第二篇 第2章 道路路基

第二章道路路基第一節(jié)

路基破壞現(xiàn)象及原因1.1現(xiàn)象（1）路基沉陷（2）路基邊坡塌方剝落（土層、風(fēng)化巖層，大氣干濕或冷熱循環(huán)作用）碎落（邊坡較陡的巖層，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，加上脹縮、震動(dòng)及水的作用）滑塌（陡邊坡有滑移面）崩塌（高陡巖質(zhì)邊坡）坍塌（土質(zhì)邊坡遇水軟化）（3）路基沿山坡滑動(dòng)

地基為山坡，原地面較滑且未處理好或草未清理干凈，坡腳未有效支撐（4）不良水文地質(zhì)情況及氣候因素引起的破壞1.2病害成因自然因素人為因素（設(shè)計(jì)、施工、標(biāo)準(zhǔn)）

（1）不良工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件。（地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層走向及傾角不利，風(fēng)化，地下水等）（2）不利的水文與氣候。（降水、干旱、冰凍等）（3）設(shè)計(jì)不合理。（填筑材料選擇，斷面尺寸，挖填布置、排水設(shè)施，加固措施等）（4）施工不當(dāng)。（填筑順序，壓實(shí)，質(zhì)量等）

其中，內(nèi)因和基本因素是地質(zhì)條件，水則是誘因1.3病害防治（1）正確設(shè)計(jì)路基橫斷面；（2）選擇良好的路基填料，必要時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定處理；（3）采用正確的填筑方法，充分壓實(shí)；（4）適當(dāng)提高路基壓實(shí)度，防止水分從側(cè)面滲入或地下水位上升進(jìn)入到路基工作區(qū)范圍；（5）正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)；（6）必要時(shí)設(shè)置隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路基冰凍和水分累積，設(shè)計(jì)砂墊層以疏干土基；（7）采取邊坡加固、修筑支擋結(jié)構(gòu)物、土體加筋等技術(shù)，提高整體穩(wěn)定性2路基干濕類型和臨界高度2.1路基濕度的來源大氣降水地面水地下水溫度變化(水蒸氣凝結(jié)、薄膜水移動(dòng)）給排水設(shè)施滲漏2.2路基干濕類型

路基按其干濕狀態(tài)不同分為四類：干燥、中濕、潮濕和過濕（見表）。一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。

干濕類型以分界稠度wc1,wc2

和wc3

來劃分。稠度wc

定義為土的含水量w與土的液限wL

之差與土的塑限wp

與液限wL之差的比值。

即wc=(wL–w)/(wL–wp)

（1）判別粘性土狀態(tài)：當(dāng)wc=1.0,即w

=wp

，為半固體與硬塑狀的分界值；

當(dāng)wc=0,即w

=wL

，為流塑與流動(dòng)狀的分界值；

當(dāng)1.0﹥wc﹥0，即wL﹥w

﹥wp

，土處于可塑狀態(tài)。**液性指數(shù)：IL=(w-wp)/(wL-wp)

當(dāng)IL

>1，土處于流動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)1≥

IL>0，土處于可塑狀態(tài)；當(dāng)IL<0，土處于堅(jiān)硬狀態(tài)。

原有公路：按不利季節(jié)路槽底面（路基頂部）以下80cm深度內(nèi)土的平均稠度確定（每10cm為一計(jì)算單元）。于路槽底面以下80cm深度內(nèi)，每10cm取樣測(cè)定天然含水量，塑限，液限，以下式計(jì)算：（2）判別路基干濕狀態(tài)（平均稠度確定方法）：

wi－第i層的天然含水量；wli－第i層的液限；

wpi－第i層的塑限；wci－第i層的稠度；－平均稠度

＊路槽【roadtrough】指的是為鋪筑路面，在路基上按照設(shè)計(jì)要求修筑的淺槽。分挖槽、培槽、半挖半培槽三種形式。

新建道路：用路基臨界高度作為判別標(biāo)準(zhǔn)。路基臨界高度：保證路基上部土層（規(guī)范規(guī)定為路槽底面以下80cm），處于某種濕度狀態(tài)時(shí)，路槽底面距地下水位或地表長(zhǎng)期積水位的最小高度。

