路基工作区受力状况与路基工程

(一)路基的受力状况

路基在工作过程中，同时受到由路面上传递下来的车辆荷载，以及路基和路面的自重作用，图2.6为土质路基受力时不同深度Z范围内的应力分布图。

图2.6　土质路基受力时不同Z范围内的应力分布图

σ1—车辆荷载引起的应力；σ2—土基自重引起的应力；σZ—应力之和

其中，σ1为车轮荷载在土基内部任一点产生的垂直应力，把车轮荷载简化为一圆形均布垂直荷载时，σ1可按布辛奈斯克(J.Boussinesq)公式进行计算，即

为使用方便，式(2.3)可简化为

式中　P——车轮轴荷载，kN；

Z——圆形均布荷载中心下应力作用点的深度，m；

K——应力系数，一般取K=0.5。

路基土自重引起的压应力σ2用式(2.5)计算

式中　γ——土的重度，(kN/m3)。(www.xing528.com)

因此，土基中任一点受到的垂直应力σz为

(二)路基工作区

由式(2.4)、式(2.5)可见，车辆荷载产生的垂直应力σ1随深度的增加而减小，自重应力σ2则随深度的增加而增大，因此，车轮荷载在土基中产生的应力σ1与土基自重应力σ2之比亦随之急剧变小。如果此比值减小到一定数值，例如，即在某一深度Za处，行车荷载在土基中产生的应力仅为路基土自重应力的1/10～1/5，与土基自重引起的应力σ2相比，车辆荷载在Za以下土基中产生的应力已经很小，可忽略不计。把车辆荷载在土基中产生应力作用的这一深度范围称为路基工作区。

据此可以得到路基工作区深度Za的计算式为

或

表2.8是用式(2.7)计算的几种国产车型的Za值，其中γ通常取18 kN/m3，n=5或10。

表2.8　路基工作区深度

由于路基路面材料不同，不是均质体，路面材料的强度和重度比土基大，路基工作区的实际深度随路面强度和厚度的增加而减小。因此，要精确计算Za，须将路面折算为与路基同性质的当量厚度的整体后，再进行计算。

根据上述路基工作区的概念，当路堤填筑高度H＞Za[图2.7(a)]时，车辆荷载作用深度位于填筑高度内，路堤应按规定要求分层填筑与压实，Za内尤其应注意填筑质量；对H＜Za[图2.7(b)]的矮路堤，此时不但要对填土充分压实，而且要保证工作区内原地面下部土层具有足够的强度和稳定性，采取必要的措施，使天然地基下部土层和路堤同时满足路基工作区的设计要求。

图2.7　路堤高度与工作区深度关系示意图