路基土工程性质概述

路基土工程性质概述

韩科超

山东建筑大学交通工程学院山东济南250101

摘要：土是必不可少的路基填料，路基土的性质优劣直接关乎路基的使用性能。给出了土的一般性定义，介绍了路基土特性试验的内容，路基土的几个重要性质，密度和最佳含水率、水力传导系数、冻胀敏感性、膨胀能力。

关键词：路基土；最佳含水率；冻胀敏感性

1引言

土可以定义为由含有气体或液体的非连续的颗粒组成的松散的地球物质，在基岩上发现的一个相对松散的聚集矿物、有机材料和沉积物，或除了嵌入的页岩和岩石之外的任何地球物质。

在粒径和级配的基础上将土分为三类：粗粒或粗粒土，由砂和砾石组成；细粒或粘性土，由粘土组成；粉土介于二者之间。

粒径和级配是粗粒土的重要因素。均匀级配意味着土壤主要由一个粒径尺寸的颗粒组成，应具有高渗透性。良好的分级意味着不同粒径尺寸的颗粒存在，且有足够的比例，这将导致更高的密度和强度。间断级配将意味着在土壤中缺少某些粒径尺寸的颗粒。

矿物对土壤的性质也有显著影响，粘土颗粒比粗粒土的情况更为显著。粗粒土主要由含有石英的硅质物质和长石颗粒组成。

2路基土

2.1路基土的特性试验

路基土的特性试验包括以下内容：

（1）粒度分布（通过筛分分析）

（2）比重

（3）阿太堡界限：国际上将液限，塑限称阿太堡界限

（4）有机质含量

（5）保水导水性

（6）压实

（7）霜冻敏感性

（8）未冻结的水分含量

（9）回弹模量或加州承载比（CBR）

2.2密度和最佳含水率

压实松散土是提高其承载力的最简单途径。向土中加水，在压实过程中，起润滑土颗粒和空气的作用。由于水被添加到土中，土的密度由于压实而增大。然而，超过某一特定的含水率，即使土变得更加可行，土的单位重量也会减少。这可以用一个事实来解释，即超出了“最佳”的水含率，水不能进入空隙，从而占用最初由土颗粒固体的空间，也就是说，它造成土颗粒分离，从而导致相应的密度降低。

2.3水力传导系数

基于达西（1856）实验结果，水流通过土体具有以下特点：

v：流速

i：水力梯度（单位长度水头损失）

k：系数

一般k称为渗透系数或渗透率或水力传导系数。

土的渗透性可以在实验室用恒定水头法（ASTMD-2434，AASHTOT-215）或降水头法（ASTMD-4630）测量。

在一般情况下，和细粒土相比，粗粒土具有较高的渗透性。因此，粗粒土具有良好的排水能力，与细粒土相比，粗粒土是路面应用的首选。

2.4冻胀敏感性

在某些地区，寒冷的天气在冬季是很常见的，冻胀是常见的景象。在春天，这些冻胀在交通荷载作用下会裂开，导致坑洞。造成这一破坏的主要原因是环境条件和现有的路面层下的土。

土具有低渗透性和保水性，在冻结温度下体积发生变化，称为冻胀稳定性。这种土的冻胀程度不能仅用水结成冰体积膨胀来解释。

一部分路面可以经历一个由冰透镜结构引起的上升或“鼓胀”（冻胀），在冻胀敏感性材料中，通常含有过多的细料（即小于0.02毫米）。冰透镜的形成会导致冰和土产生压力。路面结构存在差异运动，造成路面的粗糙和开裂。形成冰透镜的大部分水是由水的毛细管作用形成的。当土在春天温暖的天气（从表面向下）融化时，这种新的水不能快速排走，导致路基的水分含量显著增加，从而显著降低了抗剪强度。这对未经处理的路面层的影响是比较显著的。

这个过程从土和靠近土的地下水位开始。土比如粉土，具有非常好的毛细管吸水作用（高的毛细作用，0.9–9米，相比粗砂的0.15米）以及毛孔比较迅速的吸水能力（渗透性适中，0.9米/天，相比0.0009米/天的粘土），认为具有冻胀敏感性。这样的土会把水从一个相对封闭的地下水中吸出来，而当冻结锋面向下移动时，这种水会在冬季结冰。水在冻结成冰透镜时膨胀，会对上层造成压力，导致表面凸起。随着春天的到来，温度的升高，冰透镜从上往下开始融化。这种水在路基和造成的空隙（由冰和水的体积的差异）导致饱和路基和路面结构作为一个整体时，变的软弱。

随后，当交通通过凸起的路面表面时，其下方无支撑或支撑很小，它会被分成更小的碎片，形成的坑洞。

冻胀凸起是不均匀的，往往会使路面粗糙，和表达已发展到将土冻胀敏感性和冬天的粗糙度的变化相联系。受影响的路面表面轮廓，其特征在于占主导地位的波长，已发现的范围从10到80米。

季节性的冻胀，可在融化过程中引起不均匀凸起和土的强度损失，导致密度可能减小，造成路面粗糙，限制排水、路面开裂和恶化。这种影响是否可能取决于路基土是否是冻胀敏感性的，有自由的水分形成冰透镜，冻结峰面深度足以穿透路基土。

在路面设计过程中，应通过确定冻胀深度来检测冻胀效应的影响，如果发现深度渗透到冻胀敏感性土层，应采取措施，以避免或减少冻融问题–替换冻胀敏感性土，降低地下水位，在冻胀敏感性土之上用非冻胀敏感性的土增加路面深度，并提供排走多余的水的途径，如融化水。

冻胀防护可以通过完全或部分除去冻结深度以内的土，或通过在设计中假设降低土基模量（从而导致更厚的路面结构，从而将非冻胀敏感性土覆盖在冻胀敏感性土之上）。

2.5膨胀能力

土由矿物组成，如蒙脱石组成的土在与水接触时会显著膨胀。在路基中的这种土的存在会导致不均匀运动，表面粗糙，和在路面开裂。受影响的路面占主导地位的波长已报道的范围为3到10米。

土的膨胀能力主要取决于粘土颗粒的百分比和塑性指数PI，如下面的一个方程（GisiandBandy，1980）所示：

S（%）：膨胀能力

PI：塑性指数

C：黏土颗粒百分率（尺寸小于0.002mm）

a=3.28*10−5，b=2.259，PI≤20时

a=2.40*10−5，b=2.573，for21≤PI≤30时

a=1.14*10−5，b=2.559，for31≤PI≤40时

a=0.72*10−5，b=2.669，PI>40时

总吸力特性曲线也被开发用于确定土的膨胀能力。

膨胀土的存在会影响路面的性能，降低服务能力。由于膨胀土的作用，服务能力随时间下降的关系可以建模为指数方程。一般来说，膨胀率大于3的土（CBR试验，ASTMD-1883）都需要处理。

3结语

路基土的工程性质主要从路基填土的角度考虑，不同的土类具有不同的工程性质，在选择路基填筑材料和修筑路基稳定结构层时应根据不同的土类采取不同的技术措施。

参考文献：

[1]袁明.浅谈岩土工程勘察方案的优化设计[J].岩土工程界.2007.（04）

[2]GB5002l-2001.岩土工程勘察规范[s].北京：中国建筑工业出版社.2002.