新疆高速公路柔性基层沥青路面设计与施工_杨新龙申爱琴徐岩_9787513073851

本书旨在为从事公路设计与施工的工程技术人员提供柔性基层沥青路面设计、施工的基本指标、方法及相关参数，为工程实践提供技术参考。本书首先介绍了国内外高速公路柔性基层沥青路面发展概况，然后分别论证和介绍了新疆柔性基层沥青路面对交通及气候环境的适应性、新疆柔性基层沥青路面结构的设计指标及影响因素、基于新疆气候环境的柔性基层沥青路面结构优化方法、新疆高速公路柔性基层沥青路面材料优化设计、新疆高速公路级配碎石施工关键技术，最后对柔性基层沥青路面的推广应用前景做了简要论述。本书可供交通、市政及相关领域的工程技术人员参考，也可供科研院所、高等院校的师生等阅读参考。

进入２１世纪以来，尤其是２０１０年以来，新疆公路交通基础设施建设进入了发展的快车道，截至２０１９年年底，新疆公路总里程达到近２０万公里，其中高速公路总里程超过５３００公里。半刚性基层沥青路面由于具有板体性好、整体强度高、建设成本相对经济等优点，基本成为新疆乃至全国高速公路采用的主流的路面结构形式。众所周知，半刚性基层沥青路面有着先天性的、源于自身材料及结构特点的“顽症”，如半刚性基层材料的温缩和干缩导致的沥青面层早期开裂，半刚性基层材料在水与荷载、温度的综合作用下出现的基层唧泥等。新疆由于年、日大温差特殊气候环境的原因，这些“顽症”表现得更为突出。虽然多年来我国包括新疆的广大交通科研工作者、设计和施工单位的科研人员与工程技术人员进行了合力攻关，但实践证明，要么效果不大，要么成本过高，难以从设计上找到根本的解决之道。柔性基层沥青路面在国外特别是美国及欧洲国家有着较为广泛的运用，是国外高速公路普遍采用的沥青路面结构形式。该种路面不仅可以较好地解决半刚性基层路面的上述问题，而且路面使用寿命更长，全寿命周期成本更低。国内的专家和科研人员对柔性基层沥青路面结构也进行了多年的研究和探索，柔性基层沥青路面作为一种高等级路面结构形式已在我国部分省份进行了一定规模的铺筑，并取得了较好的效果，显示出良好的应用前景。本书主要以新疆维吾尔自治区交通运输厅２０１３年立项的科技攻关研究项目——新疆荒漠区高速公路柔性基层沥青路面成套技术研究为基础，经总结提炼写作而成。该项目由新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院、长安大学等组成的研究团队历时６年共同完成，期间得到了新疆维吾尔自治区交通运输厅有关领导和专家的大力支持和帮助，在此表示衷心感谢。本书主要基于新疆交通环境气候特点，针对新疆柔性基层沥青路面设计施工中存在的关键问题，借鉴国内外学者最新的研究成果，阐述了柔性基层沥青路面对新疆交通及气候环境的适应性，研究了新疆不同区划的柔性基层沥青路面结构设计指标、不同区划的柔性基层沥青路面结构设计和优化及级配碎石材料的级配设计和优化方法等，为从事高速公路柔性基层设计与施工的工程技术人员提供设计、施工的基本思路、方法及相关参数。本书中的研究成果不仅可为新疆各区划中柔性基层沥青路面的结构设计及应用奠定理论基础，丰富新疆高等级公路的结构形式，而且可为我国其他地区柔性基层沥青路面的应用提供技术借鉴和参考。限于笔者的学识水平和实践经验，书中难免存在不足之处，恳请读者不吝赐教，敬请同行批评指正。

第１章绪论…………………………………………………………………………………… １１.１国内外高速公路柔性基层沥青路面发展概况……………………………… １１.１.１柔性基层沥青路面设计方法及结构形式……………………………………… １１.１.２沥青路面结构优化设计方法发展现状………………………………………… ４１.１.３级配碎石基层的级配设计及施工发展现状…………………………………… ５１.１.４国内外研究和应用现状评析…………………………………………………… ７１.２本书主要内容……………………………………………………………………… １１第２章新疆柔性基层沥青路面对交通及气候环境的适应性……………………… １３２.１新疆大温差气候及交通环境和柔性路面结构参数的确定……………… １３２.１.１新疆公路交通组成及交通荷载图式………………………………………… １３２.１.２新疆的气候特点、气候分区及感温性材料参数…………………………… ２０２.１.３新疆常用沥青路面结构及其特点…………………………………………… ２７２.１.４拟定新疆柔性基层沥青路面结构及其特点………………………………… ２８２.１.５路面材料参数的确定………………………………………………………… ２９２.１.６级配碎石特性及其参数……………………………………………………… ３２２.１.７力学指标分析………………………………………………………………… ３７２.２新疆柔性基层沥青路面对交通荷载的适应性……………………………… ３８２.２.１有限元模型的建立…………………………………………………………… ３８２.２.２动载荷载图式对柔性基层沥青路面力学响应的影响……………………… ４０２.２.３胎压对柔性基层沥青路面力学响应的影响………………………………… ４２２.２.４动载高轴重胎压工况下柔性基层沥青路面的力学响应…………………… ４６２.２.５新疆柔性基层沥青路面对动载的适用条件………………………………… ４９２.