[发明专利]一种刚性路面的加铺方法

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，特别是一种刚性路面的加铺方法。

技术背景

改革开放以来，高速公路一直是我国基础设施建设中的重点领域；至2014年底，我国已建成通车的高速公路突破了10万公里。其中，早期的高速公路以水泥混凝土路面为主。道路工作者在高等级道路水泥混凝土路面的建设实践中，积累了丰富的经验、解决了大量的技术问题。但从近年来已投入运营的高速公路水泥路面使用状况来看，部分未达到设计寿命即出现了较严重的功能衰减和结构损坏，许多设计年限为15年的水泥路面，在开放交通后5～8年内即出现大范围的破坏，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。

我国水泥路面结构虽然已有几十年的发展历史，但其设计方法基本上是在上世纪七、八十年代和九十年代初一系列研究成果的基础上建立起来的，受当时科技水平的限制，所依托的道路等级低、交通车辆荷载小、运行速度慢、施工技术落后。近年来，随着经济的发展和技术水平的提高，道路交通状况发生了很大变化，部分高速公路的通行能力和服务水平已经不能满足需求，急需进行升级改造。

在路面升级改造的过程中，若高速公路水泥混凝土路面损坏严重，通常需要对原有路面结构进行处理，然后加铺沥青层。这种复合式路面结构的弯沉值较小，而现行的以弯沉作为水泥混凝土路面上加铺沥青层的设计指标，难以起到控制作用。已有研究表明，复合式路面结构以沥青层剪切破坏为主。因此，提出以沥青层最大剪应力为控制指标的刚性路面结构设计方法，能解决路表弯沉指标无法发挥控制作用的问题。基于刚性路面加铺设计方法设计的路面结构能够有效防止剪切破坏及剪切疲劳破坏的发生，从而提高路面结构的服务能力与使用寿命，具有广阔的应用前景。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供一种刚性路面的加铺方法，所述方法基于沥青层最大剪应力为控制指标，解决了路表弯沉无法发挥控制作用的问题；并将刚性路面加铺设计等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，简化了复合式路面结构加铺设计。工程实践表明，根据刚性路面的加铺方法得到的路面结构服务水平好、使用寿命长，具有广阔的应用前景。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种刚性路面的加铺方法，具体步骤如下：

1)将原有路面结构等效为弹性半空间体+刚性夹层+沥青层，通过模量调整使原路面结构与等效结构的剪应力分布基本保持一致；

2)在层间完全连续的条件下，通过力学分析得到上述结构的沥青层内最大剪应力τ_max、加铺层厚度h和等效模量之间E₀′之间的对应数据；回归上述数据，得到沥青层内最大剪应力、加铺层厚度和等效模量之间的关系；

      τmax=a-bln(E0′)+chd]]>      

式中：a、b、c、d为回归系数。

3)通过室内试验，测定了预备加铺的沥青混合料的抗剪强度、剪切疲劳寿命，回归出了相应的剪切疲劳方程，确定抗剪强度结构系数K_T和容许剪应力[τ]；

4)根据加铺路面结构的最大剪应力τ_max应小于容许剪应力[τ]，得到刚性路面的加铺层厚度，从而进行加铺。

在本发明的一个实施方案中，步骤1)中的模量调整是根据公路沥青路面设计规范中的规定，采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论对路面结构进行力学响应计算，得到等效结构的沥青层内最大剪应力数值，并使其与原有路面结构加铺的沥青层内最大剪应力及其分布规律接近。