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福建省公路水泥混凝土路面结构与技术性能研究

项目名称：	福建省公路水泥混凝土路面结构与技术性能研究
摘要：	水泥混凝土路面是福建省干线公路广泛采用的路面结构形式，截至2006年底福建省公路通车里程为86560公里，其中水泥混凝土路面里程已达39646.530公里，占到总里程了45.8％，而且随着近年来农村路网改造和各地路面改建加铺工程的建设，福建省的水泥混凝土路面将进一步飞速发展，路面的新建、改建、养护等工作将进一步加大。但随着经济发展，福建省公路交通日益重型化，另外由于以往修筑的路面接近使用年限等原因，各地路面开始出现病害，病害成因综合而且复杂，区域特征明显，在这样的情势下，及时总结福建省水泥混凝土路面建设和养护中的经验、查找原因、进行相关科学研究，探索新结构、新的设计方法，突出区域特征，及时修整改善福建省后续的水泥混凝土路面设计、施工和养护工作，无疑对于进一步适应福建省21世纪现代交通的挑战，进一步全面提高福建省水泥混凝土路面建养的水平，均具有重要的理论和工程实践意义。福建省水泥混凝土路面具有自身的区域特点：“高温”、“多雨”、“重载交通”、“路基填挖量大”，这些都是不利于水泥混凝土路面建设的重要影响因素，要建设良好耐久的路面结构，必须综合考虑以上因素。本项目研究以以上区域特性为切入点，兼顾其他因素，通过现场普查、理论分析、室内试验、现场测试、典型试验路修筑和评价等多种现代先进的技术手段、综合方法，对福建省的水泥混凝土路面相关关键技术问题进行了系统研究，具体工作如下。 1）通过现场实验和现场调查，总结研究了福建省水泥混凝土路面结构病害调查与成因和福建省重载交通特性；通过重点走访福建省319国道、316国道、324国道等重载交通下病害严重的路段，并结合2006年福建省国省干线公路水泥混凝土路面病害情况调查，对福建省各地水泥混混凝土路面路况与病害特点进行了分析。并依据理论研究和现场试验进行了福建省水泥厂混凝土路面典型病害与成因分析；研究发现非结构设计控制的病害占到很大的比例。通过交通量连续监测、轴载现场测重、测速测试和取得统计分析观测站资料等方法，对福州、南平，龙岩等重载交通特性进行了研究，分析了交通量和车型分布、轴载分布和车速分布，依据国内货车轴型尺寸，测试货车不同轴重下前轴和后轴轮胎接地面积，提出来了重载标准和描述数学模型。 2）交通动力荷载下水泥混凝土路面结构的动力学现场实验与动力反应分析，与福建省重载交通水泥混凝土路面典型结构研究；以试验路为依托，通过在混凝土板中埋入应变传感器，土动压力传感器获得行驶车辆荷载作用下板内测量应变，研究了实际重型车辆荷载作用下水泥混凝土路面板内的应变状态，全面分析不同工况对路面结构受力行为的影响。提出重载交通轴载换算公式，重载交通路面结构设计方法，推荐了福建省重载交通水泥混凝土路面典型结构； 3）通过聚丙烯腈纤维混凝土路面技术应用研究课题在普通水泥混凝土路面混合料配合比设计的基础上，研究了聚丙烯腈纤维混凝土路面混合料优化的配合比设计，提出了该新型路面工程的施工步骤。 4）通过福建省公路水泥混凝土路面结构温度场与温度应力研究，采用自动气象站和路面结构体内部温度场热电偶传感器等技术手段，修筑试验路，进行了福建省不同地区水泥混凝土典型路面结构长达一年四个不利季节的温度场现场连续监测，测试了福建省典型地区水泥混凝土路面结构的温度场和环境温度，给出了福建省水泥混凝土路面极端温度梯度推荐值，并采用多重非线性统计回归方法，建立了福建省水泥混凝土路面温度场预估公式；提出了夏季高温施工预防早期开裂的施工控制方法；提出了考虑混凝土路面早期固有翘曲温度梯度的水泥混凝土路面温度应力计算方法。 