CN110009258A - 公路填方路基在在役技术状况评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公路检测技术领域，属于公路填方路基在在役技术状况评价方法领域。该方法包括以下步骤：S1：确定路床承载力评价指标；S2：确定路基整体稳定性评价指标；S3：确定路基不均匀沉降评价指标；S4：路基总体技术状况评价指标及分级。本发明以在役公路填方路基为对象，构建其技术状况分项评价指标，提出其总体技术状况评价指标及分级标准，完善了路基路面技术状况综合评价体系，此外，本发明也可应用于城市道路路基、水坝坝基等类似工程结构技术状况评价。

Description

公路填方路基在在役技术状况评价方法

技术领域

本发明属于公路检测技术领域，涉及公路填方路基在在役技术状况评价方法。

背景技术

目前，公路交通行业评价公路(路基路面)在役技术状况的指标以路面为主，路基性能并没有对应的指标反映，无法量化公路填方路基的技术状况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种公路填方路基在在役技术状况评价方法，从路床(路基顶面以下80cm范围内的路基部分)承载力、路基整体稳定性、路基不均匀沉降三个维度，构建填方路基在役技术状况评价体系，完善路基路面技术状况综合评价体系。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

公路填方路基在在役技术状况评价方法，该方法包括以下步骤：

S1：确定路床承载力评价指标；

S2：确定路基整体稳定性评价指标；

S3：确定路基不均匀沉降评价指标；

S4：路基总体技术状况评价指标及分级。

进一步，所述步骤S1具体为：

构建路基回弹模量系数作为路床承载力评价指标，路基模量系数SMC是路基设计回弹模量与实际含水率条件下测点路基回弹模量之比，用以反映路床现有承载能力：

式中，E₀为实际含水率条件下测点路基回弹模量，通过落锤式弯沉仪FWD实测弯沉值反算求得，或根据式(2)求取；E_d为根据交通荷载等级，确定的路基回弹模量设计值；

式中，E_0,opt为最佳含水率状态下的路基回弹模量；S_r、S_r，opt为路基土体实际饱和度与最佳含水率状态下的饱和度，通过式(3)求取，式中，w为质量含水率，w_opt为最佳质量含水率，G_s为土粒比重，K为压实度，ρ_dmax为一定压实功率下路基土的最大干密度，ρ_w为4℃时水的密度；a₁、a₂为回归系数；

进一步，所述步骤S2具体为：

获取各评价参数：包括填方路基边坡几何特性、填方路基边坡物理状况、支挡结构和排水系统；

(1)填方路基边坡几何特性

评价边坡高度与基底横坡度，其中，边坡高度采用相对高度SRH进行评价；基底横坡度采用横坡系数TSC进行评价；

(2)填方路基边坡物理状况

评价坡面冲刷与坡体滑塌，其中，坡面冲刷采用冲刷比SER进行评价；坡体滑塌采用滑塌率SSR进行评价；

(3)支挡结构

评价支挡结构失效情况，采用失效比RBR进行评价；

(4)排水系统

评价排水系统缺损情况，采用缺损率DDR进行评价；

获取各评价参数后，路基稳定指数SSI通过式(4)求得：

SSI＝(γ₁SER+γ₂SSR+γ₃RBR+γ₄DDR)SRH TSC (4)

式中，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄为冲刷、滑塌、失效、缺损的权重系数(γ₁+γ₂+γ₃+γ₄＝1)，按四类病/灾害治理综合单价比例确定。

进一步，所述步骤S3具体为：

路基纵向沉降坡率LSR定义为评价单元纵断面方向规定长度上的沉降率，用以反映路基不协调变形现状：

式中，S_L为纵断面方向规定长度上的沉降差，L_s为规定长度；

将行车舒适与否界限对应的坡率定义为临界坡率k₁；将路面底部拉裂界限对应的坡率定义为临界坡率k₂；评价单元内整体沉降状况根据LSR大于等于临界坡率的比例来表征：

式中，ESR为路基沉降指数，即LSR大于等于临界坡率的比例，n为评价单元内LSR计算段数，n₁为评价单元内LSR大于等于k₁的段数，n₂为评价单元内LSR大于等于k₂的段数；r₁、r₂为折减系数，r₁+r₂＝1，r₁在0.3～0.4之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₁取高值，当公路等级为二级及以下等级公路时，r₁取低值；r₂在0.6～0.7之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₂取低值，当公路等级为二级及其以下级别公路时，r₂取高值。

