《路基路面工程设计》课件 2.3 路基水温状况及平衡湿度预估

路基土的特性分析及参数确定路基水温状况及平衡湿度预估目录content路基土的基质吸力与饱和度路基土的毛细水上升高度0203路基的湿度来源01路基平衡湿度状况及分类路基平衡湿度预估方法04050引言路基的强度与稳定性，在很大程度上受其湿度及大气温度引发的水温状况的影响。路基路面设计时，需要确定路基的平衡湿度，为确定路基强度指标奠定基础。本节我们将从路基的湿度来源、路基土的基质吸力与饱和度、毛细水上升高度、路基平衡湿度状况及其预估方法几方面，深入学习路基平衡湿度及其工程应用。1路基的湿度来源路基湿度的主要来源：大气降水：

大气降水通过路面、路肩和边坡渗入路基；地面水：

边沟水及排水不良时的地表积水，以毛细水的形式渗入；地下水：

靠近地面的地下水，通过毛细管作用上升到路基内部；凝结水：在土颗粒空隙中流动水蒸汽，遇冷凝结为水。1-大气降水；2-地面水；3-毛细水；4-凝结水1路基的湿度来源路基湿度除了水的来源之外，另一个重要因素是受当地大气温度的影响。湿度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。冻胀与翻浆：沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，形成湿度积聚。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。春融季节，路面和路基结构由上而下逐渐解冻。而积聚在路基上层的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层的湿度增加，路面结构的承载能力大大降低。重载交通严重时，严重时，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成翻浆。对于渗透性较高的砂类土以及渗透性很低的黏质土，水分都不容易积聚，因此不易发生冻胀与翻浆，而对于粉质土和极细砂，由于毛细水活动力强，则极易发生冻胀与翻浆。2路基土的基质吸力与饱和度研究表明，采用饱和度或者体积含水率中的任一个来表征土体湿度状态比较合理。路基土的饱和度式中：S—饱和度（%）；w—土的质量含水率（%）；Gs—土的相对密度；

wv

—土的体积含水率（%）;

s，

w—土的干密度和水的密度（kg/m3）。

饱和度不能直接测试，可以通过饱和度和基质吸力关系曲线获得。2路基土的基质吸力与饱和度路基在整个使用期内处于非饱和状态，其湿度状况主要由基质吸力所决定。式中：

hm—基质吸力（kPa）；ua—孔隙气压力（kPa）；uw—孔隙水压力（kPa）。

根据土力学理论，非饱和状态土的含水率与基质吸力的关系就是土—水特性曲线。获得路基土的基质吸力后，就可以由土—水特性曲线预估路基湿度状况（饱和度）。土的基质吸力hm：孔隙气压力与孔隙水压力的差值，即：2路基土的基质吸力与饱和度基质吸力可以直接测试获得，也可以通过预估模型获得。式中：R—某年的水径流量（cm）；

DF—某年的缺水量（cm）；PE

—某年的潜在蒸发量（cm）。

某年度湿度指数TMI2路基土的基质吸力与饱和度不同自然区划的TMI值范围3毛细水上升高度土组名称颗粒粒径d10(mm)孔隙比e毛细水(cm)上升高度饱和毛细水头粗砾0.820.275.46砂砾0.200.4528.420细砾0.300.2919.520粉砾0.060.45106.068粗砂0.110.278260中砂0.030.36165.5112细砂0.020.48~0.66239.6120粉土0.0060.93~0.95359.2180不同土的毛细水上升高度毛细水上升的最大高度与毛细管的直径成反比，不同类型的土由于其颗粒组成的差异，形成的毛细孔径也有较大差别，因而毛细水上升的最大高度与土的类型有密切联系。根据野外观测资料，针对不同土质给出了相应的毛细水上升高度推荐值，其中黏土约为6m，砂质黏土或粉土约为3m，砂土约为0.9m。4路基平衡湿度状况及分类路基平衡湿度状况：公路建成通车后，路基在地下水、降雨、蒸发、冻结和融化等因素作用下，湿度达到相对稳定的平衡状态，此时的湿度称为路基平衡湿度。一般而言，路面完工后2-3年内，路基的湿度变化逐渐趋近某种平衡湿度状态。路基平衡湿度（用饱和度来表示）状况：分为潮湿、中湿、干燥三类。潮湿类路基的湿度由地下水控制，即地下水或地表长期积水的水位高，路基工作区均处于地下水毛细润湿影响范围内，路基平衡湿度由地下水或地表长期积水的水位升降所控制。干燥类路基的湿度由气候因素控制，即地下水位很低，路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基平衡湿度完全由气候因素所控制。中湿类路基的湿度兼受地下水和气候因素影响，即地下水位较高，路基工作区被地下水毛细润湿面分为上、下两部分，下部受毛细水润湿的影响，上部则受气候因素影响。4路基平衡湿度状况及分类

