为防止失败,从更好的基础开始

防护防护-1疲劳裂缝通常与道路基础相连

BY Tom Kuennen,贡献编辑

公众经常遭受沥青路面的疲劳裂缝,因此它只是被认为是驾驶的一部分。驾驶者忍受它并假设它只是老化路面的一部分。但是,这位知情道路经理知道,在较深的沥青路面中疲劳开裂是苦恼的基础层的症状,并且指示了在失败的路上的路面。

这种疲劳裂缝通常但并不总是表现出所谓的鳄鱼裂纹。为鳄鱼皮革的图案命名为其相似性,鳄鱼裂缝出现在最多的侧面,锋利角的件中,通常在最长的一侧小于12英寸。这种特征鳄鱼或鸡丝图案出现在后来的劣化阶段。

根据联邦公路管理局为长期路面绩效计划的遇险识别手册,有三种类型的疲劳开裂(要查看,搜索FHWA-RD-03-031)。野外使用的简明口袋指南 - 遇险识别指南 - 也可从FHWA获得(通过搜索FHWA-RD-05-001下载)。

这些指南都不解释为什么路面苦恼,而是提供精确的痛苦识别,以便为人行道管理者提供常见的标准定义。在这些文件中,FHWA对沥青路面,关节混凝土路面和连续钢筋混凝土路面的裂缝进行分类。

•低严重程度的疲劳裂缝是没有或只有少数连接裂缝的裂缝面积;裂缝不会施加或密封;泵出基材出来裂缝并不明显。

•通过形成完整图案的互连裂缝表现出中等疲劳裂缝。裂缝可以稍微闪烁并且可以是密封的,并且泵送不明显。

•高严重程度疲劳裂缝是形成完整图案的适度或严重均匀的互连裂缝的面积;在经历流量时,碎片可以移动,可以密封裂缝,并且可以显而易见地泵送。

很容易看看较薄的路面上的疲劳裂缝,并假设它是一种表面问题,但地下调查将发现疲劳裂缝是自下而上的裂缝,其中繁殖到沥青路面基础的应力导致基础层不足的裂缝。随着沥青路面结构在负载下弯曲,这些基础裂缝通过路面向上工作。通常,它们在经过重复的交通负荷的路面中被发现,如车轮路径,并且可以是一系列互连的裂缝。

“疲劳开裂”一般发生在通过重复轴载应用的疲劳寿命的限制,“根据热混沥青材料,混合设计和建设,”沥青路面协会研究和教育基金会“发表。 “疲劳裂缝通常与用于路面结构的负荷过高的负载,或者比设计中提供的给定负载的重复。”

排水不良的基础加剧了这个问题。随着基层中的裂缝向上工作,毛细管动作将从不整流的基础将水绘制到路面中,在那里它通过反射裂缝,沿纵向接头的裂缝损坏路径,裂缝,围绕轮路,鳄鱼,螺旋和坑洼的裂缝损坏路面结构。

纳帕说,“路面排水不足的路面排水往往有助于这种困扰,这往往会导致这种困扰。” “HMA层在潜水层通过过量的水分削弱并且过早地疲劳时,HAS层会经历高菌株。疲劳开裂也经常由重复通过带有超重卡车和/或施工时质量差的路面厚度不足引起的。“

新看自上而下的开裂

并非所有疲劳裂缝都是自下而上的;在厚厚的路面中,裂缝可以从路面顶部开始,在高局部拉伸应力的区域。

“[L]与OAD相关的自上而下的疲劳裂解 - 即在路面表面发起的开裂并向下传播 - 通常发生在热混合沥青(HMA)路面中,”Sing Hong Joon Park和Y. Richard Kim表示, PH.D.PE,PE,北卡罗来纳州立大学 - 罗利,在2013年的2013年运输研究委员会文件中,调查 外商专用-1字段 -  OperationsuntItitled-1剥离-1Thermaluntitled-1Fatigueuntitled-1北卡罗来纳州沥青路面的自上而下破裂。

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他们说:“通过用于解释在路面底部的负载相关的疲劳裂缝的传统疲劳机制,不能解释自上而下的顶部开裂。

他们的文献综述引用了一个现场研究,发现在路面层中发生自上而下的裂缝,通常超过6.3英寸厚。研究说,沥青的刚度似乎并不是一个问题;在表现出自上而下裂缝的部分中,下降的重量偏转仪(FWD)数据不显示结构刚度的减少,以及表现出全深度裂缝的部分。

