浅谈基于路基路面协调变形的路基回弹模量设计

浅谈基于路基路面协调变形的路基回弹模量设计

王琦1李东晖2齐俊杰3

山东中咨公路咨询设计有限公司山东东营257091

摘要：因为我国道路发展过程中，车辆重载、超载现象发生的越来越频繁，因此路基工作也变得越来越重要。因为路基的本身的土质情况对于路面所能达到的强度以及稳定性影响较大，所以，采用科学合理的科研手段研究路基工作区的深度，对于路基施工与设计至关重要。本文基于对于路基协调变形的简要概述，建立三维有限元模型，根据建立的模型分析与计算路基路面所需要的承载的荷载应力，得出相应的轴重以及轴型，其中，轴性在路基工作区产生的应力之下不断发生形变。最终得出结论，伴随轴重以及轴数的增长，路基工作区的深度也随着正比例增长，该区域内的应力、形变都在逐渐增加。在路基中，因为多轴载荷所带来的也想要远远大于单轴荷载，所以多轴载荷的应力叠加效应会越加明显。

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

引言

以前，路基研究人员一般把车辆负荷中所表现的垂直应力与路基本身的应力之比称之为路基工作区深度。但是目前有些设计规范对于没有充分考虑这个因素，对于路基应力的具体情况以及影响并没有正确的认识，具体表现在进行路基路面设计时，对于公路日常载荷以及交通载荷的级别没有充分考虑，而是对路基工作区直接取同一值，对于路面路基的弹性模量也没有正确的认知。处于这种情况，在对我国目前一些特定结构的路面研究时，对于路基的回弹模量没有很好的控制措施，无法协调路基刚度，改善路基的载荷能力，从而提高路面利用率。为了改善这一情况，本文将以水泥处治土为研究目标，建立合理的路基路面的三维有限元模型，对利用该模型进行分析，为改善路基应力提供真实可靠的理论依据。

1回弹模量概述

回弹模量的定义为路基路面在载荷的作用下的应力与其回弹应变之比。而土基回弹模量则代表着在一定的弹性形变之内，路基在垂直载荷的作用下，产生的抵抗竖向形变的力，如果这个垂直载荷是一个固定的值，那么土基回弹模量越大，其所发生的垂直移动与之成反比，也就是越小，而如果竖向位移是一个固定值，回弹模量就会越大，而土基所承受的外力载荷的能力就越强。也是出于这个特性，路面路基的工程设计中，一般都会选用弹性模量来作为土基抗压强度的主要依据。测试弹性模量的方法多种多样，一般常用的有现场实测法，室内试验法，换算法，查表法。

2对于路基路面是否发生协调变形的安全检查体系研究

要构成一完整的公路，需要多个施工要素。其中，需要公路的路线、路基路面、公路隧道、给排水设施是构成公路最重要的因素、一条合格的公路，相关的研究人员必须首先确保其设计方案符合国家所颁布的标准，并结合路面的实际情况修改细节，进行以人为本的设计，以便提高公路使用率，实现人与路的和谐，最终减小意外情况的发生。

探索公路时是否发生协调变形的安全检查体系研究，要先了解路基路面发生协调形变的程度。首先要做的就定期为公路做安全监测，同时也需要完善的安全检查措施作为理论支撑。公路安全涉及到驾驶员的人身安全，公路研究人员必须对这一部分予以充分的重视。安全工程其实也算是公路设计的一个子系统，在公路设计中，需要经历不同的设计阶段与设计内容。公路设计可以分为很多其他的子系统，每个系统的安全检查都至关重要，比如说公路路线的设计系统、公路隧道的设计系统、公路给排水的设计系统等。对于不同的公路子系统，要设置不同的安全检查标准与规范，并根据实际逐一进行指标考核，实现安全标准的严格执行。同时，在研究人员执行的过程中，必须将上述的安全检测内容进行编制与记录。

3水泥处治土的回弹模量设计

本次建模研究所使用的高液限粘土在研究之前必须先进行科学测定，首先要确定其基本的物理特征与相应的指标，通过测定得到的粘土的基本物理性质的指标如下:其中小于0.075mm的颗粒含量大于50%、液限大于50%，塑性指数在26以上。通常来讲，高液限的粘土如果直接用于路基填料，会因为初期结构强度很高，难以被粉碎也难以被压实，久而久之路基会逐渐出现沉降，裂缝，因此在路基施工需要用适当的改良。一般的方法是采用在添加适量的水泥，提高其水硬性。通过多次的实验，本次研究最终决定将路面路基的回弹模量作为设计过程中的主要参数，为了将添加的水泥剂量达到最佳的使用效果，本次设计对水泥处治土进行了回弹模量的试验，其结果显示如下:

（1）路面路基的压实度、含水量分别控制在96%以及最好状态的情况使用承载板法对水泥处治土的回弹模量进行测试时，在压实度以及其含水量分别为96%和最好状态下，对于不同水泥含量的水泥处治土来说，我们发现水泥处治土的回弹模量与水泥含量是成正比的，也就是说回弹模量会随着水泥的剂量增加而增大。

（2）路基路面的压实度、水泥含量分别为96%和4%的情况下，同时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，如果含水量发生了变化，其回弹模量的最大值所对应含水率会在最佳的含水量上下浮动。

（3）含水量在最佳状态同时添加的水泥含量为4%的情况，当含水量还是处于最佳状态时，，在不同压实度之下，水泥处治土的回弹模量也在逐渐发生改变：水泥处治土的回弹模量随着压实度的增大而增大。通过以上叙述我们还可以了解到，无论处于什么情况，回弹模量在浸水后的数值通常都要小于未浸水状态的数值，而试验中浸水后要未浸水时大概会减少到45%左右。

4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长期使用之后的接缝的存在导致其面层混凝土在整体特性上的遭到破坏，并且又由于路基结构并不是对称的，因此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选择性忽视，并且仅仅通过单板模型实施计算并分析。

5结语

通过以上叙述，目前能够得出如下的这些结论:首先，随着轴重以及轴数在不断的增长，与之对应的路基工作区的深度也在慢慢的加深，在这个范围之内，路基所承受的应力、变形程度都在不断的增强，因为在路基中多轴荷载对路基的影响力要远远高于单轴荷载，另外路基工作区中，多轴荷载在应力的多重作用下的效应越加明显。目前国家出台的规范中将0-0.8m作为路基工作区的深度已经不再符合实际需求，因为它其实已经远远落后于真正的路面需求，随着我们国家重载以及超载情况正在逐渐增多，最好的做法就是在原有的深度范围内将交通荷载的影响区再度加深，最好加深到1.5m，才能充分满足路基的日常承载力与相应的需求，提高路基路面的长期使用率

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