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1第7章路基工程概述【教学基本要求】通过本章内容的学习了解道路路基干湿类型划分的目的及划分的方法，理解路基基本构造的组成内容与断面的几种类型及定义，路基基本要求的几个方面、影响稳定性的因素及路基工作区范围，掌握路基的强度各项指标表示方法及测定方法。【学习重点】1．路基基本构造的组成内容与断面的几种类型及定义2．路基基本要求的几个方面、影响稳定性的因素、路基工作区范围。3．路基的各项强度指标的表示方法及测定方法【内容提要和学习指导】7.1路基的基本构造与断面类型路基是路面的基础，是道路的主体工程，路基贯通道路的全线，具有路线长，面积大，穿越不同地貌、地质和水文及街区地段的特点，因此具有不同的路基构造和断面类型。1．路基的基本构造路基的主要指标有宽度、高度和边坡坡度。路基的宽度取决于道路的技术等级；路基的高度（包括路中心线填挖高度、路两侧的边坡高度）取决于纵断面设计及地形；路基边坡坡度根据工程地质、水文条件、路基土的性质及边坡稳定性和横断面经济性及其他安全、美观等因素综合考虑。2．路基的断面类型路基按结构特点可分为填方路基、挖方路基和半填半挖路基等。填方路基称为路堤，当填土高度小于1.0m时，属矮路堤，当填土高度大于12m时为高路堤，其边坡须进行设计和验算其稳定性挖方路基称为路堑，由于挖方路堑破坏了原地层的平衡，所以，路基与边坡的稳定性更为重要。半填半挖路基它是路堤和路堑的综合形式，若处理得当，路基稳定可靠，是一种比较经济的断面形式。3．常见的路基变形和破坏（1）路基沉陷。路基在竖直方向产生较大的沉落。由于路基的不均匀下陷，造成路基局部路段的破坏。路基沉陷有两种情况：（1）堤身下陷，因路基填料选择不当，填筑方法不合理，压实不足，在荷载和水温综合作用下，路堤发生的向下沉陷；（2）地基下陷，因原地面为软弱土层，填筑前未作处理与换土或地基处理不当，造成承载力不足，地基发生下沉，引起路堤下陷。（2）边坡坍方：如剥落、滑坍、崩坍等。（3）路基沿山坡滑动。在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面摩擦系数较小或甚至光滑，未经凿毛或挖筑台阶，坡脚又未进行必要的支撑，在受水的浸润或荷载及自重作用下，使路基整体或局部沿地面向下移动，路基失去整体稳定性。（4）不良水文地质条件造成的路基破坏：如滑坡、泥石流、雪崩、溶洞陷落、地震及特大暴雨等，均能导致路基大规模毁坏。7.2路基基本要求与稳定性措施1．路基基本要求道路的路面、路肩都靠路基支撑，有了坚实牢固的路基，才能保证路面、路肩的稳固，才不致在车辆行驶荷载作用和自然因素影响下，发生松软、变形、沉陷、坍塌，所以路基也是整个道路的基础。一条道路的使用品质，不仅与道路的线形、路面的质量有关，同时也与路基的质量有着重要的关系。路基敷设在地面上，它的稳定受地形、地质、水文和气候及其他市政配套工程质量的影响极大，如果设计和施工不当，均会产生各种病害，导致路基路面的破坏，严重影响交通和2行车安全，修复时要耗费更大的人力和物力,故路基应满足三个方面的基本要求：（1）强度路基强度是指在车辆荷载的反复作用下，对通过路面传布下来的压力的承受能力和对变形的抵抗能力，要求路基能承受这种压力而不产生超过容许限度的变形。（2）整体稳定性对于填挖不大的道路路基，一般不存在整体稳定问题，但当路基填、挖较大时，因改变了原地面的天然平衡状态，在地质不良地段甚至加剧了原来的不稳定状态。如修筑在天然斜坡上的路堤，可能因自重作用下滑。又如在路堑地段，由于两侧边坡失去了原土层的支撑，可能引起坍方，类似这些情况都必须采取措施，保证整个路基的稳定性。（3）水温稳定性路基在大气，地面水和地下水的侵蚀作用下，其强度会发生很大的变动。如在路基中积聚一定水分后，即会使路基土质松软、密实度降低。在季节性冰冻地区，还会发生周期性冻融，造成路基填土松软和翻浆。因此，路基不仅应具有足够的强度，而且还必须保证在最不利的水和温度作用下，强度不会发生显著的下降，为此，要求路基应具有一定的水温稳定性。