高海拔高寒冻土地区合理路面结构经济性评价

摘要

高海拔高寒冻土地区具有特殊的自然环境，主要表现为：低温、大温差、强辐射、各类冻土广泛分布，这为道路修筑带来了严峻的挑战。青藏高原道路具有使用性能衰变快，路基路面病害种类多且密度大，行车安全性和舒适性低的特点。本文通过调查青藏地区路基路面的病害情况，分析现有路基路面结构的局限性，提出了适用于高海拔高寒冻土地区的路面结构形式；采用数值模拟的计算方法，对试验路段的路面结构行为进行研究；按照“先合理后经济”的原则，计算试验路段合理路面结构的全寿命周期费用，在此基础上推荐出最经济合理的路面结构。
　　通过对高海拔高寒地区青藏公路和青康公路病害普查和典型路段的重点调查，结合青藏地区气候条件、冻土特征和交通荷载水平以及已有路基路面结构形式，分析了路基路面的病害特征及成因，提出了适用于多年冻土地区的路面结构形式。
　　以共玉高速一期工程K629+800～K634+200段为依托工程，建立了多年冻土区半刚性基层沥青路面、复合式基层沥青路面和柔性基层沥青路面以及路基的数值计算模型；确定各结构层的材料参数、本构模型，设置模型的边界条件、初始条件；数值计算路基路面结构的温度场、变形场和路面各结构层的层底拉应力，验证了试验路段复合式基层路面结构和柔性基层沥青路面结构的合理性。
　　在路面结构行为满足要求的前提下，运用造价分析软件，计算了合理路面结构的建设期费用；基于实地调研数据，利用灰色─马尔可夫预测模型对共玉高速一期工程试验路段路面使用状况PCI进行评价和预测，并据此确定试验路段的养护时机，制定养护方案，实现养护费用的计算。
　　基于全寿命周期理论，计算了共玉高速一期工程试验路段合理路面结构的全寿命周期费用，结果表明级配碎石基层沥青路面是最经济合理的路面结构。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与技术路线

第二章 高海拔高寒冻土地区公路沿线自然环境特征

2.1 工程地质条件

2.2 气候条件

2.3 多年冻土特征

2.4 小结

第三章 高海拔高寒冻土地区路面结构的提出

3.1 现有路基路面结构

3.2 路基路面病害调查

3.3 路面结构的推荐

3.4 小结

第四章 高海拔高寒冻土地区路面结构合理性验证

4.1 试验路段概况

4.2 Flac3D数值模拟

4.3 试验路段路面结构行为的模拟结果分析

4.4 小结

第五章 路面合理结构基于全寿命周期的经济性评价

5.1 公路工程全寿命周期理论

5.2 全寿命费用组成和经济评价指标

5.3 初期建设成本

5.4 大中修成本

5.5 合理路面结构寿命周期费用对比

5.6 小结

结论与建议

主要结论

进一步研究建议

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致谢