王春雷

(徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 江蘇 徐州 221006)

與路面協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的公路路基設(shè)計(jì)指標(biāo)及使用環(huán)境探討

王春雷

(徐州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 江蘇 徐州 221006)

本文從溫濕度以及軸載三個(gè)方面對(duì)影響公路路基設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行分析，對(duì)狀態(tài)不同的影響下公路路基動(dòng)力特性進(jìn)行計(jì)算，并闡述在使用環(huán)境基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)的重要作用，以此為公路路基設(shè)計(jì)提供參考。

路面協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)；公路路基設(shè)計(jì)指標(biāo)；使用環(huán)境

對(duì)于公路工程來(lái)說(shuō)，路基設(shè)計(jì)非常重要，因此得到設(shè)計(jì)單位的重視，伴隨公路工程數(shù)量持續(xù)增加，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理性、科學(xué)性非常也越來(lái)越重要。雖然現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路基壓實(shí)度和強(qiáng)度進(jìn)行明確要求，但并未全面的考慮交通等級(jí)、車輛重載及超載等問(wèn)題，同時(shí)也并未將路面溫濕度、負(fù)荷等情況對(duì)路基的破壞考慮在內(nèi)。基于此，本文從溫濕度以及軸載三個(gè)方面進(jìn)行考慮，使公路路基設(shè)計(jì)更加科學(xué)和合理。

1 影響路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素

在公路工程建成通車之后，路基不僅會(huì)受到車輛荷載的影響，而且還會(huì)受到自然環(huán)境等因素的影響，長(zhǎng)此以往，路基結(jié)構(gòu)動(dòng)模量、動(dòng)強(qiáng)度均會(huì)發(fā)生衰變，進(jìn)而出現(xiàn)路基變形問(wèn)題，若變形問(wèn)題沒(méi)有得到及時(shí)修復(fù)，在長(zhǎng)時(shí)間作用下將會(huì)出現(xiàn)路面開裂、沉陷、鼓包等多種嚴(yán)重現(xiàn)象，不僅使路面美觀程度受到影響，還會(huì)影響著車輛的通行狀態(tài)。為避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要采取一定措施使路基設(shè)計(jì)水平提升。在設(shè)計(jì)期間，應(yīng)對(duì)溫濕度及軸載三方面因素進(jìn)行綜合考慮。下面就對(duì)這三種因素進(jìn)行逐一介紹。

1.1 溫度狀態(tài)的影響

在公路工程使用過(guò)程中，因環(huán)境溫度變化會(huì)引起瀝青路面與路基設(shè)計(jì)之間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)問(wèn)題，使路基和路面的作用發(fā)揮受到影響。以現(xiàn)行設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，公路路面設(shè)計(jì)試驗(yàn)溫度一般為15-20℃，但由于瀝青屬于感溫材料，如果其處于高溫條件則出現(xiàn)較低的動(dòng)模量，當(dāng)溫度處于55-60℃時(shí)，動(dòng)模量在500MPa以下。若處于高溫條件，則會(huì)降低路面承載力，由于路基缺乏承載力而導(dǎo)致變形破壞，所以在路基設(shè)計(jì)中應(yīng)將路段環(huán)境問(wèn)題考慮在內(nèi)。

1.2 濕度狀態(tài)的影響

公路干濕情況會(huì)對(duì)路基土強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，據(jù)實(shí)驗(yàn)研究指出，干濕狀態(tài)直接影響著路基土體的動(dòng)強(qiáng)狀況以及土靜狀況，據(jù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)（2-3次）指出，路基土體強(qiáng)度衰減呈現(xiàn)出明顯減緩的趨勢(shì)，對(duì)于此路基設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)將濕度狀況考慮在內(nèi)，全面考慮環(huán)境的溫度因素，以提升設(shè)計(jì)水平。

1.3 軸載狀態(tài)的影響

現(xiàn)階段，標(biāo)準(zhǔn)的軸載規(guī)范為單軸雙輪組荷載（100kN），但并未將重載以及超載問(wèn)題考慮在內(nèi)，伴隨交通運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，重載以及超載問(wèn)題越來(lái)越多，在路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將重載交通軸載作用的效應(yīng)全面反映出來(lái)，并形成能夠適應(yīng)重載以及超載等多種交通狀況的軸載標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)計(jì)荷載符合實(shí)際軸載，以減少對(duì)路基產(chǎn)生的不良影響。

2 影響路基動(dòng)力特性的因素

以重載高速公路為例，針對(duì)AC面層、基層以及路基等情況，形成ANSYS有限元模型，對(duì)路基動(dòng)力特性的影響因素進(jìn)行分析。

2.1 溫度狀態(tài)的影響

對(duì)常溫15℃環(huán)境下路基動(dòng)力特性變化狀況進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)對(duì)夏季高溫55℃環(huán)境下路基動(dòng)力特性變化狀況進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)分析表明，在55℃高溫條件下，路面模量值呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，路床頂面動(dòng)應(yīng)變?cè)龃螅瑫r(shí)動(dòng)應(yīng)力也增加，增幅約為一倍，由此可見按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路基進(jìn)行設(shè)計(jì)則容易出現(xiàn)變形問(wèn)題，伴隨路基整體張力和強(qiáng)度的增加，路床頂面動(dòng)應(yīng)力也隨之增加，即路基抗變形能力隨路基強(qiáng)度增加而提升，因此在路基強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)以公路使用狀態(tài)下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)模量為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使路基整體強(qiáng)度得到保證。

