与路面协调设计的公路路基设计指标及使用环境探讨

王春雷

(徐州市交通规划设计研究院， 江苏 徐州 221006)

与路面协调设计的公路路基设计指标及使用环境探讨

王春雷

(徐州市交通规划设计研究院， 江苏 徐州 221006)

本文从温湿度以及轴载三个方面对影响公路路基设计的因素进行分析，对状态不同的影响下公路路基动力特性进行计算，并阐述在使用环境基础上设计路基结构的重要作用，以此为公路路基设计提供参考。

路面协调设计；公路路基设计指标；使用环境

对于公路工程来说，路基设计非常重要，因此得到设计单位的重视，伴随公路工程数量持续增加，设计方法和设计指标的合理性、科学性非常也越来越重要。虽然现行设计标准对路基压实度和强度进行明确要求，但并未全面的考虑交通等级、车辆重载及超载等问题，同时也并未将路面温湿度、负荷等情况对路基的破坏考虑在内。基于此，本文从温湿度以及轴载三个方面进行考虑，使公路路基设计更加科学和合理。

1 影响路基结构设计的因素

在公路工程建成通车之后，路基不仅会受到车辆荷载的影响，而且还会受到自然环境等因素的影响，长此以往，路基结构动模量、动强度均会发生衰变，进而出现路基变形问题，若变形问题没有得到及时修复，在长时间作用下将会出现路面开裂、沉陷、鼓包等多种严重现象，不仅使路面美观程度受到影响，还会影响着车辆的通行状态。为避免此类现象的出现，需要采取一定措施使路基设计水平提升。在设计期间，应对温湿度及轴载三方面因素进行综合考虑。下面就对这三种因素进行逐一介绍。

1.1 温度状态的影响

在公路工程使用过程中，因环境温度变化会引起沥青路面与路基设计之间出现不协调问题，使路基和路面的作用发挥受到影响。以现行设计要求为依据，公路路面设计试验温度一般为15-20℃，但由于沥青属于感温材料，如果其处于高温条件则出现较低的动模量，当温度处于55-60℃时，动模量在500MPa以下。若处于高温条件，则会降低路面承载力，由于路基缺乏承载力而导致变形破坏，所以在路基设计中应将路段环境问题考虑在内。

1.2 湿度状态的影响

公路干湿情况会对路基土强度产生一定影响，据实验研究指出，干湿状态直接影响着路基土体的动强状况以及土静状况，据循环实验（2-3次）指出，路基土体强度衰减呈现出明显减缓的趋势，对于此路基设计过程中应将湿度状况考虑在内，全面考虑环境的温度因素，以提升设计水平。

1.3 轴载状态的影响

现阶段，标准的轴载规范为单轴双轮组荷载（100kN），但并未将重载以及超载问题考虑在内，伴随交通运输事业的进步和发展，重载以及超载问题越来越多，在路基设计过程中，应将重载交通轴载作用的效应全面反映出来，并形成能够适应重载以及超载等多种交通状况的轴载标准，使设计荷载符合实际轴载，以减少对路基产生的不良影响。

2 影响路基动力特性的因素

以重载高速公路为例，针对AC面层、基层以及路基等情况，形成ANSYS有限元模型，对路基动力特性的影响因素进行分析。

2.1 温度状态的影响

对常温15℃环境下路基动力特性变化状况进行计算，同时对夏季高温55℃环境下路基动力特性变化状况进行计算，经过分析表明，在55℃高温条件下，路面模量值呈现出下降趋势，路床顶面动应变增大，同时动应力也增加，增幅约为一倍，由此可见按照现行标准对路基进行设计则容易出现变形问题，伴随路基整体张力和强度的增加，路床顶面动应力也随之增加，即路基抗变形能力随路基强度增加而提升，因此在路基强度设计过程中应以公路使用状态下所产生的动态模量为准进行设计，使路基整体强度得到保证。

2.2 湿度状态的影响

从路基土体冻融循环以及干湿状态实验结果可见，如果增加循环次数，路基含水量则呈现出平衡的趋势，路基土体从压实含水量不断转变为平衡含湿量，路基土体循环疲劳强度呈现出稳定趋势，对于此在路基设计过程中，应以冻融循环以及干湿饱和条件下路基土体的刚度和强度为准进行设计，使路基设计强度标准提升，同时增加路基承载力。

2.3 轴载状态的影响

在路基设计过程中，应从路面重载以及超载现实状态上提升设计水平。在55℃高温环境下，对不同轴载（220kN、170kN、130kN）对路基动力特性产生的影响进行分别分析，结果显示，当路面结构相同时，路基以及轮载强度呈现出增加趋势，同时路床顶面动应力也呈现出增加趋势。路基轴载与路基顶面动应力之间成正比关系，路基强度增加，而路基顶面动应力呈现出减小趋势，在路基组合不同的影响下，轴载增加，公路工作区深度也随之增加，可以用以下公式表达：H=aP+b（H为工作区深度；a、b均为参数；P为路基轴载）。

3 路基设计指标与标准

依据路基设计影响因素的分析，同时与路基动力特性的研究结合，应以以下指标为路基设计的指标，并将实验标准考虑在内。

3.1 路基设计标准轴载

由于现阶段交通运输压力比较大，以路基结构动力特性为依据进行分析，轴载标准为130kN符合一般重载公路路基设计要求，对于特重交通路段，则应设计轴载标准为 170kN。对于轻交通，即中型以上货车及大型客车以每条车道每日交通量小于 600辆，则建议标准轴载设计为 130kN；对于中等交通，即中型以上货车及大型客车以每条车道每日交通量介于 600-1500辆，则建议标准轴载设计为130kN；对于重交通，即中型以上货车及大型客车以每条车道每日交通量介于1500-3000辆，则建议标准轴载设计为130kN；对于特重交通，即中型以上货车及大型客车以每条车道每日交通量大于3000辆，则建议标准轴载设计为170kN。

3.2 路基设计强度指标标准

在路基设计期间，计算指标通常以路基土体动模量以及动强度为依据，并用冻融循环和干湿循环实验确定其饱和状态数据。设计验算指标为路面高温状态下的路基土体的动应变值，并将路基强度设计指标考虑在内，应符合动强度要求。经过计算可知，路基设计所采用轴载应为 130kN，土基以及路基容许压应变值应设计为 3.35*10-4。以计算分析结果为依据，将路基实际情况考虑在内，并结合重载交通环境，设计了重载环境下路基强度对应值。

4 结语

综上所述，在路基设计中，应将车辆荷载和使用环境对路基的影响考虑在内，使路基结构更加协调。路基设计指标应为路基动模量以及干湿循环条件下路基土体刚度和强度，并将路基土体性能的衰减和变化考虑在内，应符合实际应用状态，使结构承载能力得到保证，提升设计水平。与公路交通荷载特点相结合，重载交通公路路基设计应以130kN为轴载指标，使通车需求得到满足。设计过程中，应全面考虑路基以及路面，保持两者设计指标之间的协调性，并做好变形验算，满足通车要求，使设计水平得到提升。

[1]徐克香.与路面设计指标相协调的公路路基设计[J].交通世界（建养机械）,2015(08).

[2]裴奕博.水泥混凝土路面在路基路面协调变形中的设计方法探究[J].中国科技投资,2016(31).

[3]裴伟民,王静,叶政权等.水泥混凝土路面在路基路面协调变形中的设计方法[J].江西建材,2015(02).

U45

B

1007-6344（2017）10-0013-01