路面不均匀沉降设计指标研究

张相凯 蒋恒恒

1.河南交投中原高速郑洛建设有限公司 河南郑州 450000；2.河南中原高速公路股份有限公司 河南郑州 450000

随着交通出行需求的不断增加，交通量逐年提升，现有道路路网和密度已不能满足人们对交通出行的需求。因此，为满足人们日益增加的交通出行需求和便捷的交通方式需求，高速公路建设任务的日趋增加，同时一系列的工程中出现的问题也逐渐引起我们的重视。在实际工程中，路基不均匀沉降常出现在软土地区新建和改扩建高速公路工程中，路基的不均匀沉降会导致路面产生变形[1]。但已有设计规范中未考虑路基变形对对路面应力的影响，本文运用有限元软件建立简化计算模型，讨论了路基变形对路面应力的影响，并提出路面不均匀沉降设计指标[2]。

1 简化计算模型的建立

通过实际工程数据可知，路基不均匀沉降一般呈中间大，两侧小的盆型，路堤横向变形符合函数式（1）：

图1 不均匀沉降路面变形示意图

影响路面结构组合的因素有很多，本文根据某地区高速公路常用路面结构形式，建立有限元路面结构模型，具体参数如表1所示。

表1 模型参数

选择基层和垫层的模量、厚度，路基不均匀沉降量和路面宽度等作为路基变形对路面应力的影响因素，通过分析研究路基变形路面应力的影响，并提出路面不均匀沉降设计指标。

2 路基变形对路面附加应力影响

分别研究基层和垫层参数，不均匀沉降量等变量对路面应力的影响。

通过分析可以看出，路面应力与基层参数呈正相关，随基层参数的增加线性增大。路面应力与垫层参数呈负相关，随垫层参数增加而线性减小，可以考虑适量增加垫层厚度减小路基变形对路面附加应力的影响。路面应力与不均匀沉降量呈正相关，随不均匀沉降量增加线性增大，路面宽度对路面应力影响较稳定。

3 不均匀沉降下路面附加应力计算

通过研究路基变形对路面应力的影响分析，可以得到路基不均匀变形引起的路面附加应力计算公式如下：

4 路面不均匀沉降设计指标

不均匀沉降引起的路面变形不容忽视，现行设计规范中只考虑了设计时的路基回弹模量，而没有考虑到在实际建设完成后的路基不均匀沉降。路基的不均匀沉降会导致路面底部产生应力，从而产生一系列裂缝，导致路面结构产生早期破坏。因此，在路面设计中应引入一个新的参数，即由于路基变形引起的路面层底拉应力。在现行路面设计规范中应引入路基变形产生不均匀沉降后引起的路面变形设计指标，因此路面不均匀沉降设计指标为：路表弯沉值l，半刚性材料基层层底拉应力mσ，路基变形产生不均匀沉降引起的路面层底附加应力Δσ。

5 结语

（1）通过数值分析模拟在路基变形影响下路面应力的变化，得到路基变形影响的路面附加应力公式

（2）在现有路面设计规范中采用的路表弯沉值l和半刚性材料基层层底拉应力mσ的基础上，引入路基变形引起的路面层底附加应力Δσ，即为路面不均匀沉降设计指标。更加合理的对路面破坏机理进行表述，进而更加合理的进行路面设计，避免路面结构的早期破坏。