某繞城高速公路現(xiàn)場路基濕度測試及其特性研究

中圖分類號 U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0107-03

0 引言

在高速公路建設(shè)與維護(hù)中，路基濕度狀態(tài)對道路的穩(wěn)定性和耐久性至關(guān)重要。隨著測試技術(shù)和計(jì)算方法的進(jìn)步，近年來對路基濕度的測量、演化規(guī)律及其調(diào)控技術(shù)的研究不斷深入。《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30—2015）指出，路基在自然環(huán)境和地下水的影響下，會發(fā)生水分遷移和濕度重分布，最終達(dá)到平衡濕度。因此，不同濕度狀態(tài)下的路基強(qiáng)度和回彈模量須進(jìn)行濕度修正，以確保設(shè)計(jì)的可靠性。崔新壯等[1綜述了傳統(tǒng)鉆孔取樣法與現(xiàn)代傳感器技術(shù)的進(jìn)展；于學(xué)生[通過試驗(yàn)研究了二灰改良風(fēng)積土路基的強(qiáng)度演化規(guī)律；曾鈴等[3的數(shù)值模擬揭示了降雨入滲對粗粒土路堤濕度的動態(tài)影響；韓風(fēng)雷等[4分析了降雨對封閉塊石層水熱狀態(tài)的影響；此外，鄭健龍等[綜述了濕度計(jì)算理論的進(jìn)展，柳志軍[探討了壓實(shí)工藝對濕度場演變的影響?？偟膩碚f，路基濕度的測量與調(diào)控研究對提高高速公路建設(shè)和維護(hù)質(zhì)量具有重要指導(dǎo)意義。

1 工程概況

蘇北地區(qū)某繞城高速公路工程項(xiàng)目，起于京臺高速蘇魯省界收費(fèi)站，沿京臺高速向南拓寬改造約 4 k m 后折向東南，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，全線設(shè)計(jì)速度 ，路基寬度 3 4 . 5 m ，全線設(shè)置服務(wù)區(qū)1處，布設(shè)互通式立交9處（樞紐互通3處，一般互通6處），主線設(shè)置特大橋3座、大橋19座，長度 1 7 5 9 1 m ，中小橋16座，長度 1 0 1 6 m 。根據(jù)地區(qū)地質(zhì)資料，該區(qū)屬于華北地層徐淮地層。沿線第四系覆蓋層有全新統(tǒng)人工填土、粉土、黏土及晚更新統(tǒng)黏土，基巖主要為灰?guī)r、泥炭巖、頁巖、砂巖。目前該高速公路已經(jīng)運(yùn)營1年，運(yùn)營期間出現(xiàn)了部分水害，為此探究路基的含水量對路基穩(wěn)定性的影響十分重要。

2路基濕度變化試驗(yàn)研究

2.1測試方法

試驗(yàn)方法與過程如表1所示。

2.2 結(jié)果分析

通過對不同測點(diǎn)土樣，進(jìn)行含水率、液限、塑性指數(shù)及天然稠度試驗(yàn)及計(jì)算，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

根據(jù)圖1，既有路基土的含水率具有幾個顯著特征。首先，其含水率主要分布在 1 0 % ～ 2 5 % 之間，最高值為 4 6 % ，最低值為 1 1 % 。在樣本中，含水率為 1 7 % 的點(diǎn)占比最高，達(dá) 14 % ；而低于 10 % 和高于 2 5 % 的點(diǎn)僅占1 5 % ?？傮w而言， 8 5 % 的樣本都位于 1 0 % ～ 2 5 % 這個范圍內(nèi)。其次，路基土的天然稠度主要集中在 0 . 8 ～ 1 . 4 之間，表明其處于中濕或干燥狀態(tài)。這一特征表明路基土層的水分管理良好，有助于維護(hù)路基的承載能力。綜合分析表明，既有路基土的含水率在不同深度下保持相對穩(wěn)定，說明深度變化對其含水率影響不大。同時(shí)，大多數(shù)樣本的含水率集中在 1 0 % ～ 2 5 % 之間，反映出路基土的水分狀況較為一致。

3路基濕度特性分析

3.1溫度對路基濕度的影響

經(jīng)過充分壓實(shí)的土體中，顆粒間的空隙減小，僅剩結(jié)合水，導(dǎo)致水分的滲透和遷移變慢，此時(shí)溫差和含水量差異成為主要驅(qū)動力。土水體系中的勢能隨溫度變化而引起水分轉(zhuǎn)移：當(dāng)總勢能為零時(shí)，水處于靜態(tài)平衡；而當(dāng)總勢能不為零時(shí)，水分則從高勢能區(qū)域流向低勢能區(qū)域。研究表明：溫度顯著影響土體水分分布，溫度升高時(shí)含水量減少，反之則增加。在均勻含水量的土樣中施加溫差后，冷端的含水量增大，熱端減小，且溫度梯度越大，水分遷移越明顯。此外，水分遷移還與初始含水量相關(guān)，適中的初始含水量會導(dǎo)致更明顯的溫度差引起的含水量差異。為了探究季節(jié)變化溫度對路基含水量的影響，該工程選擇12個監(jiān)測斷面，進(jìn)行了為期一年共四次的觀測，分析了 0 ～ 8 0 c m 深度的含水量變化。監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2觀測分析，選擇2月、5月和8月作為分析時(shí)間點(diǎn)。2月，路基上部（ 0 ～ 8 0 c m， ）的平均含水量較高；而在5月和8月，隨著氣溫升高，含水量顯著低于2月水平。高溫導(dǎo)致水分從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域擴(kuò)散，促使表層水分向內(nèi)部遷移，同時(shí)加劇蒸發(fā)，進(jìn)一步降低表層含水量。溫度梯度越大，水分遷移越明顯，因此在高溫期間，路基表層水分減少、內(nèi)部水分增加，而在低溫的2月，表層水分較高。