2.2 濕度狀態(tài)的影響

從路基土體凍融循環(huán)以及干濕狀態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，如果增加循環(huán)次數(shù)，路基含水量則呈現(xiàn)出平衡的趨勢(shì)，路基土體從壓實(shí)含水量不斷轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶夂瑵窳?，路基土體循環(huán)疲勞強(qiáng)度呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢(shì)，對(duì)于此在路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)以凍融循環(huán)以及干濕飽和條件下路基土體的剛度和強(qiáng)度為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使路基設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)提升，同時(shí)增加路基承載力。

2.3 軸載狀態(tài)的影響

在路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從路面重載以及超載現(xiàn)實(shí)狀態(tài)上提升設(shè)計(jì)水平。在55℃高溫環(huán)境下，對(duì)不同軸載（220kN、170kN、130kN）對(duì)路基動(dòng)力特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行分別分析，結(jié)果顯示，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)相同時(shí)，路基以及輪載強(qiáng)度呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，同時(shí)路床頂面動(dòng)應(yīng)力也呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。路基軸載與路基頂面動(dòng)應(yīng)力之間成正比關(guān)系，路基強(qiáng)度增加，而路基頂面動(dòng)應(yīng)力呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，在路基組合不同的影響下，軸載增加，公路工作區(qū)深度也隨之增加，可以用以下公式表達(dá)：H=aP+b（H為工作區(qū)深度；a、b均為參數(shù)；P為路基軸載）。

3 路基設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)路基設(shè)計(jì)影響因素的分析，同時(shí)與路基動(dòng)力特性的研究結(jié)合，應(yīng)以以下指標(biāo)為路基設(shè)計(jì)的指標(biāo)，并將實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)考慮在內(nèi)。

3.1 路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載

由于現(xiàn)階段交通運(yùn)輸壓力比較大，以路基結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性為依據(jù)進(jìn)行分析，軸載標(biāo)準(zhǔn)為130kN符合一般重載公路路基設(shè)計(jì)要求，對(duì)于特重交通路段，則應(yīng)設(shè)計(jì)軸載標(biāo)準(zhǔn)為 170kN。對(duì)于輕交通，即中型以上貨車及大型客車以每條車道每日交通量小于 600輛，則建議標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)為 130kN；對(duì)于中等交通，即中型以上貨車及大型客車以每條車道每日交通量介于 600-1500輛，則建議標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)為130kN；對(duì)于重交通，即中型以上貨車及大型客車以每條車道每日交通量介于1500-3000輛，則建議標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)為130kN；對(duì)于特重交通，即中型以上貨車及大型客車以每條車道每日交通量大于3000輛，則建議標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)為170kN。

3.2 路基設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

在路基設(shè)計(jì)期間，計(jì)算指標(biāo)通常以路基土體動(dòng)模量以及動(dòng)強(qiáng)度為依據(jù)，并用凍融循環(huán)和干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)確定其飽和狀態(tài)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)驗(yàn)算指標(biāo)為路面高溫狀態(tài)下的路基土體的動(dòng)應(yīng)變值，并將路基強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)考慮在內(nèi)，應(yīng)符合動(dòng)強(qiáng)度要求。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，路基設(shè)計(jì)所采用軸載應(yīng)為 130kN，土基以及路基容許壓應(yīng)變值應(yīng)設(shè)計(jì)為 3.35*10-4。以計(jì)算分析結(jié)果為依據(jù)，將路基實(shí)際情況考慮在內(nèi)，并結(jié)合重載交通環(huán)境，設(shè)計(jì)了重載環(huán)境下路基強(qiáng)度對(duì)應(yīng)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在路基設(shè)計(jì)中，應(yīng)將車輛荷載和使用環(huán)境對(duì)路基的影響考慮在內(nèi)，使路基結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)。路基設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)為路基動(dòng)模量以及干濕循環(huán)條件下路基土體剛度和強(qiáng)度，并將路基土體性能的衰減和變化考慮在內(nèi)，應(yīng)符合實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)承載能力得到保證，提升設(shè)計(jì)水平。與公路交通荷載特點(diǎn)相結(jié)合，重載交通公路路基設(shè)計(jì)應(yīng)以130kN為軸載指標(biāo)，使通車需求得到滿足。設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)全面考慮路基以及路面，保持兩者設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性，并做好變形驗(yàn)算，滿足通車要求，使設(shè)計(jì)水平得到提升。

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1007-6344（2017）10-0013-01