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1.1 研究的目的和意义

我国交通事业的飞速发展对公路建设提出了更高的要求。纵观我国高等级公路路面现状,主要仍以半刚性基层沥青路面结构为主。由于半刚性基层具有强度高、刚度大等诸多优点而广泛应用于我国公路建设中,但多年来半刚性基层的开裂问题一直是道路建设主要病害之一,长期制约着半刚性基层的使用。

近年来国内一些省份在公路建设中开始使用柔性基层,但随着沥青层的加厚,加之近年来沥青价格的飞涨,路面建设费用大幅上扬,同时由于对柔性基层沥青路面车辙等问题的研究不足,使公路建设乃至相关规范面临制约。因此,本书开始考虑采用柔性联结层和半刚性基层相结合的结构形式。

沥青稳定碎石联结层+半刚性基层路面,其上层为柔性层,下层为半刚性基层。它既具有半刚性基层强度高、刚度大的优点,又可发挥柔性层很强的柔性和变形能力。一方面柔性层可作为应力消散层,有效地减少路面结构中的应力集中现象,大大延缓路面反射裂缝的发生;另一方面柔性层与沥青混凝土面层模量接近,易于黏结牢固,路面结构受力更均匀。

目前,河南省高速公路发展迅速,但路面结构形式较为单一,沥青稳定碎石尚未开始应用。国内对沥青稳定碎石的应用仅依靠经验,没有可靠的理论指导。因此研究沥青稳定碎石沥青路面,对于解决河南省乃至国内高速公路沥青路面的病害问题,提高公路建设、设计和施工质量,降低初期工程建设投资及后期维修养护费用,合理利用当地自然材料资源,带动当地经济发展具有很重要的现实意义。

综上所述,沥青稳定碎石联结层+半刚性基层有着良好的发展和应用前景。该类型的路面结构在国外已得到广泛的应用,而国内这方面的研究才刚刚起步。

河南省济焦高速公路系平原区线型,位于黄河以北,太行山以南,处于不同构造体系和各个构造带的叠加交互部位,区域内地质构造复杂,构造活动频繁,裂缝非常发育,地震基本烈度为Ⅶ度。除此之外,济焦高速公路是新乡长垣至济源高速公路的重要组成部分,西起济洛、济焦互通立交,经沁阳、博爱、武陟,跨越焦(作)温(县)高速公路,东与宁郭互通处和郑(州)焦(作)晋(城)高速公路连接。河南省焦作市是豫西北重镇,地理位置重要,交通便利,是晋煤南下和东运的主要通道。焦作地区东西向省道豫13、豫06、豫14及南北向国道207、省道豫18纵横贯穿整个地区,形成了以焦作市为中心,沟通各县乡并与国道310和国道107相接的公路网络。截至1997年年底,焦作市公路里程已达1918km,其中二级公路448.5km,三级公路321.5km,四级公路1032.0km,等外公路116.2km。公路密度为0.468km/km 2 ,机动车保有量为26545辆。近几年,由于公路运输的快速发展,加之晋煤外运的特殊情况,这一路段的超限、超载、超重现象非常严重,以与山西省相通的新济线、洛常线、郑常线为尤。特别是郑常线的詹泗段,由于晋煤外运车辆严重超载和近年交通量猛增,行驶重车的南半幅路面已严重受损,仅靠维修养护来保证通车,已到不采取重大工程措施难以为继的程度。由此看来,在进行路面结构设计的过程中,必须考虑当地重载的影响。

考虑到采用沥青稳定碎石联结层能够吸收和削减半刚性基层尖端应力和应变、改善半刚性基层水温状况,在很大程度上能够减少和延缓反射裂缝的发生;这种联结层还能够改善半刚性基层顶面的积水状况,保护半刚性基层,进而延长公路的使用寿命;设置有沥青稳定碎石联结层的沥青路面,相当于增加了沥青层的总厚度,增加路面的抗裂总能量。为此,本书提出济焦高速路面下部结构为沥青碎石联结层+半刚性基层,上面层为沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Mastic Asphalt,SMA)。

鉴于此,本书通过调查河南省及国内类似地区路面使用状况,尤其对河南省水泥稳定碎石基层的使用状况进行观测、统计和分析,提出济焦高速路面结构合理组合;针对半刚性基层易开裂的现状,系统地对半刚性基层的抗裂性能、缩裂微观机理、抗裂评价指标3个方面进行研究;深入研究沥青稳定碎石联结层的配合比设计及其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳等路用性能;对SMA面层材料及其路用性能进行研究;在以上研究的基础上提出济焦高速公路合理的路面结构组合与材料组成,并进行深入分析与验证;同时提出了沥青稳定碎石联结层+半刚性基层沥青路面的施工质量控制要点与标准。意在将沥青稳定碎石联结层+半刚性基层沥青路面在河南省进行推广应用。

本书研究课题的完成将为河南省乃至全国公路建设提出合理的路面结构形式,为建设承载能力高、使用性能好、造价合理的路面结构打下基础,对提高公路建设的水平和完善相关规范具有重要指导意义。 R7yHUSsBTWAuyMtzQaY+EvHlTMMsi/2tdtsV5v6Yd8GhVzLJ0o5b2FJKpD0chGiy

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