5）福建省重载下水泥混凝土路面路基和基层的工作特性研究；采用回弹模量、落锤弯沉FWD、贝克曼梁弯沉等现场试验和室内实验，现场材料调查的方法，选择福建省福州和南平典型路段进行了福建省泡水路基、新建路基、旧路基、基层材料等现状和工作特性调查，针对山区公路半填半挖路基，以及重载交通的影响，采用三维有限元分析手段重点研究了不同轴型、不同重载、不同路肩宽度下，路基和基层的受力特性和影响路基变形的路基受力围压特性。 6）提出了早期和长期性能平衡的理念，并基于平衡思想提了重载交通下水泥混凝土路面基层的结构性能、材料选择和设计定位的方法；福建省基层的材料特性（强度、刚度、冲刷特性）与新型基层配合比设计；针对福建省本地区的地方材料，进行了贫混凝土基层、水泥稳定基层、多孔隙排水基层、碾压混凝土基层材料配合比研究，早期强度特性研究，并通过在福建福州和南平地区铺筑试验路，探讨了新型基层在福建省地区的适用性和设计参数。 7）水泥混凝土路面路基变形非线性特性研究，动力循环荷载下路基土的累计变形特性动三轴试验研究；依据现场测试荷载和对不同路基回弹模量试验曲线，研究重载引起的路基回弹模量变化非线性特性，提出了重载下路基回弹模量的非线性取值方法。重点针对福建省路基广泛使用的区域红粘土进行室内动三轴试验，研究路基土在循环车辆荷载作用下累积变形特性，找出了路基土产生突然破坏的临界动应力值。建立了福建省红粘土在动力循环交通荷载作用下的本构关系。通过福建省公路水泥混凝土路面路基变形特性及设计参数研究，提出了基于早期和长期性能平衡的水泥混凝土路面一体化设计体系。 8）针对水泥混凝土路面加铺改建，通过冲击碾压改建旧水泥混凝土路面技术研究，系统地进行了冲击碾压现场施工路基路面性状变化试验、工作机理、路基的动力作用、施工对周围环境的振动影响、动力影响；冲击碾压改建加铺后水泥混凝土研究等，并提出了路面结构加铺设计方法，相应的施工工艺和施工安全标准，成功应用于工程实际。 9）福建省新型典型路面结构的试验路铺筑与对比评价研究；依据结合以上研究,分别在南平、福州3个试验路段，拟定了11种不同的路面结构或断面型式，进行现场铺筑（总计5.1km）研究路面适应性能、材料配合比、施工工艺、抗重载受力特点等。试验路中采用的新型结构和材料有，多孔隙排水混凝土基层、碾压混凝土基层、贫混凝土基层、沥青隔离层新型界面结构、混杂纤维混凝土面层、掺抗折剂高性能混凝土面层、5.5m板宽面板新旧路基结合改良措施、冲击压实破碎、普通破碎、置换板垫层路面，24、26面板对比等。 10）并通过现场试验和室内理论研究，重点针对4.5m与5.5m板宽路面结构性能对比研究，研究表明采用5.5m板块将存在过早出现纵缝的风险；基于以上工作，总结了福建省以往水泥混凝土路面的建设经验，研究了福建省水泥混凝土路面的结构与技术特性，探讨了各种新型路面结构在福建省的适用性，提出了更完善的路面结构和设计方法，为福建省下一阶段的水泥混凝土路面建设和发展提供了重要的理论和实践基础。课题组系统地开展了福建省公路水泥混凝土路面结构与技术性能的理论计算研究，并把研究成果应用于工程实践之中，项目的研究具有系统性和创新性，研究成果达到了国际先进水平，推广和应用该项目的研究成果将会产生显著的社会效益和经济效益。
关键词：	水泥混凝土路面结构；公路水泥混凝土路面；结构与技术；福建省公路；技术性能；性能研究；聚丙烯腈纤维混凝土；水泥混凝土路面温度；重载交通；纤维混凝土路面
项目负责人：	陈宜国,胡昌斌
参与人员：	邹雪英,张涛,阙云,袁燕,陈锦峰,杨建军,曾惠珍,孙晓亮,左美俊
组织单位：	福建省交通厅福建省公路管理局
主持或承担单位：	福州大学土木工程学院
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2005-1-1～2005-10-1
立项年份：	2005