高速公路路面结构的使用状况分析与结构设计研究-中期报告

河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告1河北工业大学2014届本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：高速公路路面结构的使用状况分析与结构设计研究专业（方向）：道路桥梁与渡河工程学生信息：学号：姓名：班级：指导教师信息：姓名：职称：报告提交日期：2014年5月1日内容要求：一、公路路面使用性能评价的指标与标准1.1概述路面使用性能评价是依据所调查采集到的路面状况数据，对路面性能是否满足使用要求的程度做出判断。利用这一判断，可以了解路网的服务水平，判别整个公路路面中需要采取养护和改建措施的路段，从而为之选择相应的养护和改建对策，并作为项目优先排序的一项依据。路面使用性能可以综合为四个主要方面，分别从不同的侧面反映路面状况对行车要求的适应情况：(1)路面结构的损坏状况；(2)路面面层的行驶质量；(3)路面结构的承载力；(4)路面面层的抗滑性。公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)规定沥青路面性能评价主要指标是：路面破损状况、路面结构强度、路面平整度、路面抗滑力等四项内容。各评价内容见表1.1。表1.1路面性能评价指标单项性能指标调查指标评价指标路面破损DRPCI路面行驶质量IRIRQI强度SSIPSSI抗滑性能SFCSRI1.2路面破损状况的评价指标和标准路面结构的破损状况反映路面结构保持完整或者完好的程度，直接影响着道路的服务水平。通常所说的路面破损一般指呈现在路表面肉眼可见的破坏现象。在对路面进行路面结构的损坏评价时，须从三个方面进行描述：①损坏类型；②损坏的轻重程度；③损坏量或范围。综合上述三方面属性信息才能对路面结构破损做出恰当的评价。1.2.1调查测试的方法每个路段的路面可能会出现各种不同类型、不同严重程度以及不同范围的的损坏，而且各种损坏对路河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告2面结构的完好程度和使用性能又有不同程度的影响。因此，在评价路面破损状况时必须全面并且科学，每种破坏规定其明确的定义。目前路面破坏调查时广泛采用的是人工目测法，进行路面破损状况调查时，由2—4人组成一组，沿路面仔细观察路面各类破损情况。目测或用量尺测试路面上各类破损的长度或范围，准确至0.1m。沥青路面破损类型及其严重程度的定义可以参照《公路沥青路面养护技术规范》JTJ073.2-2001中有关规定。沥青路面破损可分为裂缝类、变形类、表层损坏或缺损类以及其他类等四大类。表1.2定义了路面损坏类型，并且规定了每种类型的具体量测和计量方法（除纵向、横向裂缝量测其长度外，其余损坏类型均量测其外接矩形的面积）。表1.2沥青路面损坏类型、定义、特征及测定方法模式损坏类型定义测量方法主要原因裂缝类纵向裂缝与道路中线大致平行的长直裂缝；并伴有少量支缝按长度乘以0.3米=A计算路基或基层沉陷；承载力不足横向裂缝与道路中线垂直的裂缝，并伴有少量支缝按长度乘以0.3米=A计算反射裂缝；低温裂缝龟裂形状类似龟背的多边形网状裂缝按外围面积计算疲劳损坏；沥青老化变形类沉陷路表面的局部凹陷按外围面积计算路基或基层沉陷车辙沿轮迹处的路表凹陷按外围面积计算面层混合料稳定性不足损耗类坑槽面层或基层混合料散失后形成的凹坑按外围面积计算严重龟裂的进一步发展，脱落磨损集料棱角磨成圆滑或平滑状；细集料散失，成麻点状按外围面积计算沥青含量少和集料粘结不良其他类修补各种损坏的局部挖除修补按外围面积计算正常损坏同一种损坏类型，不同的损坏程度对路面使用性能的影响也是不同的，在评价路面的使用性能时，还要注意必须对各种损坏按严重程度分为若干等级，损坏严重程度分级详见表1.3。