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        2024世界交通運輸大會 投稿須知     典型人物
        關于山區高橋隧比公路瀝青鋪裝耐久性的思考(圖)
        作者:■ 文|重慶交通大學 朱洪洲 來源:《中國公路》 時間:2023-10-12

        我國山區高速公路橋隧比高,且橋隧結構往往是交通關鍵節點,其瀝青鋪裝層耐久性對于交通安全和通暢影響較大,本文從橋隧瀝青鋪裝耐久性出發,探討橋隧路面“長壽命”的影響因素。


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        我國山區(包括丘陵和高原)面積663.6萬平方公里,約占全國國土總面積的70%。隨著經濟發展,我國高速公路建設范圍不斷擴大,并逐步向山區延伸,由于地域因素限制,山區高速公路橋隧比達70%以上,即使是平原地區,如珠三角、長三角等地區,在高速公路改擴建時,由于用地資源緊張,往往采用上跨方式,也會存在大量跨線橋、上跨橋結構。在高速公路建設過程中,橋隧比逐漸增加,部分路段“橋連著隧,隧連著橋”,這種路段往往是交通安全的關鍵節點,橋隧的通行能力影響著整個路網體系的交通效益。

        / 橋隧鋪裝的耐久性問題 /

        目前,鋼橋面瀝青鋪裝耐久性仍是世界性難題,由于橋隧結構的特殊性,橋隧路面的使用壽命往往低于普通路段路面的使用壽命。橋面鋪裝質量與鋪裝環境相關,比如在高溫時橋面溫度更高,低溫時橋面溫度更低。相對于路基段,橋面的受力較為復雜,在整個橋面板上,須承受正彎矩和負彎矩作用,為了控制橋面結構受力,橋面鋪裝瀝青層厚度通常會限制在一定范圍內,且在瀝青鋪裝施工過程中不便于振動壓實施工。此外,由于橋面鋪裝的下層是剛性的,而上層的瀝青混凝土是黏彈塑性的,因此層間的黏結也成為一個關鍵問題。

        對于隧道的瀝青層鋪裝,由于隧道結構較復雜,常在中間層采用水泥混凝土,形成仰拱,增加結構穩定性;在上層采用瀝青混凝土鋪裝。

        盡管如此,仍須進一步優化,比如提高隧道路面的抗滑性能,目前,隧道路面抗滑性衰減已成為亟待解決的問題。

        我國高速公路橋隧占比高,與國外存在很多不同,盡管目前國內對長壽命路面已經開展了一定研究,但對高橋隧比長壽命路面的研究還處于相對薄弱狀態。橋隧比達到70%至80%,意味著大量路面鋪裝在橋梁上或隧道里,而現有的瀝

        青路面設計規范、水泥路面設計規范,往往只適用于路基段,對于橋隧段的規范標準完善程度還有待提高。設計人員在進行路面設計時,對于橋隧段往往采用經驗設計法,因此,關于橋隧公路瀝青路面鋪裝還有待進一步研究。

        /基于反射裂縫的橋面鋪裝結構優化/

        橋面和隧道路面鋪裝,通常是在混凝土板上

        加鋪瀝青層,其共通之處在于都是剛性路面,而且都是在帶縫(如伸縮縫)的路面上加鋪瀝青層。目前,對于帶縫(如伸縮縫)結構的瀝青層設計,還沒有很成熟的標準和規范。而瀝青加鋪層主要破壞形式以反射裂縫為主,主要發生在下層結構接縫位置,裂縫從下而上擴展。

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        傳統路面鋪裝通?;跀嗔蚜W的方法假定裂縫向上擴展,而在此過程中,瀝青層斷裂面一般包括起裂和開裂兩個階段,即瀝青層起裂后形成裂縫,之后再向上擴展,也因此起裂與開裂兩個階段是兩種不同的狀態,其理論模型也不同。

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        在起裂階段,通過多個模型的優選,得出基于應力應變的疲勞壽命預估常規模型。在裂縫擴展的階段,通常選用Paris公式表征裂紋擴展,該模型已得到了廣泛的使用。

