路基土干湿类型判定的若干问题浅析

272014Vo1.9No.42014第9卷第4期路基承受道路自身恒载以及车辆荷载，是道路不可或缺的组成部分，与路面结构协同工作，决定了道路的强度和稳定性。我国路面设计方法多基于弹性理论，现行规范对路基设计回弹模量作出了相应规定，对路基的强度和稳定性提出要求。路基的强度、稳定性及路面结构选型和厚度取决于土性、路基土的湿度[1]及重度、水文及气象状况等。在市政道路勘察、设计中，路基土干湿类型的判定，显得尤为重要。1现行规范判定标准1.1《市政工程勘察规范》(CJJ56-2012)判定标准现行《市政工程勘察规范》(CJJ56-2012)[2]在路基土干湿类型判定标准上沿用《市政工程勘察规范》(CJJ56-94)[3]的相关条文：土基的干湿类型，根据不利季节路槽底面最低点以下0~80cm深度内土的平均液性指数按表1确定。1.2《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)判定标准现行《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)[4]则沿用《城市道路设计规范》(CJJ37-90)[5]，根据不利季节路槽底以下80cm深度内土的平均稠度Bm判定土质路基的干湿类型，如表2所示。1.3规范判定标准对比分析《市政工程勘察规范》(CJJ56-2012)中判定干湿类型路基土干湿类型判定的若干问题浅析孙君，杨兆兵，丁云飞（常州市规划设计院，江苏常州213000）摘要：市政道路工程勘察中，路基土干湿类型的判定结论为道路设计提供了设计依据。本文分析比较了相关规范给出的路基土干湿类型的判定标准，并结合市政道路工程勘察实践，提出了路基土干湿类型判定中，存在的若干问题和注意事项，供同行专家讨论、指导。关键词：土基干湿类型；市政道路勘察；判定标准中图分类号：TU441+.1文献标识码：A文章编号：1007-1903（2014）04-0027-04作者简介：孙君，工程师，从事工程地质勘察相关工作。E-mail：[e-mail]。表1土基干湿类型判定标准表2土基干湿类型判定标准干湿类型平均液性指数LI过湿1.00潮湿0.75~1.00中湿0.50~0.75干燥0.50干湿类型平均稠度Bm一般特征过湿0.50路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区雨季软弹。路基处理后方可铺筑路面。HH3潮湿0.50~0.75路基上部土层处于地下水或地表积水的毛细影响区内。H2HH3中湿0.75~1.00路基上部土层处于地下水或地表积水影响的过渡带内。H1HH2干燥1.00路基上部土层处于地下水或地表积水影响的过渡带内。HH1孙..君等：路基土干湿类型判定的若干问题浅析注：1.H为不利季节路槽最低点距地下水或地表水水位高度。2.H1、H2、H3分别为土基干燥、中湿和潮湿状态的水位临界高度(m)。分析评价282014第9卷第4期2014Vo1.9No.4的指标为平均液性指数，土的液性指数IL按式(1)计算：PLPLIωωωω−−=(1)式中：ω为土的天然含水率(%)；ωP为土的塑限含水率(%)；ωL为土的液限含水率(%)。《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)以平均稠度Bm作为干湿类型判定的指标参数，土的稠度B按式(2)计算：ωL－ωpωL－ωPLLBωωωω−−=PLLBωωωω−−=(2)式中：ω为土的天然含水率(%)；ωP为土的塑限含水率(%)；ωL为土的液限含水率(%)。将式(1)、式(2)相加，得：ILω－ωpωL－ωpωL－ωpωL－ω1=−−+−−=+PLLPLPLBIωωωωωωωω1=−−+−−=+PLLPLPLBIωωωωωωωω1=−−+−−=+PLLPLPLBIωωωωωωωω1=−−+−−=+PLLPLPLBIωωωωωωωω1=−−+−−=+PLLPLPLBIωωωωωωωω(3)基于式(3)，对比《市政工程勘察规范》(CJJ56-2012)和《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)中土基干湿类型判定标准，同一组数据，采用不同规范进行判定时结果将存在差异。