定稿沥青路面车辙病害分析.docx

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定稿沥青路面车辙病害分析

☐车辙类型：

⏹失稳型车辙：

高温稳定性不足时产生；

⏹结构型车辙：

重载作用下的整体永久变形；

⏹磨耗型车辙：

车轮磨耗而产生的变形。

☐车辙产生机理：

⏹车辙的形成主要是因为：

⏹沥青混合料的后续压实；

⏹沥青混合料的流动变形；

⏹沥青混合料的结构性失稳变形。

☐车辙的危害

⏹①影响平整度；

⏹②强度降低，诱发各种病害；

⏹③车辙积水导致车辆漂滑；

⏹④车辆失控，影响行车的稳定性。

☐车辙的影响因素及分析

⏹①轮载及交通量增大和渠化交通

⏹②高温及水文条件可大降低路面结构的抗变形能力；

⏹③路面的结构类型；

⏹④路面材料性能与组成；

⏹⑤施工因素。

☐车辙的控制指标

⏹有三种：

⏹路基顶面允许竖向压应变；

⏹沥青层容许永久变形；

⏹及路面容许车辙深度。

⏹以后者为主要控制指标。

。

☐国外容许车辙深度的确定

⏹1）日本：

⏹①当轴载超过300万辆时，有50%的路段车辙深度超过10mm，交叉口可达2～5倍。

⏹②当裂缝超过20%时，车辙深度超过20mm时，要补强。

⏹2）美国

⏹①一般路段不超过30mm；

⏹②交叉口容许2～5倍于一般路段。

⏹我国容许以深度RD（mm）推荐值

高速公路

其他高等级道路

一般路段

交叉路段

10～15

15～20

25～30

☐半刚性路面中车辙的90%产生于沥青层中，所以车辙主要是沥青层的永久变形。

☐经验法：

⏹是通过三轴试验，建立沥青层的永久变形同荷载及材料的物理和力学特性之间的经验关系

☐理论-经验法：

☐理论-经验法：

☐理论法：

⏹是利用弹性或粘弹性层状体理论计算路面内的应力分布，并根据路面材料永久变形与应力之间的关系，求得沥青层的永久变形，考虑到荷载动态与静态对路面作用的差异，提出了车辙计算的动态修正参数。

