一种控制路基路面协调变形的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种控制路基路面协调变形的设计方法，以接地压强和弯沉值作为控制技术指标，该方法包括：A、以项目地行车的最大荷载作为设计荷载，确定在设计荷载轴载条件下、轮胎作用路基的最大允许弯沉值；B、在所述设计荷载轴载条件下，控制路面各层材料的最小允许弯沉值大于相同条件下路基的最大允许弯沉值。本发明专利技术首次由路基承载，路面仅作为功能层用于应对环境条件和安全保障，使路面永远附合在路基上工作，在轮胎的作用下，路面随路基下沉或回弹。

【技术实现步骤摘要】
一种控制路基路面协调变形的设计方法
本专利技术属于公路结构设计领域，具体涉及一种控制路基路面协调变形的设计方法。
技术介绍
现有技术条件下，公路的设计全部依照“多层连续弹性体系”理论，依照模量计算进行设计。以此理论和方法设计建设的公路，有目共睹的是桥头跳车严重，公路变形、开裂，下雨过后冒白浆，出坑槽，公路的水损坏时有发生，水泥路面断板严重，绝大多数的公路三五年之后就进入常修期、大中修期，每年依靠维修维持通车。产生上述问题归根到底是路基和路面的问题，现有技术中关于公路工程路基、路面设计理论是：多层连续弹性体系设计理论，其设计方法上采用的抗压弹性模量累积判断，公路结构组成后的各层弹性模量累积值达到一个标准值为合格，否则增加结构层，进一步累积抗压弹性模量值，直至满足。其假设的条件是：公路在平面上是无限的（没有裂缝），在竖向上是连续的，各层间无滑移；实际上这些都是做不到的，公路在平面上到处是裂缝，根本解决不了。上述问题导致公路的建设成本越来越高，路面越来越厚，维修费用也越来越大，多数收费公路收不回投资，制约着国民经济的健康发展。而另一方面，全国统一的荷载标准按照轮胎接地压强0.7MPa设计，实际上现在公路上跑的重载车轮接地压强高达1.1MPa，很多公路根本不能适应运输车辆荷载和经济运量的需求，不得不限载查车、超载罚款，这也是造成运输成本居高不下的主要原因之一。现实社会发展和经济民生急需有一种能满足社会车辆荷载要求，并且损坏少、维修少、建设成本低、寿命长的公路出现。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种控制路基路面协调变形的设计方法，其突破现有抗压弹性模量累积的设计理念，让路基承载、路面作为功能性结构，路面始终附合在路基上同步、同幅、同向变形。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种控制路基路面协调变形的设计方法，以接地压强和弯沉值作为控制技术指标，该方法包括：A、以项目地行车的最大荷载作为设计荷载，确定在设计荷载的轴载条件下、轮胎作用路基的最大允许弯沉值；B、在所述设计荷载轴载条件下，控制路面各层材料的最小允许弯沉值大于相同条件下路基的最大允许弯沉值。该变形协调方法的核心是：路基的刚性大于路面的刚性，路面在轮胎的作用下能适度弯曲，产生竖向位移。它们之间的关系就如同在一张厚水泥砼板上铺了一层橡胶板，这里的厚水泥砼板相当于路基，橡胶板则是路面，橡胶板的最小允许挠度大于水泥砼板的最大允许挠度；当对橡胶板施压，板的中心连续向下位移，达到一定的下沉量后，水泥砼板会折断，而橡胶板则不会断裂；如果此时的水泥砼板仅仅是折断，此后落在下承层上，由下承层承载，则此时的橡胶板仍完好，也就是：不会因路基的强度不足下沉、变形，而造成路面的破坏，路面永远附合在路基上工作。该设计方法一是需要控制路基的变形，即路基顶面在设计荷载的轴载条件下，轮胎作用路基允许路基在一定长度内（现有弯沉仪所测为半径3.6m的范围长度）的中心最大位移值（竖向上垂直位移）。二是需要控制路面的变形，在所述设计荷载轴载条件下，轮胎作用路面，构成路面各层本身所具备的最小允许位移值大于路基同样长度下的位移值。这样路面永远附和在路基上工作，路面不会因负温下路面脆硬而出现脱空被压断，也不会因为路基强度不足而下沉、变形；路面的底面也就不再产生拉应力，路面实际上只有抗压需求，没有层底拉应力出现。当路面只要求抗压指标时，材料及组合能很好满足，也能大幅减薄。实现构成路面各层本身所具备的最小允许位移值，大于与路基同样长度下的位移值。首先要求构成路面各层的结构材料本身所具备的最小允许位移值，大于与路基同样长度下的位移值。结构材料本身所具备位移的允许幅度实际上在测量试验时采用的技术指标叫做“标准小梁挠度值”，也就是路面的各层结构材料的位移量，该位移量需要通过试验验证大于设计路面的最大弯沉值（位移量），这种条件下路面就永远不会有损伤，比如，假设设计路面的最大允许弯沉值为50（0.01mm），那么路面所有层包括表面层、中面层、底面层的材料试验，在半径3.6m范围内的允许最小位移幅度大于50（0.01mm），一般应大于1倍为100（0.01mm）。