路基沖刷防護

1、路基沖刷防護第一節(jié)概述一、沖刷作用的形成條件 沿河及水庫地區(qū)鐵路由于地形地質(zhì)條件及工程設(shè)置要求的限制，大多依山傍水順著河谷或水 庫岸邊行進。此時濱河路基、河灘路基及水庫地區(qū)路基往往由于侵占河床、壓 縮過水面積或阻擋 水流， 改變水流方向和速度，從而形成水流對河床、岸坡或建筑物根底的經(jīng)?；蛑芷谛詻_刷作用，影響路基的穩(wěn)定與平安。、沖刷防護原理 本章所述的沖刷防護，專指河道、水庫水流的沖刷防護，不包含雨水等漫流表水對坡面的沖 刷防護，此局部內(nèi)容列入第六章“路基坡面防護中。沖刷防護的原理就是根據(jù)水流的動水壓力、波浪和壅水高及沖刷作用等水流特性，結(jié)合線路 位置 及地形地質(zhì)因素，設(shè)置合理、適宜及足夠鞏固的

2、沖刷防護工程，使其滿足適應(yīng)水流性質(zhì)和抵 抗水流的破 壞作用的要求，防止岸坡及根底因沖刷作用而失穩(wěn)，從而確保線路路基的穩(wěn)定和運營 平安。第二節(jié)設(shè)計原那么、沖刷防護工程類型的選擇原那么路基沖刷防護工程，一般分為直接防護、間接防護和改移河道三種類型。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)以下原那么選用適當(dāng)?shù)念愋汀?一) 直接防護 在寬闊的河灘、凸岸、臺地邊緣及流速不大，流向與河岸接近平行等水流沖刷作用 較弱的地 段或山區(qū)河谷狹窄，以下蝕為主的V形河谷地段，應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置直接防護。防護工點的范圍應(yīng)根據(jù)最不利水位時水流的趨勢來決定，要包括所有可能受水流沖刷的地段。工點兩端均應(yīng)有足夠的長度嵌入穩(wěn)定的河岸或路基邊坡內(nèi)，并與河流上下游

3、建筑物平順銜接，防止惡化水流條件。路堤邊坡與河岸岸坡的沖刷防護工程類型及其適用條件，根據(jù)表7 1采用。沖刷防護工程常用類型及適用條件表7 1防護類型結(jié)構(gòu)形式適用條件考前須知容許流速(m/s )水流方向，河道地貌等植物防護鋪草皮1.21.8水流方向與線路近乎平行； 不受各種 洪水主流沖刷的淺灘地段路堤邊坡防 護種植防水林，掛柳有淺灘地段的河岸沖刷防護干砌片石護坡單層厚0.250.35m ;雙層厚: 上層0.250.35m，下層 0.25m23水流方向較平順的河岸灘地邊緣； 不 受主流沖刷的路堤邊坡； 無漂浮物和 滾石的河段應(yīng)設(shè)置墊層漿砌片石 護坡厚 0.3 0.6m48主流沖刷及波浪作用強烈處的

4、路堤 邊坡有凍脹變形 的邊坡上應(yīng) 設(shè)置墊層。 有流木、流 冰、滾石時， 應(yīng)適當(dāng)加厚混凝土護 坡厚 0.08 0.2m拋石石塊尺寸根據(jù)流速、波浪大小 計算，不宜小于0.3m3水流方向較平順， 無嚴(yán)重局部沖刷的 河段；已浸水的路堤邊坡與河岸拋石厚度 不應(yīng)小于 石塊尺寸之 兩倍石籠鍍鋅鐵絲制成箱形或圓形， 籠內(nèi)裝石塊4 5受洪水沖刷但無滾石河段和大石料 缺乏地區(qū)大型砌塊2m X 2m X 2m3m X 3m X 2m5 8受主流沖刷嚴(yán)重的河段常與腳墻配 合使用浸水擋土 墻5 8峽谷急流和水流沖刷嚴(yán)重的河段土工合成材料防護土工織物沉枕4 5受洪水沖刷深水急流和浪大處的護 坡護底工程土工格柵和土工網(wǎng)石籠

