探索研究高速公路路基高度设计与影响因素分析.docVIP

高速公路路基高度设计与影响因素分析 0.引言 高速公路作为资源密集型行业，对土地、能源、建筑材料等资源依赖性强，同时，交通发展.面临的环境形势也日益严峻，继续沿用传统的交通建设、管理模式，资源与环境的压力将会导致交通发展难以为继。因此，合理的规划设计高速公路对资源的节约与环境保护具有深远的意义。 1.路基设计高度研究的意义 路基高度是高速公路设计中一个综合技术经济指标，它直接影响高速公路的占地面积、用土（石）数量、工程造价、附属设施布置密度和形式、使用性能等，一直是广大高速工作者关注的问题。目前我国高速公路用地指标偏高，平原区高速公路路基平均填土高度为3.7m～5.0m，路基过高将造成土石方数量增加，桥涵、排水、防护、加固等工程数量增加，公路用地面积增大，工程规模大，造价高，对周围环境也产生负面影响。 从单纯节约土地的角度出发，期望高速公路路基高度低，但路基高度并不是越低越好，虽然低路基方案具有“节约土地、降低工程规模、节省工程投资、路侧安全性好、与自然、人文环境和谐”的优点，但若路基过低，气候环境、地下水将对路基土性能产生显著影响，不仅造成路基土长期强度衰减，而且在重型汽车动荷载作用下，路基将产生较大的塑性变形，并加剧地基的沉降变形，导致路基路面产生早期的变形破坏。同时，低路堤的路基路面排水和通道设置困难。因此，公路路基应有合理的高度，合理确定路堤高度是一个迫切需要解决的问题。[1] 2、路基所承受的荷载应力分析： 路基内部要承受行车荷载、路面结构层和路基自重所产生的荷载，路基在一定深度内产生受力状态。 2.1行车荷载的基本假定： 车轮荷载对于路面的作用可简化为一个圆形的均布垂直荷载，并假定为一个弹性的均质半空间体，，此时的路基土在车轮荷载作用下所一年期的垂直应力为бz可用公式表征， бz=p/〔(1+2.5（Z/D）2〕〕,式中意义：p-------车轮何在换算的均布荷载（KN/m2）；D---------圆形均布荷载作用面积的直径（m）；Z-----------圆形均布荷载中心下应力作用点的深度（m）。 2.2、路基及路面自重荷载： 为便于计算将路基及路面重量换算为当量土柱，则路基、路面重量在一定深度内为Z处所引起的垂直压应力OB可按下式计算：OB=γ Z;因为路基、路面自重荷载随深度的增大而增大，而汽车轴重荷载随深度的增大而减小，如土基中应力图所示。 2.3、路基的工作区： 在路基每一深度Z处，当成了荷载引起的垂直应力бz与路基、路面引起的垂直应力бB之比（1/n）很小可忽略，一般仅为1/10~1/5系数，视作深度Z范围内的路基工作区，深度 Za可用公式计算为：Za=(K n p/γ)1/3; 式中意义：p-------侧轮中心荷载（KN）；K------系数，取0.5，γ-------土的容重（KN/m3）；n------路基顶面以上路面结构层荷载的系数，取5~10。 如果JN150黄河成型（后轴重100KN，而一侧的轮重为50 KN），若K=0.5；取n=5时； p=50KN,土的容重γ=17.5KN,则路基工作深度为：Za=(K n p/γ)1/3=（0.5×5×50/17.5）1/3=1.92m，如果取n=10；则 Za=(K n p/γ)1/3=（0.5×10×50/17.5）1/3=2.42m，由此可见，当车轴荷载一定的条件下；路面结构层荷载越大而路基工作区的深度越大。[2] 3.路基高度设计要点 路基的干湿类型可分为干燥、中湿潮湿和过潮湿四类情况，该情况下不是路基在最不利季节所处于的干湿状态，路基临界高度指在不利季节，当路基处于干燥、中湿潮湿和过潮湿情况下，路面结构层底面距离地下水或地表水水位的最小高度，分别以H1、H2和H3表示，临界高度判别法是采用地下水位或长期积累水位至路面结构层底面距离H，与路基临界高度（H1、H2和H3）进行比较来判别路基的干湿类型，并适用于新建道路的干湿类型的划分和设计采用，当H H1 时；路基为干燥状态，当H2H≤H1时；路基为中湿状态， 当H3 H≤ H2当时；路基为过湿状态。因此；路基的干湿类型原理决定了路基的回弹模量与板体强度的CBR值的大小等力学指标，关系到路面结构层的设计厚度的与荷载作用下的稳定性，也是设计理论的科学考量问题，尤其在高速公路路基设计中，确定路基高度典型的涉及到水文原理及填筑用土的经济性。[3] 3.1路基弯沉值的控制设计分析： 传统的理论认为80㎝深度内的上路基，动荷载恒载的影响深度为80㎝的理论是错误的，尚未考虑运输超载的个别因素，所以路基的弯沉值计算应该根据汽车荷载、路面结构层的恒载以及路基的干湿类型或80㎝深度相对含水量确定路基的回弹模量，然后在计算弯沉值是比较科学的，即路基允许弯沉值Lr=k9038E-0.938 。式中意义：Lr------