5第五章路基防护与加固

第五章路基防护与加固基本内容§5-1概述§5-2坡面防护§5-3冲刷防护§5-4软土地基加固路基的防护与加固是保证路基强度与稳定性的必要措施。防护的重点：路基边坡，特别是不良地质与水文地段及沿河路基的边坡；路肩表面；同路基稳定性直接有关的近旁河流与山坡。§5-1概述一、防护与加固的意义路基防护与加固的意义是：对维护正常的交通运输，确保行车安全，保证公路使用品质，提高投资效益，以及保持道路与自然环境协调。二、路基防护与加固分类按防护与加固的目的与作用分类：1、坡面防护－－保护路基边坡表面，以防受到自然因素的破坏（雨水冲刷、干湿及冷热循环作用，以及表面风化等）2、冲刷防护（堤岸防护与加固）－－主要使沿河路堤，不致受到水流的冲刷、淘空和浸软。3、支挡建筑－－指各类挡土墙，主要用以防止路基变形或支挡路基本体以保证其稳定性。4、地基加固－－指提高湿软地基的承载能力的措施。三、防护与加固的区别防护工程－－防止冲刷和风化，主要起隔离作用的措施。加固工程－－防止路基坍滑，主要起支撑作用的支挡结构物。区别：防护工程主要用于路基本身稳定，即防护工程本身没有或很少有承受外力作用的能力。加固工程主要用于路基本身不稳定，即本身具有承受外力作用的能力。路基防护分类图、改道等）河道整治（疏浚、理顺坝、格坝等）导流构造物（丁坝、顺间接防护抛石、梢料和石笼板、土工织物砌石护坡、混凝土预制护面墙、挡土墙直接防护冲刷防护勾缝与灌浆喷浆抹面、捶面工程防护植树铺草皮植草植物防护坡面防护路基防护－各种各样的防护与加固工程四、路基防护与加固的原则因地制宜，综合治理；预防为主，防治结合；对于主要隐患和地下害源（如软弱基底和有害的地下水源等），宜先治患后筑路；对于某些附属设施，如坡面防护或路基用地范围以外的防护与加固设施，按其轻重缓急，分期实施，逐步完善；各项工程技术措施，尤其是造价高、工程技术复杂的措施，应作方案分析比较，讲究实效和经济效益；注意环境，配合景观，增进路容的美化与协调。§5-2坡面防护路基边坡表面的防护：主要是防止地面水流的冲刷，而且将坡面封闭隔绝，可以避免与大气直接接触，阻止岩土进一步风化破坏。沿河路基的坡面防护：特别是浸水部分的坡面与坡脚防护兼有加固的作用，可防止水流的冲刷、冲击和淘空。干旱地区的路基坡面防护：主要目的在于防止风蚀或积沙。坡面防护设施，本身不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体稳定。坡面防护的前提：要求路基应有适合于边坡土质的断面形式及稳定边坡坡度。坡面防护设施有：植物防护（生命防护）和矿料防护（无机物防护）各种坡面防护一、植物防护植物防护（包括植草、铺草皮和植树）主要适用于较缓的土质或严重风化的岩质边坡。植物防护的原理：依靠比较发达的根系，深入土层，使表土固结；植物茎叶覆盖坡面，可以调节表土的湿度，保持湿润，防止扬尘风蚀；植被阻滞地面迳流，阻止冲刷，有利水土保持。植物防护的种类：1、种草：2、铺草皮：3、植树：二、工程防护工程防护－－采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。主要采用隔离原理防止风化。1.灌缝：借助灰浆的粘结力，使坡面胶结成整体，防止岩块坠落或坍塌；同时阻止雨水及有害杂质浸入缝穴，以防边坡失稳破坏。2.勾缝：防止坡面水流入缝隙而引起病害。3.喷浆：将表面封闭，阻止面层风化，以防止边坡剥落和零星碎落。4.抹面：将表面封闭，阻止面层风化，以防止边坡剥落和零星碎落。5.护面墙：浆砌片石坡面覆盖层。6.砌石防护（干砌和浆砌）：防止地面水流或河水冲刷。§5-3冲刷防护冲刷防护包括直接防护和间接防护。直接防护－－加固堤岸边坡。