5、土工膜袋< 1.5不受主流沖刷的路堤邊坡，邊坡不陡于1 :1二間接防護 在河床寬闊，沖刷和淤積大致平衡，水流方向易于改變并且有設(shè)置導(dǎo)流建筑位置的 河段，可 采用間接防護。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)河道的地形地質(zhì)條件和演變規(guī)律，規(guī)劃好導(dǎo)治線，要防止對上下 游 和對岸的建筑物和農(nóng)田的沖刷加劇。三改河工程 為了將直沖路基的水流引開以防止水流對路基的危害，或為了防止鐵路路基過多占 用河道加 劇水流沖刷，除作好沖刷防護外，必要時可考慮改移河道。改移河道應(yīng)根據(jù)水流特性及河道演 變規(guī)律，順應(yīng)河勢，慎重對待。當(dāng)防護地段很長，河道水流性質(zhì)變化較大的地段，可采用不同的防護類型，合理布置進行設(shè)計，但應(yīng)注意銜接平順。在可能發(fā)

6、生風(fēng)浪的寬深河流上，還須對波浪的沖擊破壞作用進行校核。二、沖刷防護設(shè)計的有關(guān)要求一水文及地質(zhì)資料沖刷防護設(shè)計應(yīng)在充分收集工點范圍內(nèi)的低水位、中水位和設(shè)計洪水位及在這些不同水位時 的流向、流速、流量等水文資料和河灘、岸坡的地形地貌、地層巖性、穩(wěn)定狀態(tài)及河流的沖刷、淤積情況的根底上進行。二防護高度直接防護工程頂面和間接防護的高水位壩壩頂高程，應(yīng)為設(shè)計水位加波浪侵襲高加壅水高加0.5m ；橋頭的河灘路堤，當(dāng)水流縱坡較大、河灘較寬時，尚應(yīng)計及橋前水面橫坡所形成的附加高度。間接防護的漫水式中水位壩及低水位壩，其壩頂高程一般應(yīng)高出相應(yīng)的設(shè)計中水位及低水位高程。當(dāng)河道比擬狹窄且風(fēng)速不大時，一般可不計算波浪侵

7、襲高。三根底處理 沖刷防護工程應(yīng)加強根底處理?；茁裆顟?yīng)在沖刷深度以下不小于1.0m或嵌入基巖內(nèi)。當(dāng) 沖刷深度較深，水下施工困難時，可采用樁基、沉井根底或適當(dāng)拋石、石床、潛壩、混凝土塊板和石籠等平面防護建筑。第三節(jié)常用直接防護類型及其設(shè)計直接防護是對河岸或路基邊坡的直接加固，用以抵抗水流的沖刷和淘刷作用。其特點是對原水流的干擾很小，但因防護工程直接受水流沖刷，因此必須具有足夠的鞏固性和穩(wěn)定性，經(jīng)受住最不利情況的考驗。直接防護建筑物種類很多，主要是根據(jù)防護工程所在位置的流速、河床地質(zhì)情況、建筑材料來源，以及所防護工程的重要性而定。直接防護的設(shè)計，宜盡量不壓縮或少壓縮水流斷面，以減少一般沖刷。在水

8、流頂沖或斜沖地段，防護建筑物的迎水面邊坡有條件時應(yīng)適當(dāng)放緩，以減輕局部沖刷。一、植物防護一草皮護坡草皮是土的堅實表層，其中草根盤根錯節(jié)，是天然的防護材料。適用于水流速1.8m/s地段 的河岸防護。草皮護坡一般采用疊砌方法，可用臺階式的疊砌見圖7 4a或豎立式的疊砌 見圖74b。草皮尺寸為25 X 40cm，厚為1015cm，疊砌前先平整坡面，將草皮磚緊貼坡面，并用柳枝尖樁或竹、木尖樁將草皮磚釘住，樁長為0.30.5m。在坡腳局部，一般鋪草皮磚23層，伸出坡腳外的寬度可視具體情況決定，但不小于1.0m，鋪砌層的外表應(yīng)與地面齊平。b豎立式疊砌圖7-4疊鋪草皮護坡斷面圖二植樹防護在河岸或路基外側(cè)種植

