第三章 环境因素分析

4、公路自然区划分级图
第三章 环境因素分析
第三章 环境因素分析
二、沥青路面的气候分区 沥青路面的物理力学性质与使用环境如气候、温度和湿度
关系密切，因此，在选择沥青材料、进行沥青混合料配合 比设计、检验沥青混合料的使用性能时，应考虑沥青路面 工程所处的环境条件，尤其是温度和湿度状况。所以，应 按照不同气候分区特点对沥青及沥青混合料的技术性能提 出相应要求。
不同干湿类型路基平衡湿度的确定流程如下：
选定路基湿度类型→确定基质吸力与地下水位或气候因素的 关系→利用土-水特性曲线→确定各类路基的平衡湿度。 1、潮湿类型路基
潮湿类型路基的平衡湿度：由地下水位高度→土的基质吸 力→土-水特性曲线→饱和度和体积含水率。
潮湿类型各类土在距地下水位不同距离处的平衡湿度，可 根据路基土组类别及水位高度，按教材表3-7确定距地下水 位不同高度处的饱和度。
要高出气温23℃，水泥混凝土面层则高出14℃左右。 面层结构内不同深度处的温度同样随气温的变化而呈现周
期性变化，但起伏的幅度则随深度的增加而减小，其峰值 也随深度的增加而越来越滞后出现。
§3.3路面温度状况分析
一、温度变化 （一）沥青面层温度变化如图3-5所示
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第三章 环境因素分析
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似性及地表气候的差异，在7个一级区划内进一步分为33 个二级区和19个副区（亚区）。 潮湿系数K为年降水量（mm）与年蒸发量（mm） 的比值，按区内的K值大小分为六个等级，见表3-2。
3、三级区划 三级区划是在二级区划的基础上，根据道路所在地的地貌、
水文、土质类型和干湿类型等因素进一步细划（分段）。
第三章 环境因素分析
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第一节 第二节 第三节
公路自然区划与气候分区 路基湿度状况分析 路面温度状况分析
第三章 环境因素分析
路基路面结构直接暴露在自然环境中，经受着温度和湿度 等自然因素对结构体系的重要影响。路基路面结构的温度 和湿度状况随所处环境的变化而变化，路基路面结构体系 的性质与状态也随之发生变化。
我国幅员辽阔，各地区气候相差很大，因此对沥青与沥青 混合料的使用性能要求也各不相同，各地区应根据当地的 气候特点对沥青混合料的技术指标进行分区，并以此作为 沥青混合料组成设计的控制条件。
在大量的气候要素中选择能够较好地表征我国气候特点对 沥青路面使用性能影响的指标：高温、低温和雨量指标。 在此基础上，提出了我国沥青路面使用性能气候分区指标。
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（二）区划分级
1、一级区划 一 区划指标：以两条均温等值线和两条海拔等高线作为
一级区划的标志，再考虑黄土地区筑路的特殊性并将其单 列，把全国划分为7个一级大区。 全年平均气温-2℃等值线。作为多年冻土区和季节性冻土 区的界限。一月份（最低月）平均气温0℃等值线。作为 季节性冻土区和全年不冻区的界限。
②地表水——边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水， 渗入路基；
③地下水——路基下面一定范围内的地下水侵入路基； ④毛细水——路基下的地下水，通过毛细作用，上升到路基； ⑤水蒸气凝结水——在土的空隙中流动的水蒸汽遇冷凝结的水； ⑥薄膜移动水——土中的薄膜水从含水量较高处移向含水量较 低处，或从温度较高
沥青混合料的气候分区全国共有26种气候类型，参见教材 表3-5。
§3.2路基湿度状况分析
第三章 环境因素分析
一、路基湿度的来源
路基土的潮湿状态是由土体的含水量高低决定的，而含水量 的高低取决于各种湿源的作用和延续时间。引起路基湿度变化 的湿源有以下几种：
①大气降水——大气降水通过路面、路肩边坡和边沟渗入路基；
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二、公沥青路面的气候分区
（一）气候分区指标
1.设计高温分区指标： 工程所在地最近30年内年最热月份平均最高气温的平均值，
