路基防护与加固

第五章路基防护与加固§5-1概述由岩土所筑成的路基，大多暴露于空间，长期受自然因素的作用，岩土在不利水温条件作用下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；路基表面在温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成干湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软地基承载力不足，易导致路基沉陷。所有这些，均取决于岩土的物理力学性质及自然因素，且与路基承受行车荷载的情况密切相关。合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固，也是不可缺少的工程技术措施。随着公路等级的提高，为维护正常的汽车运输，减少公路灾害，确保行车安全，保持公路与自然环境协调，路基的防护与加固更具有重要意义。实践经验证明，在高等级公路建设中，防护工程对保证公路使用品质、提高投资效益均具有重要的意义。路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固以及湿软地基的加固处治。坡面防护，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。坡面防护设施，不承受外力作用，必需要求坡面岩土整体稳定牢固。简易防护的边坡高度与坡度不宜过大，土质边坡坡度一般不陡于1:1～1:1.5。地面水的径流速度以不超过2.0m/s为宜，水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设施相配合，如在挖方边坡顶部设截水沟，高填方的路肩边缘设拦水埂等。常用的坡面防护设施有植物防护(种草、铺草皮、植树等)和矿料防护(抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等)。前者可视为有“生命”(成活)防护，后者属无机物防护。有“生命”防护以土质边坡为主，无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。堤岸防护与加固主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边旁的防护堤岸等。此类堤岸常年或季节性浸水，受流水冲刷、拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，或水位骤降时路基内细粒填料流失，致使路基失稳，边坡崩坍。所以堤岸防护与加固，主要针对水流的破坏作用而设，起防水治害和加固堤岸双重功效。堤岸防护与加固设施，有直接和间接两类。直接防护与加固设施中包括植物防护和石砌防护与加固两种，常用的有植树、铺石、抛石或石笼等。间接防护主要指导治结构物，如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等，必要时进行疏浚河床、改变河道，目的是改变流水方向，避免或缓和水流对路基的直接破坏作用。改变水流流速、流向和原来状态，可能导致堤岸对面及路基附近上下游遭害，必需慎重1对待，掌握流水运动规律，因势利导，防治结合，综合治理。湿软地基的承载能力较差，如泥沼与软土、低洼的湖(海)相沉积土层、人为垃圾杂填土等，填筑路基前必需予以加固，以防路基沉陷、滑移或产生其他病害。湿软地基加固，规模大，造价高，应注意方案比较，研究技术和经济方面的可行性，力求从简，尽量就地取材。地基加固是路基主体工程的一部分，要结合路基设计(即确定路基标高，选择横断面，决定设施等)，综合处治。湿软地区修筑路基时，地基加固关键在于治水和固结。各种加固方法，可归纳成换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、土工格栅加筋和化学加固等五类。加筋土为土中加入某种能承受一定拉力的筋条或化学纤维，凭籍筋条与填土之间的摩擦作用，提高土的抗剪强度，改善路基抵抗变形的条件。土工布、土工格栅加筋是利用化纤材料织成布或网格，铺在软弱地基或填土层中，亦能收到良好效果。其他还有石灰桩、砂桩与砂井等。湿软地基的加固，亦可采用强夯法，利用重锤的强大冲击力，以达到地基排水固结提高承载能力的目的。§5-2坡面防护一、植物防护植物防护，可美化路容，协调环境，调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面是一种简易有效的防护设施，其方法有种草、铺草皮和植树。土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种，用土工合成材料进行土质边坡防护的边坡坡度宜在1：1.0～1：2.0之间。拉伸网草皮是在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设3～5cm的种植土层，经过撒种、养护后形成的人工草皮。固定草种布（也可称植生带）是在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中，然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒播草种形成草皮的一种边坡防护方法。种草，适用边坡坡度不陡于1：1，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过0.6m/s的边坡。草的品种，应适应当地自然条件，最好是根系发达，中茎低矮，多年生长，几种草籽混种。不宜种草的坡面，可以铺5～10cm厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。当坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度0.6m/s，容许最大速度为1.8m/s时，应根据具体条件(坡度与流速等)，分别采用平铺(平行于坡面)水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮，还可采用片石铺砌成方格或拱式边框，方格或框内再铺草皮，如图5-1所示。2图5-1草皮防护示意图(除已注明尺寸外，其余单位为cm)a)平铺平面；b)平铺剖面；c)水平叠铺；d)垂直叠铺；e)斜交叠铺；f)网格式（图中h为草皮厚度，约5～8cm，a为草皮边长，约20～25cm）铺草皮需预先备料，草皮可就近培育，切成整齐块状，然后移铺在坡面上。铺时应自下而上，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固。草皮根部土应随草切割，坡面要预先整平，必要时还应加铺种植土，草皮应随挖随铺，注意相互贴紧。植树，主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直接冲刷路堤。