路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)研究

張相凱 蔣恒恒

1.河南交投中原高速鄭洛建設(shè)有限公司 河南鄭州 450000；2.河南中原高速公路股份有限公司 河南鄭州 450000

隨著交通出行需求的不斷增加，交通量逐年提升，現(xiàn)有道路路網(wǎng)和密度已不能滿足人們對交通出行的需求。因此，為滿足人們?nèi)找嬖黾拥慕煌ǔ鲂行枨蠛捅憬莸慕煌ǚ绞叫枨?，高速公路建設(shè)任務(wù)的日趨增加，同時(shí)一系列的工程中出現(xiàn)的問題也逐漸引起我們的重視。在實(shí)際工程中，路基不均勻沉降常出現(xiàn)在軟土地區(qū)新建和改擴(kuò)建高速公路工程中，路基的不均勻沉降會導(dǎo)致路面產(chǎn)生變形[1]。但已有設(shè)計(jì)規(guī)范中未考慮路基變形對對路面應(yīng)力的影響，本文運(yùn)用有限元軟件建立簡化計(jì)算模型，討論了路基變形對路面應(yīng)力的影響，并提出路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)[2]。

1 簡化計(jì)算模型的建立

通過實(shí)際工程數(shù)據(jù)可知，路基不均勻沉降一般呈中間大，兩側(cè)小的盆型，路堤橫向變形符合函數(shù)式（1）：

圖1 不均勻沉降路面變形示意圖

影響路面結(jié)構(gòu)組合的因素有很多，本文根據(jù)某地區(qū)高速公路常用路面結(jié)構(gòu)形式，建立有限元路面結(jié)構(gòu)模型，具體參數(shù)如表1所示。

表1 模型參數(shù)

選擇基層和墊層的模量、厚度，路基不均勻沉降量和路面寬度等作為路基變形對路面應(yīng)力的影響因素，通過分析研究路基變形路面應(yīng)力的影響，并提出路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2 路基變形對路面附加應(yīng)力影響

分別研究基層和墊層參數(shù)，不均勻沉降量等變量對路面應(yīng)力的影響。

通過分析可以看出，路面應(yīng)力與基層參數(shù)呈正相關(guān)，隨基層參數(shù)的增加線性增大。路面應(yīng)力與墊層參數(shù)呈負(fù)相關(guān)，隨墊層參數(shù)增加而線性減小，可以考慮適量增加墊層厚度減小路基變形對路面附加應(yīng)力的影響。路面應(yīng)力與不均勻沉降量呈正相關(guān)，隨不均勻沉降量增加線性增大，路面寬度對路面應(yīng)力影響較穩(wěn)定。

3 不均勻沉降下路面附加應(yīng)力計(jì)算

通過研究路基變形對路面應(yīng)力的影響分析，可以得到路基不均勻變形引起的路面附加應(yīng)力計(jì)算公式如下：

4 路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)

不均勻沉降引起的路面變形不容忽視，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中只考慮了設(shè)計(jì)時(shí)的路基回彈模量，而沒有考慮到在實(shí)際建設(shè)完成后的路基不均勻沉降。路基的不均勻沉降會導(dǎo)致路面底部產(chǎn)生應(yīng)力，從而產(chǎn)生一系列裂縫，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生早期破壞。因此，在路面設(shè)計(jì)中應(yīng)引入一個(gè)新的參數(shù)，即由于路基變形引起的路面層底拉應(yīng)力。在現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)引入路基變形產(chǎn)生不均勻沉降后引起的路面變形設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)為：路表彎沉值l，半剛性材料基層層底拉應(yīng)力mσ，路基變形產(chǎn)生不均勻沉降引起的路面層底附加應(yīng)力Δσ。

5 結(jié)語

（1）通過數(shù)值分析模擬在路基變形影響下路面應(yīng)力的變化，得到路基變形影響的路面附加應(yīng)力公式

（2）在現(xiàn)有路面設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的路表彎沉值l和半剛性材料基層層底拉應(yīng)力mσ的基礎(chǔ)上，引入路基變形引起的路面層底附加應(yīng)力Δσ，即為路面不均勻沉降設(shè)計(jì)指標(biāo)。更加合理的對路面破壞機(jī)理進(jìn)行表述，進(jìn)而更加合理的進(jìn)行路面設(shè)計(jì)，避免路面結(jié)構(gòu)的早期破壞。