间接防护－－改变水流性质。冲刷防护的前提是搞好事前的水文地质勘察，亦包括风浪作用及附近河段两岸现状的有关资料收集。一、直接防护直接防护－－指对河岸或路基边坡所采取的直接加固措施。目的：抵抗水流的冲刷和淘刷作用。特点：尽可能不干扰或很少干扰原来的水流性质，对防护地段的上下游及河对岸影响轻微，要求防护措施的本身应有足够强度和稳定性。是被动式防护。适用条件：水流速度较缓，流向与堤岸接近平行或在宽阔的河滩、凸岸、台地边缘等水流破坏作用较弱地段优先选用。直接防护包括：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）。植物防护、石砌防护（同前，但要求高）；抛石：适用于水流方向较平顺，无严重局部冲刷而被水浸的路堤边坡和河岸；石笼：适用于受洪水急流冲刷和风浪侵袭的地段；浸水挡土墙：在峡谷急流地段，为防止路基挤占河床。二、间接防护间接防护－－采用导流或阻流的方法，改变水流性质或者迫使主流流向偏离被防护的路段；可减小流速，缓和水流对被防护路段的作用；改变河槽冲刷和淤积部位；以及必要时改变河道等措施均属于间接防护。特点：间接防护建筑物均侵占一部分河床断面，因而不同程度上压缩和紊乱原来的水流，使得冲刷部位受到特别强烈的冲刷和淘刷作用，因此这部分应有比较坚固的加固措施。主动防护或转移冲刷目标。设施：丁坝、顺坝或格坝改河。丁坝（挑水坝）：坝根与河岸相连接，坝头伸向河槽，与水流成一角度。作用：将水流挑离河岸或路基，改善流态。顺坝（导流坝）：坝根与河岸相连接，坝身与导流线基本重合。作用：导流、束水、调整流水曲线，改善流态。格坝：在平面上成网格状，设与顺坝与堤岸之间。作用：防止高水位时水流溢入冲刷坝内岸坡或坡脚，并促进格间的淤积。§5-4地基加固在路堤设计时应考虑：1.地基的承载力是否足以保证路堤的稳定性；2.由压缩性土的固结变形而引起的路堤沉降（沉降量和沉降速率）是否影响路基路面结构的正常使用及其使用寿命。为提高路堤稳定性或减少沉降量或加速固结，需要采取的地基处理措施。进行路堤稳定性或沉降分析以及选择地基处理措施应考虑：1.地基条件－－地层的生成类别、成层状态、排水条件、各土层的土性指标（物理特性、固结特性和强度特性）；2.施工条件－－路堤形状、工程进度要求、填料性质、沿线环境和用地限制等；3.道路条件－－道路性质、容许剩余沉降量和要求的安全系数等。地基处理方法分类：1.沉降处理－－包括加速固结沉降和减小总沉降量两方面：加速固结沉降可采用加载预压、竖向排水（砂井或芯板排水）和挤实砂桩等方法。减小总沉降量可采用挤实砂桩、石灰（或水泥）桩、换填好土等方法。2.稳定处理－－采用换填土、反压护道、挤实砂桩、石灰（或水泥）桩等措施增加抗滑阻力。各种地基处理方法一、砂垫层法砂垫层－－在软土地基上铺设厚度为0.5~1.2m的砂层。作用：1)作为软土层固结所需要的上部排水层（配合其它固结排水措施）；2)作为路堤内的底部排水层，以降低路堤内水位或疏干路堤内湿度；3)改善路堤和地基处理工程施工时的机械作业条件；4)软土层薄时，单独用作地基处理（固结排水）措施。材料：以透水性好的砂或砂砾为宜。垫层处理方法二、换填土法换填土法－－用好土（强度较高和透水性好的材料）全部或部分替换软土的方法。作用：提高地基的承载力和降低沉降量。施工方法：开挖和强制挤出。开挖方法：全部开挖换填－－在路堤全宽范围内将需要处理的软土层挖除，并置换以好土。适用于软土层厚度为3m以内，路堤需在短期内填筑完成的情况。换填土施工部分开挖换填－－仅挖除表层最软弱部分的软土，换填以好土，使沉降量减少到可接受程度（挖填深度为2m以内）。强制换填法－－利用路堤填土重力将软土从路堤下向两侧或前方挤出；或者将炸药装入软土层内，通过爆破将软土挤出。