[发明专利]一种控制路基路面协调变形的设计方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：

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。