第二篇 第2章 道路路基

第二章道路路基第一节

路基破坏现象及原因1.1现象（1）路基沉陷（2）路基边坡塌方剥落（土层、风化岩层，大气干湿或冷热循环作用）碎落（边坡较陡的岩层，岩石风化严重，加上胀缩、震动及水的作用）滑塌（陡边坡有滑移面）崩塌（高陡岩质边坡）坍塌（土质边坡遇水软化）（3）路基沿山坡滑动

地基为山坡，原地面较滑且未处理好或草未清理干净，坡脚未有效支撑（4）不良水文地质情况及气候因素引起的破坏1.2病害成因自然因素人为因素（设计、施工、标准）

（1）不良工程地质水文地质条件。（地质构造复杂，岩层走向及倾角不利，风化，地下水等）（2）不利的水文与气候。（降水、干旱、冰冻等）（3）设计不合理。（填筑材料选择，断面尺寸，挖填布置、排水设施，加固措施等）（4）施工不当。（填筑顺序，压实，质量等）

其中，内因和基本因素是地质条件，水则是诱因1.3病害防治（1）正确设计路基横断面；（2）选择良好的路基填料，必要时进行稳定处理；（3）采用正确的填筑方法，充分压实；（4）适当提高路基压实度，防止水分从侧面渗入或地下水位上升进入到路基工作区范围；（5）正确进行排水设计；（6）必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻和水分累积，设计砂垫层以疏干土基；（7）采取边坡加固、修筑支挡结构物、土体加筋等技术，提高整体稳定性2路基干湿类型和临界高度2.1路基湿度的来源大气降水地面水地下水温度变化(水蒸气凝结、薄膜水移动）给排水设施渗漏2.2路基干湿类型

路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿（见表）。一般要求路基处于干燥或中湿状态。

干湿类型以分界稠度wc1,wc2

和wc3

来划分。稠度wc

定义为土的含水量w与土的液限wL

之差与土的塑限wp

与液限wL之差的比值。

即wc=(wL–w)/(wL–wp)

（1）判别粘性土状态：当wc=1.0,即w

=wp

，为半固体与硬塑状的分界值；

当wc=0,即w

=wL

，为流塑与流动状的分界值；

当1.0﹥wc﹥0，即wL﹥w

﹥wp

，土处于可塑状态。**液性指数：IL=(w-wp)/(wL-wp)

当IL

>1，土处于流动状态；当1≥

IL>0，土处于可塑状态；当IL<0，土处于坚硬状态。

原有公路：按不利季节路槽底面（路基顶部）以下80cm深度内土的平均稠度确定（每10cm为一计算单元）。于路槽底面以下80cm深度内，每10cm取样测定天然含水量，塑限，液限，以下式计算：（2）判别路基干湿状态（平均稠度确定方法）：

wi－第i层的天然含水量；wli－第i层的液限；

wpi－第i层的塑限；wci－第i层的稠度；－平均稠度

＊路槽【roadtrough】指的是为铺筑路面，在路基上按照设计要求修筑的浅槽。分挖槽、培槽、半挖半培槽三种形式。

新建道路：用路基临界高度作为判别标准。路基临界高度：保证路基上部土层（规范规定为路槽底面以下80cm），处于某种湿度状态时，路槽底面距地下水位或地表长期积水位的最小高度。