多排林堤岸与水流方向斜交，还可起挑水改变水流方向的作用。沙漠与雪害地区，防护林带还起阻沙防雪作用。树木的品种与种植位置及宽度，应根据防护要求、流水速度等因素，参见有关设计手册、结合当地经验而定，城市或风景区的植物防护，应与有关部门协调配合。二、矿料防护当不宜使用植物防护或考虑就地取材时，采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。这些形式各自适合于一定条件。抹面防护，适于石质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完整，尚未剥落，如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予以封面，以预防风化成害。常用的抹面材料有石灰浆等，其中石灰为胶结料，要求精选。混合料如加纸筋或竹筋，可提高强度，防止开裂；如掺加适量制盐副产品卤水，因含有氯化钙与氯化镁，可使抹面加速硬化和预防开裂。抹面用料的配合比与用量，参见有关手册。抹面厚度视材料与坡面状况而定，一般2～10cm。操作前，应清理坡面风化层、浮土与松动碎块、填坑补洞，洒水润湿。抹面后，应拍浆、抹平和养生。喷浆施工简便，效果较好，适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚度一般为5～10cm。喷浆的水泥用量较大，重点工程可选用。比较经济的砂浆是3用水泥、石灰、河砂及水，按重量比1：1：6：3配合。喷浆前后的处治，与抹面相同。对坡面较陡或易风化的坡面，可以在喷浆前先铺设加筋材料，加筋材料可以用铁丝网或土工格栅，喷浆坡面应设置排水孔。比较坚硬的岩石坡面，为防水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小，分别予以灌浆、勾缝或嵌补等。上述防护方法，可以局部处治，综合使用，并与放缓边坡等方法加以比较，力求实用和经济。如果在坡面防护时着色或修饰，还有助于改善路容。路基坡面为防止地面水流或河水冲刷，可以使用干砌片石护面，图5-2所示为浸水路堤单层或双层护面示意图。重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡，以及桥涵附近坡面与岩坡、地面排水沟渠等，亦可干砌片石加固。片石护面，要求坡面稳固，先垫以砂层，然后自下而上平整地铺砌片石，片石应逐块嵌紧且错缝，护面厚度一般不小于20cm，干砌要勾缝，必要时改用浆砌，护面顶部封闭，以防渗水。图5-2片石护面示意图a、b)单层；c、d)双层（图中H为干砌石垛高度，约20～30cm，h为护面厚度，大于20）护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。要求墙面紧贴坡面，表面砌平，厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面墙除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墙背土压力。其构造与布置，如图5-3所示。墙高与厚度及路堑边坡的关系，参见表5-1。护面墙高一般不超过10m，可以分级中间设平台，墙背可设耳墙，纵向每10m设一条伸缩缝，墙身应预留泄水孔，基础要求稳固，顶部应封闭。墙基软硬不匀，可设拱跨过软弱地基。坡面常有各种不同地质现象，开挖后形成凹陷，应以石砌圬工填塞平整，称为支补墙。以上构造的具体要求与尺寸，均可参考有关设计手册。4图5-3护面墙示意图(单位：m)a)双层式；b)单层式；c)墙面；d)拱式；e)混合式1-平台；2-耳墙；3-泄水孔；4-封顶；5-松散夹层；6-伸缩缝；7-软地基；8-基础；9-支补墙；10-护面墙护面墙的厚度表5-1护面墙厚度(m)护面墙高度H(m)路堑边坡顶宽b底宽d≤21：0.50.400.40≤6陡于1：0.50.400.40+0.10H6H≤101：0.5～1：0.750.400.40+0.05H10H151：0.75～1：10.600.60+0.05H§5-3冲刷防护一、直接措施为了防止流水直接危害沿河、滨海路堤以及有关海河堤坝护岸的堤岸边坡和坡脚，必须采取一定的防止冲刷的措施。堤岸防护直接措施，包括植物防护、石砌防护或抛石与石笼防护，以及必要时设置的支挡(驳岸等)。其中植物防护与石砌防护，同坡面防护所述基本类同，但堤岸的防冲刷主要原因是洪水急流，水位变迁不定，水流速度较大，相应的要求更高。盛产石料的地区，当水流速度达到3.0m/s或更高时，植树与石砌防护无效时，可采用抛石防护。当水流速度达到或超过5.0m/s时，则改用石笼防护，也可就地取材，用竹笼或梢料防护，必要时可以采用土工织物软体沉排护坡。抛石防护，类似在坡脚处设置护脚，亦称抛石垛，如图5-4所示。抛石不受气候条件限制，路基沉实以前均可施工，季节性浸水或长期浸水亦均可用。抛石垛的边坡坡度，不应陡于抛石浸水后的天然休止角，边坡率m1一般为1.5～2.0，m2为1.25～2.0；石料粒径视水深与流速而定，一般为15～50cm。5图5-4抛石防护示意图(单位：m)a)新堤石垛；b)旧堤石垛石笼是用铁丝编织成框架，内填石料，设在坡脚处，以防急流和大风浪破坏堤岸，也可用来加固河床，防止淘刷。铁丝框架可以箱形或圆形，如图5-5中a)和b)。笼内填石的粒径，最小不小于4.0cm，一般为5～20cm，外层应用大且棱角突出石料，内层可用较小石块填充。石笼在坡脚处排列，用于防止冲刷淘底时，应平铺并与坡脚线垂直，而且堤岸一端固定，另一端不必固定，淘刷后可以向下沉落贴于底面；用于防止堤岸边坡冲刷时，则垒码平铺成梯形，如图5-5c)和d)。单个石笼的大小，以不被相应速度的水流冲动为宜，铺设时须用碎(砾)石垫层铺平，底层各角，可用铁棒固定于基底。图5-5石笼防护示意图(单位：m)a)箱形笼；b)圆柱形笼；c)防止淘底；d)防护岸坡土工织物软体沉排是在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡结构。土工织物软体沉排一般适用于水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸坡土面上。其主要有单片垫和双片垫两种结构形式。单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体；双片垫是将两块单片垫重叠后按一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成管状或格状空间，其中再填充透水性土石料（如砂卵石等），起到防冲与反滤的作用，双片垫的结构型式如图5-6所示。图5-6双片垫型式土工模袋是一种双层织物袋，袋中充填流动性混凝土或水泥砂浆或稀石混凝土，凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。其主要应用场合及铺设型式如图65-7。土工模袋材料应满足表5－2的技术要求，