定点加载测量弯沉法估算农村无基层水泥混凝土硬化道路的车辆最大限制轴重研究

[摘要] 无基层的水泥混凝土硬化道路在农村道路中占较大的比例，在建设时，如何保障土基的基本承载能力，从而使硬化后的路面具有可靠承载基础；以及在建成后，怎样限制驶入车辆的超轴重，避免超载破坏。这两方面都是保障该类道路耐久性的关键所在，定点加载测量弯沉法为此提供了简明直观的解决问题的方法。

[关键词] 定点加载弯沉 弹塑性 破坏荷载

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

随着我国新农村建设的深入开展，农村道路改造升级得到了跨越式的发展，交通条件得到了根本上的改善，成绩卓著。然而，改造升级的道路中，大多数硬化道路是直接在土基上铺设水泥混凝土或在土基上简单地铺上一层碎石调平层再铺筑混凝土的道路，混凝土面层厚度较薄，一般只有18~22厘米厚，没有路面基层结构层，这类道路我们姑且称之为农村无基层水泥混凝土硬化道路。

这类路面的承载能力有高有低，如果车辆不加限制地驶入，承载能力低的道路将会出现早期破坏。目前，农村道路中，这类道路数量基数庞大，承载能力低的道路比例较高，如果出现大量的破坏，将产生难以估计的损失，甚至将影响到新农村建设的持续性、科学性发展。因此，在建设时，如何保障土基的基本承载能力，从而使硬化后的路面具有可靠承载基础；以及在建成后，怎样限制驶入车辆的超轴重，避免超载破坏。这是我们当前亟需解决的课题，下面我们介绍如何采用定点加载测量弯沉法来解决这两方面的问题。

1、荷载-弯沉曲线推断破坏荷载基本原理

原状土基或只有薄层结构层的硬化道路，接近于弹塑性地基。对弹塑性体某一固定点施加外荷载，当外荷载在较小的范围内，弹塑性体以弹性变形为主，塑性变形为辅，残余变形与外荷载曲线接近直线；当外荷载不断加大，并控制在较合适的范围内，弹塑性体主要是塑性变形，残余变形与外荷载曲线呈现为折线或曲线；当外荷载再不断加大，并超出较合适的范围内，弹塑性体将发生塑性破坏，残余变形量急剧增大，残余变形与外荷载曲线接近直线。

残余变形可以通过测量地基的弯沉得到，车辆轮胎作用于地基后，地基出现残余变形，我们通过测量弯沉值可以反映其残余变形的情况，建立荷载-弯沉曲线后，可以推断弹塑性地基处于何种受力与变形状态。如果测试点（轮胎着地点）固定在某一部位，每间隔一段时间，比如说每隔10分钟，对测试车增加载重一次，相应测试一次弯沉值。如下表1和图（1），是对回弹模量为70 Mpa的地基逐级施加荷载而测定的数据。

逐级加载得出的轴重与弯沉对应数据处表1

图（1）残余变形与外荷载曲线

图（1）的荷载-弯沉曲线中，a点以前的线段呈直线状态，说明了a点以前的荷载作用下，地基变形以弹性变形为主，地基尚未破坏；a点以后的a-b-c线段呈弯曲状态，说明了地基变形以塑性变形为主； c点以后的线段呈直线状态，说明了地基变形在c点开始开始发生塑性破坏。

那么，为了避免地基出现塑性破坏，应限制大于c点以前的荷载。从经济合理的角度看，如限制大于a点以前的荷载作为车辆最大限制轴重，则偏于安全，经济性没有充分发挥；如如限制大于b点以前的荷载作为车辆最大限制轴重，则又保证安全，经济性也能充分发挥。

上述便是定点加载测量弯沉法估算农村无基层水泥混凝土硬化道路的车辆最大限制轴重的基本原理。

2、建设时如何保障土基承载能力

农村硬化道路虽然不象等级公路那样有明确的承载能力目标，但为了便于使用，也应要求具备一定程度的承载能力。因为没有基层结构，因此，必须保证土基的基本承载能力，才能使硬化后路面的承载能力有保障。

在标准轴载下，即车重68KN与载重力为82.6KN合计总重力为150.6KN的情况下，轮胎内压力为0.7MPa，轮胎接触压力也为0.7MPa，在车辆静止状态，不同的总重力，轮胎接触压力以0.7Pa为基数而对应增或减。

土基E0采用路基回弹模量计算公式来计算：

E0=2pδ×(1-µ2)a×102/(Kl)

E0---土基回弹模量（MPa）；

l―土基发生塑性破坏时的弯沉值（0.01mm）；

p,δ---车轮轮胎接地压强（MPa）与当量圆半径（mm）；

µ--土基的泊松比，一般取0.35；

a---土基弯沉系数，可取0.712；

K----不利季节影响系数，可根据当地经验确定，本文测试区域取1.18。

在某条路上选取三段有代表性地基，分别选取三个轮胎着地点，使用黄河JN150汽车做试验车，预制1吨重的混凝土块件若干个，小型的混凝土块件数十个，每隔20分钟测试载重不同的弯沉值。整理数据，得到表2和图（2）。

路基逐级加载得出的轴重与弯沉对应数据处表2

如图（2）路基弯沉与外荷载曲线

假设以标准轴重101KN为基准，A线，说明了尚未达到黄河JN150汽车标准轴重，轴载87KN时土基就发生了塑性破坏，如果需要控制硬化的混凝土路面的承载能力，必须对土基进行处理。

B线，说明了稍稍超过了黄河JN150汽车标准轴重，土基才发生塑性破坏，如果需要提高硬化的混凝土路面的承载能力可靠度，也要适当对土基进行处理。

C线，说明了超过了黄河JN150汽车标准轴重较多，土基才发生塑性破坏，一般来说，无须对土基进行处理。

3、硬化路面建成后，如何估算最大控制轴重

（1）车辆荷载作用最不利部位分析及固定测试点选择

如图（3），农村硬化道路混凝土板块一般为：宽3.5米长4米或宽4.5长5米。车辆行驶在路面上，轮胎可能作用于板块中间或短边中部或长边中部或板角，由于在板角处相当于悬臂，混凝土板最易在板角折断，因此，车辆荷载作用最不利部位应该在板角，弯沉固定测试点应选在板角上。

图（3）两块相邻的水泥混凝土路面板及轮胎可能的着地点示意图

（2）弯沉固定测试

同土基弯沉测试，在某条路上至少选三处有代表性的路段，分别选定在三块水泥混凝土板的板角作为固定点上进行测试。整理数据，得出表3和图（4）。

路面逐级加载得出的轴重与弯沉对应数据处表3

如图（4）路面弯沉与外荷载曲线

假设以标准轴重做基准，根据图（4），比较A线、B线、C线，A段路面承载能力最低，则应选择A段路作为控制路段，应选择b1点所对应的轴重作为最大控制轴重。这就是农村无基层水泥混凝土硬化道路的车辆最大限制轴重的依据。

4、结语

估算农村无基层水泥混凝土硬化道路的车辆最大限制轴重的定点加载测量弯沉法，简明直观，既解决了建设时期土基的承载能力是否达到要求的问题，又解决了建成后如何估算辆最大限制轴重的问题，这两个关键性问题得到解决后，道路耐久性的主要问题将迎刃而解，较好地确保了新农村建设的成果，作用显著，做法值得推广应用，其他等级以上公路建设与管理也可予以参考与运用。

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作者简介：李文宣（1974--），女，广西上思人，主要从事公路养护管理工作。