蘇清波

摘 要：伴隨我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，高速公路的建設(shè)也得到了快速發(fā)展。高速公路在近些年的通車情況中發(fā)現(xiàn)了龜裂、車轍、斷裂和沉陷等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了高速公路的使用壽命和交通安全。本文通過(guò)對(duì)高速公路路基沉降變形預(yù)測(cè)技術(shù)的分析，對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性在交通荷載作用下的問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高速公路 路基沉降 路面動(dòng)力 特性探討

在高速公路建設(shè)快速發(fā)展的當(dāng)下，全國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)已形成了縱穿南北、橫貫東西、高效便捷的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。我國(guó)高速公路有剛性水泥混凝土的組成，也有其柔性瀝青混凝土的組成，其中有三十年限設(shè)計(jì)的是剛性水泥混凝土，而柔性瀝青混凝土路面有不少于十五年的設(shè)計(jì)年限。但根據(jù)近年出現(xiàn)的一些高速公路路面結(jié)構(gòu)損壞的情況來(lái)看，導(dǎo)致這些現(xiàn)象發(fā)生的主要是原因有路基長(zhǎng)期的不均勻沉降，以及交通長(zhǎng)期荷載的作用力。

1.路基工程建設(shè)的概述

在建設(shè)高速公路路基的工程中，分為路塹路基、半填挖路基和高填方路基。伴隨我國(guó)高速公路的逐漸發(fā)展，其建設(shè)工程在眾多山區(qū)中也進(jìn)行了投入，但竣工后的路基工程因地形變化大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地勢(shì)起伏程度高等原因，于是就會(huì)時(shí)常出現(xiàn)路基沉降的現(xiàn)象。路面結(jié)構(gòu)會(huì)在路基大面積沉降中出現(xiàn)不良現(xiàn)象，如沉陷、裂縫或者斷裂等，嚴(yán)重影響到高速公路的使用壽命，給交通安全帶來(lái)隱患。因此建設(shè)高速公路工程中的路基工程是非常關(guān)鍵的步驟，要不斷地去加強(qiáng)基沉降的建設(shè)與鞏固地基沉降的建設(shè)。

我國(guó)高速公路多以山區(qū)地帶為主，且溝壑的存在也較為頻繁，高速公路路段上有著極為復(fù)雜的全線地質(zhì)構(gòu)造，還有較多的陡坡。水流經(jīng)常沖刷路塹邊坡的巖土，其穩(wěn)定性會(huì)被外界地表水的沖刷所影響，同時(shí)還受到地下水的影響，從而使其穩(wěn)定性有所減弱，致使局部出現(xiàn)一些沉降現(xiàn)象，或者還會(huì)引起變形以及滑塌等。因此需要對(duì)高填路基認(rèn)真分析，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行必要的觀察，找出使其問(wèn)題的原因所在，然后制定相應(yīng)的預(yù)防措施加以預(yù)防，在一定程度上解決路基沉降等問(wèn)題 。

2.高速公路長(zhǎng)期路基沉降變形預(yù)測(cè)技術(shù)

高速公路中有著眾多因素導(dǎo)致路基長(zhǎng)期沉降，這些因素之間相互影響聯(lián)系。因此，對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行研究將是個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。在長(zhǎng)期的路基沉降中，其影響因素可分為兩個(gè)方面，一是微觀方面，二是宏觀方面。微觀方面主要是土粒蠕動(dòng)的變化，宏觀方面主要是排水固結(jié)沉降。因此，科學(xué)研究者以及相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)這些影響因素做出一個(gè)怎樣的科學(xué)預(yù)測(cè)，顯得尤為重要。

2. 1預(yù)測(cè)路基沉降方法的概述

預(yù)測(cè)路基沉降有多種方法，如灰色系統(tǒng)法、理論公式法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和數(shù)值分析法等，以下筆者重點(diǎn)就兩種方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法