（1）干燥類：水位很低，路槽底到地下水位的距離保證路基上層有一定厚度Hd免受毛細(xì)水上升潤(rùn)濕的影響，也就是H≥H1

式中：H1—干燥類路基臨界高度；H1＝HL＋Hd，HL為毛細(xì)上升潤(rùn)濕高度

這類路基的濕度主要受氣候因素影響，路床內(nèi)土的平均稠度高于wc1

（2）中濕類水位較高，路基上層Hd厚土層的下部受到毛細(xì)水潤(rùn)濕作用，但路槽底到水位距離仍大于毛細(xì)上升潤(rùn)濕區(qū)的高度HL，即H1≥H＞H2

式中：H2－中濕類路基臨界高度，H2＝HL。這類路基的濕度既受氣候因素影響也受地下水的影響，其平均稠度在wc1到wc2范圍內(nèi)。

（3）潮濕類水位很高，路槽底到水位的距離小于毛細(xì)水潤(rùn)濕高度HL，即H2≥H＞H3

式中：H3－潮濕類路基臨界高度。這類路基的濕度主要受地下水控制，平均稠度在wc2到wc3的范圍內(nèi)。

（4）過濕類水位過高，路槽底距地下水位很近，使整個(gè)路基出于過濕狀態(tài)，即：H≤H3

這類路基平均稠度小于wc3，須經(jīng)處理后方可鋪筑路面。

通過對(duì)各自然區(qū)劃內(nèi)不同潮濕類型路基的濕度狀況進(jìn)行廣泛調(diào)查后，可編制出區(qū)分各類路基潮濕類型的臨界高度，以及分界稠度值表。應(yīng)用時(shí)按路線所在自然區(qū)劃、路基土質(zhì)和路槽底地下水位相對(duì)高度，查表即可。土質(zhì)路基臨界高度城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范3路基的強(qiáng)度和抗變形能力

路基的承載能力都用一定應(yīng)力級(jí)位下的抗變形能力來表征，主要參數(shù)有E(回彈模量)、K(反應(yīng)模量)、CBR（加州承載比）。3.1土基抗變形能力（1）土基的剛度指標(biāo)：回彈模量以回彈模量表征土基的承載能力，可以反映土基在瞬間荷載作用下的可恢復(fù)變形性質(zhì)，因而可以應(yīng)用彈性理論公式描述荷載與變形之間的關(guān)系。以回彈模量作為表征土基承載能力的參數(shù)，可以在以彈性理論為基本體系的各種設(shè)計(jì)方法中得到應(yīng)用。＊測(cè)量時(shí)可用柔性承載板(用橡膠板或剛性板下墊橡膠板)與剛性承載板(用約20mm厚鋼板做成)。實(shí)測(cè)中，后者居多，因?yàn)樗膿隙龋ㄐ涡奶幾冃危┤菀诇y(cè)定，壓力較易控制。（2）土基剛度的測(cè)定對(duì)原有道路路基，在不利季節(jié)用壓入承載板法（或稱大型測(cè)定）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得荷載-彎沉曲線后確定。

取曲線上彎沉值不超過1mm的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：

pi—回彈彎沉1mm前的荷載MPali—彎沉cmD—承載板直徑30cm

μ0—泊松比，0.35

新建公路設(shè)計(jì)階段回彈模量的確定方法：確定土類及相應(yīng)壓實(shí)度，并求得不利季節(jié)的土基相對(duì)含水量，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用中通過查表獲得：式中：E0—回彈模量MPa

K—壓實(shí)度

Wx—不利季節(jié)土基頂部80cm平均相對(duì)含水量3.2土基水溫狀況對(duì)剛度的影響及改善措施土基的剛度受其水溫狀況的影響很大。改善措施：一般水溫狀況時(shí)：（1）加強(qiáng)路基和路面排水（2）壓實(shí)路基（3）保證高度，利排水過濕與翻漿地段（4）換土（5）設(shè)置隔離層（6）設(shè)置排水層或其他排水構(gòu)造物（7）石灰穩(wěn)定土基（8）用導(dǎo)熱性較低的材料（如爐渣）設(shè)置隔溫層，減小冰凍深度4路基填土與壓實(shí)4.1路堤填料的選擇砂土、砂性土、粉性土、粘性土、碎(礫)石質(zhì)土、礫石和不易風(fēng)化的石塊等。4.2路基壓實(shí)的意義（1）壓實(shí)良好的路基強(qiáng)度高，抵抗變形的能力大，可以避免自然沉降或在重型汽車作用下路基產(chǎn)生進(jìn)一步壓實(shí)和沉陷；（2）壓實(shí)可以明顯地減小土體的透水性，減小毛細(xì)水的上升高度和飽水量，增加其水穩(wěn)定性；（3）能在一定程度防止冬季結(jié)凍期間土體的水分積聚和春融期土基軟化，從而為路面的正常工作和減薄路面厚度創(chuàng)造有利條件。4.3影響壓實(shí)效果的因素（1）含水量