如平均液性指数0.40（即平均稠度为0.60）时，对照表1判定干湿类型应为干燥，而对照表2判定时干湿类型为潮湿，结果差异显著。根据式(3)指标参数的关系进行换算，不难发现在干湿类型判定上《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)比《市政工程勘察规范》（CJJ56-2012）采用的标准更为严格。从工程安全储备角度考虑，采用《城市道路设计规范》(CJJ37-2012)的土基干湿类型判定标准更加合理。2干湿类型判定工程实践中的问题2.1界限含水率的土工试验目前在不同规范下对土的界限含水率的测定还存在着差异。《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)[6]中，液限标准确定还处于过渡时期，即76g圆锥下沉10mm和17mm为液限含水率ωL，下沉2mm为塑限含水率ωP。《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)[7]则规定，液、塑限可通过以下两种方法测定：(1)液塑限联合测定仪100g圆锥下沉20mm为液限含水率ωL；通过液限含水率ωL与塑限入土深度hP间的关系曲线，查得塑限入土深度hP，再根据锥入深度h与含水率ω间的关系图，查得塑限入土深度hP求出对应含水率，即为塑限含水率ωP。(2)液塑限联合测定仪76g圆锥下沉17mm为液限含水率ωL；通过76g锥入土深度h与含水率ω的关系曲线，查得锥入土深度为2mm对应的含水率为塑限含水率ωP。另外，对于测定土的界限含水率时取样标准问题，《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)规定土要过0.5mm的筛才能进行试验。在实际操作过程中，某些土（如残积土）用眼睛观察含有较多的砂粒、砾石、岩屑、岩块等，一旦过0.5mm筛后做界限含水率试验，测出的塑性指数可能很大，不能反映土的实际情况。因此这种土最好能采用筛分法确定砂粒含量。2.2地形、地质、水文等因素的影响从引起路基湿度变化的来源看，主要有以下几个方面：(1)大气降水，通过路面、路肩和边坡渗入路基；(2)边沟水及排水不良时的地表积水，以毛细水的形式渗入路基；(3)从土性上看，较砂性土而言，细粒粉性土及粘性土毛细现象更为明显，受水位升降的影响更大，地层吸水及失水疏干较慢；(4)在土粒空隙中流动的水汽凝结成的水分。(5)人类活动如绿化浇水、农田灌溉、管道渗漏等。在评价路基土干湿类型时，还要充分考虑由于人类活动对道路路基土层含水量的影响，综合判定路基土干湿类型。各种水源对路基的影响，视路基所在地的地形、地质与水文等具体条件而有所差异，因此勘察时也应合理考虑水文气象、地形地貌、排水条件、地层特性、人为活动对地基土含水量的影响，综合评价。2.3不利季节与勘察时间相关规范在判定土基干湿类型时，均以不利季节作为判定前提。气候的变化使土基内的温度和湿度产生坡ILω－ωpωL－ωp292014Vo1.9No.42014第9卷第4期差，从而引起水分迁移。由于气候有季节性变化，土基内水分的变迀亦有明显的季节性，使土基的湿度、密实度和强度在一年内亦发生季节性变化。把土基强度最低的季节，称为最不利季节。我国南方地区，一般情况下，其最不利季节为雨季。北方地区，由于负温差的影响，其最不利季节一般为春融季节。在实际市政道路勘察时，由于工期紧张等诸多因素，往往勘察实施时间并非不利季节，如果忽略这个因素，可能会引起不良后果。例如枯水期实施勘察，地下水位较低，此时取样、试验、分析，土基干湿类型判定为干燥。丰水期进行道路施工时，地下水位上升，路基土上部含水量过大[8]，可能导致原先制定的道路路基设计方案无法实施，进而产生路基土处理、设计方案调整、工期延长、工程造价增加等一系列问题。因此，市政道路勘察时，在原始勘察资料分析的基础上，还需充分考虑不利季节对路基土含水量的影响，综合判定路基土干湿类型。2.4取样试验深度规范在评价路基土干湿类型时将路基上部0~80cm范围作为路基工作区。