进一步，所述步骤S4具体为：

对各分项评价指标实施标准分赋值，即在分项评价指标取值基础上，将其转化为0～100范围内的标准分值，各分项评价指标标准化具体过程如表4与式(7)所示：

表4各分项评价指标标准化具体过程

综上所述，路基总体技术状况评价指标SWV定义为：

SWV＝w₁S_SMC+w₂S_SSI+w₃S_ESR (8)

式中，S_SMC、S_SSI、S_ESR为路基模量系数SMC、路基稳定指数SSI、路基沉降指数ESR三个分项评价指标的标准形式，w₁、w₂、w₃为权重系数，反映单个评价项目在总体技术状况评价体系中的比重，权重系数介于0～1之间，且w₁+w₂+w₃＝1，根据调查公路出现三大类病/灾害，即承载力、稳定性不足或不均匀沉降过量引起的三大类病/灾害的路段长度比例确定；

根据公路等级，依据路基总体技术状况评价指标SWV取值情况，对进行评价的公路填方路基实施分级，如表5所示：

表5公路填方路基在役技术状况评价分级

本发明的有益效果在于：本发明以在役公路填方路基为对象，构建其技术状况分项评价指标，提出其总体技术状况评价指标及分级标准，完善了路基路面技术状况综合评价体系，此外，本发明也可应用于城市道路路基、水坝坝基等类似工程结构技术状况评价。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为路填方路基在役技术状况评价体系示意图；

图2为路基纵向沉降坡率LSR。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

1确定路床承载力评价指标

运营期的公路受自然环境、交通荷载等因素影响，其服役性态较建设完工时，变化较大，其中，路床承载力是反映路基技术状况的重要方面，而且承载力的劣化是路基路面产生变形和裂缝的先期征兆，因此，有必要建立能够反映路床承载力的指标，以便对其进行快速评价。

本发明构建了路基回弹模量系数作为路床承载力评价指标，路基模量系数SMC(SubgradeModulus Coefficient)是路基设计回弹模量与实际含水率条件下测点路基回弹模量之比，用以反映路床现有承载能力：

式中，E₀为实际含水率条件下测点路基回弹模量，可通过落锤式弯沉仪FWD(FallingWeight Deflectometer)实测弯沉值反算求得，也可根据式(2)求取；E_d为根据交通荷载等级，确定的路基回弹模量设计值，可参考现行《公路沥青路面设计规范》取值。

式中，E_0,opt为最佳含水率状态下的路基回弹模量，可参考表1取值；S_r、S_r，opt为路基土体实际饱和度与最佳含水率状态下的饱和度，可通过式(3)求取，式中，w为质量含水率，w_opt为最佳质量含水率，G_s为土粒比重，K为压实度，ρ_dmax为一定压实功率下路基土的最大干密度，ρ_w为4℃时水的密度(ρ_w＝1g/cm³)，上述参数均可参照现行《公路土工试验规程》通过现场测试或室内实验获取；a₁、a₂为回归系数，可参考表2取值。

表1最佳含水率状态下的路基回弹模量E_0,opt取值

表2回归系数a₁、a₂推荐取值

2确定路基整体稳定性评价指标

路基整体稳定性是体现路基总体技术状况的重要方面，目前，相关规范是采用稳定系数来定量表征路基的稳定状态，计算稳定系数需要在全面掌握路基填土力学参数等基础资料后，分析计算求得，对于稳定性简单快速评价，并不合适。鉴于路基在出现稳定性病/灾害之前，往往呈现以下先兆迹象：坡面有冲刷痕迹或坡体出现裂缝乃至滑塌，支挡结构(挡墙、抗滑桩等)出现外倾、下错等变形，排水设施出现缺损。因此，本发明构建了综合反映路基整体稳定性的SSI(Subgrade Stability Index)指标，即路基稳定指数，对其稳定性态进行快速评价。

路基整体稳定性评价内容如表3所示。

(1)填方路基边坡几何特性

此项评价主要包括边坡高度与基底横坡度，其中，边坡高度采用相对高度SRH(SlopeRelative Height)进行评价；基底横坡度采用横坡系数TSC(Transverse SlopeCoefficient)进行评价。

(2)填方路基边坡物理状况

此项评价主要包括坡面冲刷与坡体滑塌，其中，坡面冲刷采用冲刷比SER(SurfaceErosionRatio)进行评价；坡体滑塌采用滑塌率SSR(Slope Slide Ratio)进行评价。