☐理论法：

⏹永久变形估算模型如下：

☐理论法：

⏹永久变形估算模型如下：

☐国内外对沥青层永久变形的预估方法，可归纳如下：

☐理论法：

⏹在车辙预估方面，粘弹性理论比弹性理论更为合理。

为了弥补现有车辙计算方法的不足，提出了一种以粘弹性层状体系理论为基础的沥青路面车辙的预估方法。

求解的方法通常有两种：

一种是粘弹对应原理法，另一种是数值计算方法。

⏹车辙深度RD的计算方法：

☐车辙深度RD的计算流程：

☐以车辙为控制指标的路面设计方法：

⏹目前的设计方法是以弯沉和弯拉应力为控制指标，没有车辙指标。

但现行规范要求在材料设计阶段对沥青混合料进行车辙试验，并对试验所得的动稳定度提出了要求。

但动稳定度在路面设计中未作为控制指标，导致了材料设计与路面结构设计的分离，即满足动稳定度要求的沥青混合料在路面中能产生多大的车辙或者是否超过容许值都不得而知。

⏹根据前述车辙预估方法和容许车辙深度值，可以反算沥青混合料的容许粘性劲度模量，并由此来控制沥青混合料的材料选择及配比设计，实现材料设计与路面结构设计的统一。

所以容许车辙深度可以作为路面设计的一个有效指标

☐沥青材料及矿料的选择

⏹1）矿料（骨架）。

矿料的形状、抗压强度、耐磨性能及合理的级配，是沥青混合料抗车辙能力的根本所在。

⏹2）沥青结合料（肌肉）。

选择高温稳定性好的沥青与细集料所形成的胶砂是关键。

⏹3）沥青混合料（整体）。

混合料中的空隙率、沥青的用量及矿料的级配是影响沥青混合料抗车辙能力的主要因素。

☐施工工艺

⏹如碾压时的温度、厚度、压实度、平整度等。

☐交通管理

⏹如车辆的超载、启动和制动等作用。

☐非失稳型车辙（RD<20mm）

⏹①稀浆封层：

以乳化沥青为结合料。

⏹②微表处：

以改性的乳化沥青为结合料。

⏹③超薄磨耗层等方法

☐失稳型车辙（RD>20mm）

⏹查明成因及车辙产生的部位，在清除失稳的结构层后采有罩面补强等方法治理。

软土路基病害概述

⏹1.1.1软土地基路堤的主要病害

⏹1．路基沉陷

2．边坡滑塌

⏹3．不良地质和水文条件造成的路基破坏

1.1.2在软基上修筑高速公路的技术问题

⏹1．选择合适的勘探手段和勘探技术途径

⏹2．软粘土基本特性和结构特性的研究

⏹3．软土地基加固方案的确定

⏹4．提高沉降量计算的可靠性

⏹

（1）固结沉降的计算方法

⏹

（2）瞬时沉降量

⏹（3）次固结的影响程度

⏹（4）压缩层厚度的考虑

⏹（5）地基预压时间的确定

⏹5．路堤填筑速率的确定

1.1.3路基病害防治方法

⏹在工程的前、中和后期应分别采取“避、防、治”的原则，就能达到预期效果。

⏹1）“避”即在公路选线时，根据不同等级公路标准，经多方案比较，确定对不良地质地段的穿越和避线方案，以此减少发生灾害的可能性。

⏹2）“防”即在工程实施阶段，对已掌握的不良地质隐患进行分析研究，确定针对性预防方案，把灾害隐患消除在萌芽状态。

⏹3）“治”即在公路营运阶段，对受到大自然或人为因素影响而发生的灾害进行调查分析，采取针对性的事后整治措施，使之恢复稳定状态。

1.2路面基层病害概述

⏹1.2.1半刚性基层材料的强度形成原理

⏹1、石灰稳定类材料强度形成原理

⏹石灰土的强度形成需要一定的温度和湿度。

初期表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增大和最大密实度减小等；后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高土的强度与稳定性。

