路基工程概論（講義總結(jié)共40頁）

1、第二章 路基工程概論本章提示：作為路基工程概論，內(nèi)容均為重要知識點，是后面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，需要重點把握公路自然區(qū)劃、路基土的分類及工程特性、干濕類型劃分、土基受力特點及承載力評價等知識點（包括內(nèi)容具體知識點）。2.1 公路自然區(qū)劃2.2 路基土的分類2.3 路基干濕類型2.4 影響路基穩(wěn)定性的因素2.5 路基的力學(xué)強度特性及評價2.6 常見的路基病害全部為重點2.1 公路自然區(qū)劃劃分原則1）道路工程特征相似2）地表氣候區(qū)劃差異性3）自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用 1.一級區(qū)劃按自然氣候，全國輪廓性地理地貌劃分 區(qū)北部多年凍土區(qū)；區(qū)東部溫潤季凍區(qū)；區(qū)黃土高原干濕過渡區(qū)；區(qū)東南濕熱區(qū)；區(qū)西南潮暖區(qū)；

2、區(qū)西北干旱區(qū)；區(qū)青藏高寒區(qū)。區(qū)劃目的1）為了區(qū)分各地自然區(qū)域的筑路差異，在工程活動中采取適當?shù)募夹g(shù)措施和設(shè)計參數(shù)2）為了在全國范圍內(nèi)貫徹統(tǒng)一的路基路面設(shè)計方法2.二級區(qū)劃二級區(qū)劃以潮濕系數(shù)為主要分區(qū)依據(jù)，按公路工程的相似性及地表氣候的差異，進一步分為33個二級區(qū)和19個副區(qū)。 潮濕系數(shù)K 式中：R年降水量，mm； Z年蒸發(fā)量，mm；K2.0 1級 過濕2.0K1.5 2級 中濕1.5K1.0 3級 潤濕1.0K0.5 4級 潤干0.5K0.25 5級 中干 0.25K 6級 過干3.三級區(qū)劃劃分的方法有兩種，一種以水熱，地理和地貌為依據(jù)，另一種是以地表的地貌、水文和土質(zhì)為依據(jù)，由各省、自治區(qū)自

3、行劃定。土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積形成過程形成條件物理、力學(xué)性質(zhì) 風(fēng)化巖石地球土地球影響2.2 路基土的分類2.2 路基土的分類依據(jù)：1）土的顆粒組成特征2）土的塑性指標3）土中有機質(zhì)存在的情況。2.2.1 路基土的分類 土巨粒土粗粒土細粒土特殊土漂石土卵石土礫類土砂類土有機質(zhì)土粘質(zhì)土粉質(zhì)土黃土膨脹土紅粘土鹽漬土分為巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土四類，細分為十一種土。表2.1 粒組劃分表土類區(qū)分的依據(jù)一般以主成分粒組進行定義，控制主成分粒組的比例在50%以上，而特殊土則分為黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土和凍土，前三者按特殊塑性圖上的位置定名，鹽漬土按含鹽百分率分

4、類。碎石在土類中的位置碎石是人工開采的土類，一般與礫相近。各種土類的區(qū)分巨粒土和粗粒土粒組含量級配指標細粒土塑性圖 1.巨粒土巨粒土漂（卵）石巨粒含量100%75%漂（卵）石夾土巨粒含量75%50%漂（卵）石質(zhì)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圖2.3 巨粒土分類2.粗粒土礫類土礫F15%細粒土在塑性圖A線以下圖A線以下細粒土在塑性圖A線以上圖A線以上GWGPGFGFGMGC1）礫類土 圖2.4 礫粒土分類2）砂類土 GF砂類土砂F15%細粒土在塑性圖A線以下細粒土在塑性圖A線以上SWSPSFSMSC

5、含細粒土砂F=5%15%圖2.5 砂粒土分類3.細粒土工程上經(jīng)常以土的塑性圖進行分類 A線B線 CHCLCHGCLGCHSCLSCHOCLO細粒土粉質(zhì)土粘質(zhì)土有機質(zhì)土高(低)液限粉土粗粒組25%含礫(砂)高(低)液限粉土粗粒組25%50%高(低)液限粉土粗粒組25%含礫(砂)高(低)液限粘土粗粒組25%,50%A線以上有機質(zhì)高(低)液限粘土A線以下有機質(zhì)高(低)液限粘土礫粒砂粒礫粒砂粒礫粒砂粒MHGMLGMHSMLSMHMLMHOMLO圖2.7 細粒土分類代號巨粒土粗粒土細粒土有機土特殊土成分代號漂石B塊石Ba卵石Cb小塊石Cba礫G角礫Ga砂S粉土M粘土C細粒土（C和M合稱）F粗細粒土合稱S