2．影响路基稳定性的因素路基是一种常年暴露于大自然中的线形构筑物，其稳定性在很大程度上受到当地自然环境条件的影响。因此深入调查城市道路沿线区域的自然条件，从整体（地区）和局部（具体路段）来分析、研究有关自然因素的变化规律对路基稳定性的影响，从而为路基的合理设计、施工、养护提供重要参数。影响路基稳定性的自然因素一般有：（1）地形平原地区地势平缓，地下水水位较高，因此，路基需要保持一定的最小填土高度，并且要加强地面排水，特殊路段须采用必要的地下排水措施。山区城市道路地势陡峻，路基的强度与稳定性，尤其是稳定性不易保证，需要采取某些防护与加固措施；同时路基路面的排水系统必须设置完备。（2）地质城市道路沿线岩土的种类、成因、岩层的走向、倾向和倾角、风化程度等，都影响路基的强度与稳定性。（3）气候城市道路沿线的气温、降雨量、冰冻深度、日照、年蒸发量、风力、风向等均影响路基路面的水稳状况。（4）水文与水文地质水文与水文地质会影响路基路面的稳定性，如处理不当，会导致路基路面产生各种病害。影响路基稳定性的人为因素一般有：行车荷载的作用及路基路面的设计、施工养护是否正确等。城市道路路基设计时，应根据各路段的具体情况，采用合理的路基断面形式，做好地面和地下排水设施，对不良地质路段，还应采取必要的措施，防止路基病害的发生。3．提高路基强度与稳定性的措施路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影响，在一年内出现显著的季节性变化。为保证路基的强度和稳定性，可以采取以下措施：（1）保证路基有足够的高度，使路基上部不受或少受地面滞水和地下水的浸湿作用，路基工作区范围内应保持干燥状态。（2）合理选择路基断面形式，合理确定路基边坡坡度，保证路基整体稳定。（3）充分压实土基，使之具有一定的抵抗水分浸湿的能力，从而提高路基的强度和水稳定性。（4）搞好路基路面排水，正确设计路基排水系统，保证水能迅速排除，防止路基过湿或水毁。（5）用水稳定性强的土替换水稳定性差的土。如用透水性良好，水稳性较强的砂土、亚砂土等，替换水稳性较差的粉土、粉质亚粘土等。（6）石灰稳定土基。对强度较低或过湿土基，可掺拌少量石灰以疏干土基，提高土基的强度与水稳性。（7）设置隔离层。用透水性良好的材料或不透水的材料，在路基内修筑隔离层，以隔3绝地下水的毛细上升或由负温差的作用而向上移动的水分，从而保证路基上层较为干燥。（8）换土设垫层加固或设置防冻层，减小土基冻结深度，减轻土基冻胀。（9）采用砂（砾）垫层、土工合成材料、塑料排水板、真空预压（或加载）等措施。（10）水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、沉管灌注桩、强夯、强夯置换等措施。7.3路基干湿类型1．路基干湿类型及湿度来源土质路基(包括地基)干湿类型可分为干燥、中湿、潮湿和过湿4种。这4种类型表示路基工作区内，即从路基表面向下一定范围里，路基(包括地基)土所处的含水状态，道路路基工作状态以干燥、中湿为宜。路基的干湿类型，影响其强度与稳定性。正确区分路基的干湿类型，是进行路基设计的前提。路基土所处的状态是由土体的含水量或用稠度指标反映的。含水量取决于湿度的来源及作用的持续时间。导致路基湿度变化的水源可分为以下几种：（1）大气降水：大气降水直接通过路面、路肩和边坡渗入路基；（2）地面水：路基旁边较高水位的地表积水、排水不良的边沟积水，以毛细水的形式渗入；（3）地下水：靠近地面的地下水，借助毛细作用或温差作用上升到路基内部；（4）凝聚水：在土颗粒空隙中流动的水蒸气，遇冷凝结为水。2．路基干湿类型判定方法（1）根据平均稠度判定法对于原有道路的拓宽和改建，路面设计时应根据路基土的分界稠度确定路基干湿类型。路基的干湿类型应实测不利季节路床顶面以下800mm深度内土的平均稠度wc，再按相应表中土基干湿状态和稠度建议值比较确定。pllc式中：cw——土的平均稠度；w——土的平均含水量；lw、pw——分别为土的液限、塑限，按现行的《公路土工试验规程》中液限塑限联合测定法或搓条法测定。