浅谈基于路基路面协调变形的路基回弹模量设计

摘要：通过对路基路面协调变形的简要了解，科学地建立三维有限元分析的模型，并且利用该模型对具有典型性的水泥混凝土路基路面结构中需要承载的荷载应力进行科学计算与分析，从而实现对轴重以及轴型在路基工作区中产生应力和变形影响的简析。得到的结果显示，随着轴重以及轴数的不断增加，路基工作区的深度也出现不断地扩展，与此同时，该区域中的应力以及变形也越来越大；在路基中多轴荷载所产生的影响力要高于单轴荷载，同时在路基深层中多轴荷载在应力的叠加过程中产生的效应也越来越显著。

关键词：路基路面协调变形；路基路面的安全检查体系；路基回弹模量

中途分类号：U213.1 文献标识码：A文章编号：

随着我们国家道路使用过程中重载、超载现象的频繁发生，路基工作区的深度也变得越来越大，我们知道路基工作区的土质情况对于确保路面结构所需的强度以及稳定性来说非常重要，因此，科学有效的确定出路基工作区的深度，是指导路基设计和施工的关键。在以往的研究过程中，技术人员通常是把在车辆荷载中产生的垂直应力同路基的自重应力的比值叫做路基工作区的深度。对于目前的一些设计规范来说，对路基应力状况以及其影响的认识还不够全面，例如对路基进行设计的过程中，没有考虑到公路和交通有关于荷载的等级，而是直接将路基的工作区深度进行统一取值，对于路床土的回弹模量也仅仅是参考经验值。与此同时，在针对我国一些具体的路面结构中，目前的路面设计规范缺乏在路基路面协调变形基础上的对于路基合理刚度的研究，即研究如何对路基的回弹模量进行控制，从而协调路基路面的刚度，改善路面应力的状态，提高路基路面使用率。为了实现上述目标，本文将水泥处治土作为研究的对象，科学建立了具有典型性的有关于水泥混凝土路基路面的三维有限元分析模型，进行系统性分析在不同轴重和轴型的作用下，路基工作区的应力以及变形会产生怎样的影响，为路基工作区的深度的确定提供了科学依据。

一、对于路基路面是否发生协调变形的安全检查体系研究

我们知道，一条完整的公路主要是由路线、路基路面、隧道以及排水设施等环节组成，因此，在公路的设计过程中，设计人员需要确保其设计方案严格符合国家的标准，并且适当结合人为因素进行人性化的设计，实现人、路的和谐与统一。

为了探索路基路面是否发生协调变形现象，需要定期对公路进行安全性检查，这就需要一套公路安全检查体系作为理论与实际操作的支撑，考虑到公路的安全问题直接关系到驾驶员的人身财产安全，因此，公路设计人员需要给予高度重视。

公路的设计作为整条公路在安全工程方面的一个子系统，其主要实施过程需要经过不同的设计阶段，并且具有不同的设计内容。一般来说，我们通常把公路的设计主要分解为以下一些更加小的设计系统，例如公路路线的设计系统、路基路面的设计系统已经公路的交叉设计系统等。

通过对不同的设计系统进行安全检查指标的研究，并且逐一对研究的检查指标进行设计安全考核，实现安全检查执行标准的确定。与此同时，在实际的检查操作中，工作人员还需对检查过程进行科学培训，牢记安全检查工作的要点，并且依据上述的内容进行路基路面有关于安全检查清单的编制，其编制内容主要有检查的内容、检查的指标、安全检查实施的标准、进行安全检查的要点以及检查的结果等。

二、水泥处治土的回弹模量设计

本次研究使用的高液限粘土需要进行一定科学测定，进而确定其基本的物理性质指标，通过测定得到的粘土的基本物理性质的指标如下：

我们知道，高液限的粘土不可以直接的用作路基的填料，因此，在粘土的使用过程中需要掺入适当的低剂量水泥对其进行必要地改良。

通过一定的实验，本次研究决定将回弹模量当做路基土在设计过程中的指标，为了实现最佳状态的水泥处治剂量，本次研究对水泥处治土进行了回弹模量的试验，其结果显示如下：

（一）压实度以及其含水量分别为96%和最佳状态的情况

利用承载板法进行水泥处治土的回弹模量测试时，在压实度以及其含水量分别为96%和最佳状态的情况下，对于不同水泥含量的水泥处治土来说，其相应的回弹模量数值如下所示：

由上图可知，水泥处治土的回弹模量会随着水泥的含量的增大而增大。

（二）压实度以及水泥含量分别为96%和4％的情况

当压实度以及水泥含量分别为96%和4％，并且水泥处治土的最大干密度和最佳含水量分别是1.54和18.2%时，其在不同含水量情况下的回弹模量值如下：

由上图可知，在不同的含水量的情况下，其回弹模量的最大值所对应含水率是在最佳的含水量周围。

（三）含水量在最佳状态并且水泥的含量为4%的情况下

当含水量在最佳状态，并且水泥的含量为4%的时候，在不同的压实度下的水泥处治土的回弹模量值如下：

由上表可知，水泥处治土的回弹模量随着压实度的增大而增大。

通过以上叙述我们知道，无论在何种情况下，回弹模量在浸水后的数值均要小于未浸水状态，通过计算浸水后要未浸水时减小45％左右。

三、路基路面的三维有限元分析模型

水泥材质的混凝土路面因为接缝的存在导致其面层混凝土在整体特性上的遭到破坏，由于其结构具有非对称性，本次研究即采取三维有限元分析法进行路基路面的分析。通过对基层超宽以及路基分析尺寸产生影响的认识，可以科学地计算出路面结构的参数以及使用材料的参数。在计算过程中，对于路面板的四周边界、基层或者路基的侧面、路基底面的设置需要进行约束，通过一定研究显示，在对路基力学的响应进行分析时，可以对接缝的传荷能力产生的影响进行忽视，并且仅仅通过单板模型实施计算。

四、结语

通过以上叙述，我们可以得到以下一些结论：首先，由于轴重以及轴数的不断增加，对于路基工作区的深度来说也在不断地扩展，并且此范围内所具有的应力以及变形程度也越来越大，在路基中多轴荷载所产生的影响力要高于单轴荷载，同时在路基深层中多轴荷载在应力的叠加过程中产生的效应越来越显著；其次，在重载的作用下，目前规范中将0-0.8m当做路基工作区的深度已经无法满足实际需要了，随着我们国家重载以及超载现象的增加，可以在原有的深度范围内将交通荷载的影响区再加深到1.5m；最后，对于在不同的路基回弹模量中路基路面应力产生的应变响应的不同，可以科学给出路基回弹模量值的合理设计范围，从而协调路基路面的刚度，提高路基路面的长期使用率。

参考文献：

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