铺面工程学中，有效预测路基湿度

由于影响路基湿度状况的因素复杂，迄今为止尚未有一种能够精确预估路基湿度状况的方法。工程中常用的方法有三种：地下水位相对高度法、道路沿线现场调查法和类似道路现场调查法［3，6］。

1.地下水位相对高度法

1）路基干湿类型

路基土的干湿状况与土的含水率以及路基土自身的特性有关，以稠度指标来表征：

式中　ωc——土的稠度；

ω——土的含水率；

ωL，ωp——土的液限、塑限含水率。

土的稠度指标较好地反映了特定含水率时不同土的干湿状况。根据稠度的大小，可将路基土的干湿状况分为四种类型或四个等级，即干燥、中湿、潮湿和过湿。研究表明，这四种干湿类型之间的分界稠度具有大体稳定的数值，如表3-6所示，更详细的结果可参见相关规范。

表3-6　土基干湿状态的稠度分界值［3］

当土处于干燥状态时，其稠度ωc≥ω1；当土处于中湿状态时，其稠度ωc在ω1和ω2之间；当土处于潮湿状态时，其稠度ωc在ω2和ω3之间；当土处于过湿状态时，其稠度ωc＜ω3。当判断了土的干湿类型后，可以据此估计出土的稠度，并根据该土质的液限和塑限含水率估计出土的含水率。对于路基，式（3-18）中的含水率可采用路床顶面以下80～120 cm深度范围内的平均含水率，此时所得的稠度称为路床顶面以下80～120 cm深度范围内的平均稠度。

2）湿度预估［3］

由本书第3.3.1节和第3.3.2节中的分析可知，路基的湿度，尤其是平衡湿度同地下水位的相对高度有很大关系，所以可以按照地下水对路基的影响程度，也即根据路床顶的设计标高同临界（最高）地下水位之间的距离，来判断路基的平均干湿类型或等级。定义H为路床顶面距地下水位的距离：

（1）当H＞H1时，说明地下水位很低，路床顶面到地下水位的距离可以保证路基上层有一定厚度（Hd）的土层不受地下水毛细润湿的影响，路床下80～120 cm厚度范围的路基平均干湿状况处于干燥状态，路基平均稠度≥ω1。H1为干燥类路基临界高度，H1=HL+Hd，其中HL为毛细上升润湿区高度。

（2）当H2＜H＜H1时，说明地下水位较高，路基上层厚度为Hd的土层下部受到地下水毛细润湿作用，但路床顶面到地下水位的距离H仍大于毛细上升润湿高度HL，此时路基处于中湿状态，ω2≤＜ω1。H2为中湿类路基临界高度，H2=HL。

（3）当H3＜H＜H2时，说明地下水位很高，路床顶面到地下水位的距离H略小于地下水毛细润湿高度HL，路基湿度主要受地下水控制，路基平均干湿状况处于潮湿状态，ω3≤＜ω2。H3为潮湿类路基临界高度。

（4）当H＜H3时，说明地下水位过高，路床顶面距地下水位过近，而使整个路基处于过湿状态，＜ω3。

3）公路自然区划及路基干湿临界高度

我国幅员辽阔，涵盖了寒带、温带和热带地区，地表高程相差很大，从青藏高原到东部沿海，高程差达4 000 m以上。这两类因素的组合造成了各地的气候、地形、地貌、工程地质和水文地质等自然条件以及地下水位高度差异很大，对公路建设尤其是路基的建设具有直接的影响。为了采用简单方法大体反映这种区域差异，经过研究，我国根据各地自然因素及其对路基湿度的影响对全国进行了分区，制定了公路自然分区标准［18］。根据公路工程的地理、气候差异特点，考虑对工程的影响，实行三级区划。

（1）一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理地貌划分的。首先，将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带。然后，根据水热平衡和地理位置，划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖、干旱和高寒七个大区，形成全国七个一级区。这七个一级区是：Ⅰ区，永冻区（多年冻土）；Ⅱ区，东部温润季节性冰冻区；Ⅲ区，黄土高原干湿过渡区；Ⅳ区，东南湿热区；Ⅴ区，西南潮暖区；Ⅵ区，西北干旱区；Ⅶ区，青藏高原区。(www.xing528.com)

（2）二级区划是在一级区划内的细化，考虑水温状况不同，以潮湿系数（年降雨量与年蒸发量的比值）为主要指标，分六个等级，如表3-7所列。

表3-7　潮湿系数分级标准［19］

除潮湿系数外，按公路工程的相似性及一级区内的地理、气候特征（如雨季、冰冻深度等）、地貌类型和自然病害等地表气候的差异，在一级区划内进一步划分二级区划以及与二级区划相当的副区，如此全国共分为33个二级区和19个副区。

（3）三级区划是在二级区划内的进一步具体划分，可以依据水热、地理和地貌特征，或依据地貌、水温和土质特征，由各省、自治区自行划分，以便更切合当地的实际情况。

通过对各自然区划内不同潮湿类型路基湿度状况进行广泛调查，可粗略地编制出各类潮湿类型路基的分界特征高度值H1、H2和H3，如表3-8所列，更详细的结果见相关规范。

表3-8　路床顶面距地下水位的临界高度参考值　单位：m

【例3-2】江苏南部地区，低液限黏土路基，最高地下水位离地面80 cm，低矮填土，路床顶面距地面30 cm。请预估路床顶面以下80 cm土基的平均稠度。

【解】该路线属于Ⅳ1区，查表3-8得黏性土的临界高度H2和H3相应为1.1～1.4 m和0.8～1.0 m，根据路床顶面到地下水位的距离H=0.80+0.30=1.10 m，可知路基属于中湿类。由表3-6可知，黏性土的平均分界稠度值w1和w2分别为1.10和0.95。因此路床下80 cm路基范围内的平均稠度为1.02。

2.道路沿线现场调查法［6］

沿道路设计线，按自然地理特征的不同把全线分为若干段，每一路段上选取几个断面，钻取芯样，测定其含水率，并进行土的塑限、液限或最佳含水率等特征含水率试验。钻取芯样的深度应超过湿度呈季节性变化的土层深度（如3～4.5 m）。根据不同深度处土样的试验结果，点绘出相对含水率（相对于塑限、液限或最佳含水率）沿深度变化的断面图或稠度沿深度变化的断面图，如图3-14所示。

图3-14　相对含水率断面图

由图3-14可以看出，顶部的含水率受季节或外部因素的影响，可以按照土层下部的相对含水率与深度的关系，按照线性外延至路基高程处（见图中的虚线），此处的湿度即可认为是平衡湿度。把各断面所确定的平衡湿度外插到整个路段的纵向范围，可得出路基湿度供设计使用。

对于既有道路的大修或改建工程，也可采用该方法估计未来路面中的路基湿度。

3.类似道路现场调查法［6］

选择一个或几个条件类似于所设计道路的现有道路路段（其湿度变化已经稳定），选取若干断面，钻取试样，按照图3-14所示的方法和过程确定所设计路基的湿度，可以考虑选取一个比较保守（例如90%保证率）的含水率数值。

上述三种方法是典型的工程经验法。根据这类方法估计的湿度，可以确定路基土的静态模量（见本书4.5.4节）。虽然，目前基于基质吸力的湿度预估可能更为合理准确，但与路基模量的关系尚不够明确。为了便于应用，这里保留了上述经验方法的介绍。