含水量是影響壓實(shí)效果的決定性因素；在最佳含水量時(shí)，最容易獲得最佳的壓實(shí)效果；在最佳含水量條件下壓實(shí)到最大干密度的土體，強(qiáng)度相對(duì)最高，水穩(wěn)定性最好；粗粒土干密度與含水量關(guān)系細(xì)粒細(xì)粒土干密度與含水量關(guān)系（2）土質(zhì)干密度與粗粒含量關(guān)系（3）壓實(shí)功能

相同含水量條件下，壓實(shí)功能愈高，土的密實(shí)度愈大。壓實(shí)功能越大，壓實(shí)土體時(shí)的最佳含水量越小。減?。?）壓實(shí)工具和壓實(shí)方法作用范圍和深度不同。壓實(shí)機(jī)具：夯擊式、振動(dòng)式、靜壓式。4.4壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

路基的壓實(shí)質(zhì)量由路基壓實(shí)的密實(shí)度來決定，一般在現(xiàn)場(chǎng)用壓實(shí)度指標(biāo)控制。（1）室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

輕型：輕型擊實(shí)試驗(yàn)法，以開始于30年代初的葡氏試驗(yàn)為代表。輕型擊實(shí)法建立年代較早，那時(shí)的壓實(shí)機(jī)械是輕型的，一般在6t左右，而且品種比較少，以靜力壓路機(jī)為主；汽車也主要是輕型的，載重量一般在4t以下。

重型：1940年前后，出現(xiàn)了很多重型車輛。為了適應(yīng)這種新情況，產(chǎn)生了重型擊實(shí)試驗(yàn)法。近40年來，靜力鋼輪壓路機(jī)的工作質(zhì)量已增加到20t左右，而且還有質(zhì)量更大的（例如50t）輪胎壓路機(jī)以及壓實(shí)功能和效率更高的各種振動(dòng)壓路機(jī)和組合式壓路機(jī)。方法類別錘底直徑(cm)錘質(zhì)量(kg)落高(cm)試筒尺寸層數(shù)每層擊數(shù)擊實(shí)功(kJ/m3)最大粒徑(mm)內(nèi)徑(cm)高(cm)容積(cm3)輕型Ⅰ法Ⅰ.1Ⅰ.2552.52.530301015.212.7129972177332759598.2598.22538重型Ⅱ法Ⅱ.1Ⅱ.2554.54.545451015.212.71299721775327982687.02677.22538錘底直徑(cm)錘質(zhì)量(kg)落高(cm)試筒尺寸層數(shù)每層擊數(shù)擊實(shí)功(kJ/m3)最大粒徑(mm)內(nèi)徑(cm)高(cm)容積(cm3)54.54515.21221773982677.238重型Ⅱ.2法每層擊數(shù)：98擊合適么？試驗(yàn)確定含砂含砂礫含礫含粗粒的細(xì)粒土（粉土）擊實(shí)功大于130擊后，最大干密度趨于穩(wěn)定對(duì)應(yīng)于某種摻加料，隨著粗粒含量的增加，最大干密度增加含砂礫含砂含礫含粗粒的細(xì)粒土（粘土）擊實(shí)功大于130擊后，最大干密度趨于穩(wěn)定對(duì)應(yīng)于某種摻加料，隨著粗粒含量的增加，最大干密度增加（2）現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)路基壓實(shí)度≥96≥95新標(biāo)準(zhǔn)≥94土質(zhì)路堤應(yīng)力應(yīng)變分析加載方式行車荷載中線行車荷載加載方式示意圖路面結(jié)構(gòu)荷載加載方式示意圖路面結(jié)構(gòu)荷載中線路堤頂面荷載路面行車荷載路面當(dāng)量圓直徑路基頂面當(dāng)量圓直徑路堤頂面的荷載為15.91kPa力學(xué)參數(shù)確定