各层的实际所测允许位移值可能是200（0.01mm），也可能是300（0.01mm），也就是在项目地最不利环境条件下，沥青路面各结构层的允许挠度都大于轮胎作用路面施压时，设计控制的最大挠度（弯沉值）轮胎作用路面，路面不会损伤。具体计算时，先建立一个3.6m弯沉值与标准小梁（45cm正方形）的挠度值（位移值）关系图或表，比如当路基设计弯沉值为200（0.01mm）时，所对应的路面面层材料标准小梁的挠度最小允许100（0.01mm）；当路基设计弯沉值在80（0.01mm）时，路面面层材料标准小梁的最小允许挠度可能仅控制在30（0.01mm），这里的100（0.01mm）和30（0.01mm）对应的是路基最大200（0.01mm）和80（0.01mm）对的2倍。再根据所建立的标准小梁挠度值与实体工程中实测的路基弯沉值，或是设计最大弯沉值之间的关系，在已知设计路基弯沉值的条件下，就可以计算出路面各层材料的最小允许位移值（挠度值）。一般控制在大于路基设计最大允许弯沉值的一倍。计算所得的路面各层材料挠度值（位移值）作为选定值，并以此作为技术指标控制。如果是在负温（0℃以下地区）试验采集路面材料最小允许挠度值（位移值）时，应在最低温度下采集路面各材料的挠度值（位移值）。进一步的，步骤A所述路面设计荷载按照轮胎接地压强≥1.00MPa计，路基设计弯沉值≤200（0.01mm）。优选的，高速公路路基设计弯沉值为80—100（0.01mm）。进一步的，步骤A中路基的处理在常规工艺中增加以下两个步骤：①在地表标高处，或是清表处理后，或是软基处理完成后，采用接地压强为不小于1.05MPa、接地面积大于2m2的共振夯满夯处理加固一遍；②在路基达到路槽标高后，采用接地压强不小于1.05MPa、接地面积大于2m2的共振夯满夯作用一遍。对于路基来讲，采用共振夯实机对路基进行处理加固。具体为采用道路设计的“荷载标准”、“轮胎接地压强”，把共振夯的接地压强调至“公路设计接地压强标准”（不小于1.05MPa），并采用接地面积大于2m2的共振夯，在路基顶面梅花状作业两遍，作业点不能重复；两遍完成后，路基达到了满夯，再作路基垫层和对路基垫层进行满夯，就完成了强路基、刚性路基的施工，此上为路面。进一步的，步骤B中路面各层材料的最小允许弯沉值是相同条件下路基的最大允许弯沉值的1.1~3倍。进一步的，步骤B中路面结构层至少包括改性沥青碎石层和富油封水层。进一步的，改性沥青碎石层的孔隙率不小于25%。进一步的，所述富油封水层的混合料中改性沥青含量大于10%。进一步的，所述富油封水层的压实厚度为8-15mm。进一步的，所述富油封水层的混合料中最大骨料的粒径小于2.36mm。本设计方法的路面很薄，一般仅有一层基层以及1-3层路面面层。基层一般为二灰（粉煤灰和生石灰）无机结合料结构，韧性良好，竖向位移性能好。路面面层一般由三层组成，最下层：改性沥青碎石，往上为富油封水层，表面层为常规的排水沥青路面。富油封水层为密实层，用于防止路面的水下渗至路基。设计改性沥青碎石层这一层结构很重要，改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制路基路面协调变形的设计方法，以接地压强和弯沉值作为控制技术指标，其特征在于，该方法包括：A、以项目地行车的最大荷载作为设计荷载，确定在设计荷载的轴载条件下、轮胎作用路基的最大允许弯沉值；B、在所述设计荷载轴载条件下，控制路面各层材料的最小允许弯沉值大于相同条件下路基的最大允许弯沉值。

【技术特征摘要】
1.一种控制路基路面协调变形的设计方法，以接地压强和弯沉值作为控制技术指标，其特征在于，该方法包括：A、以项目地行车的最大荷载作为设计荷载，确定在设计荷载的轴载条件下、轮胎作用路基的最大允许弯沉值；B、在所述设计荷载轴载条件下，控制路面各层材料的最小允许弯沉值大于相同条件下路基的最大允许弯沉值。2.根据权利要求1所述的控制路基路面协调变形的设计方法，其特征在于步骤A所述路面设计荷载按照轮胎接地压强≥1.00MPa计，路基设计弯沉值≤200（0.01mm）。3.根据权利要求2所述的控制路基路面协调变形的设计方法，其特征在于高速公路路基设计弯沉值为80—100（0.01mm）。4.根据权利要求2所述的控制路基路面协调变形的设计方法，其特征在于步骤A中路基的处理在常规工艺中增加以下两个步骤：①在地表标高处，或是清表处理后，或是软基处理完成后，采用接地压强为不小于1.05MPa、接地面积大于2m2的共振夯满夯处理加固...

【专利技术属性】
技术研发人员：李来宾，
申请(专利权)人：李来宾，
类型：发明
国别省市：河北,13