與路面協(xié)調(diào)設計的公路路基設計指標及使用環(huán)境探討

王春雷

(徐州市交通規(guī)劃設計研究院， 江蘇 徐州 221006)

與路面協(xié)調(diào)設計的公路路基設計指標及使用環(huán)境探討

王春雷

(徐州市交通規(guī)劃設計研究院， 江蘇 徐州 221006)

本文從溫濕度以及軸載三個方面對影響公路路基設計的因素進行分析，對狀態(tài)不同的影響下公路路基動力特性進行計算，并闡述在使用環(huán)境基礎上設計路基結構的重要作用，以此為公路路基設計提供參考。

路面協(xié)調(diào)設計；公路路基設計指標；使用環(huán)境

對于公路工程來說，路基設計非常重要，因此得到設計單位的重視，伴隨公路工程數(shù)量持續(xù)增加，設計方法和設計指標的合理性、科學性非常也越來越重要。雖然現(xiàn)行設計標準對路基壓實度和強度進行明確要求，但并未全面的考慮交通等級、車輛重載及超載等問題，同時也并未將路面溫濕度、負荷等情況對路基的破壞考慮在內(nèi)?；诖?，本文從溫濕度以及軸載三個方面進行考慮，使公路路基設計更加科學和合理。

1 影響路基結構設計的因素

在公路工程建成通車之后，路基不僅會受到車輛荷載的影響，而且還會受到自然環(huán)境等因素的影響，長此以往，路基結構動模量、動強度均會發(fā)生衰變，進而出現(xiàn)路基變形問題，若變形問題沒有得到及時修復，在長時間作用下將會出現(xiàn)路面開裂、沉陷、鼓包等多種嚴重現(xiàn)象，不僅使路面美觀程度受到影響，還會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計水平提升。在設計期間，應對溫濕度及軸載三方面因素進行綜合考慮。下面就對這三種因素進行逐一介紹。

1.1 溫度狀態(tài)的影響

在公路工程使用過程中，因環(huán)境溫度變化會引起瀝青路面與路基設計之間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)問題，使路基和路面的作用發(fā)揮受到影響。以現(xiàn)行設計要求為依據(jù)，公路路面設計試驗溫度一般為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)較低的動模量，當溫度處于55-60℃時，動模量在500MPa以下。若處于高溫條件，則會降低路面承載力，由于路基缺乏承載力而導致變形破壞，所以在路基設計中應將路段環(huán)境問題考慮在內(nèi)。

1.2 濕度狀態(tài)的影響

公路干濕情況會對路基土強度產(chǎn)生一定影響，據(jù)實驗研究指出，干濕狀態(tài)直接影響著路基土體的動強狀況以及土靜狀況，據(jù)循環(huán)實驗（2-3次）指出，路基土體強度衰減呈現(xiàn)出明顯減緩的趨勢，對于此路基設計過程中應將濕度狀況考慮在內(nèi)，全面考慮環(huán)境的溫度因素，以提升設計水平。

1.3 軸載狀態(tài)的影響

現(xiàn)階段，標準的軸載規(guī)范為單軸雙輪組荷載（100kN），但并未將重載以及超載問題考慮在內(nèi)，伴隨交通運輸事業(yè)的進步和發(fā)展，重載以及超載問題越來越多，在路基設計過程中，應將重載交通軸載作用的效應全面反映出來，并形成能夠適應重載以及超載等多種交通狀況的軸載標準，使設計荷載符合實際軸載，以減少對路基產(chǎn)生的不良影響。

2 影響路基動力特性的因素

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

2.1 溫度狀態(tài)的影響

對常溫15℃環(huán)境下路基動力特性變化狀況進行計算，同時對夏季高溫55℃環(huán)境下路基動力特性變化狀況進行計算，經(jīng)過分析表明，在55℃高溫條件下，路面模量值呈現(xiàn)出下降趨勢，路床頂面動應變增大，同時動應力也增加，增幅約為一倍，由此可見按照現(xiàn)行標準對路基進行設計則容易出現(xiàn)變形問題，伴隨路基整體張力和強度的增加，路床頂面動應力也隨之增加，即路基抗變形能力隨路基強度增加而提升，因此在路基強度設計過程中應以公路使用狀態(tài)下所產(chǎn)生的動態(tài)模量為準進行設計，使路基整體強度得到保證。

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)實驗結果可見，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，路基土體從壓實含水量不斷轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶夂瑵窳?，路基土體循環(huán)疲勞強度呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢，對于此在路基設計過程中，應以凍融循環(huán)以及干濕飽和條件下路基土體的剛度和強度為準進行設計，使路基設計強度標準提升，同時增加路基承載力。

2.3 軸載狀態(tài)的影響

在路基設計過程中，應從路面重載以及超載現(xiàn)實狀態(tài)上提升設計水平。在55℃高溫環(huán)境下，對不同軸載（220kN、170kN、130kN）對路基動力特性產(chǎn)生的影響進行分別分析，結果顯示，當路面結構相同時，路基以及輪載強度呈現(xiàn)出增加趨勢，同時路床頂面動應力也呈現(xiàn)出增加趨勢。路基軸載與路基頂面動應力之間成正比關系，路基強度增加，而路基頂面動應力呈現(xiàn)出減小趨勢，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：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 路基設計指標與標準

依據(jù)路基設計影響因素的分析，同時與路基動力特性的研究結合，應以以下指標為路基設計的指標，并將實驗標準考慮在內(nèi)。

3.1 路基設計標準軸載

由于現(xiàn)階段交通運輸壓力比較大，以路基結構動力特性為依據(jù)進行分析，軸載標準為130kN符合一般重載公路路基設計要求，對于特重交通路段，則應設計軸載標準為 170kN。對于輕交通，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，則建議標準軸載設計為 130kN；對于中等交通，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，則建議標準軸載設計為130kN；對于重交通，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，則建議標準軸載設計為130kN；對于特重交通，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，則建議標準軸載設計為170kN。

3.2 路基設計強度指標標準

在路基設計期間，計算指標通常以路基土體動模量以及動強度為依據(jù)，并用凍融循環(huán)和干濕循環(huán)實驗確定其飽和狀態(tài)數(shù)據(jù)。設計驗算指標為路面高溫狀態(tài)下的路基土體的動應變值，并將路基強度設計指標考慮在內(nèi)，應符合動強度要求。經(jīng)過計算可知，路基設計所采用軸載應為 130kN，土基以及路基容許壓應變值應設計為 3.35*10-4。以計算分析結果為依據(jù)，將路基實際情況考慮在內(nèi)，并結合重載交通環(huán)境，設計了重載環(huán)境下路基強度對應值。

4 結語

綜上所述，在路基設計中，應將車輛荷載和使用環(huán)境對路基的影響考慮在內(nèi)，使路基結構更加協(xié)調(diào)。路基設計指標應為路基動模量以及干濕循環(huán)條件下路基土體剛度和強度，并將路基土體性能的衰減和變化考慮在內(nèi)，應符合實際應用狀態(tài)，使結構承載能力得到保證，提升設計水平。與公路交通荷載特點相結合，重載交通公路路基設計應以130kN為軸載指標，使通車需求得到滿足。設計過程中，應全面考慮路基以及路面，保持兩者設計指標之間的協(xié)調(diào)性，并做好變形驗算，滿足通車要求，使設計水平得到提升。

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1007-6344（2017）10-0013-01