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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

项目名称：	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
摘要：	水泥混凝土路面具有承载能力大、耐久性稳定性好等特点，福建省干线公路广泛采用水泥混凝土路面结构形式。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％，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得到快速的发展。但在公路迅速发展的同时，随着经济发展、福建省公路交通的日益重型化，由于福建省水泥混凝土路面基层和路基带来的病害问题也日趋严重。其中，基层的强度不足、水损害、路基不稳和变形问题十分突出，直接影响了福建省水泥混凝土路面的使用和寿命。导致这些现象的发生，与外部环境、重载交通、路基、基层的设计施工，以及福建省的区域气候地理特点都直接或间接地相关。福建省高温多雨，山岭众多，路基高填大挖，路基多以红黏土为主，水稳定性差，这些都是对水泥混凝土路面性能不利的因素，再加上重载交通，干湿循环等不利外部环境的综合作用，按传统常规设计施工的水泥混凝土路面就难以满足要求，从而出现各种严重的病害。但由于以往基本没有专门针对福建省地区公路路基和基层区域特性的研究，问题出来以后没有可以参考的理论依据和解决方法。在这样的情势下，本课题以福建省水泥混凝土路面路基和基层为研究实体，调查研究了福建省水泥混凝土路面路基基层的特点和在重载交通下的工作特性，重点研究了福建省重载交通下水泥混凝土路面结构路基与基层功能定位，性能、设计参数和材料选择的要求，并重点针对福建省路基广泛使用的区域红粘土，进行路基土重载交通下的累计变形特性研究和路基路面结构一体化设计方法研究，具体内容如下： 1）福建省路基和基层现状调查与工作特性调查；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调查，并结合理论研究进行病害归类与成因分析。 2）重载下水泥混凝土路面路基和基层的工作特性（竖向压力、拉应力和围压）；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。 3）重载动力荷载下水泥混凝土路面路基的动力作用特性试验；在福州、南平修筑三个试验路段，分别针对冲击压实垫层、旧路基、新建路基在典型路面结构下埋置土动压力传感器，采用不同轴型、不同轴重现场试验监测不同交通动荷载下水泥混凝土路基的土动压力变化特性。研究表明，交通荷载引起的路基动应力波形接近于正弦波，路基顶面土动压力大小随行车荷载增大呈不断增大趋势，车辆对路基的土动压力随行车速度呈“V”型分布，轴型对土动压力影响不大，路基顶面应力与车轮轮迹分布有很大的关系。 4）水泥混凝土路面路基设计参数研究；依据现场测试荷载和对不同路基回弹模量试验曲线，研究了重载引起的路基回弹模量变化非线性特性，提出了重载路基回弹模量的非线性取值方法。 5）动力循环荷载下路基土的累计变形特性动三轴试验研究；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，研究路基在循环车辆荷载作用下的累积变形特性，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。 6）提出了早期和长期性能平衡的理念，并基于平衡思想提出了，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。 7）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。 8）提出基于路基路面结构一体化的路面设计方法。基于以上，课题组系统地开展了福建省公路水泥混凝土路面路基和基层的理论计算、试验与设计方法研究，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，研究成果达到了国内先进水平，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。基于以上，课题组系统地开展了福建省公路水泥混凝土路面路基和基层的理论计算、试验与设计方法研究，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，研究成果达到了国内先进水平，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：	公路水泥混凝土路面；变形特性；福建省公路；路基变形；设计参数；参数研究；水泥混凝土路面结构；路基回弹模量；重载交通；社会效益和经济效益
项目负责人：	陈宜国,胡昌斌
参与人员：	邹雪英,张涛,袁燕,陈锦峰,杨建军,曾惠珍,孙晓亮,任恢国
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：	2006-12-1～2007-12-1
立项年份：	2006