山區(qū)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

王衛(wèi)中

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)遵循如下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度的確定：(1)路面部分表層在雙輪荷載影響之下輪隙中間部位彎沉值超出設(shè)計(jì)彎沉值；(2)瀝青面層底面最大拉應(yīng)力需要控制在材料最大容許拉力以下；(3)半剛性基層等部分中的最大拉應(yīng)力應(yīng)該不會(huì)超過(guò)該層材料的容許拉應(yīng)力參數(shù)。彎沉、應(yīng)力等參數(shù)計(jì)算過(guò)程中，路面部分可以當(dāng)做是多層彈性體系，其頂面有相當(dāng)于雙輪組P=50 kN的雙圓均布荷載，各個(gè)層結(jié)構(gòu)部分的接觸點(diǎn)需要保持連續(xù)設(shè)計(jì)。彎沉計(jì)算點(diǎn)的設(shè)置，應(yīng)該在輪隙的中心位置上。

2 瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定方法

2.1 設(shè)計(jì)彎沉值的確定

輪載影響之下的雙輪輪隙中心部位路表面回彈彎沉值參數(shù)，能夠體現(xiàn)出整個(gè)路面部分的承載性能?；貜棌澇林等绻容^小，則承載性能高，可以承受多次反復(fù)作用才會(huì)發(fā)生損壞；如果結(jié)構(gòu)回彈彎沉值比較大，在多次輪載的影響之下，路面也會(huì)以某種形式的損壞問(wèn)題出現(xiàn)。因此，在符合相應(yīng)損壞程度中，回彈彎沉值的高低也會(huì)與整個(gè)路面結(jié)構(gòu)累積荷載參數(shù)以反比的形式存在。通過(guò)計(jì)算方式了解到回彈彎沉值與壽命的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)可以通過(guò)該路面的使用壽命判斷整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的表層回彈彎沉值參數(shù)。

因此，應(yīng)該充分分析該路面結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中的彎沉值變化規(guī)律和路面損壞情況的內(nèi)部關(guān)系。經(jīng)過(guò)多項(xiàng)公路運(yùn)行資料分析發(fā)現(xiàn)，路表回彈彎沉值會(huì)因?yàn)槭褂脮r(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生一定的變化。

2.2 容許拉應(yīng)力的計(jì)算

路面結(jié)構(gòu)部分的施工材料容許應(yīng)力就是在運(yùn)營(yíng)階段的車輛連續(xù)荷載作用導(dǎo)致其進(jìn)入到臨界損壞條件之下的最大拉應(yīng)力參數(shù)。該參數(shù)與上一次荷載之下所存在的抗拉強(qiáng)度相應(yīng)減小，其程度與重復(fù)荷載次數(shù)、路面結(jié)構(gòu)性質(zhì)會(huì)有著直接的關(guān)系。瀝青混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就是在15 ℃環(huán)境中的抗拉強(qiáng)度參數(shù)；水泥穩(wěn)定材料性能參數(shù)，就是在齡期90 d時(shí)的抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)；針對(duì)于水泥粉煤灰穩(wěn)定性的材料來(lái)說(shuō)，就是在120 d是的抗拉強(qiáng)度參數(shù)。

3 瀝青路面設(shè)計(jì)軸載換算

因?yàn)椴煌访嬷熊囕v行駛狀態(tài)有著很大的差別，其軸載也有著明顯的差異。在累積當(dāng)量軸次參數(shù)計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)該把各級(jí)中的軸載數(shù)據(jù)都要轉(zhuǎn)化成為標(biāo)準(zhǔn)軸載的參數(shù)。然后根據(jù)軸載等效換算的原則來(lái)確定不同疲勞損壞的情況之下所應(yīng)用的計(jì)算公式有著明顯的差異。

4 路面實(shí)際彎沉值和層底拉應(yīng)力的計(jì)算

4.1 路面實(shí)際彎沉值的計(jì)算

在計(jì)算中利用彈性層狀體系計(jì)算確定已經(jīng)明確的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)表層產(chǎn)生荷載下的彎沉值數(shù)據(jù)，而從具體的經(jīng)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，理論數(shù)據(jù)和實(shí)際彎沉值有著明顯的差異，一般會(huì)以某種規(guī)律性的存在，在路基剛度性能較差的情況下，上述公式計(jì)算確定的厚度數(shù)據(jù)偏差也會(huì)越大；路基剛度高的情況下，通過(guò)理論計(jì)算確定的路面層厚度相對(duì)較小。導(dǎo)致這種問(wèn)題的發(fā)生，是由于路基路面所應(yīng)用的材料不是非線性彈性體的結(jié)構(gòu)，此時(shí)所采用的材料抗變形檢測(cè)方式，不會(huì)真是的體現(xiàn)出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)正常工作情況。

