预估高速公路沥青路面剩余寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种预估高速公路沥青路面剩余寿命的方法，包含以下步骤：根据待预测的沥青混凝土路面结构，在Bisar程序内建立相应的计算模型，以结构层厚度和模量为计算参数，计算在标准荷载作用下沥青路面各结构层底受到的拉伸应变；现场对高速公路沥青路面的硬路肩、超车道和行车道的分别钻孔取芯；对各车道的芯样进行控制应变的劈裂疲劳试验；采集疲劳试验过程中劈裂模量与荷载作用次数的关系曲线，比较各车道的疲劳试验曲线，并结合沥青路面建成通车以来统计得到的交通量数据，预测沥青路面各车道的剩余疲劳寿命。本发明专利技术可准确预测沥青路面的剩余疲劳寿命，克服了长期以来路面维修时机选择的人为随机性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于浙青混凝土路面使用性能的检测与评价领域，具体涉及浙青混凝土路面剩余寿命的预估方法。
技术介绍
随着交通运输事业的不断进步，中国的公路建设事业取得了长足的发展，截止 2010年底，全国高速公路通车总里程达7. 4万公里。在已经建成通车的公路中，浙青混凝土路面占到了绝大多数的比例。在我国，公路一般按照使用寿命(服务年限)进行设计，比如我国的高速公路浙青路面的设计寿命为15年，高速公路浙青路面的结构层厚度与材料的选择是以满足15年使用期内道路不进行结构性维修为原则。尽管道路设计过程中，拟定了道路的使用寿命，但是由于设计交通量预估得较为保守、车辆大型化和重型化以及道路施工质量控制不够严格等原因，可能造成道路在建成通车后、没有达到设计年限前即出现了各种类型的破坏，影响了车辆的正常行驶，需要提前进行路面结构性的维修与改造。调查发现，目前未达到设计使用年限即进行大面积结构性维修的浙青混凝土路面比较普遍。但是，在路面出现了一些病害后，何时进行结构性的维修、采用什么样的方案维修尚没有形成统一的规定。一些道路管理部门通过观察路表破坏的严重程度来决定道路维修的时机，比如当道路表面出现了大面积网状裂缝，影响了车辆行驶的安全性时，一般认为道路出现了疲劳破坏，需要对其进行维修改造；还有一些管理部门在路面出现较大程度的不均勻沉降，导致车辆不能快速安全通过时，认为结构性改造的时机已到。尽管这些方法通过对路面结构的病害观察，能够对路面结构的剩余寿命进行定性的评价，从而确定路面结构维修的时机，但是它们存在的缺陷也显而易见，主要表现在(1)选择路面维修的时机只是根据自身对路表状况的感观判断，具有明显的主观性和随意性，缺乏对路面材料力学性能， 尤其是剩余疲劳寿命客观定量的评价；( 对于路面维修改造所采用的方案，一般也都是参照同类工程、根据经验决定采用直接加铺、铣刨加铺还是其它方案，加铺方案的拟定也很少充分考虑到原有路面材料的性能。综上所述，目前关于浙青路面维修改造时机和维修改造所采用的技术方案，都没有能够充分考虑到旧浙青路面的力学性能，尤其是剩余疲劳寿命。由此可能带来路面改造时机的把握不够准确，比如会出现在旧路面的疲劳寿命仍有较大剩余量的时候进行维修， 降低了旧路面的使用效率，造成资源浪费；或者在旧路面的疲劳寿命较小时没有采取维修和交通疏导等措施，导致路面功能出现快速下降，影响了车辆的正常行驶。因此，有必要对原有路面进行剩余疲劳寿命的预估以决定路面维修改造的时机。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供预估高速公路浙青混凝土路面剩余疲劳寿命的方法，以定量的确定浙青路面的改造和维修时机。技术方案3预估高速公路浙青路面剩余寿命的方法，其特征在于包含以下步骤步骤一根据待预测的浙青混凝土路面结构，在Bisar程序内建立相应的计算模型，以结构层厚度和模量为计算参数，计算在标准荷载作用下浙青路面各结构层底受到的拉伸应变；步骤二 现场对浙青路面的硬路肩、超车道和行车道的分别钻孔取芯；在实验室内，对各车道的芯样进行控制应变的劈裂疲劳试验，施加的应变水平为步骤一计算得到的拉伸应变；步骤三采集疲劳试验过程中劈裂模量与荷载作用次数的关系曲线，比较各车道关系曲线，并结合浙青路面建成通车以来的交通量数据，预测浙青路面各车道的剩余疲劳寿命Ncs=JC—N(1)c，s N▼CNcx=J-·Ν(2)N▼X式中，N。