9、防水林是一種有效而又很廉價的沖刷防護措施，適用于水流速1.21.8m/s地段的河岸防護。能長期經(jīng)受水淹而成活。林中的樹木宜成行栽植，當(dāng)水流流速在1.0m/s以內(nèi)時， 可用單棵插枝法;當(dāng)流速在1.0m/s以上時，宜用成束插枝法每束 意56棵。插枝應(yīng)插在預(yù)先挖好的小圓穴內(nèi)并注 培土。防水林的行距可用0.81.5m，棵距可用 沿河岸或路基坡腳，宜采用灌木與喬木間植，使泥沙淤積，防止坡腳被沖刷。用于防水林最適宜的樹種是楊柳類的喬木和灌木。其特點是生長快，根系興旺，枝梢茂密， 在河岸上植樹，應(yīng)在離岸邊有適當(dāng)距離而不易被水流淘刷到的地方。二、干砌片石護坡用于河漫灘或階地邊緣，受季節(jié)性浸水的路基邊坡防護。適

10、用于水流較平順，不受主流沖刷且流速為23m/s的地段。護坡的厚度按水流速度或波浪大小的計算決定。其結(jié)構(gòu)形式為單層厚 0.250.35m，雙層厚：上層 0.250.35m，下層 0.25m。為了防止護坡下的邊坡細(xì)粒土被水流淘刷和增加護坡的彈性，以抵抗外力的沖擊作用，應(yīng)在護坡面層與邊坡土之間設(shè)置 12層的砂、礫石墊層，墊層厚 0.10.15m。干砌片石護坡應(yīng)在邊坡填土沉降根本完成后進行，護坡砌筑前應(yīng)將邊坡夯實平整，砌筑時石塊要互相嵌緊。 護坡根底應(yīng)按可能的最大沖刷妥善處理，當(dāng)沖刷深度在1.0m以內(nèi)時， 可用墁石基 礎(chǔ)。當(dāng)沖刷深度大于 1.0m時，宜采用漿砌片石腳墻根底，并要求將根底埋置在沖刷線以下

11、。 如圖7 - 5b雙層干砌片墊層；1 5-2 5卜pn喝汗酋訂直礎(chǔ) : hF刷麋度圖7-5干砌片石護坡及根底布置斷面漿砌片石腳墻基礎(chǔ)回填片石干砌片石垛一般與干砌片石護坡配合使用。用于水流方向較平順的河岸灘地邊緣或不受主流沖刷且水流流速為1.83m/s的路堤邊坡防護，適用于枯水期施工。干砌片石護坡的防護高程為設(shè)計水位+波浪侵襲高 +壅水高+0.5m，干砌片石垛高度一般控制在 3.0m以內(nèi)，頂寬不小于 1.0m ,可通過穩(wěn) 定分析計算確定。 其外側(cè)坡率1 : 1.5，內(nèi)側(cè)坡率1 : 0.75，片石之間應(yīng)嵌緊增加其穩(wěn)定性。片石垛與填土接觸面局部，應(yīng)設(shè)卵礫石墊層與砂礫石墊層，各厚0.15m。如圖7

12、6。%.0o0.2'5T憶、漿砌片石護坡其容許流速為用于經(jīng)常浸水且受主流沖刷及波浪作用強烈的路基邊坡和河流或水庫岸坡的防護4 8m/s 。護坡應(yīng)選用較堅硬、耐凍、未風(fēng)化，其飽和抗壓強度不小于30MPa，尺寸不小于 0.15m的石料，采用M7.5水泥砂漿砌筑。要求鋪設(shè)在有足夠密實度而不易發(fā)生不均勻沉陷的邊坡上。為了使邊坡均勻受力并增加護坡的彈性，在護坡下設(shè)置厚0.10.15m的卵礫石墊層。漿砌片石厚度根據(jù)流速或波浪在邊坡上所產(chǎn)生的上舉力確定，可按下式計算:s0cos7 13 式中d護坡厚度m;S片石砌體的重度kN/m 3;0 水的重度kN/m 3;PS作用于護坡上的上舉力kPa； 護面斜

