岩土工程在道路路基中应用

摘要：路基是道路工程的重要组成部分，在整个道路组成中具有占费比例高、施工难度大、技术要求高等特点。设计和施工中涉及到路基填料、路基摊铺、路基碾压、路基养护等内容，尤其是软基、高填方、深挖方等特殊路基的设计和施工更是路基中的重点、难点和关键点，也是最容易出现路基病害的部分。岩土工程是一门以岩土为研究对象的学科，对岩土的各种力学性能和使用具有系统的研究，在路基设计和施工中注重岩土工程的应用对于增强路基使用寿命、提升路基质量、减轻路基病害和减少工程造价具有极为重要的意义。

关键词：路基;岩土工程;力学性能

一、岩土工程特性决定路基填料的使用

路基填料是路基设计和施工最基础，也是最重要的工作。为确保路基填料满足要求，规范要求在路基填筑前需对路基填料进行各类试验，包括填料颗粒组成、CBR值、塑限、液限、含水率等，目的就是选择出符合道路路基的填料。由于道路工程具有线形特征，里程长度可达数百公里，整个长度范围内可跨越不同气候、不同地质、不同地形地貌区域。由于不同气候、不同地质、不同地形地貌具有的路基填料不尽相同，同时对路基填料性能要求也各不相同，因此，一條路的路基填料在不同段往往不相同。例如，山区有大量石料可供开挖使用，为便于就近利用各种资源和降低工程造价，可使用强度和性能都满足要求的填石路基、土石混合路基;平原区则无石料可供开挖使用，但存在大量土质填料可供使用，可选用经特殊处理后的填土路基;在浸水护坡段，由于路基浸泡要于水中，对路基填料具有较高的要求，要求路基填料具有浸水不易变形、浸水强度不降低和透水性强等特点，可选用浸水后不变形、强度不降低和透水性好的碎石、碎石土、卵石土等路基填料进行填筑;在反复冻融区要求路基填料具有良好的抗冻性，可选用抗冻性和透水性好的碎石、碎石土等路基填料进行填筑。因此，想要选择最适宜的路基填料，首先需了解各种岩土的性质，从宏观和微观对岩土特性有深入的了解，才能做到因地制宜。岩土工程是一门以岩土为研究对象的学科，对岩土的各种力学性能和使用具有系统的研究，可帮助人们在路基设计和施工时充分认识各类路基填料性能的优缺点，从而可根据不同道路等级、不同路基部位、不同自然环境选择出质量最优、造价最低的路基填料。

二、填石路基

在工程中通常将填料粒径在400mm以上，且石料含量大于70%的路基称为填石路基。由于填石料具有重度大、抗剪强度高、压实性能好等特点，填筑后的合格路基具有填筑密度大、空隙率大、透水性强、沉降变形小、承载力高等工程特点，在路基工程中得到广泛的应用。但不同填石料的强度也具有较大差别，如岩土工程中常把单轴抗压强度大于等于30MPa的石料称为中、硬质石料，最具代表性的石料为花岗岩、玄武岩、闪长岩、石灰岩等，针对这类中、硬质石料可直接进行路基填筑，为保证填筑的路基满足要求，填筑时石料最大粒径不易超过层厚的三分之二。如果挖方后的石料粒径太大，以致不能直接用作路基填料时，应提前进行加工处理。但由于这类中、硬质石料通常以块状形式存在，同时具有粒径大、分层厚度大，因此形成的路基空隙率通常较大，需要在空隙间填充粒径更小的石料，如中粗砂、石渣、石屑等。尤其是在填石路堤的顶部，为防止路床填料在行车荷载及振动作用下进入石料的空隙中，造成路床局部空洞和压实度降低，填石路堤顶部400mm需采用粒径较小（不大于150mm）的填料进行填筑，其中小于5mm粒径的填料应占30%以上。

对于软质石料（小于5MPa的除外），由于存在湿化变形的可能，因此在路基填筑时对路基排水具有严格的要求，通常在路基边部采取包边封，在路基底部设置排水垫层，在路基顶部设置防渗层等措施。