各層填土密度取為1.9g/cm3,重力加速度9.8m/s2,彈性模量、泊松比見表壓實(shí)度區(qū)98度95度93度90度彈模（MP）42.240.939.837.7泊松比0.350.350.350.35行車荷載（標(biāo)準(zhǔn)軸載）單輪輪胎壓強(qiáng)0.7MPa

標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪輪跡當(dāng)量圓直徑21.3cm

應(yīng)力擴(kuò)散角為45°，路堤頂面當(dāng)量圓直徑141.3cm計(jì)算結(jié)果分析（應(yīng)力）路面結(jié)構(gòu)作用車載作用自重作用

車載作用最大值在路面附近，隨深度增加迅速減小。

路面結(jié)構(gòu)荷載作用最大值在路堤0.6m左右，隨深度增加迅速減小計(jì)算結(jié)果分析（應(yīng)變）車載作用路面結(jié)構(gòu)作用自重作用

行車荷載最大值路面附近，隨著深度增加迅速減小

路面結(jié)構(gòu)荷載在3.2m左右最大，以后隨深度增加迅速減小結(jié)論：對(duì)比自重作用，車載在深度大于3.2m時(shí)可忽略，路面結(jié)構(gòu)作用在6m左右也很小，1.5m下主要影響因素是自重

1.5m深度自重應(yīng)力應(yīng)變已超過車載及路面結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力應(yīng)變，在9.6m處自重超過了車載60倍，路面結(jié)構(gòu)19倍。且超出車載與路面結(jié)構(gòu)引起的最大應(yīng)力應(yīng)變10倍

對(duì)于高路堤，下路堤下部（6m以下）承受的自重遠(yuǎn)大于路面結(jié)構(gòu)與路床承受的車載≥96≥95新標(biāo)準(zhǔn)≥945路基邊坡穩(wěn)定性5.1邊坡破壞的機(jī)理（1）地質(zhì)因素（2）受水侵蝕（3）設(shè)計(jì)施工不當(dāng)（4）荷載過大（5）地震或其它自然因素5.2填方路基邊坡

一般采用直線。當(dāng)邊坡較高或浸水，常采用上陡下緩折線形。影響其坡度的主要因素：物理力學(xué)性質(zhì)、氣候條件、邊坡高度及基底的工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件確定。（1）填土路基邊坡路堤邊坡形式和坡率應(yīng)根據(jù)填料的物理力學(xué)性質(zhì)、邊坡高度和工程地質(zhì)條件確定。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，邊坡高度不大于20m

時(shí)，其邊坡坡率不宜陡于下表規(guī)定。對(duì)邊坡高度超過20m

的路堤，邊坡形式宜用階梯型。邊坡坡率應(yīng)按穩(wěn)定性分析計(jì)算確定，并應(yīng)進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)。注：試樣中巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%的土稱巨粒土（d>60mm）試樣中粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%的土稱粗粒土（0.075<d≤60mm）試樣中細(xì)粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%的土稱細(xì)粒土（d≤0.075）路堤邊坡坡率（2）沿河受水浸淹路基的填方邊坡坡度

浸水路堤在設(shè)計(jì)水位以下的邊坡坡率不宜陡于1∶1.75。一般采用1：1.75-1：2.0；在常水位以下部分采用1：2.0-1：3.0。

除此之外，還根據(jù)水流等采取邊坡加固及防護(hù)措施。（3）砌石路基邊坡

砌石應(yīng)選用當(dāng)?shù)夭灰罪L(fēng)化的片、塊石砌筑，內(nèi)側(cè)填石；巖石風(fēng)化嚴(yán)重或軟質(zhì)巖石路段不宜采用砌石路基。砌石頂寬不小于0.8m，基底面向內(nèi)傾斜，砌石高度不宜超過15m。砌石內(nèi)、外坡率不宜陡于下表規(guī)定（4）填石路基邊坡

巖石地段的半填路基、跨越深溝的路基或沒水路基的水淹部分常采用填石路基。填石路堤可采用與土質(zhì)路堤相同的路堤斷面型式，填石路堤的邊坡坡率應(yīng)根據(jù)填石料種類、邊坡高度和基底的地質(zhì)條件確定。

易風(fēng)化巖石與軟質(zhì)巖石用作填料時(shí)，應(yīng)按土質(zhì)路堤邊坡設(shè)計(jì)。在路堤基底良好時(shí)，填石路堤邊坡坡率不宜陡于下表。5.3挖方路基邊坡（1）土質(zhì)路塹