⏹2、水泥稳定类材料强度形成原理

⏹影响水泥稳定土强度与稳定性的主要因素有土质、水泥成份与剂量、水等。

水泥稳定土的抗温缩与抗干缩以及经济性，应有一个合理的水泥用量范围。

⏹3、综合稳定类材料强度形成原理

⏹综合稳定类是指以水泥或石灰为主要结合剂，外掺少量活性物质或其他材料，以提高和改善土的技术性质。

⏹

（1）石灰粉煤灰（简称二灰）稳定类

⏹粉煤灰是一种火山灰物质，它含有活性的氧化硅和氧化铝，在石灰的碱性激发及相互作用下生成含水的硅铝酸钙。

这些新生的胶凝物质晶体具有较强的胶结能力，其强度、刚度、稳定性和抗冻性均有显著改善。

⏹

（2）水泥石灰综合稳定类

⏹石灰是水泥稳定土中最常用的添加剂。

加速水泥的硬化过程，减少水泥用量。

同时还可扩大水泥稳定土的适用范围，改变土的塑性性质，能够获得良好的稳定效果。

1.2.2半刚性基层材料的缩裂特性

⏹半刚性材料的缺点是抗变形能力低，在温度或湿度变化时易产生开裂，易形成反射裂缝。

⏹对于含土较多的材料以干缩为主，对于含集料较多的材料以温缩为主。

⏹半刚性基层的干缩主要发生在竣工后初期阶段，当基层上铺筑沥青面层以后，基层的含水量一般变化不大，此时半刚性基层的收缩转化为以温缩为主。

1.2.2半刚性基层材料的缩裂特性

⏹半刚性基层的类型与配合比的选择，应根据当地的自然条件与基层所处的环境来确定。

⏹水泥砂砾类的水泥含量约为5%时，具有较强的抗干缩能力，适用于温差不大的地区。

⏹石灰砂砾类基层的抗干缩和温缩的能力均较差，宜采用水泥石灰综合稳定，以部分水泥代替部分石灰，提高其抗干缩能力，以减轻缩裂。

⏹二灰砂砾类集料含量约为75%时，抗干缩与温缩能力均较强，可适用于不同地区，主要是解决早强不足的问题。

1.2.3半刚性基层施工应注意的问题

⏹

（1）施工季节

⏹最低温度应在50C以上；在雨季应特别注意气候变化，勿使运到路上的集料过分潮湿。

⏹

（2）水泥稳定类材料施工作业长度的确定

⏹应综合考虑水泥的终凝时间，并尽可能减少接缝。

一般情况下每一流水作业段长度以200m为宜。

⏹（3）接茬处理

⏹（4）养生期的探讨

1.软土病害

☞软土及其特征：

定义：

软土具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等不利工程性质，需要进行人工处理后才能满足工程设计要求。