河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告3表1.3损害严重程度分级破损类型分级外观描述分级指标裂缝类纵裂横裂轻缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝缝宽：≤5mm重缝壁散落重，支缝多缝宽：＞5mm龟裂轻初期龟裂，缝细，无散落，裂区无变形块度：＞50cm中裂块明显，缝较宽，无或轻散落或轻度变形块度：20～50cm重裂块破碎，缝宽，散落重，变形明显，急待修理块度：＜20cm不规则裂缝轻缝细，不散落或轻微散落，块度大块度：＞100cm重缝宽，散落，裂块小块度：50～100cm变形类沉陷轻深度浅，行车无明显不适感深度：≤25mm重深度深，行车明显颠簸不适深度：＞25mm车辙轻变形较浅深度：≤25mm重变形较深深度：＞25mm磨耗类坑槽轻坑浅，面积小（＜1m2）坑深：≤25mm重坑深，面积较大（＞1m2）坑深：＞25mm磨损不分级其他类修补不分级因破损或病害而采取修复措施进行处治，路表外观上已修补的部分与未修补部分明显不同1.2.2评价指标与标准①评价指标公路每个路段的路面可能会出现不同类型、不同严重程度和范围的损坏，在进行各路段损坏状况或程度定量比较时，需要采用一项综合评价指标。路面破损状况采用路面状况指数（PCI）进行评价，路面状况指数由沥青路面破损率（DR）计算得出。规范中沥青路面破损率DR按下式计算：100/100/AKDADDRijij（1.2-1）ijijKDD式中：DR——路面综合破损率，以百分数计；D——调查路段内的折合破损面积（m2）；河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告4A——调查路段的路面总面积（m2）；Dij——第i类损坏、j类严重程度的实际破损面积（m2）；如为纵、横向裂缝，其破损面积为：裂缝长度（m）×0.2；车辙破损面积为：长度（m）×0.4；Kij——第i类损坏、第j类严重程度的换算系数，可从《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2-2001)中查得。路面状况指数（PCI）的数值范围为0～100，其值越大，路况越好。PCI的计算公式为：412.015100DRPCI（1.2-2）式中：PCI——路面破损状况指数；DR——路面综合破损率，以百分级计；②评价标准参照现行养护规范建立的路面破损状况指数PCI的评价指标见表1.4表1.4路面破损状况指数评价指标优良中次差PCI≥85≥70～＜85≥55～＜70≥40～＜55＜401.3路面行驶质量的评价指标和标准车辆在路面行驶时，行驶舒适的状况与路面的平整度特性、车辆悬挂系统的振动特性和人对振动的反映或接受能力等三方面因素有关，但从路面使用性能评价的角度，影响路面行驶质量的最主要因素是路面平整度。此外，路面平整度与车辆的行驶速度、部件磨损、油耗、雨后行驶安全等也有密切关系。1.3.1调查测试的方法路面平整度的测定方法可分为四类。1.静态纵断面测定沿轮迹测量路表纵断面，测定精度高，但速度慢，需大量劳力。其具体方法有：（1）水准仪高程测量；（2）英国运输和道路研究所（TRRL）3m长梁测量纵断面。2.动态纵断面测定直接测量轮迹的纵断面，测定精度较高，且速度快，但设备昂贵，操作复杂。（1）法国纵断面分析仪（APL）——装在拖车上的跟随轮随地面起伏，通过量测跟随轮支承臂相对水平惯性摆的角位移，计算出车轮沿路表的竖向位移。（2）非接触式纵断面仪——不用跟随轮，利用装在车上的发生器向路表投射激光、微波、声波或红河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告5外线等，通过接受器量测其反射，由此确定路表的竖向起伏。3.反应类平整度测定系统这类仪器测定车辆以某一速度驶经不平整路面时机械系统的动态反应（竖向位移、竖向加速度等）。4.主观评分法精度要求不高时，可组织评分小组，根据乘车的体验和目测检查，对路面的行驶舒适性给予评分。依据小组平均的高低，评估路面的平整度。路面平整度检测设备一般可分为断面类和反应类两大类。断面类平整度仪是通过测量路面行车带纵向断面形状(高程)数据来计算平整度的仪器，反应类仪器则是通过安装在车体上的仪器，测量车体与道路的相对位移或车体位移加速度来计算平整度的仪器。为了适应高等级沥青路面平整度测定的需要,目前较先进的仪器是非接触式断面仪。我国现行规范《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059-95)中规定了我国目前路面平整度测定的方法有：3m直尺(T0931-95)、连续式平整度仪(T0932-95)和车载式颠簸累计仪(T0933-95)三种。