（1）干燥类：水位很低，路槽底到地下水位的距离保证路基上层有一定厚度Hd免受毛细水上升润湿的影响，也就是H≥H1

式中：H1—干燥类路基临界高度；H1＝HL＋Hd，HL为毛细上升润湿高度

这类路基的湿度主要受气候因素影响，路床内土的平均稠度高于wc1

（2）中湿类水位较高，路基上层Hd厚土层的下部受到毛细水润湿作用，但路槽底到水位距离仍大于毛细上升润湿区的高度HL，即H1≥H＞H2

式中：H2－中湿类路基临界高度，H2＝HL。这类路基的湿度既受气候因素影响也受地下水的影响，其平均稠度在wc1到wc2范围内。

（3）潮湿类水位很高，路槽底到水位的距离小于毛细水润湿高度HL，即H2≥H＞H3

式中：H3－潮湿类路基临界高度。这类路基的湿度主要受地下水控制，平均稠度在wc2到wc3的范围内。

（4）过湿类水位过高，路槽底距地下水位很近，使整个路基出于过湿状态，即：H≤H3

这类路基平均稠度小于wc3，须经处理后方可铺筑路面。

通过对各自然区划内不同潮湿类型路基的湿度状况进行广泛调查后，可编制出区分各类路基潮湿类型的临界高度，以及分界稠度值表。应用时按路线所在自然区划、路基土质和路槽底地下水位相对高度，查表即可。土质路基临界高度城市道路设计规范3路基的强度和抗变形能力

路基的承载能力都用一定应力级位下的抗变形能力来表征，主要参数有E(回弹模量)、K(反应模量)、CBR（加州承载比）。3.1土基抗变形能力（1）土基的刚度指标：回弹模量以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在以弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。＊测量时可用柔性承载板(用橡胶板或刚性板下垫橡胶板)与刚性承载板(用约20mm厚钢板做成)。实测中，后者居多，因为它的挠度（形心处变形）容易测定，压力较易控制。（2）土基刚度的测定对原有道路路基，在不利季节用压入承载板法（或称大型测定）现场实测得荷载-弯沉曲线后确定。

取曲线上弯沉值不超过1mm的测点对应的值按下式进行计算：式中：

pi—回弹弯沉1mm前的荷载MPali—弯沉cmD—承载板直径30cm

μ0—泊松比，0.35

新建公路设计阶段回弹模量的确定方法：确定土类及相应压实度，并求得不利季节的土基相对含水量，可用以下经验公式计算，实际应用中通过查表获得：式中：E0—回弹模量MPa

K—压实度

Wx—不利季节土基顶部80cm平均相对含水量3.2土基水温状况对刚度的影响及改善措施土基的刚度受其水温状况的影响很大。改善措施：一般水温状况时：（1）加强路基和路面排水（2）压实路基（3）保证高度，利排水过湿与翻浆地段（4）换土（5）设置隔离层（6）设置排水层或其他排水构造物（7）石灰稳定土基（8）用导热性较低的材料（如炉渣）设置隔温层，减小冰冻深度4路基填土与压实4.1路堤填料的选择砂土、砂性土、粉性土、粘性土、碎(砾)石质土、砾石和不易风化的石块等。4.2路基压实的意义（1）压实良好的路基强度高，抵抗变形的能力大，可以避免自然沉降或在重型汽车作用下路基产生进一步压实和沉陷；（2）压实可以明显地减小土体的透水性，减小毛细水的上升高度和饱水量，增加其水稳定性；（3）能在一定程度防止冬季结冻期间土体的水分积聚和春融期土基软化，从而为路面的正常工作和减薄路面厚度创造有利条件。4.3影响压实效果的因素（1）含水量

含水量是影响压实效果的决定性因素；在最佳含水量时，最容易获得最佳的压实效果；在最佳含水量条件下压实到最大干密度的土体，强度相对最高，水稳定性最好；粗粒土干密度与含水量关系细粒细粒土干密度与含水量关系（2）土质干密度与粗粒含量关系（3）压实功能

相同含水量条件下，压实功能愈高，土的密实度愈大。压实功能越大，压实土体时的最佳含水量越小。减小（4）压实工具和压实方法作用范围和深度不同。压实机具：夯击式、振动式、静压式。4.4压实标准

路基的压实质量由路基压实的密实度来决定，一般在现场用压实度指标控制。（1）室内击实试验

轻型：轻型击实试验法，以开始于30年代初的葡氏试验为代表。轻型击实法建立年代较早，那时的压实机械是轻型的，一般在6t左右，而且品种比较少，以静力压路机为主；汽车也主要是轻型的，载重量一般在4t以下。