(3)支挡结构

此项评价主要为支挡结构失效情况，采用失效比RBR(Retaining BreakdownRatio)进行评价。

(4)排水系统

此项评价主要为排水系统缺损情况，采用缺损率DDR(Drainage DeficiencyRatio)进行评价。

表3路基整体稳定性评价内容

获取上述各评价参数后，路基稳定指数SSI通过式(4)求得：

SSI＝(γ₁SER+γ₂SSR+γ₃RBR+γ₄DDR)SRH TSC (4)

式中，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄为冲刷、滑塌、失效、缺损的权重系数(γ₁+γ₂+γ₃+γ₄＝1)，按四类病/灾害治理综合单价比例确定，经过调查，上述四类病/灾害治理综合单价比例大约为1:5:3:1，因此，γ₁＝0.1、γ₂＝0.5、γ₃＝0.3、γ₄＝0.1。

3确定路基不均匀沉降评价指标

公路在出现严重病害之前，路基路面往往会产生不均匀沉降，此时公路虽然未发生结构性损坏，但行车舒适性、平整度等功能性态有所下降；当沉降继续发展，路面底部(基层底面)将产生过大的附加应力，一旦此附加应力与车载作用下的拉应力之和超过材料容许拉应力，路面就会出现结构性损坏，同时，伴随着裂缝的发生、扩展。因此，路基不均匀沉降是路基总体技术状况好坏的重要体现，传统沉降评价方法费时费力，不适宜进行快速评价，本发明在收集代表性纵断面(如轮迹线所在断面)沉降数据的基础上，构建了纵向沉降坡率(评价单元纵断面方向规定长度上的沉降率)这一指标，对路基不均匀沉降进行快速评价。

路基纵向沉降坡率LSR(Longitudinal Settlement Ratio)定义为评价单元纵断面方向规定长度上的沉降率(如图2所示)，用以反映路基不协调变形现状：

式中，S_L为纵断面方向规定长度上的沉降差，L_s为规定长度(可取为1m、5m或10m)。

如上所述，路基在纵断面方向产生不均匀沉降，一是会引起跳车等现象，降低行车舒适性，在此，将行车舒适与否界限对应的坡率定义为临界坡率k₁；二是在基层底面产生附加应力，导致路面开裂损坏，在此，将路面底部拉裂界限对应的坡率定义为临界坡率k₂。因此，评价单元内整体沉降状况可根据LSR大于等于临界坡率(k₁或k₂)的比例来表征：

式中，ESR为路基沉降指数，即LSR大于等于临界坡率(k₁或k₂)的比例，n为评价单元内LSR计算段数，n₁为评价单元内LSR大于等于k₁的段数，n₂为评价单元内LSR大于等于k₂的段数。r₁、r₂为折减系数，r₁+r₂＝1，r₁在0.3～0.4之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₁可取高值，当公路等级为二级及以下等级公路时，r₁可取低值；r₂在0.6～0.7之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₂可取低值，当公路等级为二级及其以下级别公路时，r₂可取高值。

4路基总体技术状况评价指标及分级

为了便于评价路基总体技术状况，并对其进行分级，本项目需要对各分项评价指标实施标准分赋值，即在分项评价指标取值基础上，将其转化为0～100范围内的标准分值，各分项评价指标标准化具体过程如表4与式(7)所示。

表4各分项评价指标标准化具体过程

综上所述，路基总体技术状况评价指标SWV可定义为：

SWV＝w₁S_SMC+w₂S_SSI+w₃S_ESR (8)

式中，S_SMC、S_SSI、S_ESR为路基模量系数SMC、路基稳定指数SSI、路基沉降指数ESR三个分项评价指标的标准形式，w₁、w₂、w₃为权重系数，反映了路床承载力等单个评价项目在总体技术状况评价体系中的比重，权重系数介于0～1之间，且w₁+w₂+w₃＝1，可根据调查公路出现三大类病/灾害(即承载力、稳定性不足或不均匀沉降过量引起的三大类病/灾害)的路段长度比例确定。

本发明根据公路等级，依据路基总体技术状况评价指标SWV取值情况，对进行评价的公路填方路基实施分级，如表5所示。

表5公路填方路基在役技术状况评价分级

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.公路填方路基在在役技术状况评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：确定路床承载力评价指标；

