一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种沥青路面维修设计方法，具体涉及一种半刚性基层沥青路面的结 构性维修设计方法。
【背景技术】
[0002] 截止2013年底，中国的高速公路已突破10万公里，总里程跃踞世界第一。从上世 纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，尤其是1998年中国实施积极的财 政政策以来，公路建设开工项目之多、投资数量之大举世瞩目。公路建设不仅是国民经济的 支柱产业，更是能源与资源的消耗大户，面临着资源节约与环境保护的艰巨任务和重要责 任。
[0003] 半刚性基层沥青路面作为我国公路路面的主要结构形式，其在寿命周期内的使用 性能直接决定了路网的服务水平。在交通荷载和自然因素的反复作用下，路面结构性能逐 渐下降，最终导致无法满足荷载使用要求。同时，为满足不断增加的交通量，必须采取相应 的补强和改建措施，使路面的结构性能得以恢复，甚至提高。据估算，当前我国每年约有 12%的沥青路面需要维修，而国内常规的结构性维修设计方法基本上是依据新建沥青路面 设计规范当中的设计思路对各结构层底部力学响应进行简单验算，设计指标过于单一，无 法反映旧路加铺维修后的服务寿命。因此，有必要在现有研宄的基础上进一步提出半刚性 基层沥青路面的结构性维修设计方法，明确公路改建设计时不同维修方案所对应的使用年 限，以使得公路工程维修决策更加科学合理。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种半刚性基层沥青路 面结构性维修设计方法，通过计算不同沥青层加铺厚度对应的改建路面结构使用寿命，分 析沥青路面的合理加铺厚度，解决了现有技术的不足。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种半刚性基层沥青路 面结构性维修设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据路面状况指数PCI对路标 开裂情况进行评级，对于开裂情况中等及以上的沥青路面通过落锤式弯沉仪FWD配合路面 钻芯取样，以获得路面各个结构层的参数；所述参数包括各结构层的厚度及模量；沥青加 铺层（4)的混合料疲劳性能可通过测试体积参数并带入经验公式进行预估，也可通过室内 疲劳试验实测获得；建立3D路面加铺结构有限元模型，计算裂缝（5)位置处沥青加铺层 (4)底部最大等效应变eVM，将eVM代入疲劳方程并采用环境修正系数对路面疲劳寿命加以 修正，最终得到沥青加铺层的（4)厚度。
[0006] 进一步的，路面各个结构层包括路基（1)、旧路半刚性基层（2)和旧路沥青面层 (3)；
[0007] 获得所述路面各个结构层的参数具体方法为：通过落锤式弯沉仪FWD反算或采用 有损检测方式取得路基（1)、旧路半刚性基层（2)、旧路沥青面层（3)的回弹模量，并通过探 地雷达GPR或钻芯取样方式获得路面各层厚度参数，作为路面加铺维修的设计参数；所述 模量及厚度应将具有95%保证率的下分位值作为参数代表值。
[0008] 进一步的，加铺沥青层（4)混合料的疲劳性能评价方法，具体方法为：
[0009] 针对配合比设计完成后的沥青混合料进行室内小梁弯曲疲劳试验获得其抗疲劳 性能，根据试验结果对疲劳方程式Nf= a(l/ e 中的相关参数进行修正；式中，Nf为加载 的重复荷载作用次数，e ^为沥青混合料小梁底部中心位置的拉应变，a、b为材料的疲劳性 能参数。
[0010] 进一步的，裂缝（5)位置处沥青加铺层（4)底部最大等效应变e VM的计算方法具 体为建立3D有限元模型，并带入下式进行计算：
【主权项】
1. 一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 根据路面状况指数PCI对路表开裂情况进行评级，对于开裂情况中等及以上的沥青路面通 过落锤式弯沉仪FWD配合路面钻芯取样，获得路面各个结构层的参数；所述参数包括旧路 各结构层的厚度与模量；沥青加铺层（4)混合料的疲劳性能可通过测试体积参数并带入经 验公式进行预估，也可通过室内疲劳试验实测获取；建立3D路面加铺结构有限元模型，计 算裂缝上方沥青加铺层（4)底部最大等效应变ε νΜ，将ενΜ代入疲劳方程并采用环境修正 系数对路面疲劳寿命加以修正，最终得到沥青加铺层的（4)厚度。
2. 如权利要求1所述的一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法，其特征在于， 所述路面各个结构层包括路基（1)、旧路半刚性基层（2)和旧路沥青面层（3); 获得所述路面各个结构层的参数具体方法为：通过落锤式弯沉仪FWD反算或采用有损 检测方式取得路基（1)、旧路半刚性基层（2)、旧路沥青面层（3)的回弹模量，并通过探地雷 达GPR或钻芯取样方式获得路面各层厚度，作为路面加铺维修的设计参数；所述模量及厚 度应将具有95%保证率的下分位值作为参数代表值。
3. 如权利要求1所述的一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法，其特征在于， 包括加铺沥青层（4)混合料的疲劳性能评价方法，具体方法为： 针对配合比设计完成后的沥青混合料进行室内小梁弯曲疲劳试验获得其抗疲劳性能， 根据试验结果对疲劳方程式Nf= a(l/ ε Jb中的相关参数进行修正；式中，Nf为加载的重复 荷载作用次数，ε ^为沥青混合料小梁底部中心位置的拉应变，a、b为材料的疲劳性能参数。
4. 如权利要求1所述的一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法，其特征在于， 所述裂缝（5)位置处沥青加铺层（4)底部最大等效应变ε νΜ的计算方法为建立3D有限元 模型，并按下式进行计算：
b.卯仪利安豕i所还的一W平刚丨王_坛沏言蹐囬结构?王维修设计方法，其特征在于， 所述环境修正系数的具体计算方法为：调查公路工程所在地的气象资料，所述气象资料包 括当地的设计最高温度、设计最低温度以及当地的月平均气温；所述设计最高温度为当地 近7天最高平均气温；所述设计最低温度为当地年极端最低气温；根据气象资料分别计算 老化修正系数、温度修正系数和现场修正系数。
【专利摘要】本发明公开了一种半刚性基层沥青路面结构性维修设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据路面状况指数PCI对路表开裂情况进行评级，对于开裂情况中等及以上的沥青路面通过落锤式弯沉仪FWD配合路面钻芯取样，获得路面各个结构层的设计参数；所述参数包括旧路各结构层的厚度及模量；检测加铺层沥青混合料的疲劳性能，可通过测试体积参数并带入经验公式进行预估，也可通过室内疲劳试验实测获取；建立3D路面加铺结构有限元模型，计算裂缝位置处沥青加铺层底部最大等效应变εVM，将εVM代入疲劳方程并采用环境修正系数对路面疲劳寿命加以修正，最终得到沥青加铺层的厚度。
【IPC分类】E01C23-01
【公开号】CN104727207
【申请号】CN201510150613
【发明人】黄晓明, 祝谭雍, 高英
【申请人】东南大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日