土木工程道桥方向外文翻译.docx

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土木工程道桥方向外文翻译

夹层石路面的长期性能研究

HaniTiti,P.E.1;MasoodRasoulian,P.E.2;MarkMartinez3;

ByronBecnel,P.E.4;andGaryKeel5

摘要：

本文对使用路面夹层石来提高柔性路面的长期性能的路面设计方法进行了评价。

这种路面设计引入了掺土水泥地基在减少和延缓反射性裂缝产生的方法中所得出来的经验。

路面夹层石中的碎石灰岩立足于一个稳定的水泥地基顶部。

与常规的掺土水泥地基路面设计相比，采用夹层石设计的柔性路面表现出来的性能更加稳定。

传统的路面和采用了夹层石设计的路面都构建在詹宁斯·路易斯安那州州附近的高速国道LA-97上，并且监测竣工后试用期限为10.2年，我们对它们进行评估。

在整个评估期间，分别对路面病害、平整度、永久不变形进行评估，还采用了动态无损检测对路面的结构能力进行了评估测试。

此外作为路易斯安那州交通发展研究中心加速加载试验研究方案的一部分，很多设计都表明了问题，此测试是基于路易斯安那州的艾伦港的加速加载设施测试。

这项调查的结果显示，与传统的水泥路面相比采用了夹层石的路面在加速加载试验中能体现出优越的性能。

分类号：

10.1061/~ASCE!

0733-947X~2003!

129:

2~118!

CE数据库关键词：

柔性路面；石层；路面设计；性能评估。

简介

饱和性软土在路易斯安那州特别是该州的南部地区常见的一种路基土。

这种路基土是没有能力支持他们的路面和交通负荷的。

为了克服这个问题，路易斯安那州交通发展研究中心（DOTD）在国道上采取了一种传统的柔性路面设计方法，州际公路系统除外。

该项设计包括通过路基土石灰（底基层）处理的水泥稳定土壤（掺土水泥）和热拌沥青混凝土面层（HMAC）。

这种具有强硬的掺土水泥的路面设计，在公路软基的情况下还可以支撑路面交通荷载，具有结构性优势。

此外，对路面施工使用掺土水泥对路面施工更快更划算。

虽然掺土水泥的使用有效的提高了柔性路面的结构能力，但是结构能力是产生反射性裂缝的主要原因，导致加速路面的恶化，降低公路寿命。

在路易斯安那州交通发展研究中心工作的研究人员（LTRC）他们集中精力于使用创新方法来减少反射性裂缝，从而提高在路易斯安那州的柔性路面的长期性能。

这些创新方法是在掺土水泥和热拌沥青混凝土表面层之间使用了HMAC颗粒材料（如石灰石粉尘）。

这种类型的路面就是本文中所称的路面夹层石设计。

本论文旨在阐述一项研究，此研究目的在于测试夹层石的长期性能以及评估路面夹层石减少柔性路面的裂痕的能力。

在詹宁斯·路易斯安那州的建造于1991年的LA-97国道设计了两段柔性路面。

第一段包括了传统的路面设计（掺土水泥层），第二段由采用了夹层石的柔性路面设计构成（在掺土水泥上加碎石灰岩），后者也称为反向路面设计。

两段路面的性能测试都为10.2年。

路面病害测试、永久不变形测试、平整度测试、结构能力测试都要进行，并且两段公路的测试都是基于路易斯安那州的艾伦港的路面研究设施加速加载测试。

Fig.1：

研究在传统路面上反射性裂缝发展的机制以及掺土水泥地基和夹层石对阻止反射性裂缝发展的作用：

（a）掺土水泥地基的裂缝收缩和开裂随后发展到表面层的HMAC层。

（b）在水泥地基和表面层HMAC之间构建碎石灰岩夹层。

背景

掺土水泥在各项应用，包括软地基和路面地基方面，长久以来被人们使用的工程材料。

并且，掺土水泥在缺乏聚合资源的区域具有成本效益。

这也使得路易斯安那州南部公路成为用掺土水泥做成路面基层的完美候选者。

事实上，在路易斯安那州有上千条用掺土水泥作为基层的公路，其中一些已经使用超过40年了。

掺土水泥承重层有效提高了建设在软土路基上的路面的结构能力，使局域损伤和永久性变形的程度降到最低。

但是，在柔性路面上使用掺土水泥有一个很严重的开裂问题。

掺土水泥混合物的水合作用表现是不相同的，这取决于很多因素，如土壤类型，矿物组合，湿度，密度和土壤成分等，这些因素控制了在水合作用期间，掺土水泥内收缩裂痕的发展形成。

