路面设计指标相协调的公路路基设计

1公路路基设计的影响因素

公路工程通车运营后，路基往往受到车辆荷载、自然环境等多种因素的影响，久而久之，路基结构的动强度、动模量出现衰变，进而发生路基变形现象。如果没有及时修复，最终导致路基沉陷、路面开裂、鼓包等病害出现。不仅影响路面的美观，还会对车辆通行造成不良影响。为预防这些问题发生，通过采取有效措施来提高路基设计水平是十分必要的。在设计过程中，要综合考虑路基设计的影响因素，具体来说，主要包括以下三种影响因素。

1.1温度

公路路基设计和工程运行中，环境温度变化会导致路基与沥青路面设计不协调，影响路基、路面发挥有效作用。根据现行设计规范要求，公路路面设计通常采用15℃和20℃为试验温度，但沥青是感温材料，在高温情况下动模量很低，55～60℃时其动模量小于500MPa。高温环境下路面的承载力会大幅下降，路基因承载力不足会出现变形破坏现象。因此在设计路基时，要充分考虑路段环境的温度对路基、路面的影响问题。

1.2路面湿度

道路的干湿状况会影响路基的土强度衰减趋势，根据实验证明，干湿状况对路基的土静、动强状况有明显的影响作用，经过2～3次循环实验后，路基的土强度衰减趋势会明显变缓。为此，路基设计时要考虑湿度状况，对环境湿度因素进行全面考虑，促进设计水平提高。

1.3交通轴载

目前，将100kN的单轴双轮组荷载作为标准的轴载规范，但并没有考虑到重载和超载的问题。随着交通运输的发展，重载、超载车辆通行数量较多，在进行路基、路面设计时，为全面反映重载交通轴载作用的效应，制定和超载、重载等交通状况相适应的轴载标准，使设计荷载能够和实际的交通轴载匹配是十分必要的。

2路基动力特性分析

以重载高速公路为研究对象，根据AC面层、水泥稳定碎石基层、路基的构造情况等，建立ANSYS有限元模型，从而研究并分析路基动力特性。

2.1温度的影响

分别计算在常温15℃和夏季路面高温55℃的条件下路基的动力特性变化情况。分析表明，高温55℃时，路面模量值急剧下降，路床顶面动应力、动应变明显增大，增幅高达1倍左右。由此可见，按现行规范标准设计的路基、路面容易出现变形现象，随着路基整体强度和张力的扩大，路床顶面动应力也会增加。也就是说，随着路基强度增大，路基抗变形能力提高。为此，路基强度设计要采用使用状态下的动态模量进行，保证路基整体强度。

2.2湿度的影响

对路基土进行干湿和冻融循环实验的结果表明，循环次数增加，路基的含水量也会逐渐趋于平衡，路基土从压实含水量逐渐向平衡含湿量变化，路基的土循环疲劳强度也会减弱并趋于稳定。为此，路基设计时，要采用干湿与冻融循环饱和状态下的路基土强度与刚度作为设计指标，并注重提高路基承载力和设计强度标准。

2.3交通轴载的影响

路基、路面设计时，为应对路面重载、超载现状，促进设计水平提高，在55℃高温条件下，分别进行130kN、170kN、200kN不同轴载对路基动力特性的影响分析。结果表明：同一路面结构下，轮载与路基强度增大，路床顶面的动应力也会明显增加。路基顶面的动应力和路基轴载成正比，路基强度变大路基顶面的动应力会缩小。在不同的路基组合条件下道路工作区的深度随着轴载增加而逐渐增大，关系表达式为：H=aP+b，H代表工作区深度，P代表路基轴载，a、b代表参数。

3公路路基设计指标与标准

经过对路基设计影响因素和路基动力特性的分析，路基设计时应该根据以下指标进行设计工作，并把握好以下实验标准。

3.1路基设计的标准轴载

由于目前的交通运输状况压力逐渐加大，根据路基结构动力特性做出分析报告，130kN的轴载标准能够满足一般重载道路路基设计需求，而特重交通路段可以采用170kN的轴载标准。

3.2路基设计强度标准

路基设计过程中的计算指标一般采用路基土的动强度和动模量，经过干湿循环和冻融循环实验，呈现饱和状态。将路面高温情况下的路基土的动应变值作为设计验算指标，同时注意路基的强度设计指标应该满足动强度要求。经计算得知，轴载为130kN，路基、土基容许压应变值为3.35×10-4。根据计算分析结果，考虑路基、路面施工实际情况和重载交通环境，制作出了重载交通条件下公路设计轴承标准和路基设计强度的对应值，结果如表2所示。

4结论

通过以上的探讨分析，得出以下几个结论，可为公路路基设计提供启示与借鉴。

4.1考虑使用环境和汽车荷载影响

路基设计过程中，要全面考虑使用环境和汽车荷载的影响，综合采取有效措施，促进设计水平提高，并保证路基、路面结构的协调性。

4.2设计状态和使用状态相符合

设计道路路基结构时，通常采用路基、路面动态模量、干湿循环状态下的路基土强度和刚度等作为路基、路面设计指标，还应考虑路基土性能的变化和衰减，使设计状态与使用状态相符合，保证路基结构承载能力，促进设计水平提高。

4.3建议采用130kN为重载交通道路标准轴载

结合车辆通行需要和公路交通荷载特点，重载交通道路设计标准轴载采用130kN为宜，从而更能满足车辆通行需要，使设计荷载更加符合道路路基荷载的实际情况。

4.4全面考虑路基、路面的协调设计

设计时，要对路基、路面进行全面考虑，使二者相关的设计指标更加协调，并应用路床顶面动应变进行变形验算，使其更好地满足车辆通行需要，提高设计水平。

4.5提高路基承载力和设计强度

设计时要注重提高路基设计强度，确保路基承载力满足规范要求。结合具体情况，合理采取防水、排水、隔离等措施，降低持力层内路基含水率及毛细水活动范围，避免这些因素对路基造成不良影响。进而有效保障路基持力层强度，为提高整个路基、路面工程质量和车辆安全顺利通行创造良好条件。

作者：徐克香 单位：河北路桥集团第六工程有限公司