13、坡的坡度角。此種護坡應(yīng)設(shè)置伸縮縫，以消除或減小其中的溫度應(yīng)力。一般每隔1015m設(shè)置一道，縫寬23cm，用瀝青麻筋或瀝青木板填塞。為了減小護面背后的滲透壓力及排泄護坡背后的積水，在護坡上設(shè)置交錯排列直徑為$ 10cm的泄水孔。漿砌片石護坡根底宜采用腳墻根底，必要時輔以適當(dāng)?shù)钠矫娣捞源胧Ｋ?、混凝土板護坡功用大致與漿砌片石相同，并能抵抗更大一些的波浪作用和冰壓力，其容許流速波48m/s ,浪高2m以上。結(jié)構(gòu)形式如圖 7 8。圖7-8混凝土板護坡斷面示意圖混凝土板護坡通常由預(yù)制成適當(dāng)大小的方塊并配置一定的構(gòu)造鋼筋拼鋪而成。每塊尺寸按所 經(jīng)受的荷載計算確定，其最小厚度不宜小于6cm。為了抵抗較強烈的

14、水流或波浪或流冰的作用，如V 6m/s，那么板塊宜設(shè)計成 2 X 1m或2 X 2m，厚0.2m0.3m的大型塊狀。這樣相鄰板塊間可 不 必聯(lián)結(jié)，只要靠緊鋪設(shè)，砌縫寬 12cm，用瀝青麻筋或瀝青木板填塞。如無吊裝機具，也可就 地 分塊立模灌注。為了減小水流和波浪的上舉力，可在預(yù)制塊板上留出泄水孔眼，孔眼大小應(yīng)不大于塊板墊層顆粒的粒徑。因為混凝土板塊對于其下臥土層的不均勻沉降特別敏感，故必須在夯實平整的邊坡上鋪設(shè)，按反濾層要求設(shè)計的墊層，其厚度一般采用：對于枯燥的邊坡為1015cm，對于較濕的邊坡為20 30cm。板塊材料，在非嚴(yán)寒地區(qū)用C15混凝土，嚴(yán)寒地區(qū)用C20混凝土。 其它有關(guān)根底處理，

15、護坡厚度的計算，可參照漿砌片石護坡進行。五、拋石防護用于經(jīng)常浸水且水深較大地段的路基邊坡防護，防洪搶險時更為常用。在缺少石料的地區(qū)，也可用預(yù)制混凝土塊作為拋投材料。石料應(yīng)選用質(zhì)地堅硬，耐凍且不易風(fēng)化的石塊。為了使拋石堆有一定的密實度，宜采用不小 于計算尺寸且大小不同的石塊摻雜拋投。為了增加拋石防護的穩(wěn)定性，拋石堆的水下邊坡不宜陡于1 : 1.5，當(dāng)水深和流速較大時，可放緩至1 : 21 : 3。拋石堆的頂面寬度不應(yīng)小于最小石塊尺寸的兩倍。鐵路上常用的拋石防護形式如圖7 9及7 10。當(dāng)路基填料為土質(zhì)時，應(yīng)在拋石與路基填土之間加設(shè)卵礫石反濾層，厚0.50.8m。如路基坡腳浸水較深，反濾層分層設(shè)置