在考虑行车荷载下的路基竖向影响深度的基础上，规定取土试验深度为“在原地面或路面设计标高以下1.5m和软土地区原地面或路面设计标高以下3m的深度范围内，取土间距宜为0.5m，上述深度以下的取土间距可适当放宽”，即规范认为路面下1.5m和软土地区路面下3m是行车载荷竖向应力影响的主要受力范围。随着社会经济的快速发展，目前大多数重型车辆、超重型车辆对路基竖向影响深度大大增加，路基结构破坏、路面破损等现象日趋严重[9]。近年来，对重载交通条件下路基工作区深度及影响深度进行了大量研究[10～16]，认为路槽底面最低点以下0~150cm范围作为路基工作区更为合适，而行车载荷竖向应力影响的主要受力范围一般为路面下3m和软土地区路面下5m。因此，市政道路工程勘察取样时，在重视规范要求的路面以下1.5m范围内土层的物理力学性质的前提下，同时也应重视下部土层(1.5~5.0m)的物理力学性质。进行干湿类型判定时，在规范要求的不利季节路槽底面最低点以下0~80cm深度土层指标数据的基础上，可适当结合路槽底面最低点以下80~150cm土层的含水量情况，综合判定。为市政道路设计人员提供更为合理的参数指标。2.5新建道路的干湿类型判定对于新建道路，路基尚未建成，无法得到路槽底以下80cm范围内土基的平均含水量时，土基的干湿类型可用路基临界高度为标准来确定。路基临界高度是指在最不利季节，当路基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时，路槽底距地下水位或长期地表积水水位的最小高度。路基临界高度与当地气候(温度、湿度、日照等）、土质及对土基状态的要求密切相关。缺乏实际资料时，可根据《公路自然区划标准》(JTJ003-86)[17]查得所在地区的自然区划类型，再进一步查得路基临界高度参考值（H1、H2、H3)来确定土基干湿类型。由于地区差异，上述规范确定的临界高度参考值，其地区适宜性有待进一步验证。而临界高度经验数值、区域地下水位或长期地表积水水位数据的积累对土基干湿类型的判定至关重要。因此就地方经验的形成而言，市政道路勘察实践中，需重视地区临界高度的总结、地下水位或长期地表积水水位的收集、分析和复核工作，从而为新建道路干湿类型的判定提供更加准确的数值。3结语路基土干湿类型判定直接影响路面设计方案及道路工程的使用安全和功能延续。因此，判定时应综合考虑规范判定标准、不利季节、地形地质、取土试验深度、地区经验等各方面因素，同时也应注意干湿类型判定涉及的地区经验参数的积累与分析，从而为道路设计和施工提供更为合理的参数。参考文献[1]古芸琳，何相呈，杨倩荣.路基干湿状态对沥青路面力学响应的影响[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2013，32(1)：32～36.[2]CJJ56-2012，市政工程勘察规范[S].[3]CJJ56-94，市政工程勘察规范[S].[4]CJJ37-2012，城市道路设计规范[S].[5]CJJ37-90，城市道路设计规范[S].孙..君等：路基土干湿类型判定的若干问题浅析分析评价302014第9卷第4期2014Vo1.9No.4[6]GBT50123-1999，土工试验方法标准[S].[7]JTGE40-2007，公路土工试验规程[S].[8]阙云，杨龙清，胡昌斌等.多雨地区路基湿度季节变化特征的现场监测[J].公路，2010(12)：83～90.[9]于忠涛.水网地区路面弯沉问题研究[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2011，13(2)：5～9.[10]卢正，王长柏，付建军等.交通荷载作用下公路路基工作区深度研究[J].岩土力学，2013，34(2)：316～321.[11]刘丽.上海重载道路路基工作区深度的计算分析[J].中国市政工程，2012(3)：1～3.[12]李聪，官盛飞.沥青路面路基工作区深度分析[J].交通科学与工程，2011，27(2)：11～15.[13]王新岐.滨海新区低填土路基工作区深度确定及处理方法研究[J].城市道桥与防洪，2011(12)：126～130.[14]阎毅志.重载交通下的黄土路基工作区深度研究[J].道路工程，2011(11)：124～126.[15]童申家，蔡佳佳，辛强.考虑铺面结构