S2：确定路基整体稳定性评价指标；

S3：确定路基不均匀沉降评价指标；

S4：路基总体技术状况评价指标及分级。

2.根据权利要求1所述的公路填方路基在在役技术状况评价方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

构建路基回弹模量系数作为路床承载力评价指标，路基模量系数SMC是路基设计回弹模量与实际含水率条件下测点路基回弹模量之比，用以反映路床现有承载能力：

式中，E₀为实际含水率条件下测点路基回弹模量，通过落锤式弯沉仪FWD实测弯沉值反算求得，或根据式(2)求取；E_d为根据交通荷载等级，确定的路基回弹模量设计值；

式中，E_0,opt为最佳含水率状态下的路基回弹模量；S_r、S_r，opt为路基土体实际饱和度与最佳含水率状态下的饱和度，通过式(3)求取，式中，w为质量含水率，w_opt为最佳质量含水率，G_s为土粒比重，K为压实度，ρ_dmax为一定压实功率下路基土的最大干密度，ρ_w为4℃时水的密度；a₁、a₂为回归系数；

3.根据权利要求1所述的公路填方路基在在役技术状况评价方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：

获取各评价参数：包括填方路基边坡几何特性、填方路基边坡物理状况、支挡结构和排水系统；

(1)填方路基边坡几何特性

评价边坡高度与基底横坡度，其中，边坡高度采用相对高度SRH进行评价；基底横坡度采用横坡系数TSC进行评价；

(2)填方路基边坡物理状况

评价坡面冲刷与坡体滑塌，其中，坡面冲刷采用冲刷比SER进行评价；坡体滑塌采用滑塌率SSR进行评价；

(3)支挡结构

评价支挡结构失效情况，采用失效比RBR进行评价；

(4)排水系统

评价排水系统缺损情况，采用缺损率DDR进行评价；

获取各评价参数后，路基稳定指数SSI通过式(4)求得：

SSI＝(γ₁SER+γ₂SSR+γ₃RBR+γ₄DDR) SRH TSC (4)

式中，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄为冲刷、滑塌、失效、缺损的权重系数(γ₁+γ₂+γ₃+γ₄＝1)，按四类病/灾害治理综合单价比例确定。

4.根据权利要求1所述的公路填方路基在在役技术状况评价方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：

路基纵向沉降坡率LSR定义为评价单元纵断面方向规定长度上的沉降率，用以反映路基不协调变形现状：

式中，S_L为纵断面方向规定长度上的沉降差，L_s为规定长度；

将行车舒适与否界限对应的坡率定义为临界坡率k₁；将路面底部拉裂界限对应的坡率定义为临界坡率k₂；评价单元内整体沉降状况根据LSR大于等于临界坡率的比例来表征：

式中，ESR为路基沉降指数，即LSR大于等于临界坡率的比例，n为评价单元内LSR计算段数，n₁为评价单元内LSR大于等于k₁的段数，n₂为评价单元内LSR大于等于k₂的段数；r₁、r₂为折减系数，r₁+r₂＝1，r₁在0.3～0.4之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₁取高值，当公路等级为二级及以下等级公路时，r₁取低值；r₂在0.6～0.7之间取值，当公路等级为高速、一级公路时，r₂取低值，当公路等级为二级及其以下级别公路时，r₂取高值。

5.根据权利要求1所述的公路填方路基在在役技术状况评价方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：

对各分项评价指标实施标准分赋值，即在分项评价指标取值基础上，将其转化为0～100范围内的标准分值，各分项评价指标标准化具体过程如表4与式(7)所示：

表4 各分项评价指标标准化具体过程

综上所述，路基总体技术状况评价指标SWV定义为：

SWV＝w₁S_SMC+w₂S_SSI+w₃S_ESR (8)

式中，S_SMC、S_SSI、S_ESR为路基模量系数SMC、路基稳定指数SSI、路基沉降指数ESR三个分项评价指标的标准形式，w₁、w₂、w₃为权重系数，反映单个评价项目在总体技术状况评价体系中的比重，权重系数介于0～1之间，且w₁+w₂+w₃＝1，根据调查公路出现三大类病/灾害，即承载力、稳定性不足或不均匀沉降过量引起的三大类病/灾害的路段长度比例确定；

根据公路等级，依据路基总体技术状况评价指标SWV取值情况，对进行评价的公路填方路基实施分级，如表5所示：

表5 公路填方路基在役技术状况评价分级