研究人员使用了两种不同的方法来研究自下而上和降压疲劳裂缝之间的结构差异,粘弹性连续体损伤有限元件(VECD-FEP),以计算路面中的应力和菌株,因为微裂纹发起和繁殖,以及区域参数由重量偏转器偏转率偏转和路面厚度决定。

没有修补可以治愈严重的疲劳裂缝,这表明了深刻的基础破坏;道路最终是就地泡沫回收,薄覆盖物。没有修补可以治愈严重的疲劳裂缝,这表明了深刻的基础破坏;道路最终是就地泡沫回收,薄覆盖物。

在实验室中,他们使用了一种机制方法,该方法使用核心来研究裂缝启动位置和沥青路面的倾向,以表现自上而下的开裂。他们总结了基于FWD的原位方法,允许路面工程师识别自上而下开裂的存在和可能性。 “这种简化的方法不仅可以减少工程师验证人行道结构健全的时间和成本,而且还将导致选择最佳维护治疗,”公园和金的结论。

弗吉尼亚修复了疲劳裂缝

可以建造道路以抵抗疲劳裂缝。但由于疲劳裂缝将出现在现有的路面中,道路经理的第一个挑战将是重建现有路面,以排除未来的自下而上的疲劳裂缝。

2011年,弗吉尼亚州的交通部重建了一部分I-81在蓝岭山脉的阴影中。疲劳裂缝,造成多年繁重的交通负荷,从底部到顶部的路面结构劣化。虽然这种恶化的症状可以通过磨坊和覆盖来解决,但VDOT表示,潜在的条件仍然存在,并且这种广泛磨损的原因只能通过将所有材料重新加工到路基来补救。

I-81的这一部分是在20世纪60年代后期建造的。 VDOT经常将表面沥青保持周期性修补和叠加层。然而,压实的石头骨料和土壤的原始基础已经削弱到了不再为上覆沥青层的稳定基础。

“除非基金会被修复,否则简单地兑换路面是暂时的改进,”VDOT在公开的外联发表中说。 “如果VDOT对这一段路没有任何做法,那么人行道将裂开更多。截至高尔夫球大小的碎片可能会出来的道路。疲劳裂缝还允许水的直接路径渗出到路面基础。水使路基饱和,进一步降低其承载能力。这种情况可能导致在车轮路径内的深管道,这会影响滑动抗性甚至转向能力。“

透露,弗吉尼亚I-81的失败基地使用水合石灰窑粉体原位稳定;上述现有的沥青课程在邻近突出的便携式冷混合厂进行泡沫再循环,并放置在该稳定的基础上。透露,弗吉尼亚I-81的失败基地使用水合石灰窑粉体原位稳定;上述现有的沥青课程在邻近突出的便携式冷混合厂进行泡沫再循环,并放置在该稳定的基础上。

“这一部分I-81是43岁,”Chaz B. Weaver,P.E.,区材料工程师,VDOT Staunton区材料段。 “它真的被殴打了。它得到了更多的卡车交通,持续时间比最初为之设计。我们已经达到了一个观点,我们的维护周期为三,也许四年,在两者之间。每四年来出来非常非常昂贵,而我们正在寻找一个10到12年的表面修复周期。

“核心评价和路面分析与下降重量偏转仪表示,基层 - 约24至26英寸下降 - 失败,”韦弗说。 “我们需要一个可以在非常深入,修复整个路面结构的过程,并迅速出去。拥有专门机械和回收过程,我们可以有效地实现,并尽可能加速建设。“

现有的路基已经建立在不透水,塑料粘土的土壤之上,并且没有建立的漏斗。 “设计中没有不满或路基排水,”韦弗说。 “人行道结构就像浴缸。水进入并留在了。我们实际上有一些泵送水和通过表面来的罚款。自从人行道建造的43年内卡车只有较重的卡车,我们高达30%的卡车。“

基于Roanoke的Lanford Brothers Co.是Saunton南部奥古斯塔县I-81地下路面回收项目的主要承包商。作为760万美元的项目的一部分,Lanford Brothers在弗吉尼亚州的Shenandoah山谷康复并铺设了一段3.7英里的南行I-81,在公路的子比赛中经历了恶化。