收缩裂痕来源于掺土水泥混合物在水合作用期间的张应力，通常会延伸到路面形成大块的裂痕。

Fig.1.（a）显示了反映在路表层收缩裂痕的机制。

由于反射性裂痕从掺土水泥延伸到表层，所以路面就很容易损坏。

雨水渗透和路面频繁交通负荷通过一种抽吸方式导致路面最下层材料的损坏。

铺路地基支撑力的损伤通常从局域损坏，路面沉降，裂痕以及坑槽等方面而导致路面快速恶化，这些路面条件都会缩短公路寿命，因此，有必要提升路面设计来减少掺土水泥裂痕向路面表层发展。

路易斯安那州交通发展研究中心的研究人员研究工作致力于经济性的路面设计选择，从而减少反射性裂痕，提高柔性路面的长期性能。

掺土水泥和热拌沥青混凝土之间的夹石层的引进能够吸收收缩压力，正如1.（b）所示，掺土水泥内产生的拉伸力能被石头微粒经过它们自身的相对运动而吸收，在夹石层和热拌沥青混凝土层之间，拉伸的力度会彻底地缩到最小，这样就可以减少反射性裂痕。

目的与范围

本研究的目的是通过比较使用夹层石的路面和传统路面，确定在路面设计中的谁有更好长期性能。

在LA-97国道上构建了测量路面损伤的研究，对其通行时间超过10.2年的路面情况进行评估，这项研究包括监控采用夹层石的路面的常规性能。

测量路面损伤包括路面开裂和车辙，对这些损伤的数量、严重程度和损伤方式进行了调查。

结构能力和平整度的数据是在路面条件下测得。

这项研究的结果将与在现场进行的全面加速加载实验的PRF结果进行比较。

计划描述：

一项研究计划已启动，测试碎石灰岩对于减少和延缓柔性路面表层裂痕的效果，这项计划建立两个测试，比较路面夹石层设计和传统的路面设计的长期性能。

研究在詹宁斯·路易斯安那州附近的国道LA-97上执行，LA-97项目从LA-100连接点延伸到LA-1123连接点，LA-97公路上的项目位置如图2所示，这部分公路归类为乡村类，在1990年平均日交通量为2,000辆。

LA-97是一种低容量乡村类公路，两个7.3m（24ft）车道。

此次计划由新建设的7.56km（4.7mi）柔性路面设计和两个7.3m（24ft）车道组成。

两个测试部分分别是测试1—传统掺土水泥路面设计和测试2—石灰岩层设计。

每个测试都是322m（1056ft）长。

Fig.3（a）所示出了两个测试的位置以及相对应的位置编号。

原来的设计图Fig.3（b）是建立一个216mm（8.5in）的水泥稳定地基和表面层为89mm（3.5in）的HMAC表面层。

计划中的一个改变是调查增加一个碎石灰岩基层对减少反射性裂缝的影响。

因此该段长1.61公里（1.0mi）的公路构建于一个152mm（6in）的水泥稳定基层和102mm（4in）碎石灰岩基层以及一个89mm（3.5in）的HMAC表面层上。