路堤填土高度毛细水上升高度路基工作区深度路床顶至地下水位的相对高度地下水位高度路基湿度划分示意图4路基平衡湿度状况及分类路基湿度划分示意图毛细润湿面在路基工作区上部：潮湿（蓝）毛细润湿面在路基工作区下部：干燥（绿）毛细润湿面在路基工作区内部：中湿（红）4路基平衡湿度状况及分类工程应用：不同的路基平衡湿度状况下，路面结构设计时采用的结构组合不同。山西省太原至长治高速公路某潮湿路段的路面结构设计图

干湿类型层位潮湿路段面层上面层4厘米SBS改性沥青砼AC-16中面层5厘米沥青砼AC-20下面层7厘米沥青砼AC-25基层上基层15厘米水泥稳定碎石下基层18厘米二灰稳定碎石底基层（整平层）20厘米二灰土排水功能层15厘米天然砂砾总厚度（厘米）84一般要求路基处于干燥或中湿状态，若处于潮湿状态，路面结构设计时应设置排水功能层或用无机结合料稳定处理。4路基平衡湿度状况及分类潮湿类路基的平衡湿度（饱和度）可根据路基土组类别及地下水位高度，按下表确定距地下水位不同高度处的饱和度。土组计算点距地下水位或地表长期积水水位的距离（m）0.31.01.52.02.53.04.0粉土质砾GM69~8455~6950~6549~6245~5943~57——黏土质砾CC79~9664~8360~7956~7554~7352~71——砂S80~9550~70——————————粉土质砂SM79~9364~7760~7256~6854~6652~64——黏土质砂SC90~9977~8772~8368~8066~7864~76——低液限粉土ML94~10080~9076~8673~8371~8169~80——低液限黏土CL93~10080~9376~9073~8870~8668~8566~83高液限粉土MH10090~9586~9283~9081~8980~87——高液限黏土CH10093~9790~9388~9186~9085~8983~87注：1.对于砂（含级配好的砂SW、级配差的砂SP），D60大时，平衡湿度取低值，D60小时，平衡湿度取高值。2.对于其他含细粒的土组，通过0.075mm筛的颗粒含量大和塑性指数高时，取低值，反之，取高值。各路基土组距地下水位不同高度处的饱和度（％）5路基平衡湿度预估方法5路基平衡湿度预估方法干燥类路基的平衡湿度（饱和度）可根据路基所在自然区划的湿度指标TMI和路基土组类别确定。即先根据不同自然区划查取相应的TMI值，再按TMI值和路基土组类别，根据下表插值得到该地区的路基饱和度。各路基土组在不同TMI值时的饱和度（％）土组TMI-50-30-10103050砂S20~5025~5527~6030~6532~6735~70粉土质砂SM45~4862~6873~8080~8684~8987~90黏土质砂SC低液限粉土ML41~4659~6475~7784~8691~9292~935路基平衡湿度预估方法中湿类路基的平衡湿度（饱和度）：可先分路基工作区上部和下部分别确定其平衡湿度，再以厚度加权平均计算路基的平衡湿度。地下水毛细润湿面以上的路基工作区称为路基工作区上部，按路基土组类别和TMI值确定其平衡湿度；地下水毛细润湿面以下的路基工作区称为路基工作区下部，按路基土组类别和距地下水位的距离确定毛细润湿面最上部（图中A点）及毛细润湿面最下部（图中B点）各自平衡湿度的平均值，作为路基工作区下部的平衡湿度。图2-9中湿类路基的湿度状况小结1.路基的湿度来源、基质吸力与饱和度、毛细水上升高度。2.路基平衡湿度状况、分类及判断方法。3.路基平衡湿度（饱和度）的预估方法。【例】：已知某道路路面结构为4cmAC+6cmAC+8cmAC+38cm水泥稳定碎石+20cm二灰土，抗压模量分别为18500MPa、16500MPa、14500MPa、19500MPa和9500MPa，路基模量为90MPa。采用层状体系计算的路基工作区深度结果，路基工作区深度在