一种复合式路面层间铣刨深度确定方法与流程

1.本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种复合式路面层间铣刨深度确定方法。


背景技术：

2.复合式路面是指面层由两种不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面,常用的结构有普通混凝土、碾压混凝土、贫混凝土或连续配筋混凝土与沥青混凝土面层的复合。复合式路面因其刚柔兼济、适用于重载交通的特点，在城市道路及公路中得到了广泛应用。
3.复合式路面的水泥混凝土层与沥青层由于材料特性不同，模量相差较大，变形协调性差，在高温及车辆荷载作用下，沥青材料的劲度模量降低，粘聚力减小，抗剪强度也随之减小，沥青层尤其是层间结合面容易出现因层间抗剪强度不足导致的滑移、开裂和变形等病害。工程中为了提高复合式路面层间抗剪强度，除了在层间洒布黏层油或设置防水黏结层，通常还对水泥混凝土表面进行铣刨处理。铣刨处理的核心参数是铣刨深度，目前标准铣刨工艺的铣刨深度为0～300mm，精铣刨工艺的铣刨深度为0～100mm。当前的复合式路面层间铣刨工艺(cn202110133637.8、cn202010873866.9、cn201821269205.x、cn201310088890.1)均无针对所处的不同工况提出相应的铣刨深度要求，复合式路面层间铣刨过浅对层间黏结效果增强有限，铣刨过深则会造成水泥混凝土结构损伤，同时复合式路面在不同工况下对层间抗剪能力的要求不同，即对铣刨深度的需求有差异，因此，针对不同工况如何确定适宜的铣刨深度是当前复合式路面层间处治技术领域的难题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种复合式路面层间铣刨深度确定方法，该方法不仅可以解决现行规范没有针对不同工况的层间铣刨处理控制参数的问题，也可以填补现行规范关于复合式路面层间处治设计的空白，确定的复合式路面层间铣刨深度计算公式可用于指导设计，对科学合理地设计复合式路面具有重要意义。
5.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
6.一种复合式路面层间铣刨深度确定方法，包括以下步骤：
7.s1、根据复合式路面沥青下面层的材料类型确定基准铣刨深度h0；
8.s2、根据复合式路面沥青面层总厚度，确定沥青面层厚度修正系数k
ha
；
9.s3、根据设计路段的最大纵坡，确定纵坡修正系数k
i
；
10.s4、根据设计路段的最小曲线半径，确定曲线半径修正系数k
r
；
11.s5、根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数k
p
；
12.s6、考虑沥青面层厚度、纵坡、曲线半径及轴载的影响，对基准铣刨深度进行修正，由此确定不同工况下复合式路面层间铣刨深度h
x
。
13.上述方案中，步骤s1中，所述基准铣刨深度h0取沥青下面层集料公称最大粒径r
m
的1/3～1/2。
14.上述方案中，步骤s2中，根据复合式路面沥青面层总厚度，沥青面层厚度修正系数k
ha
的计算公式为：
15.k
ha
＝0.003h
a2
‑
0.1061h
a
1.3734
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
16.式中，h
a
‑
沥青面层总厚度，cm。
17.上述方案中，步骤s3中，当设计路段的最大纵坡≤3％时不进行纵坡修正。
18.上述方案中，步骤s3中，根据设计路段采用的最大纵坡，纵坡修正系数k
i
的计算公式：
19.k
i
＝0.7596e
0.0828i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
20.式中：i
‑
设计路段最大纵坡，％。
21.上述方案中，步骤s4中，当设计路段的最小曲线半径≥250m时不进行曲线半径修正。
22.上述方案中，步骤s4中，根据设计路段采用的最小曲线半径，曲线半径修正系数k
r
的计算公式：
23.k
r
＝
‑
0.163ln(r) 1.9118
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
24.式中：r
‑
设计路段最小曲线半径，m。
25.上述方案中，步骤s5中，当设计路段的最大轴载≤100kn时不进行轴载修正。
26.上述方案中，步骤s5中，根据交通调查得到的最大轴载，轴载修正系数k
p
的计算公式：
27.k
p
＝0.6372e
0.0042p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
28.式中：p
‑
最大轴载，kn。
29.上述方案中，步骤s6中，考虑沥青面层厚度、纵坡、曲线半径及轴载的影响，不同工况下复合式路面层间铣刨深度h
x
的计算公式：
30.h
x
＝k
ha
·
k
i
·
k
r
·
k
p
·