对于单轴抗压强度小于5MPa的石料，由于其易于碾压成土状，在碾压后性质与土相似，因此在路基填筑时可完全按照填土路基进行。

为增强填石路基稳定性，需要在路基边坡的坡面上选择不易风化的中、硬质岩进行台阶式码砌，这是由于填石路基在水流作用下可带出其中的石屑等细小填料从而导致路基损坏。进行边坡码砌石料的粒径不易小于30cm;同时边坡码砌厚度应根据填筑高度进行调整，当填筑的路堤高度小于或等于5m时，边坡码砌厚度不小于1m;填筑的路堤高度高度为5～12m时，边坡码砌厚度不小于1.5m;填筑的路堤高度高度12m以上时，边坡码砌厚度不小于2m。

从上可看出，不同岩土性质的填料对路基填筑方式具有决定性作用。

三、土石路基

在工程中通常将石料含量占总质量30%～70%的土石混合材料填筑的路基叫做土石路基。在路基填筑时需根据填料中石料的强度进行区分对待，不可混填，这是由于中、硬质石料的粒径通常较大、且碾压过程中不会发生变形，在碾压过程中易顶起压路机碾压轮，造成碾压轮位置的架空，进而导致压实度不足，因此在土石路基填筑时含中、硬质石料的粒径不得超过压实层的2/3。软质石料在碾压过程中会发生变形，甚至破碎，因此在土石路基填筑时可不要求粒径大小。

同时，中、硬质石料填筑的土石路基需进行边坡码砌，其边坡码砌可参考上述的填石路基。对于软质石料土石路基则按填土路基进行填筑，不进行边坡码砌作业。

由上可知，路基填筑方式往往由岩土性质决定。

四、填土路基

在路基填筑过程中所用的土质千差万别，根据粒径大小不同有粘性土、粉土、砂性土、碎石土等，不同粒径的土质岩土性质各不相同。例如砂性土和碎石土具有承载力高和透水性好的岩土特性，是路基填筑中优良的路基填料;粉土具有遇水强度降低的岩土特性，且在渗水作用下会逐渐流失，因此是不良的路基填料，容易引起路基病害，不得直接使用;粘性土具有粘聚力大、承载力低、透水性差、干燥较坚硬浸水软化的岩土特性，在低等级路基填筑时可直接填筑，在高等级路基填筑前通常需进行特殊处治以增强其承载力等岩土性质。

由上可看出，不同岩土性质的土质决定了其用途，选用路基填料时，应最先选用承载力和透水性好的砂性土和碎石土，其次选用粘性土，粉土不得已情况下不得使用。

在路基填筑时通常会遇到一些特殊性质的土质，像杂填土、盐渍土、膨胀性土、湿陷性黄土等。这类土质岩土性质不尽相同，因此使用条件也不同。对于杂填土，由于杂填土中的成分不均一，导致不同位置压实度差别较大;且常含有易腐烂物质，当这些易腐烂物质腐烂后会在路基中留下空洞或空隙，造成路基强度、承载力的降低，因此在路基填筑时通常不得填筑杂填土。对于原地表杂填土在填筑路基前需进行清表处理，后期用于中央分隔带绿化种植或边坡生物防护设计时的种植土。对于盐渍土，由于填料中易溶盐成分遇水后溶解，组成路基填料的成分减少，会造成路基强度、承载力的降低，甚至对周边构造物造成腐蚀性损害。对于膨胀性土，具有吸水体积膨胀失水收缩的岩土特性，膨胀后产生膨胀力造成周边土体开裂破坏，失水后体积变小造成路基强度、承载力的降低，因此在路基填筑时强膨胀性土不得作为路基填料，低膨胀性土不得直接作为路基填料。对于湿陷性黄土，是一种结构疏松、孔隙发育的土质，在未受水浸湿时强度一般较高、压缩性较小，当遇水后结构会迅速遭到破坏，强度迅速降低。因此在路基填筑时需使用充分扰动的土，以避免后期各种病害。

从上可知，在路基填筑前，应熟悉了解各种填料的岩土工程性质，根据其岩土工程性质决定应采用何种措施。

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