高速公路路基沉降及路面动力特性探讨魏进才

魏进才门福强卢杰文朱兆祯张喜荣

摘要：近几年，高速公路经常出现路基沉降和断裂的严重问题，既缩短了高速公路的使用时间，又增加了交通事故发生的几率。为了保证高速公路的质量，延长高速公路的寿命，必须重视高速公路路基沉降问题，对路基沉降问题进行有效的管理和控制。本文结合高速公路路基工程情况，在分析影响公路路基沉降因素的同时，深入研究了路面的动力特性。

关键词：高速公路；路基；沉降；路面动力特性

引言

在我国经济水平快速发展的同时，也开始注重高速公路的建设，高速公路网络系统的建设也十分完整。刚性水泥混凝土与柔性沥青混凝土的路面结构在建设高速公路时是比较常见的。设计柔性沥青混凝土路面时是具有年限标准的，应以15年为准。而设计刚性水泥混凝土路面的年限要高于柔性沥青混凝土路面，是以30年为准。目前，高速公路的损坏现象甚至会在短期内发生，对高速公路的使用时间造成了严重的影响。据相关调查，路基长期的不均匀沉降以及车辆长时间产生动荷载作用是损坏路面结构的关键因素。

1高速公路路基长期沉降变形预测技术

高速公路路基长时间沉降涉及的因素较多，并且这些因素具有一定的相关性，会相互影响，研究内容相对复杂。路基长期沉降影响因素包含着宏观方面与微观方面，主要是排水固结沉降与土粒蠕动因素，因此，相关设计人员与研究人员十分关注如何运用科学预测明确影响路基沉降的因素。

1.1高速公路路基沉降预测方法

有很多关于高速公路路基沉降的预测方法，本文主要讲解三种方法，包括人工神经网络法，灰色系统法与曲线拟合法。

1）在20世纪80年代灰色系统法的相关理论就得到了普遍的应用。灰色系统法的基本思想是，将一系列随机正数据跟随时间的变化，通过真实的数据内容进行累加处理，使数据内容变为非负递增的数据列，并通过完善数据序列之间存在的规律，合理预测路基沉降系统。

2）曲线拟合法的拟合是运用与沉降预测曲线比较类似的曲线，之后对后期的沉降量进行计算，预测人员的经验直接关系到曲线拟合法的准确性，运用比较广泛的有对数曲线法与双曲线法。

3）人工神经网络法。主要运用新型的方法弥补传统方式存在的不足。这一方法具有较高的平行能力与处理能力。可以充分利用自身的优势去处理非线性问题。可以通过创建沉降之间存在的非线性对高速公路地基沉降进行预测，并根据与沉降影响因素之间的关系，之后在经过训练的人工神经网络法中放入实际测量沉降影响因素最终取得预测的沉降量。针对沉降预测方法，为了得到准确的沉降量，推算出结果，对路基沉降观测应从路堤开始填筑时就进行，在预测实际的沉降时，应充分了解路基的实际情况，选择与其适应的方式进行综合预测。

1.2合理控制运营道路路基的沉降

高速公路对路基沉降具有较高的要求，在设计年限内也会直接要求路面施工后的沉降量，因此，合理控制路基施工后的沉降是非常关键的。由于会出现很多影响路基沉降速率的因素，在日常工作中，我国沉降速率仍没有统一的标准，以致于需要通过实测工后沉降法来判断路基沉降是否具有稳定性。

2交通荷载作用下路基路面结构动力特性研究分析

综上所述，可以了解到车辆动态荷载与车辆超载超限是引起高速公路路面结构破坏的主要原因。由于高速公路动态荷载具有一定的不确定性与多变性，并且很多因素是无法避免的，动态荷载与静力荷载相比，问题分析十分复杂，并且更为关键。

