基于足尺实验的公路隧道沥青路面结构研究

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最近二十年以来,我们国家的基建发展尤为迅猛,已然成为了交通强国,隧道大国。目前国内外关于隧道工程的研究主要集中在隧道洞体的结构设计、施工技术、隧道通风、照明等方面,关于隧道路面系统研究则展开的较少,导致对于隧道内路面设计只能套用经验或者照搬洞外一般公路设计规范,造成隧道路面使用状况不佳的现象。考虑到隧道的特殊性,因此有必要针对隧道路面结构设计进行针对性研究。
  隧道内的水泥路面已经使用多年,并且技术相对成熟,在“白改黑”的大趋势下,在隧道内使用沥青路面逐渐被人们提出。目前我们国家很多正在建设或者准备建设中的高速公路隧道路面结构也是以复合式沥青路面为主,充分发挥不同路面材料的特性,扬长避短,优势互补。而洞外路面我国以半刚性基层沥青路面为主,为使洞内外更好的衔接,考虑在隧道内也使用半刚性基层沥青路面。另外,考虑到隧道内整体强度较高,而柔性路面对于裂缝又有很好的控制效果,因此隧道内采用柔性基层的沥青路面也值得探索。
  本文在浙江省交通科技项目“长春至深圳高速公路(G25)浙江建德至金华段工程基于足尺试验的隧道路面结构优化研究”的背景下,首先对隧道内不同基层沥青路面进行数值计算,提出了隧道沥青路面的关键影响因素。在这基础上对路面进行优化设计,用于隧道内足尺加速加载实验路段的铺筑,探究加载过程中的不同沥青路面的力学行为。主要研究内容及研究成果如下:
  (1)通过数值计算,指出隧道内刚性基层沥青路面其水泥混凝土基层加筋带来的效果不佳,可采用不设底基层的低标号(C30足以)素混凝土作为基层,沥青面层厚度为其关键影响因素。
  (2)对于半刚性基层沥青路面,因为基层底受压,可不考虑基层疲劳开裂问题;沥青面层厚度与基层厚度是控制性因素,剪应力随基层增厚有个先减小后增大的过程;永久变形与沥青面层厚度成线性递增关系。
  (3)在隧道内使用柔性基层沥青路面,围岩强度不宜过高;关键因素为沥青层厚度,由于柔性路面其永久变形量相对较大,因此要合理控制沥青层厚度,不宜过厚。
  (4)通过在隧道内进行足尺加速加载实验,分析不同沥青路面在隧道内使用其服役状态,结果表明:对于刚性基层沥青路面,其整体强度不是问题,为节约成本可以进行减薄沥青面层处理,基层降低标号,采用素混凝土材料。其在加载过程中的应变响应相差不大,从技术经济角度出发可大力推广。
  (5)由于隧道内基岩强度较高,采用柔性基层沥青路面并不影响其路面整体强度,相反,对于车辆荷载的反复作用,其受力状态一直保持平稳状态,可以很好的恢复变形;从长远角度看,柔性沥青路面在隧道内后期服役状态会更优。
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