肖 勇
（四川巴中市巴州区交通运输局，四川，巴中，636600）
【摘 要】伴随我国经济建设的快步发展,高速公路的设计建设也得到了蓬勃发展,但是近几年出现部分高速公路运营不到两年就出现了不同程度的损坏，本文在此将具体剖析道路路基长时间沉降导致形变的预测方法，并剖析交通荷载给路基及路面带来的结构动力。
【关键词】路基；结构动力；动载；路面不平
2015年,我国公路总里程已达到450万公里，高速公路通车里程达到12.3万公里，全国公路网络已经被建设成为非常健全的交通网络，全国各地，大江南北都已经被公路交通网络覆盖，我们国家的道路结构中的材料主要使用柔性沥青混凝土还有钢性水泥混凝土，使用前者铺路寿命相对较短，虽然在十五年以上，但远远不及后者的使用寿命，使用后者铺设道路路面使用寿命是三十年。但是近几年出现部分高速公路运营不到两年就出现了不同程度的损坏，例如：出现龟裂、断裂，出现车辙、路面沉陷等问题,降低了公路的安全使用度以及减少了公路的使用年限。
一、我国技术现状
我们在实际应用过程中，要将各种方法相结合，依据路基具体情况来选择适合的方法，才能更准确的利用路基沉降预测方法服务于道路建设工作。因公路对于路基使用年限之内不能产生过大的沉降，所以施工之前需要严格把控各种因素可能产生的沉降问题，因为一旦施工，再去弥补就会加大任务量，影响交通的正常进行。但是由于路基沉降综上分析涉及的面太多太广，需要掌握的专业知识颇多，并且还存在人为不能把控的因素，所以，国家还不能给出固定的，万无一失的方法来预测沉降。
二、沉降产生的原因
有关公路单位行业内的习惯性理解，铺设公路以路基为它的主体，路基包括了路床，包括了路提，还包含地基。所谓路床指的是路基那一块，他在路床之下，所以他也被称为道路的基础部分，而比原来地面搞出来的填方土体称为路提，地基承载了地面以上的重量，他有可能是自然土层，也有可能是后期处理土层。沉降产生的原可能是自重与载荷的作用产生的，也可能是由附加作用产生的，如果地基土层松散，沉降还包含了自身重量产生的沉降。预防路基土体的沉降应将土层的水和气体排干净。要将水和气体排干净需要一定的时间，这种现象被称为固结，换句话说，固结就是时间发生悄悄改变的一个过程，部分沉降虽与水的排放和气体的排放没有太大关联,但时间也会改变土层的流失与改变，因此,路基的沉降需要将时间充分考虑进去，土层的沉降需要考虑时间问题，还需要考虑土层自重和车辆载荷。所以，需要用时间与载荷的函数关系来描述路基沉降。公路路基长时间沉降因为需要考虑到多方面，并且各方面的因素又紧紧相连，对彼此产生作用，所以要研究路基沉降是有一定难度的，路基长时间沉降与排水固结有关，又与土层内部细微变化有关。所以，业界人员包括路面设计者，路面研究者都要花费大量精力来研究这个话题。下面我们用 表示瞬时沉降， 表示固结沉降， 表示次固结沉降，那么总的沉降计算公式为： 。
三、公路路基沉降预测办法
我们可以使用理论公式来预测路基沉降，可以用数值分析的方法来预测路基沉降，也可以用灰色系统法预测路基沉降，还可以使用人工神经网络法来预测，此处，我们主要讲述其中的部分方法。
3.1、灰色系统法：灰色系统法创立于上个世纪80年代，该理论为路基沉降预测作出了巨大贡献并被相关工作人员接纳和经常使用，它推行将收集的跟随时间变化而变化的随机抽查的正数据求和，使之成为正数的数字列。
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3.2、曲线拟合法：曲线拟合法的准确度不高，因其搜集与沉降预测的曲线相类似的其它曲线来拟合，之后拟算后期沉降量，其中可能会用到双曲线、对数曲线法，三点法，还有根据图表解析的方法。
3.3、人工神经网络法：人工神经网络非常神奇，也需要提前做好事前准备工作。它源于前期的显式数学公式，并将其用非线性映射表现出来。这种方法的好处是对于平行处理表现卓越，我们对高速公路进行土层沉降预测之前应该首先提前训练人工神经网络，找准沉降影响的因数，计算出沉降影响因数的参数，并将沉降影响参数输入进该网络。从而计算出需要计算的沉降量。