這種方法是讓非線性映射代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)實(shí)數(shù)學(xué)公式，因?yàn)檫@種方法有相對(duì)較高平行處理能力，所以線性的優(yōu)越性會(huì)在非線性問(wèn)題的處理上得到體現(xiàn)。沉降之間的非線性關(guān)系與沉降影響因素參數(shù)的建立，在高速公路做地基沉降預(yù)測(cè)時(shí)就需要在建立的時(shí)候被確定出來(lái)，然后在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好以后把實(shí)際需要測(cè)量的沉降影響因素放入預(yù)測(cè)地基點(diǎn)當(dāng)中，從而計(jì)算出預(yù)測(cè)沉降量的結(jié)構(gòu)。

2.3采用曲線擬合的方法

這種方法主要是擬合沉降預(yù)測(cè)曲線類似的曲線的方法，再計(jì)算后期沉降量的方法。其準(zhǔn)確性很大程度上與預(yù)測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)是息息相關(guān)的，普遍采用的方法有雙曲線法、三點(diǎn)法、對(duì)數(shù)曲線法和圖解法。

在沉降預(yù)測(cè)的所有方法中，推算出沉降量的準(zhǔn)確結(jié)果需要從填筑時(shí)就要開始進(jìn)行路基沉降的觀測(cè)。對(duì)沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)的過(guò)程中，在綜合預(yù)測(cè)開始進(jìn)行之前，對(duì)多種方法的采用要按照實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇。

2.4 高速公路路基沉降控制

由于高速公路中要求有著相對(duì)較高路基沉降標(biāo)準(zhǔn)，通常在設(shè)計(jì)年限內(nèi)的路面，在施工后對(duì)沉降量都會(huì)有必要的要求，所以沉降控制在路基施工以后顯得尤為重要。又因?yàn)橛绊懧坊两涤兄浅６嗟囊蛩?，一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的沉降速率標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)目前的高速公路建設(shè)中仍然還沒有形成。因此，實(shí)測(cè)沉降速率法和實(shí)測(cè)工后沉降法是在實(shí)際工作中最常用來(lái)判斷路基沉降穩(wěn)定性的依據(jù)。

3.路基路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力對(duì)其交通荷載作用下的研究

根據(jù)以上推論來(lái)說(shuō)，高速公路路面結(jié)構(gòu)的破壞通常是由車輛動(dòng)態(tài)荷載和車輛超載超限所導(dǎo)致的，在高速公路上由于動(dòng)態(tài)荷載具有多變性、不可避免性以及不確定性。因此，動(dòng)態(tài)荷載的分析更加復(fù)雜，也更為重要。

3. 1路面表面激勵(lì)特性的分析

高速公路路基由于施工環(huán)境因素的影響，不平整性的問(wèn)題，不管是新建的道路，還是經(jīng)過(guò)多年?duì)I運(yùn)的老路，在不同程度上都有所存在。而車輛在行駛中的震動(dòng)也正是由于路面的不平整所引起的，路面的附加動(dòng)載荷也會(huì)隨著車輛的震動(dòng)隨之增加，那么路面的損壞程度就會(huì)遭到加劇。所以判斷公路表面的激勵(lì)特性，然后對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真分析，才能將高速公路設(shè)計(jì)得更加合理。

路面的凹凸程度主要有理想平面豎向偏差及其頻譜組成。測(cè)量路面凹凸程度是一項(xiàng)十分困難的工作，但又是一項(xiàng)必不可少的重要過(guò)程，因?yàn)檫@項(xiàng)過(guò)程能夠把參照系在測(cè)量者和路面凹凸程度中給確定起來(lái)，測(cè)量結(jié)果的影響因素與測(cè)量工具的選用也有著直接關(guān)聯(lián)。在高速公路測(cè)量不平整性的方法中較為常用的方法主要有動(dòng)態(tài)反映法和靜態(tài)反應(yīng)法。其中動(dòng)態(tài)反應(yīng)法可以通過(guò)車輛反應(yīng)判斷路面凹凸程度，是一種對(duì)測(cè)量起到輔助性的間接形式方法。而靜態(tài)反應(yīng)法對(duì)道路不平整性的測(cè)量主要是通過(guò)分析面類平整度儀，再測(cè)量路表的斷面結(jié)果 。

