连霍高速改扩建工程路基路面协调性技术研究

摘要

高速公路的改扩建在我国还是一个刚刚开始的新生事物，如何进行改扩建没有成熟的经验可循，从设计到施工，高速公路改扩建工程尚无统一的规范和标准，现行的规范、标准尚不能涵盖扩建工程的所有项目。同时，高速公路改扩建中约束的条件多，用新建工程的设计方法不能解决改扩建问题。我国高速公路改扩建始于本世纪初，目前关于高速公路的加宽技术研究也主要集中在新旧路堤的不协调变形及控制技术，现行《公路路基设计规范》对旧路加宽有明确的指标和设计要求，但对于平原软土地区而言，其深度和广度远远不够，因此有必要对改扩建工程路基路面协调性进行深入的研究。 根据改扩建道路的特点进行了以下几点研究： （1）针对连霍高速公路郑州段的旧沥青路面特征，对原有道路的交通状况、路面结构层厚度、结构整体强度、破损状况、路基状况进行了调查分析。通过对轴载谱和轮迹横向分布特点进行研究，为轴载称重调查法绘制的轴载谱和按不同车道设计路面结构奠定了基础；在路面结构整体强度评价中，对比分析了FWD三层体系和四层体系的反算模量结果；在路基路面协调性研究中，重点分析了横向裂缝对旧路强度的影响，得到裂缝边缘的强度变化规律；提出适合于改扩建工程的新路面使用性能状况综合评价指数PCQI，根据路面加宽过程中新旧路面结构的实际，对不同评价结果路段的新建路面结构和旧路面加铺结构提出了相应的建议和处理措施。 （2）研究中考虑了三种地基处理方法，即原地表冲击、级配碎石+土工格栅和薄壁管桩处理技术，运用ABAQUS有限元软件对加宽后地基及路基的差异沉降进行了分析，考察了地基处理方式、路堤填筑高度和时间对地基及路基沉降变形性状的影响，分析了每种处理方式下，各种因素对处治效果的影响。最后得到了新老路三种不同路面结构组合对路堤差异沉降的影响。 （3）通过旧路调查和旧路处治过程的数据采集，分析并比较水泥压浆和高聚物注浆的处治效果。建立了ABAQUS有限元计算模型，分析其在车轮荷载作用下的内部响应。建立加宽处路面的有限元模型，分析了加铺层结构类型、加铺层各层材料参数及尺寸的变化等对加铺效果的影响，为选用合适的加铺层路面结构组合提供依据。 （4）新旧路基路面由于道路施工时间的差异，造成路基固结程度及各结构层压缩程度的不同，从而造成新旧路基的差异沉降，导致结合部路而出现裂缝、破损、沉陷和行车不舒适等现象。通过建立加宽路面的有限元计算模型，分析了路面结构组合类型、路面结构控制层材料和尺寸参数变化的影响，为新建路面结构的选取提供参考依据。提出了柔性基层沥青路面的差异沉降分级标准和控制指标，并与基于PSI法的路况分级标准进行了比较。

目录

文摘

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第一章 概论

1.1 我国高速公路改扩建概况

1.1.1 广佛高速公路

1.1.2 沪杭甬高速公路

1.1.3 沈大高速公路

1.1.4 沪宁高速公路

1.2 国内外研究概况

1.2.1 旧路的调查与分析

1.2.2 路基工程的变形协调性

1.2.3 路面工程的结构协调性

1.3 主要研究内容及技术路线

第二章 高速公路改扩建工程旧沥青路面调查与分析

2.1 主要调查内容与方法

2.1.1 交通状况调查

2.1.2 路面结构层厚度调查

2.1.3 路面结构整体强度调查

2.1.4 路面破损状况调查

2.1.5 路基状况调查

2.2 交通状况分析

2.2.1 轴载组成分析

2.2.2 轮迹横向分布系数分析

2.3 路面结构层厚度分析

2.4 路面结构整体强度分析

2.4.1 整体强度的评价方法

2.4.2 调查数据分析

2.4.3 路面结构整体强度评价

2.5 路面损坏状况分析

2.5.1 评价指标

2.5.2 路面损坏状况评价

2.6 旧路路基路面状况分析

2.6.1 路面使用性能状况分析

2.6.2 路基状况分析

2.7 本章小结

第三章 连霍高速公路公路改扩建工程路基协调性分析

3.1 沿线路基状况的调查与分析

3.1.1 调查内容及方法

3.1.2 分析评价

3.2 不同地基处理方法的路基协调性分析

3.2.1 有限元基本理论及计算模型

3.2.2 连霍高速公路郑州段的地基处理技术

3.2.3 地基变形影响因素分析

3.2.4 土工格栅处理技术

3.2.5 薄壁管桩处理技术

3.2.6 级配碎石处理技术

3.3 路面结构组合对新老路基不均匀沉降的适应性分析

3.3.1 路面结构组合类型

3.3.2 计算结果与分析

3.4 路床施工的质量控制

3.4.1 路肩挖除

3.4.2 压实度控制

3.5 本章小结

附图

第四章 裂缝对加铺路面结构的影响分析

4.1 连霍高速公路旧路裂缝测试与分析

4.2 旧路面不同破坏类型的处治方法及分析

4.2.1 试验段概况

4.2.2 工艺流程

4.2.3 水泥压浆和高聚物注浆效果评价

4.3 旧路裂缝对加铺路面结构的影响分析

4.3.1 力学分析方法与模型

4.3.2 裂缝破坏程度对加铺层影响分析

4.3.3 面层模量影响分析

4.3.4 下面层厚度影响分析

4.4 本章小结

第五章 工后差异沉降对不同路面组合的影响分析

5.1 计算模型的建立

5.1.1 材料参数

5.1.2 路面结构组合设计

5.1.3 有限元的假定

5.1.4 位移荷载的施加

5.2 工后差异沉降对加宽路面结构组合影响分析

5.2.1 不同路面结构组合影响分析

5.2.2 新建路面级配碎石基层厚度影响分析

5.2.3 新建路面级配碎石层模量影响分析

5.3 工后差异沉降分级及控制标准

5.3.1 差异沉降简化模型

5.3.2 路面结构对差异沉降的力学响应

5.3.3 平整度对差异沉降指标的要求

5.3.4 差异沉降的标准与分级

5.3.5 与PSI法对比

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 进一步研究方向

致谢

参考文献

攻博期间发表的学术论文及参与项目