换填材料：宜选用排水性能好，处于地下水以下能保持有足够承载力的砂、砂砾及其它粗粒料。三、反压护道法反压护道－－当路堤填筑高度超过地基不作处理时所能容许的安全高度（极限高度或临界高度）时，路堤和软土层达不到要求的滑动破坏安全系数。可在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道。作用：利用护道的填土重量增加稳定力矩，以平衡主路堤的滑动力矩。适用条件：路堤高度不大于（5/3~2）倍极限高度的情况。四、分阶段施工分阶段施工－－路堤填筑到一定高度，放置一段时间，再进行第二阶段的施工，重复多次，填到设计高度为止。原理：利用土的固结特性。适用条件：在软土层初始剪切强度太低，不足以保证路堤稳定性时，采用分阶段施工方法。但总工期很长，特别是土固结很慢的情况下。同时，这种方法有一最大限度的填土高度，超出此高度，分阶段施工仍然不能保证路堤的稳定性。五、超载预压法超载预压法－－路堤填筑到超过设计标高的高度，使软土地基受到超载的作用而加速固结沉降。目的：较早地达到设计路堤荷载的沉降量，并减少路面铺筑后的剩余沉降量（控制在容许范围内）。其它方法：采用真空预压法或降低地下水位法等。六、竖向排水固结法竖向排水固结法－－在地基内设置排水井，缩短排水距离，加速固结排水。目的：运用堆载预压，挤出土中的过多含水，达到挤紧土粒和提高强度。适用条件：均匀的厚粘土层而渗透性小、路堤较高。排水材料：砂、预制芯板等。七、挤密桩法和加固土桩法挤密桩－－用冲击或振动方法，将砂或碎石等粒料挤入软土地基内，形成直径较大的桩体，并同原地基一起形成复合地基。作用：1)使桩周围的土体变密实；2)支承路堤很大一部分重量；3)加速周围软土的固结；4)防止液化（砂土地基时）。石灰桩－－采用螺旋钻在软土层内开孔或用末端闭合式套管压入软土层内，而后将水泥、生石灰、粉煤灰等加固材料灌入孔内，利用加固材料的吸水消解和生成水化物等，降低周围粘性土中的含水量，从而提高地基的强度和减小沉降量。挤密桩法和加固土桩施工现场喷射粉体搅拌法深层拌合法八、重锤夯实法重锤夯实法－－以钢筋混凝土制成截头圆锥体（底部垫钢板），重量宜1.5吨左右，落高2.5~4.5m，对地基进行夯实（8～12遍）。适用条件:地下水位0.8m以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。目的：提高地基表层土的强度。强夯法（动力固结法）－－以8~12t（甚至200t）的重锤和8~20m（最高达40m）的落距，对地层表面进行强力夯击，利用冲击波和动应力使地基土密实，达到加固的目的。重锤夯实施工现场九、化学加固法化学固结法－－利用化学溶液或胶结剂，采用压力灌注或搅拌混合等措施，使土颗粒胶结起来，达到对土基加固的目的。目前采用的化学溶液有：1)以水玻璃溶液为主的浆液2)以丙烯酸氨为主的浆液3)水泥浆液4)以纸浆溶液为主的浆液工艺有：注浆法－－利用机械压力将浆液通过注入管，均匀注入地层，浆液以填充和渗透方式，排挤土粒间或石隙中的水分和空气，占据其位置，一定时间后，浆液凝固，可使原土层或缝隙固结成整体。旋喷法和深层搅拌法本章习题一、名词解释1.排水固结法2.换填土层法3.重锤夯实法4.坡面防护5.堤岸防护6.冲刷防护7.强夯法8.化学加固法二、思考题1.路基防护与加固的目的和意义是什么？2.路基直接防护与间接防护主要有哪些区别？3.路基防护与加固工程，按作用不同，可分为哪几类？4.试述植物防护的作用、类型及适用条件。5.试述工程防护的作用、类型及适用条件。6.试述堤岸防护与加固的用途及措施。7.试述换填土层法、砂井堆载预压法的原理。8.常见的地基加固的方法主要有那些？各适用于什么场合?