（2）根据临界高度判定法对于新建道路，路基尚未建成，无法按上述方法现场勘查路基的湿度状况，可根据道路自然区划、土质类型、排水条件以及路床表面距地下水位或地表积水水位的高度按下表的一般特征确定。当路基的地下水位或地表长期积水位一定的情况下，路基的湿度由下而上逐渐减小，如右图所示。图中：H1对应于wc1为干燥和中湿状态的临界高度；H2对应于wc2为中湿和潮湿状态的临界高度；H3对应于wc3为潮湿和过湿状态的临界高度。路床表面距地下水位或地表长期积水水位的最小高度称为路基临界高度。地下水位或地表长期积水水位，可通过道路工程勘察设计野外调查获得。路基高度可从路线纵断面图或路基设计表中查得，扣除预估的路面厚度，即可得路床表面距地下水位或地表长期积水水位的高度。以此时实际的H与区别各种状态的临界高度H1、H2、H3比较，便可得这个横断面路基干湿类型的判定。路基临界高度可根据土质、气候因素按当地经验确定（可参照公路沥青路面设计规范附录F）。路基的最小填土高度是指保证路基稳定，根据土质、气候和水文地质条件，所规定的路肩边缘距原地面的最小高度。确保路基最小填土高度，使路基处于干燥或中湿状态，以满足设计要求。7.4路基的受力与强度大量实测数据表明，路基强度与稳定性对路面设计影响极大，路基分界稠度与临界高度土基应力分布示意图4特别是路基顶部以下1.0～1.9米左右深度范围，可视为路面结构的组成部分考虑。1．路基受力作用于路面上的车辆荷载、路基路面的自重使路基处于受力状态，右图是土质路基受力时，在不同深度Z范围内的应力分布图。其中因车辆荷载所引起的应力σ1，随着深度Z增加而急剧减少，因土基自重所产生的应力σ2则随深度的增长而加大。在均质的各向同性的无限半空间体表面，作用一个集中力P时，其内部任意点所产生的竖向应力，可通过计算求得。因自重所引起的土基中的应力，考虑到在一定深度以下，同路基自重相比，路面重量影响很小，所以在研究荷载作用深度时，为简化起见，将路面重量略去不计（如当路面很厚时，可考虑将路面重量换算为路基土的相当厚度而计入），则土自重应为σ2可取填料单位重与深度Z的乘积，随着Z值的增加，σ1将显著减小（与深度平方成反比），而σ2则逐渐增大（成正比）。因此，21的比值亦随之急剧变小。如果此比值减小到一定数值时，例如n121（n为系数），据此即可得到路基受力作用区深度Za。荷载通过路面传向路基，因路面刚度使应力扩散，土基内实际应力1因此而减小，这个因素在上述计算中未计入，所以由此计算所得的aZ偏大。国产几种车型，按照车轮重力，并取γ=18kN/m3，n=5，用上式计算得H＞Za时，车辆荷载作用范围位于填筑高度H以内，路堤应按规定要求分层填筑与压实，作用深度范围内尤其应注意填筑质量，对于Ha的路堤，应力的范围已深达原地基，此时不仅要将填土压实，而且要保证使其原地基具有足够的强度与稳定性，为此必须分别情况，按规定要求，在路堤填筑之前，对原地面进行清除杂草树木，并予以压实，必要时还应采取换土或加固等措施，以防沉陷，确保路基路面的使用品质。2．路基的强度路基强度是指路基在外荷及自重作用下，土基抵抗破坏与变形的承载能力，这种能力与路基质量有很大关系。用于表征土基承载力的参数指标有抗剪强度、回弹模量、地基反应模量、加州承载比（CBR）等。（1）抗剪强度在路基边坡内，其强度不足以抵抗剪应力的作用时，则相邻两部分土体便将沿某一剪切面（滑动面）产生相对移动，于是边坡破坏、稳定性丧失，这种沿剪切面使土体破坏的现象称为剪切破坏，土体所具有的抵抗剪切破坏的能力称为抗剪强度，土体的抗剪强度是由土体的粘聚力及内摩擦角组成的。土的颗粒愈细，粘聚力愈大；砂土粘聚力很小基本为零，由于内摩擦力的影响大于粘聚力，因此，土的颗粒愈粗，抗剪强度也就愈高。影响粘聚力和内摩擦力的因素主要有土颗粒大小、形状和组成土的矿物成份、土的密实度和含水量等，也就是说，土基抗剪强度取决于土的性质与状态。因此，对于土的两个抗剪强度指标，在选用时要符合工程实际，应取原状土测定，因为它们