土質(zhì)路塹邊坡形式及坡率應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、邊坡高度、排水措施、施工方法，并結(jié)合自然穩(wěn)定山坡和人工邊坡的調(diào)查及力學(xué)分析綜合確定。邊坡高度不大于20m時(shí)，邊坡坡率不宜大于下表規(guī)定。土類邊坡坡率粘土、粉質(zhì)粘土、塑性指數(shù)大于3的粉土1：1中密以上的中砂、粗砂、礫砂1：1.5卵石土、碎石土、圓礫土、角礫膠結(jié)和密實(shí)1：0.75中密1：1分級(jí)試坑開挖情況較松鐵鍬很容易鏟入，試坑坑壁很容易坍塌中密天然坡面不易陡立，試坑坑壁有掉塊現(xiàn)象，部分需用鎬挖密實(shí)試坑坑壁穩(wěn)定，開挖困難，土塊用手使力才能破碎，從坑壁取出大顆粒處能保持凹面形狀膠結(jié)細(xì)粒土密實(shí)度很高，粗顆粒之間呈弱膠結(jié)，試坑用鎬開挖困難，天然坡面可陡立現(xiàn)場(chǎng)土密實(shí)程度確定（2）巖質(zhì)路塹

巖質(zhì)路塹邊坡形式及坡率應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、邊坡高度、施工方法，結(jié)合自然穩(wěn)定邊坡和人工邊坡的調(diào)查綜合確定。必要時(shí)可采用穩(wěn)定分析方法予以檢算。邊坡高度不大于30m

時(shí)，無外傾軟弱結(jié)構(gòu)面的邊坡坡率可按下表確定。6路基防護(hù)和支擋結(jié)構(gòu)6.1原因

（1）路基的修筑改變了原地層的天然平衡狀態(tài)；（2）巖土在不利的水溫狀態(tài)條件作用下，物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生變化。可能會(huì)產(chǎn)生各種形態(tài)的破壞。如：

浸水后濕度增大，土的強(qiáng)度降低；巖性差的巖石，在水溫條件變化下，加劇風(fēng)化；路基表面在溫差或濕差作用下形成脹縮或干濕循環(huán)，可導(dǎo)致強(qiáng)度衰減和剝蝕；地表水流沖刷，地下水源浸入，使巖土表層失穩(wěn)，易造成和加劇路基的水毀病害；

沿河路堤在水流沖擊、掏刷和浸蝕作用下，易遭破壞；濕軟地基承載力不足，易導(dǎo)致路基沉陷。6.2路基防護(hù)與加固意義：保證公路使用品質(zhì)，提高投資效益，保證路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要措施之一。6.3防護(hù)重點(diǎn)：

路基邊坡，有時(shí)包括路肩表面以及同路基有直接關(guān)系的道旁河流、山坡。包括：1）坡面防護(hù)

2）沿河路堤河岸沖刷防護(hù)與加固

3）濕軟地基加固處治（1）坡面防護(hù)：作用：保護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷減緩溫差及濕度變化影響延緩軟弱巖土表面風(fēng)化、碎裂、剝蝕過程分類：

1）植物防護(hù)：植草：容許流速0.4~0.6m/s，邊坡不陡于1：1。鋪草皮：容許流速1.8m/s，邊坡1：1～1：1.5，沖刷較重種樹：容許流速1.8m/s，坡岸河灘上降低流速，防水直接沖刷路堤2）工程防護(hù)

a抹面防護(hù)（巖石表面完整）：石質(zhì)挖方坡面防巖石風(fēng)化常用材料：石灰漿（精造）

b噴漿：適用于易風(fēng)化而坡面不平整的巖石挖方邊坡。

c灌漿、勾縫、嵌補(bǔ)比較堅(jiān)硬的巖石坡面，為防止水滲入縫隙成害，視縫隙深淺與大小，予以灌漿、勾縫、嵌補(bǔ)

d砌石護(hù)坡：防止地表水或河水沖刷浸水路堤或暴雨地區(qū)路堤

e護(hù)面墻：漿砌片石的坡面覆蓋層。用于封閉各種軟質(zhì)巖層和較破碎的挖方邊坡。（2）沿河路堤河岸沖刷防護(hù)與加固

直接防護(hù)：植物防護(hù)：植樹石砌防護(hù)與加固：鋪石