由水可能会产生很大的动

水压力,使基层的材料受到侵蚀和冲刷,再将在表面层和基层之间形成细泥浆体,随着

浆体的不断增加和荷载的不断作用,浆体逐渐挤压路面裂缝形成的唧泥等水损坏现象。

如果面层的裂缝是因为反射裂缝形成的,则面层和基层被贯通,因而水更加容易渗入基

层内部,在行车荷载的反复作用下将加速基层细集料的流失,导致面层被掏空,形成一

个恶性循环,使得损坏程度将进一步加大。

同样,半刚性基层反射裂缝不可避免的情况

下重交通荷载下的沥青路面的裂缝发育只是时间问题,针对沥青路面的裂缝病害本身

并非为结构性破坏,但其引发的次生病害,可以造成的基层冲刷,出现唧泥等水损坏现

‘.

象。

.

近年来,我国经济的快速发展对道路路用性能提出越来越高的要求,车流大,车速

快,重载交通多,这些迫使路面的路用性能的要求更为严格,也使得路面的长期使用效

果及其寿命得到越来越多的关注。

同时研究着也开始重视水泥稳定碎石排水基层路面,

如龙大高速公路,以及邵怀高速路实验段,都取得了良好的路用效果,同时也使得排水

基层的施工工艺进一步成熟。

但是排水基层的级配研究特别是做配合比的时候,孔隙率与强度,渗透系数的要求

高,同时又要控制水泥用量保持经济,级配的调整缺乏理论支持。

同时层间的处理,如何保持排水基层顶面不受堵塞污染,一直悬而未解。

.国内外研究现状

美国在六十年代后期和年代初期,进行了大量调查的路面性能和经验总结,承

认了基层排水的重要性。

年在中分析多余的水分在结构破坏的主要

原因为水泥混凝土路面结构内的过多的自由水,发现每次重复荷载作用时所生产结构损

伤比正常情况下多倍】。

在年,密歇根地区修筑了不同基层的水泥混凝土路面

实验路,用来评估使用不同基层对水泥混凝土路面性能的影响。

基层分为透水性沥青处

治集料姗和未处治的级配集料、密实式沥青处治集料,表面的

测试结果显示:

路段使用性能最差的路面接缝破坏达到了%.%,横向裂缝严

重的,最严重的米/;

透水性沥青处治集料姗路段使用性能最好,路面接

缝破坏仅%,横向裂纹甚少:

未处治的级配集料路段的使用性能也较好;

同

一路段有边缘的排水和无边缘的排水的对比显示,前者比后者的错台病害少约%,板

角断裂低于后者%;

有排水部分的接缝处损坏约%,没有排水设施的路段接缝处损

坏约%.%【】。

日本道路协会制定了道路土工排水指南》,并且应用于道路的排水设计。

美国上

世纪年代末年代初就对于排水基层进行研究,并将研究成果用于工程实践,后期

发现使用效果较好。

年由联邦公路局制定了路面结构内部排水设计指南,用来指导

和推动公路部门采用路面内部排水系统【。

年,美国又进一步在《路面

机构设计指南》中,把路面结构的排水性能作为一项设计指标考虑在内【。

法国在年开始研究公路排水基层,并铺筑了多条实验路。

如年修建了大

孔隙水泥混凝土基层的普通厚度的水泥混凝土路面实验路;

年.年在戴高乐机

场水泥混凝土路面结构中将厚的多孔隙贫混凝土层铺设在板与水泥处治基层之

间,以增加排水功能【。

韩国的

教授提出利用作为透水

路面基层提高基层强度,同时对水泥处治排水层通过掺入添加剂来增加抗裂

性,减少路面可能出现的反射裂缝,此外他还做了室内实验和修筑实验路来对透水路面

和排水路面的性能进行了分类研究。

目前,在西方公路建设中路面内部排水系统在许多雨水充足的地区已经得到充分和

广泛的应用。

研究人员继续路面排水系统的设计,施工,养护和使用性能和透水指标,

实验方法和参数等进行着长期的调查与研究。

国内对路面结构内部排水系统的探索是从年代初开始,同济大学道路与交通工

程系在江西萍乡市建立了水泥混凝土路面排水实验路。

而发展到现在年底竣工交

付通车的邵怀高速公路的实验段已经体现出多孔隙水泥稳定碎石排水基层施工工艺上

的成熟,到现在,实验路的使用效果良好。

重庆公路科学研究所进行了对公路路基和路面排水系统和设施的研究,从路面径流

出发,建立了各种结构的几何尺寸和降雨径流关系的排水系统,提出一套完整的路基和

路面排水系统设计方法和地下水位高于路基高程时,地下水流量的设计方法,土工布和

路面力学特性控制标准,土工织物层水计算和经济合理的土工路基排水结构和施工技

术。

同济大学的刘扬州对水泥混凝土路面研究,认为路面的非疲劳破坏可能与板的挠度

关系更为密切,提出基于挠度为控制指标的结构设计方法,分析了排水对路面结构设计

的影响,提出了排水系数的计算方法和计算结果,并用于完善以挠度作为控制指标的路

面结构设计方法。

年同济大学在上海市的水泥混泥土路面及旧沥青混泥土上进行了表面水渗入

率的实验测定,其结果显示,对沥青混泥土路面,表面水渗入率变化在.范围

内,平均为//,与美国..的测定结果比较,提出了我国路面结构

内部排水设计的渗入率建议值,并被年颁布的国内首部‘公路排水设计规范》

.【】采纳。

年,同济大学张鹏飞通过对多孔隙混合料渗透系数进行研究,提出了估算排

水性水泥稳定碎石材料的渗透系数的公式:

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该模型关联了级配的粒径含量,以及连续孔隙率,能比较准确反映多孔隙水泥稳定

碎石排水基层材料的成型的相关因素,同时能通过该模型计算渗透系数。

在多孔水泥稳定碎石中细集料含量相当少,胶结作用主要水泥净浆,因此,以满足

强度的前提下,合理选择水泥剂量,方面能保持其孔隙率,另一方面不增加项目成本。