重型：1940年前后，出现了很多重型车辆。为了适应这种新情况，产生了重型击实试验法。近40年来，静力钢轮压路机的工作质量已增加到20t左右，而且还有质量更大的（例如50t）轮胎压路机以及压实功能和效率更高的各种振动压路机和组合式压路机。方法类别锤底直径(cm)锤质量(kg)落高(cm)试筒尺寸层数每层击数击实功(kJ/m3)最大粒径(mm)内径(cm)高(cm)容积(cm3)轻型Ⅰ法Ⅰ.1Ⅰ.2552.52.530301015.212.7129972177332759598.2598.22538重型Ⅱ法Ⅱ.1Ⅱ.2554.54.545451015.212.71299721775327982687.02677.22538锤底直径(cm)锤质量(kg)落高(cm)试筒尺寸层数每层击数击实功(kJ/m3)最大粒径(mm)内径(cm)高(cm)容积(cm3)54.54515.21221773982677.238重型Ⅱ.2法每层击数：98击合适么？试验确定含砂含砂砾含砾含粗粒的细粒土（粉土）击实功大于130击后，最大干密度趋于稳定对应于某种掺加料，随着粗粒含量的增加，最大干密度增加含砂砾含砂含砾含粗粒的细粒土（粘土）击实功大于130击后，最大干密度趋于稳定对应于某种掺加料，随着粗粒含量的增加，最大干密度增加（2）现场压实度控制标准路基压实度≥96≥95新标准≥94土质路堤应力应变分析加载方式行车荷载中线行车荷载加载方式示意图路面结构荷载加载方式示意图路面结构荷载中线路堤顶面荷载路面行车荷载路面当量圆直径路基顶面当量圆直径路堤顶面的荷载为15.91kPa力学参数确定

各层填土密度取为1.9g/cm3,重力加速度9.8m/s2,弹性模量、泊松比见表压实度区98度95度93度90度弹模（MP）42.240.939.837.7泊松比0.350.350.350.35行车荷载（标准轴载）单轮轮胎压强0.7MPa

标准轴载单轮轮迹当量圆直径21.3cm

应力扩散角为45°，路堤顶面当量圆直径141.3cm计算结果分析（应力）路面结构作用车载作用自重作用

车载作用最大值在路面附近，随深度增加迅速减小。

路面结构荷载作用最大值在路堤0.6m左右，随深度增加迅速减小计算结果分析（应变）车载作用路面结构作用自重作用

行车荷载最大值路面附近，随着深度增加迅速减小

路面结构荷载在3.2m左右最大，以后随深度增加迅速减小结论：对比自重作用，车载在深度大于3.2m时可忽略，路面结构作用在6m左右也很小，1.5m下主要影响因素是自重

1.5m深度自重应力应变已超过车载及路面结构最大应力应变，在9.6m处自重超过了车载60倍，路面结构19倍。且超出车载与路面结构引起的最大应力应变10倍

对于高路堤，下路堤下部（6m以下）承受的自重远大于路面结构与路床承受的车载≥96≥95新标准≥945路基边坡稳定性5.1边坡破坏的机理（1）地质因素（2）受水侵蚀（3）设计施工不当（4）荷载过大（5）地震或其它自然因素5.2填方路基边坡

一般采用直线。当边坡较高或浸水，常采用上陡下缓折线形。影响其坡度的主要因素：物理力学性质、气候条件、边坡高度及基底的工程地质水文地质条件确定。（1）填土路基边坡路堤边坡形式和坡率应根据填料的物理力学性质、边坡高度和工程地质条件确定。

当地质条件良好，边坡高度不大于20m

时，其边坡坡率不宜陡于下表规定。对边坡高度超过20m

的路堤，边坡形式宜用阶梯型。边坡坡率应按稳定性分析计算确定，并应进行个别设计。注：试样中巨粒组质量多于总质量50%的土称巨粒土（d>60mm）试样中粗粒组质量多于总质量50%的土称粗粒土（0.075<d≤60mm）试样中细粒组质量多于总质量50%的土称细粒土（d≤0.075）路堤边坡坡率（2）沿河受水浸淹路基的填方边坡坡度

浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率不宜陡于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，还根据水流等采取边坡加固及防护措施。（3）砌石路基边坡

砌石应选用当地不易风化的片、块石砌筑，内侧填石；岩石风化严重或软质岩石路段不宜采用砌石路基。砌石顶宽不小于0.8m，基底面向内倾斜，砌石高度不宜超过15m。砌石内、外坡率不宜陡于下表规定（4）填石路基边坡

岩石地段的半填路基、跨越深沟的路基或没水路基的水淹部分常采用填石路基。填石路堤可采用与土质路堤相同的路堤断面型式，填石路堤的边坡坡率应根据填石料种类、边坡高度和基底的地质条件确定。

易风化岩石与软质岩石用作填料时，应按土质路堤边坡设计。在路堤基底良好时，填石路堤边坡坡率不宜陡于下表。5.3挖方路基边坡（1）土质路堑

土质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质与水文地质条件、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。边坡高度不大于20m时，边坡坡率不宜大于下表规定。土类边坡坡率粘土、粉质粘土、塑性指数大于3的粉土1：1中密以上的中砂、粗砂、砾砂1：1.5卵石土、碎石土、圆砾土、角砾胶结和密实1：0.75中密1：1分级试坑开挖情况较松铁锹很容易铲入，试坑坑壁很容易坍塌中密天然坡面不易陡立，试坑坑壁有掉块现象，部分需用镐挖密实试坑坑壁稳定，开挖困难，土块用手使力才能破碎，从坑壁取出大颗粒处能保持凹面形状胶结细粒土密实度很高，粗颗粒之间呈弱胶结，试坑用镐开挖困难，天然坡面可陡立现场土密实程度确定（2）岩质路堑

岩质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质与水文地质条件、边坡高度、施工方法，结合自然稳定边坡和人工边坡的调查综合确定。必要时可采用稳定分析方法予以检算。边坡高度不大于30m

时，无外倾软弱结构面的边坡坡率可按下表确定。6路基防护和支挡结构6.1原因

（1）路基的修筑改变了原地层的天然平衡状态；（2）岩土在不利的水温状态条件作用下，物理力学性质将发生变化。可能会产生各种形态的破坏。如：

浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩石，在水温条件变化下，加剧风化；路基表面在温差或湿差作用下形成胀缩或干湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；

沿河路堤在水流冲击、掏刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软地基承载力不足，易导致路基沉陷。6.2路基防护与加固意义：保证公路使用品质，提高投资效益，保证路基强度和稳定性的重要措施之一。6.3防护重点：

路基边坡，有时包括路肩表面以及同路基有直接关系的道旁河流、山坡。包括：1）坡面防护

2）沿河路堤河岸冲刷防护与加固

3）湿软地基加固处治（1）坡面防护：作用：保护路基边坡表面免受雨水冲刷减缓温差及湿度变化影响延缓软弱岩土表面风化、碎裂、剥蚀过程分类：

1）植物防护：植草：容许流速0.4~0.6m/s，边坡不陡于1：1。铺草皮：容许流速1.8m/s，边坡1：1～1：1.5，冲刷较重种树：容许流速1.8m/s，坡岸河滩上降低流速，防水直接冲刷路堤2）工程防护

a抹面防护（岩石表面完整）：石质挖方坡面防岩石风化常用材料：石灰浆（精造）

b喷浆：适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡。

c灌浆、勾缝、嵌补比较坚硬的岩石坡面，为防止水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小，予以灌浆、勾缝、嵌补

d砌石护坡：防止地表水或河水冲刷浸水路堤或暴雨地区路堤

e护面墙：浆砌片石的坡面覆盖层。用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。（2）沿河路堤河岸冲刷防护与加固

直接防护：植物防护：植树石砌防护与加固：铺石