高速公路路基沉降及路面動力特性研究

李 迎 剛

(山西運城路橋有限責任公司,山西 運城 044000)

在我國經濟水平快速發展的同時，也開始注重高速公路的建設，高速公路網絡系統的建設也十分完整。剛性水泥混凝土與柔性瀝青混凝土的路面結構在建設高速公路時是比較常見的。設計柔性瀝青混凝土路面時是具有年限標準的，應以15年為準。而設計剛性水泥混凝土路面的年限要高于柔性瀝青混凝土路面，是以30年為準。目前，高速公路的損壞現象甚至會在短期內發生，對高速公路的使用時間造成了嚴重的影響。據相關調查，路基長期的不均勻沉降以及車輛長時間產生動荷載作用是損壞路面結構的關鍵因素。

1 高速公路路基長期沉降變形預測技術

高速公路路基長時間沉降涉及的因素較多，并且這些因素具有一定的相關性，會相互影響，研究內容相對復雜。路基長期沉降影響因素包含著宏觀方面與微觀方面，主要是排水固結沉降與土粒蠕動因素，因此，相關設計人員與研究人員十分關注如何運用科學預測明確影響路基沉降的因素。

1.1 高速公路路基沉降預測方法

有很多關于高速公路路基沉降的預測方法，本文主要講解三種方法，包括人工神經網絡法，灰色系統法與曲線擬合法[1]。

1)在20世紀80年代灰色系統法的相關理論就得到了普遍的應用。灰色系統法的基本思想是，將一系列隨機正數據跟隨時間的變化，通過真實的數據內容進行累加處理，使數據內容變為非負遞增的數據列，并通過完善數據序列之間存在的規律，合理預測路基沉降系統。

2)曲線擬合法的擬合是運用與沉降預測曲線比較類似的曲線，之后對后期的沉降量進行計算，預測人員的經驗直接關系到曲線擬合法的準確性，運用比較廣泛的有對數曲線法與雙曲線法。

3)人工神經網絡法。主要運用新型的方法彌補傳統方式存在的不足。這一方法具有較高的平行能力與處理能力。可以充分利用自身的優勢去處理非線性問題。可以通過創建沉降之間存在的非線性對高速公路地基沉降進行預測，并根據與沉降影響因素之間的關系，之后在經過訓練的人工神經網絡法中放入實際測量沉降影響因素最終取得預測的沉降量[2]。針對沉降預測方法，為了得到準確的沉降量，推算出結果，對路基沉降觀測應從路堤開始填筑時就進行，在預測實際的沉降時，應充分了解路基的實際情況，選擇與其適應的方式進行綜合預測。

1.2 合理控制運營道路路基的沉降

高速公路對路基沉降具有較高的要求，在設計年限內也會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關鍵的。由于會出現很多影響路基沉降速率的因素，在日常工作中，我國沉降速率仍沒有統一的標準，以致于需要通過實測工后沉降法來判斷路基沉降是否具有穩定性。

2 交通荷載作用下路基路面結構動力特性研究分析

綜上所述，可以了解到車輛動態荷載與車輛超載超限是引起高速公路路面結構破壞的主要原因[3]。由于高速公路動態荷載具有一定的不確定性與多變性，并且很多因素是無法避免的，動態荷載與靜力荷載相比，問題分析十分復雜，并且更為關鍵。

2.1 路面表面激勵特性研究分析

高速公路路基無論是新建設的公路或運營多年的老路都存在著不同程度的不平整性，最關鍵的因素是高速公路路基施工過程以及位置環境所影響的，路面的不平整很容易在高速公路中出現車輛振動，路面的附加動載荷也會隨著車輛的振動而增加，造成路面損壞。只有正確分析路面的特性，才能合理的設計出有關高速公路的相關策略[4]。路面不平整的關鍵性因素還包括路面的豎向偏差，因此，對路面不平整度進行測量的過程也十分復雜，主要是因為不同的測量者在測量時選擇的測量工具不同，并且在選擇不平整性參照系時也是不同的，最終影響測量結果。現階段應用比較廣泛的測量高速公路路面不平整方法有兩種，包括靜態法和動態法，兩種方式有著明顯的差異。運用動態法進行測量是間接地方式，這種方法需要通過車輛的反應對路面的不平整性進行判斷。與動態法相比較，可以了解到靜態法是平整度儀對高速公路路面不平整性進行測量，目前，3 m直尺法應用的最為廣泛。

2.2 針對高速公路路面不平度的分析

3 m直尺法在分析道路不平整性時雖然具有明顯的優勢，但無法反映出路面不平整度的起伏變化情況，想要了解其幅度情況，在分析路面不平整度的綜合特性時可以應用統計模型[5]。測量高速公路路面不平度具有較大的困難，在保證空間變化與時間變化時，才能構造出隨機振源統計模型，分析高速公路路面不平度也存在著一定的局限性，現階段的分析方式主要是對高速公路道路表面沿縱向作一維測量分析。

2.3 針對高速公路車輛分析隨機動荷載的具體特性

車輛動荷載屬于隨機荷載，可以直接聯系到很多因素，例如高速公路路面的不平整度、材料特性以及車輛頻率、速度等[6]。高速公路路面的不平整度在所有影響因素中是最為關鍵的。路面的不平整會直接造成車輛振動，車輛振動會產生附加荷載，并基于此施加給路面結構,以至于出現路面振動系統，振動系統中所有參數都會互相影響。隨機過程論主要描述車輛隨機振動狀態與其產生的規律性。隨機過程的描述可以分為三個方面，主要包括頻域、時域描述以及幅域描述。

2.4 高速公路車輛動載的參數影響規律分析

針對高速公路車輛動載的參數影響規律分析，車輛質量、車輛類型都屬于損壞高速公路路面的相關因素，并使其受到嚴重影響。因此，在具備相應條件下，深入探究高速公路路面的影響規律是非常關鍵的。通常情況下，車輛動載會跟隨車速的增加以及軸距的增加而產生變化，并隨著載荷的增加而減少，而輪距的改變沒有直接影響到車輛動載的明顯規律。

3 結語

是對高速公路路基沉降及路面動力特性進行分析探究。隨著我國社會經濟建設的進一步發展，高速公路的建設也得到了快速的發展，高速公路路基成為了開展公路工程建設的前提與核心。高速公路中比較普及的問題就是路基沉降，針對高速公路路基長期沉降變形預測技術，需要通過有效的高速公路路基沉降預測方法，合理控制運營道路路基的沉降。對交通荷載作用下路基路面結構動力特性研究分析，主要包括路面表面激勵特性研究分析、車輛動載的參數影響規律分析、車輛隨機動荷載特性分析以及路面不平度的分析這四個方面,進一步保障交通的安全性，使高速公路的使用壽命獲得延伸，讓公路更好的服務經濟運輸以及人們的出行。