作为反映沥青路面在高温和重载条件下出现车辙等流动变形 的气候因子，并作为气候分区的一级指标。全年高于30℃的 积温及连续高温的持续时间可作为辅助参考值。
2.设计低温分区指标： 采用工程所在地最近30年内的极端最低气温，作为反映沥
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2、干燥类型路基 干燥类型路基的平衡湿度，应根据路基所在自然区划的
湿度指数TMI和土组类别确定。某年度（y年）湿度指数 TMIy，宜根据气象观测统计资料按下式计算。
当缺乏相关气象统计资料时，不同自然区划的湿度指数 TMI值可参照教材表3-8查取。
受气候因素控制的干燥路基的平衡湿度：根据不同自然区 划由教材表3-8查取相应的TMI，再按路基所在地区的 TMI和路基土组类别，根据教材表3-9插值查取该地区相 应的路基饱和度。
路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温度和湿 度的变化有时会有大幅度的增减。如沥青路面材料的弹性 模量会随温度升高而降低，路基土回弹模量则会随湿度增 长而急剧下降。
路基土和路面材料的几何性质和物理力学性质随温度与湿 度产生的变化，将使路基路面结构设计复杂化。如不能充 分估计这种因自然环境因素变化产生的后果，则路基路面 结构在行车荷载和自然因素共同作用之下，将过早出现损 坏，缩短路面的使用年限。因此，在设计路基路面结构时， 除了要充分考虑行车荷载可能引起的各种损伤之外，还应 考虑环境因素的影响。
（1）干燥状态：干燥类路基的湿度由气候因素控制，即地 下水位很低，路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基 平衡湿度完全由气候因素所控制。
（2）潮湿状态：潮湿类路基的湿度由地下水控制，即地下 水或地表长期积水的水位高，路基工作区均处于地下水毛细 润湿影响范围内，路基平衡湿度由地下水或地表长期积水的 水位升降所控制。
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§3.1公路自然区划与气候分区
一、公路自然区划 我国地域辽阔，又是地形、地质、地理及自然条件复杂多
变的国家，从北向南分处于寒带、温带和热带。从青藏高 原到东部沿海高程相差4000m以上，因此各种影响因素的 变化极为复杂。不同地区自然条件的差异同道路建设有密 切关系。为了区分各地自然区域的筑路特性，经过长期调 查研究，制定了公路自然区划标准。 （一）区划原则 （1）道路工程特征相似的原则； （2）地表气候区划差异性的原则； （3）自然气候因素既有综合又有主导作用的原则。
①当全年高于30℃的积温较大或当地连续高温的持续 时间长，以及预计重载车特别多、长大纵坡严重影响 车速路段，可将高温气候区提高一级或两级看待。
② 对经常发生寒潮、寒流降温迅速的地区可将低温气 候区提高一级。 ③对年降雨日数特别长（如梅雨季节）的地区可将雨量 气候区提高一级。
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（3）中湿状态：中湿类路基的湿度兼受地下水和气候因素 影响，即地下水位较高，路基工作区被地下水毛细润湿面分 为上、下两部分，下部受地下水毛细润湿的影响，上部则受 气候因素影响。
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路基设计时依据路基工作区深度（Za）、路床顶面至地下水 位的相对高度（h）、地下水位高度（hw）、毛细水上升高 度（h0）及路基填土高度（ht）的关系确定湿度状况类型， 如图3-2所示。
3、中湿类型路基
中湿类型路基的平衡湿度 可参照图3-4，先分路基 工作区上部和下部分别确 定其平衡湿度，再以厚度 加权平均计算路基的平衡 湿度。
地下水毛细润湿面以上的 路基工作区上部，按路基 土组类别和TMI值确定其 平衡湿度；地下水毛细润 湿面以下的路基工作区下 部，则按路基土组类别和 距地下水位的距离确定其 平衡湿度。
两条海拔等高线。1000m和3000m将我国由东向西的地形 划分为三级阶梯。
7个一级区划名称
Ⅰ北部多年冻土区、Ⅱ东部湿润季冻区、Ⅲ黄土高原干湿过 渡区、Ⅳ东南湿热区、Ⅴ西南潮湿区、Ⅵ西北干旱区、Ⅶ青 藏高寒区
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2、二级区划 二级区划以潮湿系数为主要区分标志，按公路工程的相