３新疆柔性基层沥青路面结构对环境的适应性……………………………… ４９２.３.１路基回弹模量对柔性基层沥青路面结构的影响…………………………… ４９２.３.２柔性基层沥青路面对南疆高温地区的适应性……………………………… ５１２.３.３柔性基层沥青路面对北疆寒冷地区的适应性……………………………… ６１２.３.４柔性基层沥青路面对新疆大温差环境的适应性…………………………… ６８２.３.５柔性基层沥青路面对新疆各区划环境的适应性条件……………………… ８４２.４小结…………………………………………………………………………………… ８５第３章新疆柔性基层沥青路面结构的设计指标及影响因素……………………… ８７３.１新疆全柔性基层沥青路面结构设计指标…………………………………… ８７３.１.１新疆不同公路区划内沥青路面损害特征…………………………………… ８７３.１.２基于剪切破坏的设计指标及影响因素分析………………………………… ９２３.１.３沥青路面各设计指标敏感性分析…………………………………………… ９３３.１.４全柔性基层沥青路面结构设计指标的确定………………………………… ９６３.２新疆组合式基层沥青路面结构设计指标…………………………………… １００３.２.１基于半刚性底基层开裂破坏的设计指标及影响因素分析………………… １００３.２.２组合式基层沥青路面各设计指标敏感性分析……………………………… １０１３.２.３组合式基层沥青路面结构设计指标的确定………………………………… １０５３.２.４新疆柔性基层沥青路面设计方法…………………………………………… １０３.３沥青层厚度及模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律………… １１２３.３.１沥青层受拉状态随沥青层厚度及模量的变化……………………………… １１４３.３.２沥青层及级配碎石层剪应力随沥青层厚度及模量的变化………………… １１６３.３.３半刚性基层拉应力随沥青层厚度及模量的变化…………………………… １２０３.３.４路基顶面压应变随沥青层厚度及模量的变化……………………………… １２１３.３.５沥青层模量及厚度参数推荐范围…………………………………………… １２３３.４基层厚度及模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律……………… １２３３.４.１对路表弯沉的影响…………………………………………………………… １２４３.４.２对沥青层拉应变的影响……………………………………………………… １２６３.４.３对沥青层及级配碎石层剪应力的影响……………………………………… １２９３.４.４对半刚性基层拉应力的影响………………………………………………… １３４３.４.５对路基顶面压应变的影响…………………………………………………… １３５３.４.６基层模量及厚度参数范围推荐……………………………………………… １３７３.５路基回弹模量变化对拟定路面结构各指标的影响规律……………… １３８３.５.１路基回弹模量对路表弯沉的影响…………………………………………… １３８３.５.２对沥青层受拉和受剪的影响………………………………………………… １３９３.５.３对级配碎石层剪应力的影响………………………………………………… １４０３.５.４对半刚性基层拉应力的影响………………………………………………… １４１３.５.５对路基顶面压应变及路表弯沉的影响……………………………………… １４２３.５.６路基回弹模量合理参数推荐………………………………………………… １４３３.６小结………………………………………………………………………………… １４４第４章基于新疆气候环境的柔性基层沥青路面结构优化……………………… １４６４.１新疆Ⅰ区和Ⅱ区低温环境下柔性基层沥青路面的指标响应………… １４６４.１.１沥青层厚度的变化对力学性能的影响……………………………………… １４６４.１.２不同级配碎石层厚度下的力学指标………………………………………… １４９４.１.３半刚性底基层厚度的变化对沥青层开裂的影响…………………………… １５２４.２新疆Ⅲ区环境下柔性基层沥青路面的指标响应………………………… １５４４.２.１级配碎石层厚度对力学指标的影响………………………………………… １５４４.２.２半刚性底基层厚度的变化对力学指标的影响……………………………… １５９４.３新疆Ⅳ区高温环境下柔性基层沥青路面的指标响应…………………… １６２４.３.１车辙控制指标受沥青层厚度变化的影响规律……………………………… １６２４.３.２车辙控制指标随级配碎石层厚度变化的规律……………………………… １６６４.３.３半刚性底基层厚度的变化对车辙控制指标的影响………………………… １６９４.４基于新疆不同区划的柔性基层沥青路面结构推荐……………………… １７２４.５小结………………………………………………………………………………… １７５第５章新疆高速公路柔性基层沥青路面材料优化设计………………………… １７７５.１级配碎石的应用状况及强度形成机理……………………………………… １７７５.１.１级配碎石的应用状况………………………………………………………… １７７５.１.