于汐

大連力和公路工程有限公司 遼寧大連 116000

隨著我國高速公路從城市向山區(qū)延伸，本著因地制宜、就地取材的原則，在其修筑過程中產(chǎn)生的大量土石混合料也會得到大量利用。然而，土石混合料為不同級配、巖性土性差距較大的土與石混合而成，由此鋪筑的土石混填路基的力學(xué)響應(yīng)及使用性能均表現(xiàn)出一些獨(dú)有的性質(zhì)。

1 車輛荷載作用下路基應(yīng)力的變化過程

假設(shè)車輛荷載P在t時刻作用在a點(diǎn)，荷載對路基的最大影響范圍是半徑為R的圓，荷載沿隨機(jī)運(yùn)動曲線從a移動到d，路基土和瀝青層的自重主應(yīng)力方向。1保持不變，車輛荷載的主應(yīng)力6，的方向和大小時刻變化著，如圖1所示。其中，路基土和瀝青層的自重應(yīng)力只隨深度增加，水平方向保持不變。車輛荷載產(chǎn)生的動應(yīng)力隨深度增加而減小，同時應(yīng)力狀況在水平方向也在變化：豎向和水平壓應(yīng)力在車輪下部最大，向外逐漸減小，在荷載影響邊緣為。；而剪切應(yīng)力在車輪下部為0，在輪載外某距離處達(dá)到最大，然后逐漸減小，在荷載影響邊緣為0，其應(yīng)力變化過程見圖2。

圖1 何在影響區(qū)域

圖2 車輛何在應(yīng)力變化

因此，車輛經(jīng)過時荷載影響范圍內(nèi)的路基土和瀝青層都經(jīng)歷了主應(yīng)力方向的轉(zhuǎn)動，路基土和瀝青層內(nèi)不同位置的自重應(yīng)力和動應(yīng)力組合成的主應(yīng)力大小都在持續(xù)發(fā)生變化。

2 路基工作區(qū)深度的確定方法

路基工作區(qū)為車輛荷載應(yīng)力對路基的影響不可忽略的深度范圍。在某一深度內(nèi)，當(dāng)車輛荷載的附加應(yīng)力和路基本身自重應(yīng)力相比極小，可以忽略荷載附加應(yīng)力對路基的影響，即可判定此深度范圍為路基工作區(qū)。目前，瀝青路面公路的路基工作區(qū)深度判定依據(jù)主要有3種：（1）在路基范圍內(nèi)的某一深度處，附加應(yīng)變與自重應(yīng)變或附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值小于0.1-0.2，則該深度范圍為路基工作區(qū)深度；（2）在路基范圍內(nèi)某一深度處，由車輪荷載引起的路基土軸向應(yīng)力不大于路基土的屈服強(qiáng)度；（3）以路基范圍內(nèi)某一深度處，附加動應(yīng)力或附加動應(yīng)變的絕對值作為標(biāo)準(zhǔn)?？疾靽鴥?nèi)外已有研究，判定依據(jù)（1）較為簡潔有效。因此，本文以附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比小于0.1的路基范圍作為路基工作區(qū)深度的評判標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程地質(zhì)簡介

浙江省金華市境內(nèi)某新建高速公路，K8+475-K12+085段位于低山丘陵區(qū)，當(dāng)?shù)厣襟w下方內(nèi)側(cè)的上層土主要為碎塊石混砂性土，外側(cè)多為漂石與卵石。下伏基巖為石英砂巖夾灰?guī)r。典型地質(zhì)剖面，見圖3。

圖3 典型地質(zhì)剖面

3.2 工程材料參數(shù)與路面結(jié)構(gòu)形式

該段高速公路施工現(xiàn)場取得的土石混合料外觀呈暗紅色，曲率系數(shù)及不均勻系數(shù)都在合理的變化范圍之內(nèi)，級配良好。

3.3 不同交通荷載取值

目前，我國規(guī)范規(guī)定在瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪100kN，不同重量的軸載需要等效換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載，軸載換算上限為130kN。然而目前我國公路上嚴(yán)重超載車輛屢見不鮮，甚至超載200%的情況也時有發(fā)生。為研究不同交通荷載對高速公路土石混填路基工作區(qū)深度的影響，本文分析了4種不同軸載作用下土石混填路基工作區(qū)深度的變化規(guī)律。

3.4 不同土質(zhì)路基土的參數(shù)取值

本文選取砂土路基、黏土路基與土石混填路基作比較，研究不同種類的路基土及不同土石比的土石混合料對高速公路路基工作區(qū)深度的影響。對施工現(xiàn)場取回的土石混合料經(jīng)實(shí)驗(yàn)室調(diào)整土石比后，分別按70∶30，50∶50，30∶70的土石比振動成型試件，每個土石比下成型一組5個試件，并測定其CB R值，重度，最優(yōu)含水率與最大干密度，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表6。對于已得的土石比分別為70∶30，50∶50，30∶70的土石混合料，采用強(qiáng)度儀法測定其回彈模量。

4 分析結(jié)果及討論

不同路基填土材料影響分析。以前述高速公路為研究對象，改變路基填土材料及其相關(guān)參數(shù)，分析不同路基填土材料對高速公路土石混填路基工作區(qū)深度的影響。位于路基頂面以下，砂土路基、黏土路基和不同土石比的土石混填路基在標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用下，附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值在不同路基深度的變化曲線，見圖4。

圖4 不同路基填料附加應(yīng)力與自重應(yīng)力比值與路基工作區(qū)深度變化曲線

5 結(jié)語

軸載越大，高速公路土石混填路基工作區(qū)的深度越大。兩者呈線性關(guān)系。對于標(biāo)準(zhǔn)軸載，現(xiàn)行規(guī)范給出的路基工作區(qū)深度范圍是合理的。但對于重載交通現(xiàn)行規(guī)范給出的范圍已經(jīng)不能適應(yīng)目前工程要求。