,S，N。,X分别是超车道和行车道的剩余疲劳寿命；Ny为硬路肩处试样疲劳破坏时对应的疲劳寿命；N。，Nx分别是超车道和行车道处试样已经经受的荷载作用次数；N为待预估的浙青路面建成后的通车时间。所述步骤一的标准荷载为双圆100KN的荷载。所述步骤二的浙青路面硬路肩为紧急停车道。所述步骤二的钻孔取芯数量每个车道不能少于10个。所述步骤三的N。和Nx分别是以硬路肩处芯样的模量为基准，超车道和行车道材料模量降低幅度所对应的荷载作用次数。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是(1)在路面疲劳寿命预估方面，通过路面各车道芯样的劈裂疲劳曲线的比较，定量的描述各车道剩余疲劳寿命，便于准确预测浙青路面的维修时机；( 克服了长期以来在路面维修时机选择时的人为随机性，以及维修时路面结构仅以同类工程经验为主要依据的弊端。附图说明图1为路面各车道中芯样的劈裂模量与荷载作用次数关系曲线；图2为各车道中芯样的剩余寿命关系图；图3为某条高速公路各车道的疲劳曲线图。其中1-硬路肩；2-行车道；3-超车道；4-超车道的荷载作用次数；5-行车道的荷载作用次数；6-硬路肩疲劳破坏时的荷载作用次数；7-某条道路的硬路肩处材料的疲劳曲线；8-某条道路的超车道处材料的疲劳曲线；9-某条道路的行车道处材料的疲劳曲线。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术所述的预估浙青混凝土路面剩余寿命的方法做进一步详细描述。以待预估的浙青路面结构层厚度和模量为输入参数，采用Bisar计算程序，计算在100KN单轴双圆荷载作用下浙青混凝土结构层底受到的拉伸应变。在浙青路面的行车道、超车道和硬路肩三个部位进行现场取芯。以计算得到的应变为控制指标，对钻取得到的试样进行劈裂疲劳试验，获得各部位芯样的劈裂模量与荷载作用次数的关系曲线，典型的疲劳试验曲线如图1所示。在图1 中，硬路肩处试样的疲劳曲线1可代表没有经过车辆荷载作用，没有疲劳损伤的浙青混合料的疲劳曲线；行车道处试样的疲劳曲线2为经过行车道上车辆荷载多次作用，在经历了较大疲劳损伤后的材料疲劳曲线；超车道处试样的疲劳曲线3为经历了一定疲劳损伤后的材料疲劳曲线。由于行车道上车辆的通行速度往往较超车道要小，且车辆荷载往往大于超车道上车辆，因此疲劳曲线2要处于疲劳曲线3的下方。对于图1所示的各车道典型的疲劳曲线，可进行如图2所示的处理，以劈裂模量的降低代表路面经过车辆多次作用引起的材料疲劳损伤，并以模量降低值所对应的荷载作用次数反映各车道已经经历的实际荷载作用。按此思路，可以得到超车道已经经受的荷载作用次数4、行车道经受了的荷载作用次数5，以及没有经过疲劳损伤的硬路肩位置可以经受的荷载作用次数6。并按照式(1)和式(2)分别估算超车道和行车道的剩余疲劳寿命。权利要求1.预估高速公路浙青路面剩余寿命的方法，其特征在于包含以下步骤步骤一根据待预测的浙青混凝土路面结构，在Bisar程序内建立相应的计算模型，以结构层厚度和模量为计算参数，计算在标准荷载作用下浙青路面各结构层底受到的拉伸应变；步骤二 现场对浙青路面的硬路肩、超车道和行车道的分别钻孔取芯；在实验室内，对各车道的圆柱体芯样进行控制应变的劈裂疲劳试验，施加的应变水平为步骤一计算得到的拉伸应变；步骤三采集疲劳试验过程中劈裂模量与荷载作用次数的关系曲线，比较各车道关系曲线，并结合浙青路面建成通车以来的交通量数据，预测浙青路面各车道的剩余疲劳寿命Ncs=JC-N(1)’ NcNcx=JX-N(2)’ Nx式中，N。,S，N。,X分别是超车道和行车道的剩余疲劳寿命；Ny为硬路肩处试样疲劳破坏时对应的疲劳寿命；N。，Nx分别是超车道和行车道处试样已经经受的荷载作用次数；N为待预估的浙青路面建成后的通车时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤一的标准荷载为单轴双轮100KN 的荷载。3.根据权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，陈景雅，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：