路面的碎石灰岩基层的横截图如图所示Fig.3（c）。

这两种路面设计构建了一个305mm石灰土路基为路面结构的稳定性提供支持。

Fig.2项目位与靠近詹宁斯·路易斯安那州国道LA-97附近

路面的长期性能监控程序

路面病害调查

路面系统研究小组在LTRC进行周期性的路面10.2年之内损伤调查（表1）。

调查包括视觉上的检查路面部分和记录路面危险以及其他非正常的路面压力值。

调查的路面危险包括纵向的和横向的裂痕。

另外，路面构件被调查出有磨损、猛推和壶穴。

严格的裂缝等级、样式和其他路面危险是根据由SHRP（1993年）出版的危险调查手册规定的。

通过映射在纸上绘制纵向和横向裂纹，来对开裂的路面进行调查。

根据从头到尾的裂缝距离确定裂缝的长度，进行裂纹检测。

路面结构的非破坏性估算

根据第一部分所介绍的，非破坏性的路面测试（NDT）和路面测试构件的估算在过去的10.2年已经做了六次了。

非破坏性的路面测试（NDT）由使用了滑动偏移确定系统（动力式弯沉仪）的感应活荷载组成。

这系统是个非破坏性的测试手段，一方面引起路面活荷载，另一方面测量路面不同地方的变形（Fig.4）。

最大活荷载，4.448KN（1.000Ib）,是由机器以双向8HZ的频率旋转产生的。

荷载是由两个钢筋圈传递到路面的。

形变由一个五连曲检波器记载，检波器安装在柱子上，以305mm的距离分隔开，和安置在两个钢圈之间的检波器放在一起。

Kinchen和Temple发表了一个和HMAC设计接近的一个机械论学说，说是覆盖物是建立在偏斜分析的基础上的。

因为对使用了动力式弯沉仪系统的路易斯安那州的路面的结构能力有着综合的分析，此种方法被提议和证实了。

在过去的二十年中，DOTD已经在路面分析和设计上使用了此种方法。

在现在的研究中这种方法用来估计被调查路面的结构能力。

在路面的不同时期进行了一系列的非破坏性测试。

这个是为了估计单独路面面层的结构能力的。

第一套测试是在间隔305mm（12in）的基底进行的，包括第一部分和第二部分。

第二套测试是在216mm（8.5in）和152mm（6in）两层之间进行。

第三套测试压碎石灰岩隔层，仅仅在间隔102mm（4in）的第二部分之后进行。

最后一套测试是在89mm（3.5in）的HMAC的表面层进行。

每套测试时间间隔30min（100ft）。

路面平整度和变形的估算

菲尔德测试是用来确定被检测路面的路面平整度和永久变形的。

根据第一部分所介绍的，菲尔德测试在过去的10.2年中使用了七次。

从1991年到1995年，MRM是用来估计路面平整度的，美国国有公路管理协会A框架是用来计算路面车辙的。

1995年以后高速公路模拟机则用来估计路面平整度和车辙长度。

这种测试机器的描述在下面将有介绍。

MRM

MRM是一种由一个录像机、光电发射器和特殊里程计组成的测量路面平整度的设备。

此装置用来设计使用在以80KM/h行进的车辆上。

MRM把车辆在实际路表面行进的距离记录在连续不断的纸上。

根据轮轴和车身的相对移动，光电发射机讲光束转变成电冲力，并变成轮廓记录在表格里。

这种特殊的表格用来解释用了MRM测量方法的路面平整度。

MRM测试结果PSI中以条款的形式表达。

使用了MRM的菲尔德测试在全部的测试部分中使用了五次，用来确定测量结果的反复性。

测试部分的MRM测试结果在PSI中以条款的形式表达，然后根据赛耶斯建立的关系被收进了IRI。

高速路面模拟器

高速路面模拟器是一个装备了三个激光传感器的，用来测量高度的车辆，一个传感器用来测量行进距离，两个加速计来解释车辆振动。

加速计使系统在车辆规格参数表和旅行速度下可以独立的运行。

这个系统可以在76.2mm（3.0in）的微小距离内收集路面轮廓资料。

LTRC高速路面模仿机通过收集路面资料来估计路面平整度和车辙。

测试部分的纵向坡面图通过在全部的测试中进行3到5次确定的，为了保证测试结果的反复性。

由此，车轮轮廓获得了，路面平整度根据IRI条例确定了。

平均车辙深度有激光传感器测量出的高度确定。

核查车辙深度采用AASHTO标准。

整个试验段的平均车辙深度用于分析和试验段的评价。

Fig.3：

传统路面与夹层石路面试验段的配置定位。

（a）：

路面试验段及裂缝样区。

（b）：

传统路面（掺土水泥地基）典型剖面（A-A）。

（c）：

夹层石路面典型剖面。

测试日期施工后时间路面测试与监控

（月/年）月年损伤调查NDT平整度与车辙

03/199110.08—AA

08/199160.50—A—

12/1991100.83A—A

10/1992201.67A—A

03/1993252.08—A—

09/1993312.58——A

02/1995484.00AA—

05/1995514.25——A

09/1996675.58AA—

05/1998877.25——A

07/1998897.42A——

04/200112210.17AAA

NDT