路基设计理论与方法

路基设计理论与方法

一、什么是路基？路基设计的基本要求。

1、交通部颁发的行业标准《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中，路基的

定义是：按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载。

2、路基设计的基本要求：

路基设计应符合安全适用、技术经济合理的要求，使路基具有足够的强度、稳定性和耐久性；同时要求设计符合环保的要求。

3、沥青路面规范：

路基必须密实、均匀、稳定。必须采取措施，防止地面水、地下水侵入路基路面措施，以保证路基的强度、稳定性。设计宜使路基处于干、中湿状态，E0>30MPa，重交通E0>40MPa。

二、苏州地区（太湖流域）水文地质的特点：

苏州地处江南，降水丰富，地形平坦，地表均为粘性土，且地下水位高。

三、路基填土高度：为了保证路基处于较为干燥的工作状态，就要求路基填土高度在一个合理的范围。

1、根据交通部颁发的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）对路基干湿

类型的规定：

干燥H0>H1潮湿H3

中湿H2

式中：H0——不利季节路床顶面距地下水位的高度；

H1、H2、H3——分别为干燥、中湿、潮湿状态路基的临界高度。

苏州Ⅳ-1 H1=1.7~1.9，H2=1.2~1.3，H3=0.8~0.9

H0——路床顶面距地下水位的高度；

h1——原地面距地下水位的高度；

h2——路基设计高度；

h3——路面结构厚度。

2、我院设计的普遍情况：

①一般在城市道路设计中，填土高度均较小，除桥头较高外，一般h2=0.5cm左

右。

地下水位：苏州普遍情况，一般为黄海标高 1.2~1.5m，即距原地面

1.0~1.5m左右≈h2。

②正常情况，一般路基设计标高控制在3.0m左右，距地下水位1.5~1.8m，基

本处于中湿状态（H0=h1+h2-h3=0.9~1.4m）

当道路处于地下水丰富的地区（如苏北大丰），地下水位距地表仅

0.5m，这时处于潮湿状态。

所以我院在市政工程设计的道路工程，其路基的工作状态，基本都处于中湿~潮湿状态，为此路床要求掺灰土处理，分层压实，来保证其强度。

四、关于低填方路基处理

根据《公路路基设计规范》3.3.5条“地基表层处理”中第4点规定：

应将地基表层碾压密实。在一般土质地段、高速公路、一级公路和二级公路基底的压实度（重型）不应小于90%，三、四级公路不应小于85%。

路基填土高度小于路面和路床总厚度时，应将地基表层土进行超挖并分层回填压实，其处理深度不应小于重型汽车荷载作用的工作区深度（Za）。

本条规范需解决如下三个问题：

③路基在汽车荷载作用下的工作区深度；

④什么是重型汽车荷载；

⑤路基的处理深度。

1、工作区深度：

根据交通部第二公路勘察设计院主编的《公路设计手册》“路基”（第二版），车辆荷载所引起的应力分布深度，即工作区深度Za的近似值为：

3knp

Za

r

=

式中：Za——路基工作区深度，m；

K——系数，

3

2π

≈0.5；

P——车辆荷载，kN（单轴单轮荷载）；r——土的容重，kN/m3；

1/n——系数，1/n=1/5~1/10，即n=5~10。

本图为车辆荷载P 及土体自重在路基土体中按深度分布的应力。 当路基土体达到一定深度时，车辆荷载P 引起的应力σ2与路基土体自重所引起的应力σB 的比值，即5~10B

Z

n σσ=

≤时， 可以得出工作区深度计算的简化公式： 3

knp

Za r

= 亦即1/n=1/5~1/10，即n=5~10。

2、 重型汽车荷载：

① 沥青路面设计规范的车辆荷载BZZ-100，

单轴双轮轴载为100kN ；

单轴单轮轴载为50kN ，即P=50kN 。 计算工作区深度：n=5 Za=1.9m ；

n=10 Za=2.4m 。

② 公路桥涵设计车辆荷载（公路-Ⅰ、Ⅱ相同）

单轴单轮140/2 kN: n=5 Za=2.13m ；

n=10 Za=2.69m 。

③ 取超重车辆300kN ：

后轴单轮荷载

100

n=10 Za=3.03m 。

3、 路面结构厚度的换算：

① 路基、路面由不同强度的材料组成，在计算工作区深度时，应将路面

折算为路基同一性质的厚度再进行计算，即当量厚度； ② 柔性路面的当量厚度换算公式：

10

m

E Ze h E

式中：Ze ——路面换算为路基土层的当量厚度，m ； h 1——路面结构厚度，m ；

E 1——路面材料的回弹模量，MPa ；

E 0——路基土的回弹模量，MPa ；

m ——指数，2.5，多层弹性体m=2，多层刚性体m=3.

③ 我院设计中，路面结构厚度大体为：

主干路：h 1=0.65m ； 次干路：h 1=0.55m ； 支路：h 1=0.45m.

基层材料：一般为水泥稳定碎石、二灰碎石，底基层为石灰土。 E 1：水泥稳定碎石 1300~1700 MPa ； 二灰碎石 1300~1700 MPa ； 石灰土 400 ~ 700 MPa ；

沥青混凝土1000~1400 MPa；

E0：土基E0取3.5 MPa。

为说明问题，简化计算：

组合一：水泥稳定碎石（二灰碎石）+石灰土基层，取E1=1050 MPa；

组合二：水泥稳定碎石（二灰碎石）+石灰土基层，取E1=700 MPa。

组合二为保守值。E0=35 MPa

④组合一的路面结构厚度，换算成工作区的当量厚度为：

主干路：h1=0.65m，Ze=3.9×0.65≈2.5m；

次干路：h1=0.55m，Ze=3.9×0.55≈2.1m；

支路：h1=0.45m，Ze=3.9×0.45≈1.8m

⑤组合二的路面结构厚度，换算成工作区的当量厚度为：

主干路：h1=0.65m，Ze=3.3×0.65≈2.1m；

次干路：h1=0.55m，Ze=3.3×0.55≈1.8m；

支路：h1=0.45m，Ze=3.3×0.45≈1.5m

换算公式采用：

2.5

1

E Ze

E

4、路基处理深度

①上述计算中，路基在汽车荷载作用下的工作区深度时，汽车总重分别

为150kN（BZZ-100）、200 kN（公路桥梁荷载）、300 kN（超重汽车）。汽车总重单轴单轮工作区深度n=5 工作区深度n=10

15吨50kN 1.9m 2.4m

20吨70kN 2.1m 2.7m

30吨100kN 2.4m 3.0m

②以下取城市主干道为例，路面结构厚度0.65m，换算成工作区深度时的

当量厚度为2.1m——并按设计保守值的组合二计算，即E1=700MPa。

③路基处理深度：

从以上理论计算中可以看出，由于路面材料的强度高，当量回弹模量高，理论计算的当量厚度较大，路基处理的深度比目前设计人员常用的设计方法，应该小得多。

我们可以作如下处理：

a、以城市主干道路面结构厚度取0.65m E1=700MPa；

其折算厚度0.65×3.3≈2.1m