在重建肩膀以适应工作区交通,Lanford首先从右手“卡车”泳道中碾压了前10英寸的沥青,并将其带到了毗邻州际公路的Wirtgen KMA 220便携式冷混合厂。在那里,它是泡沫回收,即在I-81上立即放置作为灵活的基础路线。

与此同时,通过分包商浆料摊铺机Inc.使用5%的石灰窑粉末稳定,揭示了现有的路基 - 这已经造成了对摩擦课程的损害的影响。带Padfoot和光滑的滚筒滚筒配有12英寸和压实。

从便携式工厂的再生泡沫沥青混合物然后用于将恢复的路基铺设到6英寸压实深度,后来占据了常规热混合沥青(HMA)的4英寸中间过程。石材矩阵沥青(SMA)的2英寸摩擦速度。

在该项目的第二阶段,赫尔利的分包商Reclamation Inc.,N.Y.,在左手路线上进行了就地泡沫回收。对于这项工作,碾压前2英寸的路面,其次是接下来的5英寸的冷却地循环(CIR)。然后使用两个Hamm光滑滚筒振动辊和一个气动(橡胶轮胎)辊压实泡沫沥青稳定的基层。然后用2英寸的HMA中间课程和2英寸的SMA摩擦速度。

MEPDG:建筑不失败

正如弗吉尼亚I-81所示,没有真正的方法来修复自下而上的疲劳裂缝,而无需挖掘底座,重建,稳定和更换路面结构。

新的机制 - 经验路面设计指南(MEPDG)和相关软件 - 现在在整个州DOTS中采用的各个阶段 - 基于现实世界的实际经验,提供了一种实践的机械经验公路路面设计方法,翻译在设计方案中,在不久的将来将是各机构将用于设计疲劳抗性路面的第一名。

MEPDG方法基于使用详细的流量负载,材料属性和环境和气候数据计算的路面响应。随着时间的推移,响应用于预测路面结构的增量损坏。

“设计是一种迭代过程,使用设计师假设的试验设计,”根据2010年报告,机械实验路面设计指南实施,由R.L.Baus和N.R.搅动。 “针对用户输入性能标准进行充分分析试验设计。这些标准由政策决策建立,代表触发一些重大康复或重建活动的痛苦或粗糙度。“

计算机软件的输出是对用于设定可靠性值的识别和平滑度的预测。如果预测不符合所需的可靠性所需的性能标准,则修改试验设计,重复评估。

“MEPDG方法提供了三个层次的设计输入级别,以允许设计人员将设计输入细节的质量和水平与项目的重要性匹配(或最佳使用可用输入数据),”Baus和Sifes说。 “除了量化试验路面结构所需的输入外,MEPDG还需要100多个输入来表征流量负载,材料特性和环境因素。”

MEPDG将提供路面结构细节,但它将达到承包商建立道路。在大多数制备的碱基下的路基土壤需要压实,以及基础本身,因为它充当底座的平台。每种需要在最佳的水分含量或接近它的最佳水分含量,既不干燥也不太湿,虽然过于干燥优于太潮湿,但对于任何压实。

但是,如果基座不到其最佳水分含量的约2%,则它将永远不会被致密化或压实,在那里它具有携带上面制备的层和路面的强度和耐用性。

这是至关重要的,因为几乎每个道路机构都有规范和进行测试,以确定水分含量应该用于建筑。但代理人员减少和失去合格的田间人员可能导致监督监督,并将基础问题永久内置于完整的结构中,而不是透露自己直到几年。

柔性HMA和波特兰水泥混凝土道基的基础差异很大。刚性PCC板下方的基座是提供型材,因为从流量的装载由板坯承载。在板下方传输不多的力。

对于HMA路面,交通负荷通过轮胎通过路面传递到底座基座。最大浓度的压力将在表面处,然后在钟形中分布到下面的深度。

压碎的骨料基地从石头的摩擦互锁得到它的力量。到目前为止,点负荷往往不会消散,底座的偏转并不像伟大,所以基地非常适合轮廓。但是,当粘土等粘性材料包括碱时,表示沥青乳液,石灰,水泥或粉煤灰,或发泡沥青的稳定,以反击该材料对水的存在的影响,它可以膨胀和膨胀摧毁一个人行道。

土壤的粘性越多,在水分的存在下,它们就越有可能反应。稳定剂有效地密封或防水底座以保持水分,使其更稳定,从而为抵抗自下而上的疲劳裂缝提供优异的基础。