公路路基长期稳定性的影响因素分析

【摘要】路基土体在实际自然条件下发生的变化是极其复杂的，它受到土体含水量变化、土体膨胀特性、土体压缩固结特性、上体密实度、土体所受荷载情况以及土体化学特性的影响。影响路基长期稳定性的因素是多方面的，本文便要对这些影响因素作出分析。

【关键词】公路路基；长期稳定性；影响因素

高速公路路基是一种线形结构物，路线长、与自然环境的接触面广，影响路基长期稳定性的因素很多，大致可分为自然因素和人为因素两大类。自然因素主要包括地形、气候、水文与水文地质、土的类别、地质条件、植物覆盖等；人为因素主要有荷载作用(包括静载、动载及其大小、重复作用次数)、路基结构、施工方法、养护措施、人为设施及人为活动等。

1. 含水率的影响

（1）水是影响路基稳定性的核心因素。水对路基的主要影响是引起路基土体膨胀，导致土体密实度降低，同时引起强度下降。任何粘性土都具有一定膨胀性，只是程度不同。在水的作用下，土体的体积发生膨胀，致使密实度降低，进而导致强度下降。地表水、地下水的渗流都会引起路基土体含水率的变化。尤其在雨季及地下水位线较高时更为严重，特别是在路堑和低路堤中，合理的防排水措施显得格外重要。

（2）路基在干燥状态下的强度是很高的，但随着含水率的增加，强度性能就会降低。且冰冻也需要在有水存在的情况下才会发生，因此，做好路基的防排水工作，控制好路基土体的含水率，对于公路路基的长期稳定性具有重要意义。

（3）鉴于路基土体水分来源的多样性，防排水工作也必须因地制宜、统筹考虑、综合理。可采用地面排水和地下排水方法，也可采用提高路堤、建造隔离层(毛细水隔断层)以及在施工中充分压实等方法。实验证明，土的干密度与最大干密度越相近，含水率与最佳含水率越相近，毛细水的移动速度越低，土的饱和含水率也越小，在最佳含水率时将粘土压实至最大干密度，毛细水的移动几乎完全停止，毛细水不能通过，土体可实现不透水、不吸水，因而，将粘土充分压实也可部分地起到隔离层的作用。另外，提高路基的填土高度，使路基边缘高出地下水位足够高度，或在排水困难时，使路堤边缘高出地面和积水水位有足够高度，既可保证路基的有利水文条件，提高土的强度，也可在融化冰雪季节使路基土迅速变干。

2. 填料的影响

（1）选择填料就是根据土的性质决定选用填料的种类。土的性质不仅包括土的物理性质，还包括土的化学性质。路基形成初期主要是路基的物理性质起作用，在经历了一定时期后，土的化学性质的影响大大增加。施工完成后初期，路基土的物理性质起主要作用，随着时间推移，土体化学性质的影响大大增加，当土体在荷载作用和化学变化影响下成为胶结状态后，路基土的物理性质也将随之发生改变。不同填料的物理化学性质和强度不同，使用性能上就存在很大差别，使用时须充分考虑。

（2）砂砾的化学性质较稳定，不易发生化学反应，其填筑路基的性能主要由颗粒级配和颗粒形状决定，基本不受自然气候因素的影响，因此是优良的路基填料，适用于路基的任何部位。其缺陷是抗冲刷能力差，需要粘性土护坡。粘性土的化学性质活跃，易于与其他化学物质发生作用，颗粒间吸附能力也较强。粘性土的性能由内摩擦角和粘聚力共同决定，当路基土体的含水率较高时，粘性土的内摩擦角和粘聚力都大大降低，导致路基强度下降。在使用粘性土填筑路基时，必须考虑其饱水96小时的CBR值。

（3）砂性土、碎石土等材料的性能介于砂砾和粘性土之间，它们具有较高的内摩擦角和一定的粘聚力，在水的影响下仍然可以保持较高的强度，但无法隔断毛细水的上升，不能解决路面受地下水影响的问题，也不利于迅速排除路面结构层中的水，因此，需要采取其他辅助措施。但由于自身较高的水稳定性和良好的施工性能，综合来讲仍是一种很好的路基填料。粉土相对比以上几种路基填料来说是性能最差的一种。这类填料缺少粘粒，难以形成化学胶结强度；缺少骨架材料，内摩擦角小；孔隙适中，又利于毛细水上升。因此，一般情况下不可使用粉土作为路基填料。无机结合料稳定土也可作为良好的路基填料使用，在本论文前述工作中，试验结果显示，石灰稳定土在含水率增大时静态强度的降低幅度明显低于素土。选用无机结合料稳定土时需要根据土自身的物理力学性质和使用部位选用稳定剂，一般来说，塑性指数较高的土适宜使用石灰稳定，塑性指数较低的土适宜采用水泥稳定。

3. 路面结构的影响

（1）路面结构直接承受交通荷载的作用，并将其传递给路基。由土力学可知，行车荷载从上到下逐渐减小，故路面结构直接影响路基的受力特性及长期稳定性。刚性路面、柔性路面，以及介于二者之间的半刚性基层路面，由于不同的受力特点，它们耐受路基病害的特点和对路基长期稳定性的影响作用也不同。刚性路面的受力特点即是利用路面结构层刚度大的特点，将荷载分布到很大范围的路基上去，故对路基强度的要求较低。但是若路基发生局部不均匀沉降，将会导致路面结构局部形成悬空，受力状态被改变，面板地面的局部弯拉应力超过疲劳强度，导致疲劳破坏。柔性路面将荷载分布的范围小，因此对路基强度要求高，一般不适宜用于重交通量道路。但柔性路面可承受较大的路基不均匀变形而不发生破坏。半刚性路面具有一层以上的半刚性结构层，通过半刚性结构层的荷载分散作用来降低对路基强度的要求，但也提高了对路基变形的限制要求。

（2）此外，还有环境温度、交通荷载、密实度等因素。温度的影响包括两方面，一方面是温缩产生裂缝，另一方面则是冻胀。温缩产生的裂缝本身对路基稳定性不构成危害，但所产生的裂缝会成为水入侵路基的通道，它所带来的危害就严重了。路基受温度影响严重的一般是在季节性冰冻地区，在这些地区，若地基土体含水率较高，在温度下降的时候，就会发生不同程度的聚冰和冻胀现象，程度的高低随土体含水量、毛细作用强弱和温度变化速度不同等因素而不同，可发生轻度冻胀直至翻浆等病害，降低路基强度和长期稳定性。路基受交通荷载的长期作用，将会发生一定的变形及强度衰减，尤其是在重载车辆作用下，这方面问题更加严重。实践证明，在一般路基上，经过几年的自然作用后，路基土体的密实度都有不同程度的下降，密实度的变化受到三方面的影响：土体在自然荷载作用下将发生固结沉降，密实度加大；在雨水及地下水的作用下，体积将发生膨胀，密实度减小；在季节性冰冻地区，受温度影响在冰冻作用下土体还将发生冻胀，密实度减小。实际路基土体的密实度在这三者的共同作用下发生变化达到某种动态平衡。