6、l有機土O黃土Y膨脹土E紅粘土R鹽漬土St級配和液限高低代號級配良好W 高液限H級配不良P 低液限L公路用土在設(shè)計或說明書上常以代號表示表2.2土的基本代號表注：土類名稱可用一個基本代號表示。當由兩個基本代號構(gòu)成時，第一個代號表示土的主成分，第二個代號表示副成分(級配或液限)。當由三個基本代號構(gòu)成時，第一個代號表示土的主成分，第二個代號表示液限(或級配)，第三個代號表示土中所含次要成分。2.2.2路基土的工程性質(zhì) 巨粒土有很高的強度和穩(wěn)定性，用以填筑路基是良好的材料。級配良好的礫石混合料，密實程度好，強度和穩(wěn)定性均能滿足要求。除了填筑路基之外，可以用于鋪筑中級路面，經(jīng)適當處理后可以鋪筑高級路面

7、的基層、底基層。砂土無塑性，透水性強，毛細上升高度小，具有較大的內(nèi)摩擦系數(shù)，強度和水穩(wěn)定性均好，但砂土粘結(jié)性小，易于松散壓實困難. 砂性土含有一定數(shù)量的粗顆粒，又含有一定數(shù)量的細顆粒，級配適宜，強度、穩(wěn)定性等都能滿足要求，是理想的路基填筑材料。 粘性土中細顆粒含量多，土的內(nèi)摩擦系數(shù)小而粘聚力大，透水性小而吸水能力強，毛細現(xiàn)象顯著，有較大的可塑性。粘性土干燥時較堅硬，施工時不易破碎。浸濕后能長期保持水分，不易揮發(fā)，因而承載力小。砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土屬不良材料 粉性土干時雖有粘性，但易于破碎，浸水時容易成為流動狀態(tài)。毛細作用強烈，毛細上升高度大。屬于不良的公路用土。 （如必須采用不良材料

8、填筑路基，應(yīng)采取技術(shù)措施改良土質(zhì)并加強排水、采取隔離水等措施。）特殊土用于路基時必須采取技術(shù)措施加以處理 為什么要界定路基干濕類型2.3 路基干濕類型凍脹丘Pingo熱融thaw2.3 路基干濕類型2.3.1路基濕度來源 原始土具有的自然含水量；大氣降水；地面水；地下水；毛細上升水；水蒸汽凝結(jié)水；薄膜移動水 2.3.2路基干濕類型及劃分方法1路基干濕類型干燥、中濕、潮濕、過濕 稠度 土的液限； 土的含水量； 土的塑限。 分界稠度 與土的類型和自然區(qū)劃有關(guān)，可查表獲得 干燥中濕潮濕過濕2.路基干濕類型劃分方法（1）已建公路計算不利季節(jié)路槽底面以下80cm深度內(nèi)土的平均稠度，與分界稠度比較 （2）

9、新建公路路基尚未建成，用路基臨界高度判別。與分界稠度相對應(yīng)的路基離地下水位或地表積水水位的高度稱為路基臨界高度H。 干燥中濕潮濕過濕路基自重應(yīng)力： 路基任意點：2.5 路基的力學(xué)強度特性及評價2.5.1路基受力狀況車輪荷載應(yīng)力： 1）均布荷載 2）集中荷載2.5 路基的力學(xué)強度特性及評價2.5.2 路基工作區(qū)n=510 在路基某一深度Za處，當車輪荷載引起的垂直應(yīng)力與路基土自重引起的垂直應(yīng)力相比所占比例很小，僅為1/101/5時，該深度Za范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。該深度隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強度和厚度的增加而減小。 對模量不同的路面結(jié)構(gòu) ，應(yīng)將路面折算為與路基同一性質(zhì)的整體后，再進