（一）沥青面层温度变化 （2）雨天日变化如图3-9所示。
雨天时，日气温变动很小，面层内各深度处的温度日变化 曲线也波动很小，并且气温始终低于面层内温度。
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（一）沥青面层温度变化 （3）月平均温度变化年曲线如图3-10所示。
（二）气候分区的确定 采用30年的气象记录进行统计计算。对高速公路、一级公
路和城市快速路、主干路应取95%~98%的概率，一般道 路可取90%的概率。 沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成， 以综合反映本地区的气候特征，见表3-3。
第三章 环境因素分析
（1）沥青材料的气候分区：沥青材料的气候分区，按最 热月平均最高气温及年极端最低气温把全国分为三个大区， 9种气候类型。
青路面由于温度收缩产生裂缝的气候因子，并作为气候分区 的二级指标。降温速率、冰冻指数可作为辅助参考值。
3.设计雨量分区指标： 工程所在地最近30年内的年降雨量的平均值，作为反映沥 青路面受水影响的气候因子，并作为气候分区的三级指标。 降雨日数可作为辅助参考值。
第三章 环境因素分析
此外，确定气候分区指标的还应参考各个指标的辅助指标 值对计算得到的分区指标作为必要的修正：
每个气候类型用2个数字表示：第一个数字代表最热月平 均最高气温的分布；第二个数字代表年极端最低气温的分 布，参见教材表3-4。
（2）沥青混合料的气候分区：沥青混合料的气候分区用3 个数字表示，增加第三个年降雨量的分布指标。第一个数 字代表高温分区，第二个数字代表低温分区，第三个数字 代表雨量分区，每个数字越小，表示气候因素对沥青路面 的影响越严重。
第三章 环境因素分析
路基湿度受地下水或地表长期积水影响的毛细水上升高度， 可根据土质类型，并结合当地经验确定。
缺乏实际资料时，黏土可取为6m，砂质黏土和粉土可取 为3m，砂可取为0.9m。
路面完工通车后，路基常处于非饱和状态，其湿度状况除 了受环境因素和路面结构的影响外，还主要取决于路基土 本身的持水能力，也称路基土的基质吸力，即路基土基质 的土颗粒分子引力作用和孔隙毛细管引力作用。
二、路基干湿类型
路基的强度及稳定性与路基的干湿状态及其平衡湿度有密切 的关系，并在很大程度上影响路面结构设计。
路基平衡湿度是指公路建成通车后路面完工后2~3年内，路 基在地下水、降雨、蒸发、冻结和融化等因素作用下，湿度 达到相对稳定的平衡状态，此时湿度称为平衡湿度。
第三章 环境因素分析
路基平衡湿度状况可依据路基的湿度来源分为：干燥、中湿、 潮湿状态三类。新建公路路床应处于干燥或中湿状态。
第三章 环境因素分析
路基土的基质吸力主要受地下水、土质类型、气候等因素影 响。只要知道路基土的基质吸力，就可以由图3-3所示曲线 预估路基湿度状态（饱和度）。
路基土基质吸力预估模型如下：
第三章 环境因素分析
路基平衡湿度的确定 利用路基土基质吸力预估模型，结合土-水特性曲线，就
可以预估路基土的饱和度。路基土基质吸力的测定可采用张 力法或滤纸法。
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§3.3路面温度状况分析
一、温度变化 大气的温度在一年和一日内发生着周期性的变化。 与大气直接接触的路面温度也相应地在一年和一日内发生
着周期性变化。 路表温度的周期性起伏，同气温的变化几乎完全同步。 由于部分太阳辐射热被路面所吸收，沥青面层的最高温度
作为非饱和土，路基土的湿度（饱和度）通常与土的基质 力吸密切有关。
第三章 环境因素分析
土——水特性曲线如图3-3所示，是表示路基土的基质吸力 hm与饱和度之间关系的曲线，该曲线反映了在非饱和状态下， 土中水的形态与土中水的数量之间的关系。若知路基土的基 质吸力，就可由该图所示曲线预估路基湿度状态（饱和度）。
第三章 环境因素分析
引起路基湿度的各种湿源，如图3-1所示。
第三章 环境因素分析
各种湿源对路基湿度的影响程度随自然地理分区、当地的 自然条件以及采取的具体工程措施而不同。
对具体路段来说，总有一些主要的湿源引起路基湿度的变 化，因此，对不同的具体情况，路基设计应采取有针对性 的措施。
如在地下水位较浅处的路段，应适当提高路基的设计高度， 保证路基具有足够的填土高度，避免毛细水上升的影响。