16、有困難時，可將卵石與礫石土混合為一層，順邊坡傾填作為反濾層。圖7-9新建路基拋石防護斷面圖六、石籠防護石籠防護為半永久性建筑物，用以防護河岸或路基邊坡的沖刷，可用于較陡的邊坡，容許流速為45m/s，容許波浪高1.51.8m。適用于受洪水沖刷但無滾石河段和大石料缺乏地區(qū)。也宜用于防洪搶險。石籠防護的優(yōu)點是具有較好的強度和柔性，但不需用較大的石料。當(dāng)水流中含有大量泥砂時，石籠中的孔隙將很快被淤滿而形成鞏固的整體護層。其缺點是鐵絲網(wǎng)會被銹蝕，以致石籠解體，因此其使用期限約為 812年鍍鋅鐵絲網(wǎng)或35年普通鐵絲網(wǎng)。用于防護岸坡時，一般采用壘砌形式，只有當(dāng)邊坡等于或緩于1 : 2時才可用平鋪形式。用于防

17、護根底淘刷時，一般采用在河床上平鋪并與坡腳線垂直的形式，其鋪設(shè)長度宜不小于河床沖刷深度的1.52倍。用于壘砌的石籠宜用長方體，用于平鋪的石籠宜用扁長方體，用于防洪搶險的石籠一般采用 有骨架的圓柱體或無骨架的網(wǎng)袋。如圖7 137 16。單個石籠的重量以不被水流或波浪沖移為原那么。為了平安穩(wěn)固，施工時應(yīng)將所有單個石籠用鐵絲捆扎，使之成為一個整體。石籠網(wǎng)可用鍍鋅鐵絲或普通鐵絲編織，有規(guī)那么形狀的石籠一般用直徑為68mm的鋼筋組成 框架，然后編織網(wǎng)格。 網(wǎng)格形狀以六角形為好， 其尺寸常用8 X 10cm或10 X 12cm，鐵絲直徑可選 用 護34mm。編織網(wǎng)格時宜用雙結(jié)，以防網(wǎng)孔變形。圖7-14長方

18、體石籠立體及展示圖長方體石籠圖7-13長方體石籠防護布置斷面圖r=6mm圓柱體石籠立體圖L=3.0m圓柱體石籠展示圖圖7-16圓柱體石籠立體及展示圖石籠的斷面尺寸，長方體一般采用寬b=13m，高h(yuǎn)=1.0m，長L=23m。圓柱體一般采用直徑d=1.0m，長L=3.0m。底層扁長方體石籠的一端的上下縱向主骨架筋可做成掛環(huán)為錨定石籠用。骨架筋的連接宜采用環(huán)繞其自身緊纏三圈的扭結(jié)，以防石籠受力下垂時被拉散?；\蓋和籠體的連接以及相鄰石籠之間的連結(jié)，沿連接線每隔0.2m用鐵絲對折成雙繞兩圈，并將鐵絲扭三個花，以保證其連接牢固。有底無蓋或有蓋無底的石籠，可用于多層石籠的中間部位。鋪設(shè)石籠的地基應(yīng)先平整，夯

19、實，必要時應(yīng)以卵、礫石或碎石整平，其厚度可用0.20.4m。石籠內(nèi)填充石料應(yīng)選用堅硬不崩解，未風(fēng)化的卵石、塊石。塊徑應(yīng)大于網(wǎng)孔尺寸，裝籠必須全部碼砌、塞嚴(yán)，兩層石籠接觸面應(yīng)平整，嚴(yán)防片石棱角砸斷鐵絲而使整個石籠損壞。貼近網(wǎng)孔外層應(yīng)用較大尺寸的石塊仔細(xì)碼砌并使石塊的掛角突出網(wǎng)孔以外，這樣可以起到保護鐵絲網(wǎng)的作用。為了施工方便，一般宜于枯水季節(jié)施工。七、浸水擋土墻防護在山區(qū)狹谷地段，當(dāng)水流對路基的沖刷特別嚴(yán)重而由于地形限制又不宜設(shè)置其它類型的防護時，可采用擋土墻進行防護。其容許流速V=58m/s，并能抵抗較強烈的波浪和流冰的沖擊。擋土墻設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)墻背填料性質(zhì)，浸水條件，以及所采用的墻型，按浸水