        引起反射裂縫擴展的因素很多,其中溫度和車輛荷載是主要因素,二者對反射裂縫的效應都非常顯著。因此,基于溫度和荷載耦合的情況,分別提出了不同的防止反射裂縫的措施。目前常見的防止反射裂縫的措施包括加級配碎石墊層、應力吸收層,以及加土工合成材料層。

        針對直接加鋪瀝青層,以及設置級配碎石層、應力吸收層和土工合成材料層的鋪裝結構,結合理論計算與數值仿真分析,同時考慮起裂壽命和裂縫擴展壽命,分別計算得到瀝青鋪裝層全壽命預估的模型。其中,尤其是在荷載作用下,出現了一次荷載作用會引起兩次反射裂縫的效應。

        基于此,得出不同加鋪結構瀝青層的相對壽命,再以直接加鋪瀝青層作為基準結構,根據系數預估不同防反射裂縫加鋪措施中瀝青層的反射裂縫壽命。在橋隧路面鋪裝瀝青層分析中,應將反射裂縫納入橋面耐久性的考慮范圍之內。

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        / 基于加速加載的隧道鋪裝優化 /

        在隧道路面鋪裝過程中,不管是否有仰拱,都須加填水泥混凝土層,并在水泥混凝土面板上加鋪瀝青層,這是目前國內常用的做法。實際上,在前期大量隧道建設中,隧道路表面沒有瀝青層,僅采用水泥混凝土面層,如今日本很多隧道內的路面仍采用水泥混凝土面層?;谧非笫孢m性的目的,為降低水泥混凝土路面板的噪音,國內隧道路面逐漸加鋪瀝青層,但沿用了原有的水泥混凝土板基層。

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        A600全環境加速加載試驗系統

        基于加速加載的試驗系統,在浙江隧道內開展加速加載試驗,選用了四種隧道路面結構方案,包括復合型路面、鋼筋混凝土(C40混凝土)基層路面、“C40素混凝土+應力吸收層”路面和柔性路面。通過研究發現,無論從投資成本,還是長期的使用性能方面,復合型路面和柔性路面兩種隧道路面結構都更具有優勢。

        隧道內溫度狀況和荷載狀況并不比常規路段惡劣,因此,車轍問題并不顯著。但隧道內路面受水的影響較大,這導致隧道路面水損害和抗滑問題嚴重。因此,在未來研究中,希望能夠對現有隧道路面進行結構優化,同時保證長期的使用性能。

        /對高橋隧比公路瀝青鋪裝的思考/

        水的影響

        在路面設計中往往低估了水的影響,特別是橋面中水的影響。由于橋面的施工壓實難度大,在貼縫(如伸縮縫)的地方,水不可避免地會進入結構層,進而嚴重影響路面狀況,且實驗表明,有水狀態下,瀝青混合料疲勞壽命較無水狀態小70%至80%。因此,對于橋面與隧道面而言,防水黏結層是關鍵。大量的混凝土橋面,包括隧道的水泥混凝土、橋面上的瀝青層鋪裝,路面的損壞、病害大部分都與層間黏結有關。目前常通過拉拔實驗或者抗堿實驗評價層間的黏結強度,但這種方法并不一定合適。實驗表明,在水泥混凝土路面上鋪設瀝青加鋪層時,對比不同層間界面的黏結方式,結果顯示,聚酯玻纖布黏結性能最好。最初其黏結強度并不存在優勢,但經過水中浸泡,通過抗堿強度實驗,發現該材料抗堿強度的水穩定性比較好,水敏感性較低。

        在實際應用中,橋面的排水非常容易出問題,良好的排水狀況可使路面帶縫(如伸縮縫)工作。設置足夠的、良好的排水系統,對橋面瀝青層的鋪裝質量將產生顯著效果。

        質量的控制

        無論是長壽命路面,還是高橋隧比路面的瀝青鋪裝層,質量的控制都是非常關鍵的。目前,我國的長壽命路面研究已經鋪設了很多試驗路,累積了一定的理論研究基礎,但如果沒有良好的施工品質做保障,所有的設計方法,都將毫無意義。高速公路路面從一開始的材料到結構,再從設計到施工,是一個串聯系統。對一個串聯系統而言,其中任何一個環節的失敗,都將導致整個系統的崩潰。

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        【編輯: 任 燕】

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