广西翔路建设有限责任公司 广西 南宁 530029
摘要：基于路面粗糙度的现场试验数据，考虑动载荷的运动速度和振动频率，分析车辆载荷的影响因素，提出了设计载荷的参考值。通过Odemark模量和厚度当量假定，将公路结构简化为三层体系。利用弹性动力学定理和傅立叶变换方法推导路基动态变形的计算表达式。最后以三种典型沥青公路结构为例，进行了路基的动变形设计。
关键词：高速公路；路基结构；动变形；设计
0.前言
目前，我国路面的设计规范当中把汽车荷载假设为静载，以静载作用下面层底部的拉应力、基层底面的拉应力和路面表面弯沉为设计指标。这种以静力学的设计方法为基础，在负载不太大和道路状况良好的条件下基本是合乎情理的。但是，车辆载荷是尺寸和位置都瞬间变化的一种移动载荷，在操作之后路面将表现为或多或少的不均匀，并且不均匀度将随时间增加。在此类情况下，仍然采用静荷载模式计算与汽车行驶过程中对路面的实际作用力之间的差异较大，特别是当过载车辆在不平坦道路上行驶时，其对路面结构具有更大的影响。
本文针对上述问题，首先从道路的粗糙程度出发分析影响动载荷的因素，提出动态设计载荷参数的推荐值。通过Odemark模量和厚度当量假定，将公路结构简化为三层体系，并且通过使用弹性动力学理论获得路基顶部的动态变形公式。然后结合现有规范对路面偏转控制的思想，考虑路面路基的相互作用和协调变形，给出路基的动态变形控制标准。根据标准，提出了一种动态变形控制设计方法。最后，以三种典型的沥青以道路结构为例，进行路基的变形控制设计。
1.车辆荷载
在对路基进行动变形设计前，首先应该确定车辆动载。如果汽车以一定的速度行驶在平整的道路上，这种振动主要是由轮胎的花纹以及发动机偏心转动而产生的周期性振动。由于这种振动很微小，因此计算时往往可以忽略不计。此外，已有的研究成果表明，变化的车速对地面基础动力响应的影响只有当其与地基表层波速或地基的内部模态波速相接近的时候，才会非常的明显。但在设计规定的汽车行驶的范围内，其实车速对于动力响应的影响是很小的，可见如果路面非常平整，既不用考虑车速又不用考虑振动的影响，将汽车看做是一种静荷载来处理。
2.路基动变形的计算
公路的路面结构是一种分层的结构体系，其主要的结构层从上到下依次为：面层，基层，底基层，路床，路堤以及天然地基。如果结构层数量太大时，分析和计算耗时费力，是设计不方便。考虑到路面结构各层之间的力学性质相差不大，因此，可利用Odemark 模量和厚度当量假定，将模量不同的基层和面层的厚度折算成与底基层同模量的等效厚度，即
利用矩阵传递法可获得汽车动荷载作用下路基的动力响应解。最终得到图1所示的路基顶面动变形表达式：
根据典型公路结构参数进行计算，并结合有关文献关于交通荷载的分级，可以得到不同交通等级下路基顶面动变形的允许值，如表2所列。
按照规范中规定的方法分别对三种典型的公路结构进行路基动变形的控制设计，如果交通等级是中交通，累积的标准轴次为Ne =103万次/车道，查表2可得三种典型路基结构顶面的动变形允许值分别是19.8mm，19.3mm，20.8mm。图2是为了能够满足动变形条件的路基模量和路基填土高度之间的关系曲线。从图2可知，当路基的模量低于80Mpa的时候，在满足动在变形的条件下增加路基的模量能够有效的降低路基的填土高度，如果路基的模量高于80Mpa的时候，增加路基的模量对减小路基高度的效果不是很显著。此外还能够看出，地基的模量对路基的高度以及模量的影响非常大。由此可见，地基性质和公路的结构组合对动变形的设计结果的影响非常大。所以，在进行对路基进行动变形的控制设计之前，应该首先确定路面的结构组合、参数以及地基参数。
4.结束语
动态设计方法是未来高速设计的必然趋势。考虑到由路面不平衡引起的车辆额外动载荷，在分析影响动载荷的因素后给出动载荷设计参数。结合路面挠度控制标准，提出了路基动态变形控制指标和动态变形设计方法。该方法避免了确定路基土的动态应变的难度，反映了路面和路基相互作用和协调设计的思想。通过本文提出的方法，研究了三种典型的沥青路面结构的动态变形控制设计。 结果表明，路面结构和地基性质对动力变形设计结果的影响较大，因此，在路基变形设计前，应给出准确的道路设计信息和基础力学参数。除此之外，还需要更多的室内外试验和归纳总结。
参考文献
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论文作者:叶全
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：路基论文; 路面论文; 结构论文; 载荷论文; 荷载论文; 地基论文; 动态论文; 《基层建设》2016年31期论文;