20、擋土墻設(shè)計。墻身設(shè)護坡材料一般采用 M10水泥砂漿砌片石或 C15混凝土。如設(shè)計洪水位高于墻頂，應(yīng)在墻頂以上加防護用的擋土墻斷面如圖7 17所示。八、根底防沖防淘建筑物 直接防護工程中，防護建筑物根底往往受到嚴(yán)重淘刷。一般要求把建筑物根底埋置在沖刷線 以下的穩(wěn)定地層內(nèi)。 當(dāng)沖刷線較深， 施工有困難時， 那么采用在建筑物基 礎(chǔ)前緣設(shè)置平面防護措施，以保護其穩(wěn)定平安。常用的根底防護措施有下述幾種。一 石籠 采用石籠來防護根底的淘刷，適用于流速V=45m/s的河岸。 用于河岸坡腳的防護如圖7 23所示，是在河岸坡腳采用長方體石籠砌筑成岸坡護腳予以防護。對路堤坡腳的防護，那么一般是在防護坡腳處設(shè)置一小

21、型漿砌片石腳墻，墻高12m，再在腳墻外將石籠平鋪于河床外表，并采用木樁或舊鋼軌將石籠固定。其鋪設(shè)長度不小于沖刷深度的兩倍二 四面體 作為根底防淘措施，混凝土四面體多與防護腳墻共同使用， 適用于流速 河岸防護。四面體平面大樣圖和防護斷面如圖7 24 V 4 6.5m/ s 的 和 7 25 所 示 。圖7-24墻前填四面體斷面圖單位 ：m四面體四面體平面大樣圖1:50 單位：m吊環(huán)A ©20mm干砌片石圖7-25墻前填四面體平面圖四面體的鋪設(shè)寬度及咼度應(yīng)根據(jù)防護根底前的最大沖刷深度計算，以滿足四面體沉入沖刷坑 后， 能覆蓋全部坑壁為原那么。設(shè)計時根據(jù)基坑能否抽干積水和有無吊裝設(shè)備而采用

22、就地灌注和預(yù) 制方法施 工。四面體的尺寸根據(jù)流速大小，按表 79采用。允許流速與四面體尺寸及工程數(shù)量表表7 9允許流速(m/s )a(m)b(m)c(m)d(m)C20片石混凝 土 m3As圓鋼筋20重量 (kg)長度m4.51.51.301.220.70.3954.5丿5.52.01.731.631.20.9404.181.705.5丿6.52.52.172.041.71.838三大型砌塊大型砌塊一般采用 C15混凝土就地灌注，適用于流速 V=58m/s時的防護。為了節(jié)省， 可在混凝土中摻入1520%的片石。砌塊的尺寸可按表 7 10選用。水流速與相應(yīng)的砌塊尺寸表表7 10流速V (m/s

23、)5.06.07.08.0砌塊所需的最小重量 Q ( t)1.424.2210.6423.72砌塊尺寸：寬X長乂高(m)1 X 1 X 11 X 2X 12 X 3 X 12 X 3X 2注：根據(jù)流速及地形條件，砌塊尺寸也可用2 X 2 X 2m或3 X 3 X 2m后，砌塊的鋪設(shè)寬度和高度，應(yīng)根據(jù)防護根底前的最大沖刷深度計算，以能滿足砌塊沉入沖刷坑能覆蓋全部坑壁為原那么7 26圖726陽埴的大塑硯塊防護布jg形成圖砌塊的布置形式有錯縫平疊式、對縫平疊式和漏斗式、階梯式，參見圖對縫平疊式式多錯縫平疊式結(jié)構(gòu)整體性較強，抗沖刷能力比對縫平疊式大，但施工立模又較后者復(fù)雜。漏斗用于地層較堅實處。階梯式用于腳墻前地面傾斜地段五腳墻根底漿砌片石護坡根底宜采用腳墻根底；干砌片石護坡根底當(dāng)沖刷深度大于1.