10、行計算。實際工程中，常統(tǒng)稱將路基頂面以下0.8m范圍內(nèi)視為路基工作區(qū)，稱為路床 2.5.3 路基土的應(yīng)力應(yīng)變特性在路面結(jié)構(gòu)總變形中，土基的變形占很大部分，約占7095%。路基土的變形包括彈性變形和塑性變形兩部分。呈非線性工作區(qū)內(nèi)：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。 討論工作區(qū)？壓入承載板試驗 用回彈模量值E來表征 (局部線性化) (1) 初始切線模量 (2) 切線模量 (3) 割線模量 (4) 回彈模量 車輛荷載重復(fù)作用 塑性變形的積累 土體逐漸壓密，直至穩(wěn)定，停止增長 逐步發(fā)展的剪切變形，最后達到破壞 取決于 ：(1) 土的性質(zhì)(類型)和狀態(tài)(含水量、密實度、結(jié)構(gòu)狀態(tài))；(2) 重復(fù)荷載的大小，

11、以重復(fù)荷載同一次靜載下達到的極限強度之比來表示。(3) 荷載作用的性質(zhì)，即重復(fù)荷載的施加速度、每次作用的持續(xù)時間以及重復(fù)作用的頻率。2.5.4 路基土承載能力評價一般都采用一定應(yīng)力級位下的抗變形能力來表征 1.土基回彈模量壓入承載板法柔性壓板 剛性壓板 1.1 柔性壓板 在壓板中心處 壓板邊緣處 1.2 剛性壓板 常用（圓形）2.地基反應(yīng)模量承載板試驗 （一次加載到位） 3.加州承載比(CBR)承載能力以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標準碎石為標準，以它們的相對比值表示CBR值。 對應(yīng)于某一貫入度的土基單位壓力相應(yīng)貫入度的標準壓力(見表2.6)試驗過程：用一個端部面積為19.

12、35cm2的標準壓頭，以0.127cm/min的速度壓入土中。記錄每貫入0.254cm時的單位壓力，直至壓入深度達到1.27cm時為止。標準壓力值是用高質(zhì)量標準碎石由試驗求得，其值如表2.6所示。CBR值按式2.20計算。計算CBR值時，取貫入度為0.254cm，但是當貫入度為0.254cm時的CBR值小于貫入度為0.508cm時的CBR值時，應(yīng)采用后者準。表2.6 CBR試驗標準壓力值貫人值（cm）0.2540.5080.7621.0161.270標準壓力（kPa）7.0310.5513.3616.1718.23表2.7 常用路基土的CBR值表土 類CBR（）級配良好的礫石，礫石砂混合料60

13、80級配差的礫石，礫石砂混合料3560均勻顆粒的礫石和砂質(zhì)礫石粉質(zhì)礫石，礫石砂粉土混合料4080粘土質(zhì)礫石，礫石砂粉土混合料級配練好的砂，礫石質(zhì)砂；粉質(zhì)砂，砂粉土混合料2040級配差的砂或礫石質(zhì)砂1525粘土質(zhì)砂，石砂粘土混合料1020粉土，砂質(zhì)粉土，礫石質(zhì)粉土，貧粘土，砂質(zhì)粘土，礫石質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土515無機質(zhì)粉土，貧有機質(zhì)粘土，云母質(zhì)粘土或硅藻土48有機質(zhì)粘土，肥粘土，有機質(zhì)粉土352.6 常見的路基病害2.6.1路基工程的基本要求1.整體穩(wěn)定性2.強度 3.水溫穩(wěn)定性 4.排水通暢 5.上、下邊坡穩(wěn)定美觀 2.6.2路基的主要病害1.路基沉陷路基自身沉陷 路基沉縮 地基沉陷2.邊坡滑塌溜方 滑坡 3.碎落和崩塌碎落 滑坍 崩塌4.路基沿山坡滑動5.不良地質(zhì)和水文條件和自然災(zāi)害造成破壞凍脹與翻漿、泥石流、雪崩、巖溶、地震、特大暴雨水毀等2.6.4路基工程病害防治1）正確設(shè)計路基橫斷面。2）選擇良好的路基用土填筑路基，必要時對路基上層填土作穩(wěn)定處理。3）采取正確的填筑方法，充分壓實路基，保證達到規(guī)定的壓實度。4）適當提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進入路基工作區(qū)范圍。5）正確進行排水設(shè)計(包括地面排水，地下排水，路面結(jié)構(gòu)排水以及地基的特殊排水。6）必要時設(shè)計隔離層隔絕毛細水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積。7）采取邊坡加固，修筑擋土結(jié)構(gòu)物，土