4.2 整體性材料層層底拉應(yīng)力的計(jì)算

為了有效的避免出現(xiàn)瀝青層、半剛性基層結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中出現(xiàn)了應(yīng)力超過(guò)限值而產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂的問(wèn)題，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要通過(guò)計(jì)算確定該拉應(yīng)力參數(shù)能否達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。瀝青層、半剛性基層底部各個(gè)部分拉應(yīng)力計(jì)算中，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算確定。對(duì)比各個(gè)部位上的應(yīng)力參數(shù)值，然后以最大參數(shù)值作為整個(gè)結(jié)構(gòu)層的最大拉應(yīng)力數(shù)據(jù)。把最大拉應(yīng)力與整個(gè)層的容許應(yīng)力對(duì)比分析，確定拉應(yīng)力是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。計(jì)算時(shí)， 應(yīng)該保證材料參數(shù)選擇符合實(shí)際情況的需要，材料不同的數(shù)據(jù)也會(huì)有差異，要提起足夠的重視。

5 路基土和路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)

5.1 路基土回彈模量值

該參數(shù)在計(jì)算的過(guò)程中，除了需要保證其加荷的方法與應(yīng)力條件等不會(huì)造成比較大的影響，還應(yīng)該分析土體結(jié)構(gòu)類型與性質(zhì)條件，還要分析土的濕度、壓實(shí)度等參數(shù)。路面設(shè)計(jì)階段，需要在最不利的條件之下進(jìn)行回彈模量參數(shù)的實(shí)際測(cè)量。但是在路基沒(méi)有建設(shè)的條件之下，僅能夠利用經(jīng)驗(yàn)估算確定。

結(jié)合全國(guó)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出各個(gè)地區(qū)不同的土地材料的E0-K-ω關(guān)系式。以該公式為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)應(yīng)用土基回彈模量的參考值可以給設(shè)計(jì)方案確定提供基礎(chǔ)。以施工地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)與路基臨界高度參數(shù)，確定出各個(gè)土基結(jié)構(gòu)形式的干濕類型，然后通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定平均稠度值以確定土基回彈模量參數(shù)。在通過(guò)使用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)確定，可以根據(jù)實(shí)際情況把土基回彈量參數(shù)值相應(yīng)提升15%～30%。

5.2 路面材料回彈模量值

無(wú)結(jié)合料的粒料墊層和基層的回彈模量值根據(jù)需要可以開(kāi)展進(jìn)行重復(fù)加載三軸試驗(yàn)的方式，試驗(yàn)環(huán)節(jié)要結(jié)合墊層或者基層部分的具體受力條件來(lái)增加側(cè)限應(yīng)力，從而可以明確具體回彈模量參數(shù)值，當(dāng)前在具體的路面設(shè)計(jì)規(guī)范中都可以按照實(shí)際情況明確相應(yīng)的粒料基層或者墊層部分的回彈模量參數(shù)可以使用。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜合以上敘述，路面設(shè)計(jì)方案確定時(shí)，要從結(jié)構(gòu)、材料、厚度等方面進(jìn)行總結(jié)和分析，確定出可續(xù)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。就當(dāng)前現(xiàn)狀而言，雖然設(shè)計(jì)方案主要是從結(jié)構(gòu)組合與厚度方面計(jì)算確定，但是在結(jié)構(gòu)分析時(shí)要考慮到整個(gè)層材料特點(diǎn)和要求，而厚度的確定和材料參數(shù)是息息相關(guān)的。路面機(jī)構(gòu)符合要求，才能提升路面的性能要求。組合設(shè)計(jì)的過(guò)程中，分析交通荷載、環(huán)境、特性、各個(gè)層功能以及協(xié)調(diào)等方面進(jìn)行分析，且要考慮到工程的具體情況，以達(dá)到工程的使用要求。