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基于AASHTO规范的旧水泥路面破坏评价方法分析

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基于AASHTO规范的旧水泥路面 破坏评价方法分析 韩喜波 ,韩喜春 ,马士杰 (1.山东格瑞特公路工程有限公司,山东烟台264003;2.烟台市交通局质量监督站, 250031) 山东烟台264001;3.山东省交通科学研究所,山东济南摘要:水泥混凝土路面是我国高等级路面结构型 式之一,对我国经济发展与交通建设起到了重要 作用。旧水泥混凝土路面的评价也是道路工作者 一直进行研究的问题,结合旧水泥路面改造对我 国评价方法与AASHTO规范方法分别进行了评 价,通过两种方法对旧水泥路面进行了评价,综合 确定水泥路面的破坏状况。 关键词:旧水泥路面;AASHTO;破坏评价 中图分类号:U416。216 文献标识码:A Analysis of existing concrete pavement damage evaluation method based Oil AASHT0 standard HAN Xi—bo ,HAN Xi—chun ,MA Shi一 e (1.Shandong Great Highway Engi ̄enng Co.Ltd,Shandong Yantai 264003 China;2.Yantai Department of Transportation, Shandong Yantai 264001 China;3.Shandong Transportation Institute,Shandong Jinan 250031 China) Abstract:Concrete Pavement is one of high—grade pave— ment structure types,which plays an important role in e— eonomie development and transportation construction of China.How to evaluate existing Concrete Pavement is long—term question for researchers in road field.In or. der to comprehensively determine the damage condition of cement concrete pavement,the essay combines the exist— ing cement concrete pavement reconstruction to respec— tively evaluate the evaluation methods of China and 收稿日期:2O12—O5—11 作者简介:韩喜波(1969一),男,山东龙口人,硕士,高级工 程师。 一l8一 AASHTO Standard. Key words:existing concrete pavement;AASHTO; damage evaluation 1 概述 基于水泥混凝土路面的破坏评价,国内外均进行 了大量的研究,提出了多种评价方法和指。国外大量 基于新的检测设备提出了一些新的指标,以AASHTO 评价方法为代表,大量采用FWD检测结果进行评价。 本文基于省内某一级公路水泥路面改造采用国内评 价方法的主要指标并结合AASHTO评价方法进行了 评价,并对比了评价方法。 2指标的选择 2.1路面状况指数与断板率 《公路水泥混凝土路面养护技术规范》规定采用 路面状况指数PCI(反映调查路段的路面总破损状 况)和断板率DBL(反映调查路段的路面结构破损状 况)来评定路面破损状况。路面状况指数PCI的计算 按病害类型、轻重程度和密度数据进行计算,断板率 DBL可根据调查得到的断裂类病害的板块数,按裂缝 种类和严重程度的不同,采用不同的权系数修正后进 行计算,以百分数表示。路面破损状况等级评定标准 分,为五个等级,见表1。 2.2承载能力 根据FWD实测弯沉盆可以评价路面的承载力, 应用AREA可以描述弯沉盆的特性,可以反算混凝土 板的弹性模量、地基反映模量等。AREA属于弯沉盆 的几何特性参数,在水泥混凝土路面的评价中是一个 很重要的参数,其计算公式: AREA:6×[1十2[la了“0 l2 J+2[孕]+[“0 孕]Ⅱ0 ] ………………………………………………(1) 式中:d。、d 、d: 、d36一加载板中心及距离中心 304 mm、608 mm、910 mm处的路表弯沉值。 山东交通科技 2012年第4期 AASHTO利用AREA来评价混凝土路面的承载能 力,根据AASHTO标准测试荷载为40 kN。通常情况 下,能满足承载能力的混凝土板的AREA为740~810 个等级。两者计算方法中,AASHTO计算方法存在板 弯曲修正系数K,但当在一定温度范围内测试时K= 1.05~1.15,因此两者之间可以说是相差不大,而且 从传荷能力分级中可以看到,其分级稍有差别,当接 mm,这个指标算法简单、直观,省去了繁琐的反算 程序。 2.3传荷能力 旧混凝土面层的接缝传荷能力也可以采用弯沉 法调查评定,实验施加荷载接近于标准轴载的一侧轮 载(50kN),将荷载施加在邻近接缝的路面表面,使侧 接缝两侧边缘的弯沉值。本次调查检测采用落锤式 弯沉仪(FWD)。 根据AASHTO规定,接缝传荷能力用接缝传荷效 率来表示,它是反映混凝土路面整体性的重要参数, 接缝传荷效率计算公式: A~7 LTE:100×[ ]× ……………………(2) 式中:£阿一传荷效率;Aul、△f一未受荷载与受荷 载板边缘的弯沉值; 板弯曲修正系数,K=do/d , 通常情况下K=1.05~1.15。 混凝土板表面受外界环境温度的影响变化较 快,而底面的温度变化较慢,这样就在混凝土板内产 生了温差,混凝土的收缩系数较大从而使板产生了 翘曲变形,AASHTO采用板弯曲修正系数 来修正, 使传荷效率的计算更加准确。