h0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。
31.本发明的有益效果在于：
32.1、本发明提供了一种复合式路面层间铣刨深度确定方法，这种方法不仅解决现行规范没有针对不同工况的复合式路面层间铣刨处理控制参数的问题，也可以填补现行规范关于复合式路面层间处治设计的空白，确定的复合式路面层间铣刨深度计算公式可用于指导设计，可有效解决复合式路面层间糙化处理施工无据可依的问题，具有非常大的工程实用价值。
33.2、本发明计算公式推导过程中，采用有限元分析与室内斜剪试验相结合的方式，采集了大量的试验及理论数据，通过极差分析和显著性评价判断各影响因素的敏感性和影响水平的显著性，并在实体工程中进行了现场扭剪试验验证。
34.3、本发明步骤简单、公式明确，充分考虑了各种内外部因素，能准确确定不同工况下复合式路面层间铣刨深度，计算精度较高。
附图说明
35.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
36.图1是本发明复合式路面层间铣刨深度确定方法的流程图。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
38.温度变化会影响沥青混合料的模量，通过对比不同温度、模量下层间剪应力计算结果发现，沥青层模量变化对复合式路面层间黏结影响很小，同时已有研究表明，沥青面层材料类型、沥青面层厚度、道路线形(纵坡、曲线半径)、车辆最大轴载等因素对复合式路面的层间黏结能力影响显著。因此，在不同工况时，复合式路面对层间黏结能力的要求不同，相应的可采用不同的铣刨深度来满足其层间黏结要求。
39.为实现上述目的，本发明采用铣刨的糙化处理方式对复合式路面层间结合状态进行改良，提供了一种复合式路面层间铣刨深度确定方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
40.s1、根据复合式路面沥青下面层的材料类型确定基准铣刨深度h0。
41.复合式路面沥青下面层的材料类型有ac
‑
25、ac
‑
20、ac
‑
16、sma
‑
16、ac
‑
13、sma
‑
13等，为了避免沥青混合料中集料棱角与水泥混凝土层完全“点接触”，保证集料与水泥混凝土板表面铣刨槽面形成嵌挤作用，经室内试验发现铣刨深度宜为与之接触的集料公称最大粒径的1/3～1/2，此时水泥混凝土层与沥青层材料之间的黏结强度处于最高水平。考虑尽可能减小铣刨对水泥混凝土板强度和完整性的影响，基准铣刨深度h0取沥青下面层集料公称最大粒径r
m
的1/3。
42.s2、根据复合式路面沥青面层总厚度，确定沥青面层厚度修正系数k
ha
。
43.复合式路面沥青面层有单层或双层结构，通常有4cmac
‑
13、6cmac
‑
16、6cmsma
‑
16、5cmsma
‑
16 4cmsma
‑
13、5cmac
‑
16 4cmac
‑
13、6cmac
‑
20 4cmac
‑
13、6cmac
‑
20 4cmsma
‑
13、8cmac
‑
25 4cmac
‑
13、8cmac
‑
25 4cmsma
‑
13等结构组合设计类型，沥青面层总厚度范围一般在4～12cm。
44.复合式路面沥青面层总厚度会影响层间水平力的扩散范围，根据不同沥青面层总厚度数进行有限元数值分析，得到不同厚度情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整试件厚度来模拟不同沥青面层厚度情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到沥青面层总厚度修正系数k
ha
的计算公式：
45.k
ha
＝0.003h
a2
‑
0.1061h
a
1.3734
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
46.式中，h
a
‑
沥青面层总厚度，cm。
47.s3、根据设计路段的最大纵坡，确定纵坡修正系数k
i
。
48.道路最大纵坡随道路等级、设计速度的不同，有不同的设计要求，通常范围在3％～8％之间，当最大纵坡≤3％时纵向水平力系数变化较小，可不进行纵坡修正。
49.纵坡变化主要影响纵向水平力系数，根据最大纵坡所对应的纵向水平力系数进行有限元数值分析，得到不同纵坡情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整斜剪角度来模拟不同纵坡情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到纵坡修正系数k
i
的计算公式：
50.k
i
＝0.7596e
0.0828i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
51.式中：i
‑
设计路段最大纵坡，％。
52.s4、根据设计路段的最小曲线半径，确定曲线半径修正系数k
r
。