软土定义不同专业有不同解释：

部门

方法

备注

交通部

①天然含水量≥35或液限

以特征和力学指标确定

②天然孔隙比≥1

③剪切强度＜35kpa

铁道部

①天然含水量接近或大于液限

以力学指标确定

②孔隙比＞1

③压缩模量＜4000kpa

④标准贯入击数

⑤静力触探贯入阻力

⑥不排水强度

建设部

①外观以灰色为主的细粘土

以特征为主来确定

②天然含水量不小于液限

③天然孔隙比不小于1.0

☞软土及其特征：

☐软土的类型

⏹按成因可分为三大类：

⏹①滨海沉积（沿海地区）、

⏹②内陆平原（淮河及松辽平原）

⏹③山地沉积（西南及南方山区及丘陵地区）。

☐软土的工程性质

⏹①深色、细粒、有机质含量高；

⏹②天然含水量高；

⏹③天然孔隙比大；

⏹④渗透系数小；

⏹⑤压缩性高；

⏹⑥抗剪强度低；

⏹⑦灵敏度高并具有显著的流变特性。

⏹软土及其特征：

☐软土地基的技术要求

⏹①地基处理超载预压10个月后沉降速率不大于0.168mm/天，才能进行二次填筑，随后才能进行桥涵构造物和路基及路面的施工；

⏹②位移边桩沉降不大于3mm/d；

⏹③斜移管控制在不大于5mm/d；

⏹④处理后剩余沉降量不大于8cm，地基承载力不小于100kpa。

软土地基常用处理方法：

☐常用的方法：

⏹换填。

由埋层的深度和厚度决定；

⏹抛石。

由埋层的深度和厚度及基底的强度决定；抛石宜由中间向两边，由高处向低处，碾压之后，铺反滤层。

☐排水固结法：

☐通过设置横向和纵向排水系统及超载预压使地基达到排水固结，先期产生固结沉降，减少工后沉降。

⏹排水砂垫层

⏹砂井及袋装砂井

⏹塑料排水板

⏹反压护道

⏹超载预压

☐复合地基法：

☐通过吸水、膨胀、放热及离子交换作用改善桩周土的物理力学性质，形成复合地基。

⏹粒料桩、

⏹旋喷桩

⏹石灰桩

☐其它方法：

⏹强夯法（10～40t的重锤）：

⏹加筋土法：

土工织物铺垫

⏹超轻质料填土法：

聚苯乙烯板块（ESE）容重只有土的1/50～1/100，并具有较好的强度和压缩性能，可有效减小荷载，必要时还可置换部分地基土。

⏹软土病害处治工程实例：

☐垫层与浅层处治

⏹1）适用范围

⏹填土高度小、软土层薄、排水性好、砂源丰富、工期不紧的软土路基。

⏹2）设计要点

⏹①厚度：

0.5～1.0m，宽度：

超宽：

0.5～1.0m。

⏹②当软土很软时，可铺设荆笆、土工网等，或先用人工或轻便机械施工。

⏹③根据不同情况可采用平铺法、插振法、水撼法、夯实法及碾压法施工。

☐竖向排水法

⏹对软土地基采用砂井、袋装砂井、塑料排水板及与土工合成材料形成的排水柱体。

⏹工程实例分析：

塑料排水板与土工格栅法处理软基

⏹设计原理：

⏹利用插设在软土地基中的塑料排水板建立起竖向排水系统，再在塑料排水板的上部铺设一层砂垫层，建立起横向排水系统，在土层中设置土工格栅，可以利用其良好的延性和整体抗剪性均匀的纵横向抗拉性，增加路基的稳定力矩，提高软基整体稳定性，从而建立起加压系统，加快路基的填筑速度，缩短工期。

⏹竖向排水法施工要点

⏹①施工准备

⏹②敷设下层水平排水体系

⏹③插设排水板

⏹排水板参数的选择，插板机选择（普通式，履带式、门式轨道插板机），定位，穿靴，插设，套管拔起。

注意排水板施工允许偏差的控制。

⏹④真空预压（个别工程选择，可一次加到设计荷载）

⏹⑤摊铺上层砂垫层，形成上层水平排水体系

⏹⑥敷设土工格栅

⏹⑦填筑路堤

⏹施工监测

⏹为保证填筑速度与软土地基的固结速度和沉降速度相适应，不致因地基的沉降过快而出现裂缝等破坏现象，确保路基的整体稳定性，应对地基的沉降和水平位移等指标进行实时监控。

☐粉喷桩法

⏹是一种新型的软土加固技术，已广泛应用。

属深层搅拌法加固地基的一种方法，它是利用粉状水泥、石灰等材料作固化剂，在钻孔过程中使用特制的深层搅拌机械将固化剂喷入软土地基的深层，经搅拌使原位土与固化剂均匀并发生一系列物理、化学反应，从而形成复合地基。

⏹设计要点：

注意桩径、桩距、桩长的确定及固化剂的选定和配合比的确定。

⏹施工要点：

钻机的选择；粉体发送器的配置；空气压缩机压力的调节；搅拌钻头的质量。

☐灌浆法

⏹是依据物理化学原理，利用机械设备将具有固化和抗渗性能的浆液灌入土体间隙，并使之在一定范围内扩散和固化，以达到提高地基强度、降低渗透性、改善地基物理力学性质的一种方法。

☐灌浆法

⏹1）施工工艺

⏹钻孔、制浆、灌浆、封孔

⏹2）技术要点：

⏹成孔、管位确定和孔口的封堵、搅浆、灌浆、封孔

⏹3）效果检验与评价

⏹①灌浆资料分析

⏹②静载荷试验

⏹③钻孔取芯标贯试验和探槽开挖检查

⏹④弯沉试验

2.2.3软土路基沉降动态观测

⏹1.观测目的

⏹控制填土速率；确定构造物和路面结构的施工期；实测路基沉降，为路基稳定设计提供依据。

⏹2.观测频率及控制标准

⏹施工时：

⏹完工后：

⏹发现问题时：

⏹3.观测内容

⏹地表沉降量观测

⏹1）观测仪具的埋设。

⏹2）观测方法。

⏹地表水平位移量和隆起量观测

⏹1）观测仪具的埋设。

⏹2）观测方法。

⏹地下土体分层水平位移观测

⏹1）观测仪具的埋设。

⏹2）观测方法。

⏹3.观测内容

⏹孔隙水压力观测

⏹1）观测仪具的埋设。

⏹2）观测方法。

⏹工作基点桩和校核基点桩

⏹1）工作基点桩：

⏹2）校核基准点桩：

⏹⑹其他

⏹1）在路堤施工过程中，孔隙水压力观测时间与沉降和水平位移观测要求相同。

⏹2）必须采取有效措施加以保护或专人看管。

沉降板观测标易遭施工车辆、压路机等碰撞和人为损坏。

⏹3）在观测期中相关的基点有必要时应进行两个标段的联测，以确保路基的沉降观测一致性。