路基工程概论

第二章路基工程概论本章提示：作为路基工程概论，内容均为重要知识点，是后面学习的基础，需要重点把握公路自然区划、路基土的分类及工程特性、干湿类型划分、土基受力特点及承载力评价等知识点（包括内容具体知识点）。2.1公路自然区划2.2路基土的分类2.3路基干湿类型2.4影响路基稳定性的因素2.5路基的力学强度特性及评价2.6常见的路基病害全部为重点2.1公路自然区划划分原则1）道路工程特征的相似性2）地表气候的差异性、地带性3）自然气候因素的综合性和主导性1.一级区划按自然气候，全国轮廓性地理地貌划分年均-2℃等值线区分多年冻土和季节性冻土一月份均温0℃等值线区分季节性冻土与全年不冻1000m等高线3000m等高线均温等值线、三阶梯的等高线和气候特色划成7个一级区划：Ⅰ区——北部多年冻土区；Ⅱ区——东部温润季冻区；Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区Ⅳ区——东南湿热区；Ⅴ区——西南潮暖区；Ⅵ区——西北干旱区；Ⅶ区——青藏高寒区。区划目的+气候特色2.二级区划二级区划以潮湿系数为主要分区依据，按公路工程的相似性及地表气候的差异，进一步分为33个二级区和19个副区。潮湿系数K/KRZ式中：R——年降水量，mm；Z——年蒸发量，mm；K＞2.01级过湿2.0≥K＞1.52级中湿1.5≥K＞1.03级润湿1.0≥K＞0.54级润干0.5≥K＞0.255级中干0.25≥K6级过干3.三级区划划分的方法有两种，一种以水热，地理和地貌为依据，另一种是以地表的地貌、水文和土质为依据，由各省、自治区自行划定。2.1公路自然区划Ⅳ区——东南湿热区Ⅵ—西北干旱区Ⅱ—东部温润季冻区Ⅲ—黄土高原干湿过渡区Ⅴ区——西南潮暖区Ⅰ—北部多年冻土区Ⅶ—青藏高寒区2.2路基土的分类依据：1）土的颗粒组成2）土的塑性指标3）土中有机质存在的情况。2.2.1路基土的分类土巨粒土粗粒土细粒土特殊土漂石土卵石土砾类土砂类土有机质土粘质土粉质土黄土膨胀土红粘土盐渍土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，细分为十一种土。粒径2006020520.50.250.0740.002(mm)巨粒组粗粒组细粒组砾（角砾）砂溧石（块石）卵石（小块石）粗中细粗中细粉粒粘粒表2.1粒组划分表1.巨粒土巨粒土漂（卵）石巨粒含量100%～75%漂（卵）石夹土巨粒含量75%～50%漂（卵）石质土巨粒含量50%~15%漂石粒50%漂石粒≤50%漂石粒50%漂石粒≤50%漂石粒卵石粒漂石粒卵石粒BCbBS1CbS1S1BS1Cb图2.3巨粒土分类2.粗粒土砾类土砾F5%含细粒土砾F=5%~15%细粒土质砾50%≥F15%细粒土在塑性图A线以下细粒土在塑性图A线以上GWGPGFGFGMGC1）砾类土图2.4砾粒土分类2）砂类土GF砂类土砂F5%含细粒土砾F=5%~15%细粒土质砂50%≥F15%细粒土在塑性图A线以下细粒土在塑性图A线以上SWSPSFSMSC含细粒土砂F=5%~15%图2.5砂粒土分类3.细粒土工程上经常以土的塑性图进行分类1液限=50%-20)=0.73(1线线=6=10塑性指数00.73(20)pLIwA线B线50%LwCHCLCHGCLGCHSCLSCHOCLO细粒土粉质土粘质土有机质土粉土粗粒组≤25%含砾(砂)粉土粗粒组25%≤50%粘土粗粒组≤25%含砾(砂)粘土粗粒组25%,≤50%A线以上有机质粘土A线以下有机质粉土砾粒砂粒砂粒砾粒砾粒砂粒砂粒砾粒MHGMLGMHSMLSMHMLMHOMLO图2.7细粒土分类代号巨粒土粗粒土细粒土有机土特殊土成分代号漂石B块石Ba卵石Cb小块石Cba砾G角砾Ga砂S粉土M粘土C细粒土（C和M合称）F粗细粒土合称Sl有机土O黄土Y膨胀土E红粘土R盐渍土St级配和液限高低代号级配良好W高液限H级配不良P低液限L公路用土在设计或说明书上常以代号表示表2.2土的基本代号表注：土类名称可用一个基本代号表示。当由两个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示副成分(级配或液限)。