3.2路面不平整程度的分析

高速公路路面平整程度的測(cè)量可通過(guò)三米尺反映出不平整的程度，如果高速公路路面不平整程度的幅度變化及高低起伏變化用三米尺得不到準(zhǔn)確的反映，就需要采用統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行分析綜合特性。因?yàn)榇罅繙y(cè)量隨機(jī)場(chǎng)是一項(xiàng)尤為復(fù)雜的工作，所以需要對(duì)空間上的均勻性平穩(wěn)分析在隨機(jī)振源構(gòu)造的統(tǒng)計(jì)模型中進(jìn)行假設(shè)振源。由于是有限的分析高速公路路面不平整程度的技術(shù)水平，所以當(dāng)前是通過(guò)沿縱向作一維測(cè)量來(lái)對(duì)高速公路道路表面的不平整程度進(jìn)行分析。

3.3車輛隨機(jī)動(dòng)荷載特性的分析

因?yàn)檐囕v動(dòng)荷載屬于隨機(jī)荷載，很多因素與這樣的荷載緊密相關(guān)，比如路面的材料特性、路面不平整的程度、車輛的速度、車輛的型號(hào)以及車輛中固有的頻率等。而其中的路面不平整程度是在這些影響因素當(dāng)中，最重要的影響因素就是車輛動(dòng)荷載。車輛因?yàn)樾旭傇诹瞬黄秸穆访嫔?，就?huì)引起車輛振動(dòng)。而車輛振動(dòng)附加荷載的產(chǎn)生又對(duì)路面結(jié)構(gòu)施加了壓力，導(dǎo)致了車輛激勵(lì)振動(dòng)系統(tǒng)的形成，同時(shí)也會(huì)形成路面激勵(lì)振動(dòng)系統(tǒng)，而在這個(gè)系統(tǒng)中的每一個(gè)參數(shù)彼此之間又會(huì)產(chǎn)生影響。根據(jù)車輛隨機(jī)振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以用一種隨機(jī)過(guò)程理論進(jìn)行解釋和描述。

3.4分析影響車輛動(dòng)載的參數(shù)規(guī)律

因?yàn)楦鞣N車型的不同、車輛質(zhì)量的不同、車輛大小的不同以及其輪胎系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)和軸分配結(jié)構(gòu)等因素的變化，使得高速公路路面損壞的程度也會(huì)因此有所不同，所以，車輛對(duì)高速公路路面的影響在一定控制條件下，要有針對(duì)性的規(guī)律研究，這一件是必不可少的事情。車輛動(dòng)載在通常情況下，其軸距如果有所增加那么車輛動(dòng)載也會(huì)隨之增加，車速的升高會(huì)根據(jù)軸距的增加而產(chǎn)生升高的變化，而車輛動(dòng)載的減少會(huì)根據(jù)載荷的增加而發(fā)生，所以車輛動(dòng)載不會(huì)由于輪距的改變而產(chǎn)生相對(duì)影響的情況。

4.結(jié)語(yǔ)

路基在高速公路的公路建設(shè)中是最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)，也是尤為重要的核心部分，所以工作人員要將靜載與動(dòng)載對(duì)路面的影響充分考慮到設(shè)計(jì)中，避免使用投入后的高速公路在短期內(nèi)就出現(xiàn)龜裂、坍塌和路基沉降等問(wèn)題。高速公路路基沉降是由于受到諸多因素的影響，它是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜且難以解決的問(wèn)題。在高速公路上行駛的車輛對(duì)其路面所施加的荷載是一個(gè)隨機(jī)變量，這個(gè)隨機(jī)變量存在著復(fù)雜的非對(duì)稱性，所以對(duì)高速公路路基沉降及路面動(dòng)力特性還需要付出更多的努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉準(zhǔn).平原水網(wǎng)地區(qū)低路堤高速公路路基動(dòng)力特性研究[D].中南大學(xué)，2014.

[2]陳云峰，程婧.高速公路路基沉降及路面動(dòng)力特性研究[J].科技資訊，2011， （25）：58-58.

[3]黃永強(qiáng).高速公路路基沉降及路面動(dòng)力特性研究[D].中南大學(xué)，2010.

[4]李勇.粉質(zhì)土填筑高等級(jí)公路路基性能試驗(yàn)與分析[D].同濟(jì)大學(xué)，2008.

[5]鄭曉明.高速公路路基沉降及路面動(dòng)力特性研究[J].山西建筑，2013， （35）：165-166.