在对等级较高的干线公路定期全面调查时，平整度应采用车载式颠簸累积仪进行测量，以确保路面检测的准确、快速和安全。至于3m直尺和连续式平整度仪适用于一般公路小范围的抽样调查。车载式颠簸仪的检测结果颠簸累计值VBI通常转换为国际平整度IRI。1.3.2评价指标与标准①评价指标由于实际测量中经常使用各种不同类型的平整度仪，所测得的结果表示方法也就有所不同。为了得到在时间上和空间上具有稳定特性的平整度标值，则必须建立统一标准的尺度。目前，国际平整度指数IRI(m/km)作为道路平整度测量的标准尺度被广泛采用，我国的路面管理系统也采用了这个指标。在统一平整度指标IRI的基础上，为了便于评价，建立了路面行驶质量的评价指标，即路面行驶质量指数（RQI）。我国《公路养护技术规范》(JTJ073-2001)规定，路面行驶质量指数（RQI）与国际平整度指数（IRI）的关系为：IRIRQI75.05.11（1.3-1）式中：RQI——行驶质量指数，数值范围为0～10。如出现负值，则RQI值取0；如计算结果大于10，RQI值取10。我国《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）中规定路面行驶质量指数（RQI）按式（2.2）计算。IRIaeaRQI101100（1.3-2）式中：IRI——国际平整度指数，m/km；河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告6a0——高速公路和一级公路采用0.026，其他等级公路采用0.0185；a1——高速公路和一级公路采用0.65，其他等级公路采用0.58。②评价标准参照现行的《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2一2001)，路面行驶质量评价标准应符合表1.5的规定。表1.5高等级公路沥青路面行驶质量指标的分级标准评价指标优良中次差IRI≤44～66～88～10＞10RQI≥8.5＜8.5～≥7.0＜7.0～≥5.5＜5.5～≥4.0＜4.01.4路面结构承载能力评价指标和标准路面结构的承载力是指路面在达到预定的损坏状况之前所能承受的行车荷载作用次数或使用年限。对沥青路面而言，通常采用以无破损试验（弯沉测定）为主的方法，在路表面测定路面结构的最大弯沉值和弯沉曲线，通过分析判断路面结构的承载能力。1.4.1测试方法进行路面结构承载能力评价时，最常见的方法就是现场测定路面的弯沉。弯沉测定的仪器按施加荷载的性质可分为三类：（1）静态或低速类——量测路表面在静荷载或低速（2～3km/h）行驶荷载作用下的最大弯沉（总弯沉或回弹弯沉）值。属于这一类的仪器有：承载板测定装置、贝克曼梁式弯沉仪、自动弯沉仪等。（2）稳态震动类——利用震动器在静载上施加一正弦动态力，通过间隔一定距离（30cm）布设的速度传感器（检波器）测量路表面的动弯沉曲线。属于这类的仪器有应用于公路的轻型动弯沉仪和应用于机场的重型动弯沉仪。（3）脉冲类——以一定质量从一定高度自由落下，作用于经弹簧和橡胶垫缓冲的承载板（直径30cm）上，对路面施加一半正弦的脉冲荷载，利用间隔一定距离（通常为30cm）布设的速度传感器，可测量路表面的动弯沉曲线。这类仪器称为落锤弯沉仪（FWD），这类仪器的测定速度较快，但对交通影响较大。1.4.2评价指标和标准①评价指标对沥青路面结构承载能力的评价，可采用路面结构强度指数（SSI）作为评价指标。路面强度指数按下式计算：/rsSSIll（1.4-1）河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告7《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中规定，设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按式（1.4-2）计算确定。0.2720recsblNAAA（1.4-2）式中：lr——设计弯沉值（0.01mm）；Ne——设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）；Ac——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、沥青