当由三个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示液限(或级配)，第三个代号表示土中所含次要成分。2.2.2路基土的工程性质有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料。混合料，密实程度好，强度和稳定性均能满足要求。除了填筑路基之外，可以用于铺筑中级路面，经适当处理后可以铺筑高级路面的基层、底基层。无塑性，透水性强，毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系数，强度和水稳定性均好，但粘结性小，易于松散压实困难含有一定数量的粗颗粒，又含有一定数量的细颗粒，级配适宜，强度、稳定性等都能满足要求，是理想的路基填筑材料巨粒土级配良好的砾石砂土砂性土中细颗粒含量多，土的内摩擦系数小而粘聚力大，透水性小而吸水能力强，毛细现象显著，有较大的可塑性。粘性土干燥时较坚硬，施工时不易破碎。浸湿后能长期保持水分，不易挥发，因而承载力小。砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料干时虽有粘性，但易于破碎，浸水时容易成为流动状态。毛细作用强烈，毛细上升高度大。属于不良的公路用土。（如必须采用不良材料填筑路基，应采取技术措施改良土质并加强排水、采取隔离水等措施。）粉性土粘性土2.3路基干湿类型2.3.1路基湿度来源地下水地面水地下水位大气降水毛细水气态水薄膜水2.3.2路基干湿类型及划分方法1．路基干湿类型干燥、中湿、潮湿、过湿稠度分界稠度与土的类型和自然区划有关，可查表获得PLLc土的塑限—土的含水率，—土的液限—PL%nicc潮湿—中湿，—干燥，—321ccc211ccccc中湿：干燥：ccccc332过湿：潮湿：平均稠度干湿类型——稠度2.路基干湿类型划分方法（1）已建公路计算不利季节路槽底面以下80cm深度内土的平均稠度，与分界稠度比较LiiciLiPi818ciicww（2）新建公路路基尚未建成，用路基高度与临界高度比较判别。与分界稠度相对应的路床顶面离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。1HH干燥中湿潮湿过湿21HHH32HHH3HHωc1ωωc2ωc3ωc1≥ωc1ωc1＞ωc1≥ωc2ωc3＜ωc3ωc2＞ωc2≥ωc3以不利季节为准路基平衡湿度预估方法路基平衡湿度状况：潮湿、中湿、干燥等三类潮湿：路基工作区处于地下水毛细润湿影响范围内，受地下水和地表长期积水影响。干燥：路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，受气候因素影响或控制。中湿：路基工作区被毛细湿润面分为上、下两部分，下部受地下毛细润湿影响，上部受气候因素影响。路基平衡湿度确定方法潮湿类路基平衡湿度可根据路基土组类别及地下水位高度，按规范推荐表（C.0.2）确定距地下水位不同高度处的饱和度。干燥类路基平衡湿度可根据路基所处在自然区划的湿度指标TMI（表C.0.3-1）和土组类别确定，查取路基饱和度（表C.0.3-2）。中湿路基的平衡湿度先确定上部和下部平衡湿度，再以厚度加权平均计算。2.4影响路基稳定性的因素自然因素、人为因素2.4.1自然因素（1）地理条件,（2）地质条件,（3）气候条件,（4）水文和水文地质条件,（5）土的类别地形地貌海拔高度路线与地势地貌的结合地理条件（1）自然因素岩石或土的种类与成因地质走向与层理有无软弱层或软弱夹层有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况地基基础地质条件气温（季节性与地形性）降水日照风力风向气候条件地表水的水文条件1、地表积水水位与存水时间2、地表水的排泄3、河流的常水位与洪水水位4、河流的河岸及河床的淤积地下水的水文地质条件1、地下水的移动规律2、地质内的层间水、裂隙水、泉水的存在情况水文和水文地质条件土的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理不同类别的土受水温影响的程度不同不同的土类有不同的工程特征与性质土的类别冻胀和翻浆2.4.2路基的水温稳定性ωc1ωωc2ωc3ωc1≥ωc1ωc1＞ωc1≥ωc2ωc3＜ωc3ωc2＞ωc2≥ωc3轻型中型重型重型林泉公路投资千万通车3个月就翻浆翻浆后紧急处治保通2.4.3人为因素设计——对自然条件认识不够，荷载、参数和结构确定的不合理施工——工艺不当，质量缺欠，施工和检测技术水平局限养护管理——养护不及时，养护技术不足，管理不到位2.5路基的力学强度特性及评价2.5.1路基受力车轮荷载2zPKZ路基自重BZ2.5.2路基工作区2BzZnPKZ3aKnPZn=5～10路基工作区：当汽车荷载通过路面传递到路基的应力与路基土自重应力之比大于0.1的应力分布深度范围称为路基工作区。