四、动力载荷的产生
众所周知，车辆不文明行使中常出现的超载，超限、超重会加速破坏公路路面，那么，车辆的动态载荷也是路面杀手之一。因为动态载荷也是因为路面不平引起的，而路面不平又没有规律性，无法对之进行行之有效的计算，所以我们无法精确的计算出车辆的动态载荷，但又不得不加大力度去研究动力载荷对路面产生的影响。
1、车辆行使中产生载荷
受公路路基所在地段及施工过程中各种人为或自然因素的影响，路面都存在凹凸不平的现象，这个与道路修建的年代无关，我们通过上文不难看出动力道路的动力载荷也称附加载荷是怎样产生的，它是由于路面凹凸不平，导致车辆行驶过程中产生振动，依据物理力学原理，车辆的振动无疑会加大车辆载荷，车辆载荷又是路面载荷的组成部分，从而路面动载荷加大。路面原本不平的状况更加严重。下面我们使用专业术语来形容一下什么是路面的不平整性，它是相对于理想平面而言，在理想平面的基础上表现出的角度移位以及移位偏差的大小，要想测量路面不平整度并非易事，这与测量者本身行为方式方法有关，与测量工具精确度有关，与参照的测量系数有关，因此，测量出来的结果也存在偏差。我国目前较通用的测量方法是静态法和动态反应法。静态法主要指的是通过平整度仪对路面进行测量，从测量结果中得出路面的平整度。据统计，三米直尺法是最方便且最常用的计算方法。动态反应法是非直接的量测方法,使用这种方法来判断道路的不平整性主要是通过观测车辆的反应。车辆行使的时候，由于路面不平整，载荷不稳定，有时会大于静载荷，有时比静载荷小，我们可以将其分为突加移动简谐载荷与匀速移动简谐载荷，公式如下：
突加移动简谐载荷：
匀速移动简谐载荷：
三米直尺法有一定的局限性，它是体现公路路面不平整度较好的方法，却无法体现不平整度的具体情况，具体不平整幅度大小，当我们需要更深入分析不平整度的幅度大小时就可以换一种计算方法，刚好统计模型可以对这个方面的不足稍作弥补，统计模型计算原理是：先假定振源统计模型不受时间的影响不受空间变换的影响。
2、动载荷不稳定因素
车辆动载荷由于受多方面因素影响，所以它是不稳定的，不规律的，我们说的构成车辆动载荷不稳定的因素主要是路面不平整度，路面不平整度造成路面附加的载荷可以形成车辆、路面与路面振动系统。我们常常用随机过程论来阐述车辆的随机振动状态的计算规律。汽车分不同车型，不同的大小，不同的自重以及载重，轮胎与路面的摩擦系数也不同，进而每辆汽车在行使过程中给路面带来的损伤也不尽相同，因此我们在今后的工作中应加大研究车辆行使过程中对路面产生的影响规律的力度。在大多情况下,车辆轴距越大车辆动载就会越大，车速越大，车辆动载也会越大，轮距的大小不影响车辆动载。
结束语：
文章对路基的长时间沉降与变形预测方法以及在交通荷载的影响下路基路面的结构动力研究两方面进行大量分析，得出了一定的研究结论：通过分析得之，路基经过长时间沉降引起的道路不平以及道路不平造成的动载荷是破坏路面的最主要因素。在实际对沉降进行预测时,一般要依据路基的具体状况,灵活使用灰色系统分析法、曲线拟合分析法、人工神经网络分析法对其进行综合预测。并且我们应精确的判断分析高速公路表面激励特性方能修出更加耐用的道路。
参考文献：
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[3]陈云峰,程婧. 高速公路路基沉降及路面动力特性研究[J]. 科技资讯,2011,25:58.
[4]杨婧. 路基沉降全方位监测方法与技术的研究[D].北京交通大学, 2014,32:168-45.
论文作者:肖勇
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：路基论文; 载荷论文; 路面论文; 车辆论文; 土层论文; 公路论文; 道路论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;