3.2降雨及地下水對路基濕度的影響

研究表明：公路通車數(shù)年后，路基填土的含水量顯著增加，主要來源包括降水滲入、地面水流動、地下水上升和氣態(tài)水凝結(jié)。這些水分通過多種渠道進(jìn)入路基，并在內(nèi)部規(guī)律性遷移，形成相對穩(wěn)定的含水量平衡，盡管整體變化不大，但仍受到季節(jié)性氣候變化的影響。降水到達(dá)地面后，部分水分被蒸發(fā)，另一部分通過地面漫流進(jìn)入排水系統(tǒng)，而剩余部分則被路基表層吸收，迅速增加表層含水量并向內(nèi)部擴(kuò)散。實(shí)際進(jìn)入路基內(nèi)部的水分較少，主要受到降水和地下水位上升的影響。為研究地下水位對路基濕度的影響，該工程設(shè)置了路床濕度測點(diǎn)，以檢測不同土質(zhì)、填土高度和地下水位深度的平均含水量和飽和度。監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

分析圖3可知，地下水位至路床頂高度 H （m）與路基的平均含水量和飽和度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)H ？ 4 m 時(shí)，平均含水量為 1 9 . 1 % ，飽和度為 7 9 . 8 % ；而H 在 4 ～ 6 m 之間，含水量和飽和度分別降低至 1 8 . 1 % 和 7 5 . 5 % ： H 大于 6 m 時(shí)，含水量進(jìn)一步降至 1 7 . 9 % ，飽和度為 70 . 0 % 。可見，較低的地下水位導(dǎo)致更高的含水量和飽和度，表明地下水位對路基濕度的影響顯著，尤其在地下水位較淺時(shí)。

3.3路基濕度相對平衡與穩(wěn)定分析

通過對觀測區(qū)段不同層位的含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行概率分布分析，發(fā)現(xiàn)路基的含水量會隨著季節(jié)的變化而發(fā)生周期性的可逆變化，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4。

根據(jù)圖4的數(shù)據(jù)分析，路基上部 0 . 3 ～ 4 . 4 m 的平均含水量在2023年8月，2024年2月、5月和8月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，最大含水量為 2 6 . 4 % ，最小為 1 9 . 6 % ，變化幅度相對較小，表明路基水分整體狀況穩(wěn)定。然而，標(biāo)準(zhǔn)差在 1 . 5 ～ 7 . 2 之間的波動顯示，含水量并非均勻分布，而是受到季節(jié)性降雨和干旱的顯著影響，反映出降雨和蒸發(fā)對水分動態(tài)平衡的作用。

不同層位的含水量分布顯示，除 0 . 8 m 層位外，其余層位中值隨季節(jié)變化表現(xiàn)出小幅波動，表明水分分布不均勻，受土質(zhì)類型和土壤吸力等因素的影響。水分在土壤中的遷移遵循從高壓向低壓、從高溫向低溫及從高含水量向低含水量的原理。降雨后，水分通過重力迅速滲透，隨時(shí)間推移通過蒸發(fā)和植物吸收逐漸減少，展現(xiàn)出周期性變化。盡管微觀層位的含水量存在季節(jié)波動，路基整體含水量趨于穩(wěn)定，土壤具備緩沖功能，有效應(yīng)對降雨或干旱變化。

4結(jié)論

該文通過對既有路基濕度變化的深入研究，得出以下結(jié)論：路基的含水率主要集中在 1 0 % ～ 2 5 % 之間，表明路基水分管理良好且整體狀況穩(wěn)定，深度變化對含水率影響不大。季節(jié)性溫度變化顯著影響含水量，高溫期（如5月和8月）導(dǎo)致表層水分減少、內(nèi)部水分增加，而低溫期（如2月）則使表層水分相對較高。降雨和地下水位對路基濕度影響顯著，降雨增加表層含水量，而地下水位上升直接提高路基含水量和飽和度，特別是在地下水位較淺時(shí)更為明顯。路基的含水量呈現(xiàn)出周期性的可逆變化，受溫度、降雨量和蒸發(fā)量共同影響，盡管季節(jié)間存在波動，整體維持相對穩(wěn)定狀態(tài)，表明土壤具有一定的水分緩沖能力。

參考文獻(xiàn)

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