公路路基地基承裁力分析

【摘要】：对公路路面承载力作用、影响以及路基处治进行具体阐述和分析。公路路面结构设计中，合理地分布路基和底基层等各结构层的刚度以及如何选用相应的结构层材料，使行车荷载在路面结构中的分布更为合理，为综合改善公路使用性能提供相应的依据。

【关键词】：公路路基 地基 路面结构 承载力 荷载

中图分类号： U213.1文献标识码： A 文章编号：

行车荷载对路基、路面承载力、内部应力的影响

路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车起决定作用。评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可靠性。

轴重是路面设计的关键。

1、汽车对道路的静力作用

静止状态的汽车对道路的作用，称为静力作用，其大小主要取决于车轮总重。影响因素：汽车轮胎的内压力、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状以及轮载的大小。轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a、b差别不大。 路面设计中，以圆形表示。

2、运动车辆对道路的动力作用

因为路面不平整车身震动，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，轮载成动态波动。当行驶车辆启动、加速、匀速、减速、转向时，受力不同；运动车辆对路面有着垂直压力、水平力、振动力。水平力易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求面层材料有足够的抗裂强度。轮载的变异系数：车辆行驶过程中，轮载的波动程度，与行车速度、路面平整度、车辆振动特性相关。

3、行车荷载与交通能力分析

行车荷载和自重是作用在路基的两种主要外力，对于路基都按照竖直荷载考虑；行车荷载产生附加应力，对于路基的扰动影响随深度降低；自重应力随深度变大；附加应力作用是瞬时的，自重应力作用是永久的；行车荷载或车轮荷载可变，对于某一深度的路基土体影响较大，我们将这样的深度叫做路基工作区，确切深度大约在附加应力为自重应力的1/10～1/5左右。

一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量对于路面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区分不同的车型。车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。轮迹横向分布频率曲线影响因素有交通量、交通组成、车辆高度和交通管制等。

二、公路土基的受力和土基工作区分析

作用于路基的荷载主要有：路基路面的自重（静载）和汽车的轮重（动载）。

力学模型的假设前提：路面结构对行车荷载的应力扩散，路基顶面承受着较小的动载应力作用，在较低级位的应力作用下，路基产生的变形极小，近似看作应力应变关系在弹性工作范围内。

图1-1，行车荷载的应力扩散。

路面结构对行车荷载的应力扩散，路基顶面承受着较小的动载应力作用，在较低级位的应力作用下，路基产生的变形极小，路基自重应力随深度而增加，车辆荷载应力随深度而减小。当达到一定深度时，车辆荷载引起的应力与路基自重应力的比值很小可忽略不计。就路堤而言，当路基工作区深度小于填土高度时，荷载作用全部由路堤承担；当路基工作区深度大于填土高度时，部分作用力传递给路堤下的地基承担。轴重的大小对路基的影响深度有较大的差异；路基不同深度处的应力状态不同，则对路基的强度和稳定性的要求就不同。

1、土质路基的变形特性

（1）土基变形的非线形特征：路基土的内部结构十分复杂，包括固相、液相和气相三部分，而固相部分又由不同成分、不同粒径的颗粒组成。当前国内外一致均采用弹性理论分析研究路基路面结构的受力和变形关系，即弹性模量成为结构分析一项重要的参数。由于路基路面结构整体是在一定的允许变形范围内工作的，过量的变形对结构受力和使用功能都是不允许的。另外，路面材料的回弹变形的大小也与材料的疲劳损坏有很大的关系——直接影响路面耐久性。粘性越小的土这种影响就越大。所以，对砂性土和碎、砾石土路基提高侧限和增强下卧层的强度对自身承载能力的发挥非常重要。

（2）重复荷载作用对路基土的影响：一般呈如下规律：每一次荷载作用之后，回弹变形即行消失，而塑性变形不再消失，并随荷载作用次数的增加而累积逐渐加大，但随着荷载作用次数的增加，每一次产生的塑性变形逐渐减小；结果：①土粒进一步靠拢，土体进一步逐渐密实而稳定；②累积变形逐步发展成剪切破坏。出现哪一种结果取决于三种因素：①土的类别和所处的状态（含水量、密实度、结构状态）。②应力水平（亦称相对荷载）。相当于一次静载作用对的应力极限δ极重复作用的应力程度。如一次静载作用时的应力极限δ极为100，重复荷载应力极限δ极为65，则应力水平为0.65。③荷载作用的性质。即重复荷载的施加速度、作用的持续时间和重复作用频率。

2、土质路基的强度指标

动荷载是造成基床病害的主要原因之一。研究土体作用下的变形、稳定问题，必须了解土的动力性质，包括土的动强度和液化、动孔隙水压力增长及消散模式、土的震陷等。

路基路面结构强度除了与路面材料的品质有关之外，路基的支撑起着决定性的作用。路基作为路面结构的基础，它抵抗车轮荷载能力的大小，主要决定于路基顶面的抗变形能力。所以，路基的承载能力都用其抗变形能力来表征。路基用土应选择强度高、水稳性好、易压实的土做填料，同时考虑土的来源和经济性。设计中必须使路基满足整体稳定性、足够的强度以及水温稳定性要求：地质不良地段，路基施工加剧了原来的不平衡状态，如：在挖方地段。必须采取一定的工程技术措施，如排水、支撑与加固等，确保路基的整体稳定性；只有具有足够的强度，才能使荷载应力下不产生超过允许范围的变形；对于土质路基不仅要求具有足够的强度，而且要保证在最不利的水—温情况下，强度不致显著地降低。

三、路基施工中加固和处治

当结构的荷载较大，地基土质又较软弱(强度不足或压缩性大)，不能作为天然地基时，可采取人工加固处理的方法改善地基性质，提高承载力、增加稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。“将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”，即可达到地基加固的目的。工程实践中的各种加固方法均是从这一加固原理出发 。提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。

软弱地基包括：淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基；特殊土地基包括：软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。拟定地基加固处理方案时，应考虑地基与上部结构共同工作的原则，从地基处理、建筑和结构设计、施工方案方面均采取相应措施，绝不能单纯对地基进行处理。当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑地基的要求，而软弱土层的厚度不大时，挖去软土层将基础置于承载力大的基岩或坚硬的土层中，最为经济。当软土层较厚、承载力或变形又与建筑地基要求的差距不大时，可在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高地基持力层的承载力，减小软土层的承压力。

四、总结

随着车辆轴次、轴载越来越大，对公路路面承载能力要求越来越高，我国目前公路建设中设计方法对于路基、底基层模量和强度设计的重视仍然不够，对路面结构各层承载力的合理分配仍有待深入探究。本文选择典型沥青路面结构，分析路基路面各结构层参数对路面承载能力以及土基内部应力的影响规律，对公路路基地基的有效处治提供了更好的依据。

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