《路基工程》第三章

第3章自然因素的影响

本章内容：

1 公路的自然区划；

2 路基路面在自然因素影响下温度、湿度变化规律；

3 路基湿度、路面温度预估。

本章要求：

1 了解公路自然区划及筑路特点；

2 了解自然因素对路基路面的影响；

3 掌握预估路基湿度、路面温度的方法。

一条公路绵延百里、千里，道路穿过的地区自然因素（气候、地形、地貌、水文）变化很大。自然因素长期作用会引起道路非交通破坏，其中自然因素中，温度和湿度是最主要的，它会引起路基路面材料形状发生变化，从而引起道路损坏，因此必须解决自然因素如何影响路基路面。

3.1 公路的自然区划

我国地域广大，不同地理位置自然条件相差很大（南方湿热、北方干冷、东部雨水充沛、西部降雨稀少）为了区分不同地理位置、自然条件对公路工程的影响的差异，以及在设计、施工、养护采取合适的参数和技术措施，确保路基路面的强度和稳定性。

3.1.1区划的原则和分级

1）区划的原则

为区分自然区域的筑路特征，经过长期的研究，制定了《公路自然区划标准JTJ003-86》，其原则：

⑴道路工程特征相似性的原则

在同一区域内，在同样的自然条件下筑路具有相似性。例如：北方的不利季节主要是春融时期，有翻浆病害。南方不利季节在雨季，有冲刷水毁等病害。

⑵地表气候区划差异性的原则

地表气候是地带性差异与非地带性差异的综合结果。

地带性差异：地表气候随当地纬度而变。如北冷、南暖。

非地带性差异：纬度相同的地区，地表高程变化引起地表气候的变化。如青藏高原比东部沿海地区寒冷的多。

⑶自然因素中既有综合又有主导作用的原则

自然气候的变化是各种因素综合作用的结果，但其中有某种因素起主导作用。例如：道路冻害是水和温度综合作用的结果，南方有水无冷不会有冻害，徐州有水有负温会产生冻害，说明温度起主导作用；西北干旱区与东北潮湿区同样有负温，但前者的冻害轻于后者，说明水起主导作用。

2）分级

我国公路自然区划分为三个等级。

⑴一级区划——按大范围地理地貌差异划分全国为7个一级自然区，见图3-1。划分的标志：

①全年均温-2︒C等值线，一月份0︒C均温等值线；

② 1000m、3000m两条等高线；

③黄土高原的筑路特殊性。

I 区——北部多年冻土区；II 区——东部温润季冻区；III 区——黄土高原干湿过度区；IV 区——东南湿热区；V 区——西南潮暖区；VI 区——西北干旱区；VII 区——青藏高寒区。

⑵二级区划——在一级区划的基础上划分全国为52个二级区（33个二级区、19个副区），划分的主要指标：

①潮湿系数 K=年降雨量R/年蒸发量Z，按潮湿系数K的大小分为6级，见表3-1。

②地貌、气候特征、自然病害因素。

表3-1 二级区划干湿类型

表3-2 公路自然区划名称

图3-1 全国公路自然区划图

3.1.2 自然区划筑路的特点

I区——北部多年冻土区（东北北部）

该区北部冬季温度极低，分布多年冻土，冻胀、雪灾严重。路基设计以保护冻土为原则，宁填勿挖，路面结构设计采用保温设计。林区道路地表湿度大，应采取换土、稳定土、砂垫层处理。

II区——东部温润季冻区（东北东南部、华北、华东北部沿海区）

该区内筑路的主要矛盾是冬季冻胀，春季翻浆，夏秋水毁。路基路面采用隔温排水措施防冻胀和翻浆。路基采用稳定土做防冻层。

III区——黄土高原干湿过度区（陕西、山西、宁夏）

该区内广泛分布黄土，主要问题是粉质大孔性黄土遇水湿陷，因此路基排水应良好，路面结构应选用不透水面层或加上层封闭。同时还应注意边坡稳定。

IV区——东南湿热区（华东沿海地区、苏南、上海、浙江、福建、广东、广西、湖南）

该区内春季雨水充沛，沿海有台风、暴雨，区内水网密布，稻田多，夏季气温高。区内筑路应加强路基排水，处理好软土地基，沥青路面要考虑沥青的热稳定性和不透水性。

V——西南潮暖区

该区为东南湿热区向青藏高寒区的过渡区，该区雨期长，土基湿软，山区岩溶分布，地质构造运动强烈，筑路时重点是保证路基整体稳定性。

VI——西北干旱区

该区气候干旱，高山区有风雪流、砂漠区有风蚀砂埋灾害，筑路难度大，要采取防风雪、防风砂。

VII——青藏高寒区

该区地处高寒，气候寒冷，分布多年冻土和冰川且地质构造活动强烈，雪灾、滑坡、泥石流严重，筑路时保证路基整体稳定是主要矛盾。沥青路面由于紫外线照射强烈、温差大易老化，因此应采取抗老化措施。

3.2 路面温度状况

3.2.1路面温度状况

路面温度发生变化后路面结构的力学性质也会发生变化，沥青路面温度增高会变软，抗剪强度降低，水泥混凝土路面温度发生变化时产生温度梯度从而产生

温度应力，因此要研究路面温度是如何变化的。

路面直接与大气接触与大气进行热交换，大气温度一日之内、一年之内发生周期性变化，路面温度也随大气在一日和一年内发生周期性变化。

1）沥青面层温度变化情况

图3-2是沥青面层温度日变化曲线，图3-2表明路面温度周期性变化和气温变化几乎同步，路面最高温度较气温高，夏日高出气温23︒C。路面内不同深度的温度也随气温周期性变化，变化的幅度随深度增加而减小，峰值随深度增加越来越出现滞后现象。

图3-5是沥青面层月平均温度的年变化曲线，图3-5表明沥青面层月平均温度也随气温周期性变化，最高7月，最低1月。

2）水泥混凝土面层温度变化情况

图3-3是水泥混凝土面层不同深度温度随气温变化情况，图3-3表明水泥混凝土面层不同深度温度随气温周期性变化，温度沿深度呈曲线形分布。

图3-4是水泥混凝土面层温度梯度日变化曲线，图3-4表明水泥混凝土面层顶底面温度梯度一日之内也随气温周期性变化，变化规律为夏季晴天早8：00点温度梯度为0、午后13：00~14:00正温差最大、凌晨3：00~4：00副温差最大。

温度发生变化对沥青路面来说，温度升高变软、温度降低变脆，设计时根据气温情况选择沥青牌号，要验算沥青面层在夏季高温条件下的抗剪强度。温度发生变化对水泥混凝土面层来说，温度升高降低会发生伸缩产生应力，温度梯度变化也会产生温度应力，前者可通过构造伸缩缝解决，后者要进行验算。