53.道路最小曲线半径随道路等级、设计速度的不同，有不同的设计要求，通常范围在40m～650m之间，当最小曲线半径≥250m时横向水平力系数基本稳定，可不进行曲线半径修正。
54.曲线半径决定了横向水平力的分布，根据最小曲线半径对应的横向水平力系数进行有限元数值分析，得到不同曲线半径情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整斜剪角度来模拟不同曲线半径情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到最小曲线半径修正系数k
r
的计算公式：
55.k
r
＝
‑
0.163ln(r) 1.9118
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
56.式中：r
‑
设计路段最小曲线半径，m。
57.s5、根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数k
p
。
58.根据交通调查得到的设计路段可能通行的最大轴载，当最大轴载≤100kn时换算标准轴载累计作用次数较小，可不进行轴载修正。
59.最大轴载直接决定了水平力分量的大小，根据最大轴载对应的水平力进行有限元数值分析，得到不同轴载情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整最大破坏荷载大小来模拟不同轴载情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到最大轴载修正系数k
p
的计算公式：
60.k
p
＝0.6372e
0.0042p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
61.式中：p
‑
最大轴载，kn。
62.s6、考虑沥青面层厚度、纵坡、曲线半径及轴载的影响，对基准铣刨深度进行修正，由此确定不同工况下复合式路面层间铣刨深度h
x
，h
x
的计算公式：
63.h
x
＝k
ha
·
k
i
·
k
r
·
k
p
·
h0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
64.下面结合具体实施例对本发明的上述方法进行具体解释说明。
65.某城市次干路采用水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面，沥青面层结构组合为6cmac
‑
20 4cm ac
‑
13，设计速度40km/h，设计路段采用的最大纵坡为4％，最小曲线半径为150m，根据交通调查得到的最大轴载为150kn。采用本发明复合式路面层间铣刨深度确定方法，包括以下步骤：
66.步骤一：根据复合式路面沥青下面层的材料类型确定基准铣刨深度
67.该项目复合式路面沥青下面层的材料类型为ac
‑
20，其公称最大粒径r
m
为19mm，基准铣刨深度h0＝r
m
/3＝6.33mm。
68.步骤二：根据复合式路面沥青面层总厚度，确定沥青面层厚度修正系数
69.该项目复合式路面沥青面层总厚度为10cm，根据计算公式计算沥青面层厚度修正系数：
70.k
ha
＝0.003h
a2
‑
0.1061h
a
1.3734＝0.003
×
102‑
0.1061
×
10 1.3734＝0.612
71.步骤三：根据设计路段的最大纵坡4％，确定纵坡修正系数：
72.k
i
＝0.7596e
0.0828i
＝0.7596e
(0.0828
×
4)
＝1.058
73.步骤四：根据设计路段的最小曲线半径150m，确定曲线半径修正系数：
74.k
r
＝
‑
0.163ln(r) 1.9118＝
‑
0.163ln(150) 1.9118＝1.095
75.步骤五：根据前期交通调查得到的最大轴载为150kn，确定轴载修正系数：
76.k
p
＝0.6372e
0.0042p
＝0.6372e
(0.0042
×
150)
＝1.196
77.步骤六：考虑沥青面层厚度、纵坡、曲线半径及轴载的影响，对基准铣刨深度进行修正，确定不同工况下复合式路面层间铣刨深度：
78.h
x
＝k
ha
·
k
i
·
k
r
·
k
p
·
h0＝0.612
×
1.058
×
1.095
×
1.196
×
6.33＝5.4mm
79.因此，在确定的工况下，该项目复合式路面层间铣刨深度为5.4mm。
80.为了验证本发明方法的有效性，采用现场扭剪试验对该项目复合式路面层间不同铣刨深度的层间黏结强度进行测试，结果如下：
81.铣刨深度层间黏结强度代表值(mpa)计算层间最大剪应力(mpa)0mm0.230.284mm0.260.285.4mm0.290.28
82.通过上述结果比对可见，采用本方法可有效确定不同工况下复合式路面层间处治适宜的铣刨深度，可保证层间黏结强度大于计算层间最大剪应力，避免复合式路面出现层间滑移、开裂和变形等病害。
83.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。