２级配碎石强度形成机理……………………………………………………… １７９５.２级配碎石基层的层位功能与适用性………………………………………… １８１５.２.１级配碎石的层位功能特点…………………………………………………… １８１５.２.２级配碎石材料的适用范围…………………………………………………… １８２５.３新疆自然环境特点与碎石供应现状………………………………………… １８３５.３.１自然环境特点………………………………………………………………… １８３５.３.２碎石材料供应………………………………………………………………… １８４５.４级配碎石原材料技术性能……………………………………………………… １８４５.４.１原材料物理力学性能测试…………………………………………………… １８４５.４.２原材料耐久性能测试………………………………………………………… １８５５.５级配碎石材料级配优化设计…………………………………………………… １８７５.５.１级配设计理论………………………………………………………………… １８７５.５.２级配碎石设计指标的确定…………………………………………………… １８９５.５.３基于逐级填充试验的级配碎石的级配设计………………………………… １９０５.５.４骨架密实型级配碎石优化设计……………………………………………… １９５５.６级配碎石的物理力学性能……………………………………………………… １９７５.６.１力学性能……………………………………………………………………… １９７５.６.２抗剪切性能…………………………………………………………………… ２０２５.６.３抗永久变形能力……………………………………………………………… ２０６５.７柔性基层材料设计指标及方法……………………………………………… ２０８５.７.１级配碎石材料设计指标及要求……………………………………………… ２０８５.７.２级配碎石材料设计方法……………………………………………………… ２１１５.７.３新疆级配碎石设计流程图…………………………………………………… ２１２５.８小结………………………………………………………………………………… ２１３第６章新疆级配碎石施工关键技术…………………………………………………… ２１４６.１依托工程概况…………………………………………………………………… ２１４６.１.１工程简介……………………………………………………………………… ２１４６.１.２试验段路面结构……………………………………………………………… ２１４６.２级配碎石生产配合比设计……………………………………………………… ２１５６.２.１生产配合比初选……………………………………………………………… ２１５６.２.２生产配合比物理力学性能…………………………………………………… ２１６６.３新疆级配碎石压实控制指标与碾压方案…………………………………… ２１７６.３.１散体材料压实理论…………………………………………………………… ２１７６.３.２施工压实控制指标…………………………………………………………… ２１８６.３.３施工压实机械选择…………………………………………………………… ２１８６.３.４施工碾压方案确定…………………………………………………………… ２１９６.４新疆级配碎石柔性基层施工工艺…………………………………………… ２２０６.４.１施工前的准备工作…………………………………………………………… ２２０６.４.２拌和技术要点………………………………………………………………… ２２０６.４.３运输技术要点………………………………………………………………… ２２１６.４.４摊铺技术要点………………………………………………………………… ２２２６.４.５碾压技术要点………………………………………………………………… ２２３６.４.６接缝处置要点………………………………………………………………… ２２３６.５新疆级配碎石施工现场的质量控制………………………………………… ２２５６.５.１原材料的现场检测…………………………………………………………… ２２５６.５.２施工现场含水率检测及级配控制…………………………………………… ２２５６.５.３压实度检测…………………………………………………………………… ２２７６.５.４承载能力检测………………………………………………………………… ２２７６.６小结………………………………………………………………………………… ２２８第７章推广应用前景……………………………………………………………………２２９７.１经济效益分析…………………………………………………………………… ２２９７.１.１寿命周期费用组成及分析方法……………………………………………… ２２９７.１.２经济效益分析影响因素……………………………………………………… ２３１７.１.３不同路面结构费用对比分析………………………………………………… ２３２７.２社会环境效益分析……………………………………………………………… ２３８７.３应用推广的前景………………………………………………………………… ２３８

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