路基工作区的强度和稳定性对保证路面的强度和稳定性极为重要，要求较高，实际工程中，常将路面结构层底面以下0.8~1.2m范围内视为路基工作区，称为路床2.5.3路基土的应力—应变特性在路面结构总变形中，土基的变形占很大部分，约占70～95%。路基工作区和路基高度关系路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。——呈非线性上路床0.3m下路床0.5～0.9m压入承载板试验用回弹模量值E来表征(局部线性化)(1)初始切线模量(2)切线模量(3)割线模量(4)回弹模量车辆荷载重复作用塑性变形的积累土体逐渐压密，直至稳定，停止增长逐步发展的剪切变形，最后达到破坏取决于：(1)土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态)；(2)重复荷载的大小，以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示。(3)荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时间以及重复作用的频率。2.5.4路基土承载能力评价一般都采用一定应力级位下的抗变形能力来表征1.土基回弹模量（动态回弹模量）——压入承载板法柔性压板刚性压板1.1柔性压板在压板中心处0r202(1)rpalE压板边缘处ra24(1)rapalE1.2刚性压板——常用（圆形）22(1)4palE221()2paprar2.地基反应模量Kpl承载板试验直径76cm的板，一次加载到位，以l=0.127cm或p=70kPa来控制承载板直径大小对K有影响3076K4.0K上述是总弯沉，如果采用回弹弯沉得到的就是回弹反应模量K77.1KRl3.加州承载比(CBR)承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石的为标准，以它们的相对比值表示CBR值。100sCBRppp——对应于某一贯入度的土基单位压力kPa，0.254cm或0.508cm对应的sp——相应贯入度的标准压力kPa(见表2.6)试验过程：用一个端部面积为19.35cm2的标准压头，以0.127cm/min的速度压入土中。记录每贯入0.254cm时的单位压力，直至压入深度达到1.27cm时为止。标准压力值是用高质量标准碎石由试验求得，其值如表2.6所示。CBR值按式2.20计算。计算CBR值时，取贯入度为0.254cm，但是当贯入度为0.254cm时的CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时，应采用后者准。表2.6CBR试验标准压力值贯人值（cm）0.2540.5080.7621.0161.270标准压力（kPa）7.0310.5513.3616.1718.23表2.7常用路基土的CBR值土类CBR（％）级配良好的砾石，砾石—砂混合料60～80级配差的砾石，砾石—砂混合料35～60均匀颗粒的砾石和砂质砾石粉质砾石，砾石—砂—粉土混合料40～80粘土质砾石，砾石—砂—粉土混合料，级配良好的砂，砾石质砂；粉质砂，砂—粉土混合料20～40级配差的砂或砾石质砂15～25粘土质砂，石砂—粘土混合料10～20粉土，砂质粉土，砾石质粉土，贫粘土，砂质粘土，砾石质粘土，粉质粘土5～15无机质粉土，贫有机质粘土，云母质粘土或硅藻土4～8有机质粘土，肥粘土，有机质粉土3～5路基填料最小强度和最大粒径要求填料应用部位（路面底面以下深度m）填料最小强度（CBR）（%）填料最大粒径(mm)高速公路、一