2.1路面表面激励特性研究分析

高速公路路基无论是新建设的公路或运营多年的老路都存在着不同程度的不平整性，最关键的因素是高速公路路基施工过程以及位置环境所影响的，路面的不平整很容易在高速公路中出现车辆振动，路面的附加动载荷也会随着车辆的振动而增加，造成路面损坏。只有正确分析路面的特性，才能合理的设计出有关高速公路的相关策略。路面不平整的关键性因素还包括路面的竖向偏差，因此，对路面不平整度进行测量的过程也十分复杂，主要是因为不同的测量者在测量时选择的测量工具不同，并且在选择不平整性参照系时也是不同的，最终影响测量结果。现阶段应用比较广泛的测量高速公路路面不平整方法有两种，包括静态法和动态法，两种方式有着明显的差异。运用动态法进行测量是间接地方式，这种方法需要通过车辆的反应对路面的不平整性进行判断。与动态法相比较，可以了解到静态法是平整度仪对高速公路路面不平整性进行测量，目前，3m直尺法应用的最为广泛。

2.2针对高速公路路面不平度的分析

3m直尺法在分析道路不平整性时虽然具有明显的优势，但无法反映出路面不平整度的起伏变化情况，想要了解其幅度情况，在分析路面不平整度的综合特性时可以应用统计模型。测量高速公路路面不平度具有较大的困难，在保证空间变化与时间变化时，才能构造出随机振源统计模型，分析高速公路路面不平度也存在着一定的局限性，现阶段的分析方式主要是对高速公路道路表面沿纵向作一维测量分析。

2.3针对高速公路车辆分析随机动荷载的具体特性

车辆动荷载属于随机荷载，可以直接联系到很多因素，例如高速公路路面的不平整度、材料特性以及车辆频率、速度等。高速公路路面的不平整度在所有影响因素中是最为关键的。路面的不平整会直接造成车辆振动，车辆振动会产生附加荷载，并基于此施加给路面结构，以至于出现路面振动系统，振动系统中所有参数都会互相影响。随机过程论主要描述车辆随机振动状态与其产生的规律性。随机过程的描述可以分为三个方面，主要包括频域、时域描述以及幅域描述。

2.4高速公路车辆动载的参数影响规律分析

针对高速公路车辆动载的参数影响规律分析，车辆质量、车辆类型都属于损坏高速公路路面的相关因素，并使其受到严重影响。因此，在具备相应条件下，深入探究高速公路路面的影响规律是非常关键的。通常情况下，车辆动载会跟随车速的增加以及轴距的增加而产生变化，并随着载荷的增加而减少，而轮距的改变没有直接影响到车辆动载的明显规律。

3结语

随着我国社会经济建设的进一步发展，高速公路的建设也得到了快速的发展，高速公路路基成为了开展公路工程建设的前提与核心。高速公路中比较普及的问题就是路基沉降，针对高速公路路基长期沉降变形预测技术，需要通过有效的高速公路路基沉降预测方法，合理控制运营道路路基的沉降。对交通荷载作用下路基路面结构动力特性研究分析，主要包括路面表面激励特性研究分析、车辆动载的参数影响规律分析、车辆随机动荷载特性分析以及路面不平度的分析这四个方面，进一步保障交通的安全性，使高速公路的使用寿命获得延伸，让公路更好的服务经济运输以及人们的出行。

参考文献：

[1]尹锋，刘汉龙，陈育民，等.不同车速下高速公路X形桩网复合地基动力特性研究[J].岩土工程学报，2018，40（3）：33-40.

[2]赵莹，商拥辉.高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究[J].铁道标准设计，2017，61（7）：56-61.

[3]蔡袁强，赵莉，曹志刚，等.不同频率循环荷载下公路路基粗粒填料长期动力特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2017，36（5）：202-210.

[4]魏平，魏静，杨松林，等.动载作用下桩网结构低路基双层土工格栅力学特性[J].铁道工程学报，2017，34（7）：30-35.

[5]余素萍，张修杰，李红中.广东省潮惠高速公路某软土路基的沉降预测研究[J].广东交通职业技术学院学报，2016，15（3）：1-5.

[6]郭云开，朱善宽，刘磊，等.超限学习机在高速公路路基沉降预测中的应用[J].长沙理工大学学报（自然科学版），2017（4）：44-48.