一般情况下LTE随温 度的升高而增大,反之随温度的降低而减小,测试温 度一般要求为10~20 ̄C。在AASHTO设计方法中, 接缝传荷效率以荷载传递系数在加铺层厚度中反映 出来,而且根据LTE对道路维护提出要求,具体见 表2。 表2荷载传递系数与维修要求 我国《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40 —2002)中计算接缝的传荷系数,接缝传荷能力分为4 缝传荷系数小于50%均需要进行全面大修。 2.4板底脱空 板底脱空可以根据面板角隅处的多级荷载弯沉 测试结果,并综合考虑唧泥和错台发展程度以及接 缝传荷能力综合进行判断。AASHTO指南中提出了 一个较简单的判别脱空的方法:在同一测点测出3 个不同级别荷载(如4 t、6 t和8 t)下弯沉,建立荷载 与弯沉的相关关系,见公式(3)。如果该位置没有 脱空,则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距 小于50 m。否则,如果截距大于50 m,则可认为脱 空,见图1。 D=aP+b…………………………・・………・(3) 式中:D一中央弯沉值,m;P一荷载值,kPa;n一关 系系数;6一弯沉轴截距。 弯沉D ’ b<50ma 图1 混凝土面板脱空识别 3路面状况评定 3.1破损调查 调查与评定方法选定以后,对原混凝土路面进 行了大量的实地调查。原路面经过十多年运营破坏 状况非常严重,其平整度基本上属于无法测定,因此 行驶质量指数(RQI)也就无法计算。由于本路段全 线进行大修工程改造,对路面破坏状况调查进行了 全面调查,对路面状况进行了统计,破坏状况见 表3 一l9一 韩喜波,韩喜春,马士杰:基于AASHTO规范的旧水泥路面破坏评价方法分析 表3破坏状况统计 缺陷板的数量(块) 损坏类型 左幅 右幅 根据调查结果,对PCI进行计算,左幅PCI= 38.96%,右幅PCI=39.43%,可以看出两幅P ̄I基本 一致,都属于差的等级。 对全线断板率进行了数据分析,数据分左右幅按 公里进行统计见表4。 表4水泥路面坏板率汇总 一20一 续表 从表4可以看到,全线平均断板率左右幅均大于 20%,观测路段断板率也均大于20%,同PC1分析结 果一致全线路况非常差,必须进行大修改造。 3.2承载力调查与评定 根据上面的分析原路面承载力采用弯沉值与AR— EA进行评价,承载力评价仅进行了检测路段评价,具 体结果见表5。 从表5可以看出,代表弯沉值普遍偏大,说明承 载力已经明显下降,K578+035一K578+350段由于 测点比较少其弯沉代表值明显较其它三段小;另外通 过弯沉变异系数来看都大于30%,最大甚至达到了 104%,这也说明原路面破坏状况并不均匀,从实测单 点弯沉来看有个别值非常大,说明存在板底脱空现象 或已经丧失了承载力;另外,从AREA数值来看有一 半路段小于740 mm,其余也都接近于740 mm,根据 AASHTO经验也能说明其承载力已经明显不足,需要 进行大修改建。 3.3接缝传荷能力与脱空评定 接缝传荷能力的检测在观测路段内选定了34条 接缝与裂缝(8条裂缝)进行评价进行动差弯沉检测, 将34组检测数据统一统计,受荷载一侧弯沉代表值 为220.5 m,未受荷载一侧弯沉代表值为98.5 m;对 26条接缝检测结果进行统计,受荷载一侧弯沉代表值 为188.2 m,未受荷载一侧弯沉代表值为89.4 m。对 8条裂缝检测结果进行统计,受荷载一侧弯沉代表值 为265.5 m,未受荷载一侧弯沉代表值为113.2 m。分 别根据AASHTO标准与我国标准进行分析,板弯曲系 山东交通科技 2012年第4期 通过两种评价方法均得到,原路面状况处于较差 表6接缝与裂缝传荷系数分析 的状态,其破损状态处于差的状态,承载力明显下降, 基本不具有传荷能力,表明原路面需要进行维修改 造。但AASHTO规范的评价方法更具有适用性,同时 操作与计算简单。 AREA指标充分利用了弯沉盆的曲线特征,使得 从表6数据可以看出,无论采用AASHTO或者我 国方法进行分析,其传荷系数均小于0.5,按AASHTO 标准分析传荷能力很差需要全面大修,按我国标准评 价传荷能力处于次的等级也需要进行大修;而且,从 表中还可以看出裂缝的传荷能力要差于接缝,这是因 为在荷载应力和温度翘曲应力作用下造成断板,裂缝 产生后不能及时进封闭,雨水进入造成基层泡软,路 参考文献: 不在依靠单一弯沉指标进行评价,综合了多点弯沉数 据。传荷能力计算充分考虑的温度弯曲修正,使结果 更加向实际状况接近,从数据看K系数的增加使传荷 系数发生了变化。同时,脱空识别方法更为简单,可 操作,具有非常好的适用性。 面过度弯沉,在行车荷载的反复作用下,基层受到冲 刷,出现不同程度的脱空现象。 混凝土路面的脱空识别可以采用FWD分级加载 进行检验,本次检测对几种类型的混凝土板块进行了 [1] 山东省交通科学研究所.旧水泥混凝土路面加铺层结 构研究与应用[R].2008. [2] 山东省交通科学研究所.FWD在高等级路面结构评 价中的应用研究[R].2004. [3] JTJ 1940—2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 检验,包括完整板块、中间断裂板块、接缝破碎板块与 断角板块。检测结果表明完整板块基本上都不存在 脱空现象,其余出现破坏县现象的板块都不同程度的 [4] JTJ073.1—2001,公路水泥混凝土路面养护技术规范 [s]. [5] 邹桂莲,王绍怀等.应用FWD评价旧混凝土路面及加 铺层设计[J].建筑机械,2002(02). [6] 张凤程,应荣华,张起森.用FWD进行板下地基脱空 存在脱空现象,尤其是接缝处断裂板块脱空严重。根 据检测结果表明,应当对局部脱空严重板块进行 处理。 状况的评定[J].公路与汽运,2002(o4). 4结语 一2l一 

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