第五章5路基防護(hù)與加固

第五章5路基防護(hù)與加固第一頁，共51頁。基本內(nèi)容§5-1§5-2§5-3§5-4概述坡面防護(hù)沖刷防護(hù) 軟土地基加固第二頁，共51頁。?路基的防護(hù)與加固是保證路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的必要措施。防護(hù)的重點(diǎn)：路基邊坡，特別是不良地質(zhì)與水文地段及沿河路基的邊坡；路肩表面；同路基穩(wěn)定性直接有關(guān)的近旁河流與山坡。第三頁，共51頁。§5-1概述

一、防護(hù)與加固的意義

路基防護(hù)與加固的意義是：對(duì)維護(hù)正常的交通運(yùn)輸，確保行車安全，保證公路使用品質(zhì)，提高投資效益，以及保持道路與自然環(huán)境協(xié)調(diào)。第四頁，共51頁。

二、路基防護(hù)與加固分類按防護(hù)與加固的目的與作用分類：1、坡面防護(hù)－－保護(hù)路基邊坡表面，以防受到自然因 素的破壞（雨水沖刷、干濕及冷熱循環(huán)作用，以及 表面風(fēng)化等）2、沖刷防護(hù)（堤岸防護(hù)與加固）－－主要使沿河路堤，

不致受到水流的沖刷、淘空和浸軟。3、支擋建筑－－指各類擋土墻，主要用以防止路基變 形或支擋路基本體以保證其穩(wěn)定性。4、地基加固－－指提高濕軟地基的承載能力的措施。第五頁，共51頁。三、防護(hù)與加固的區(qū)別防護(hù)工程－－防止沖刷和風(fēng)化，主要起隔離作用的措施。

加固工程－－防止路基坍滑，主要起支撐作用的支擋結(jié) 構(gòu)物。區(qū)別： 防護(hù)工程主要用于路基本身穩(wěn)定，即防護(hù)工程本身沒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穩(wěn)定，即本身具有承受外力作用的能力。第六頁，共51頁。各種各樣的防護(hù)與加固工程第七頁，共51頁。四、路基防護(hù)與加固的原則?因地制宜，綜合治理；?預(yù)防為主，防治結(jié)合；?對(duì)于主要隱患和地下害源（如軟弱基底和有害的地下水源等），宜先治患后筑路；對(duì)于某些附屬設(shè)施，如坡面防護(hù)或路基用地范圍以外的防護(hù)與加固設(shè)施，按其輕重緩急，分期實(shí)施，逐步完善；第八頁，共51頁。?各項(xiàng)工程技術(shù)措施，尤其是造價(jià)高、工程技術(shù)復(fù)雜的措施，應(yīng)作方案分析比較，講究實(shí)效和經(jīng)濟(jì)效益；?注意環(huán)境，配合景觀，增進(jìn)路容的美化與協(xié)調(diào)。第九頁，共51頁?！?-2坡面防護(hù)路基邊坡表面的防護(hù)：主要是防止地面水流的沖刷， 而且將坡面封閉隔絕，可以避免與大氣直接接觸， 阻止巖土進(jìn)一步風(fēng)化破壞。沿河路基的坡面防護(hù)：特別是浸水部分的坡面與坡 腳防護(hù)兼有加固的作用，可防止水流的沖刷、沖 擊和淘空。干旱地區(qū)的路基坡面防護(hù)：主要目的在于防止風(fēng)蝕 或積沙。坡面防護(hù)設(shè)施，本身不承受外力作用，必須要求坡 面巖土整體穩(wěn)定。第十頁，共51頁。坡面防護(hù)的前提：要求路基應(yīng)有適合于邊坡土質(zhì)的斷面形式及穩(wěn)定邊坡坡度。坡面防護(hù)設(shè)施有：植物防護(hù)（生命防護(hù)）和礦料防護(hù)（無機(jī)物防護(hù)）各種坡面防護(hù)第十一頁，共51頁。一、植物防護(hù)植物防護(hù)（包括植草、鋪草皮和植樹）主要適用于較緩的土質(zhì)或嚴(yán)重風(fēng)化的巖質(zhì)邊坡。植物防護(hù)的原理：?依靠比較發(fā)達(dá)的根系，深入土層，使表土固結(jié)；?植物莖葉覆蓋坡面，可以調(diào)節(jié)表土的濕度，保持濕潤，防止揚(yáng)塵風(fēng)蝕；?植被阻滯地面逕流，阻止沖刷，有利水土保持。第十二頁，共51頁。植物防護(hù)的種類：1、種草：2、鋪草皮：3、植樹：第十三頁，共51頁。二、工程防護(hù)工程防護(hù)－－采用砂石、水泥、石灰等礦質(zhì)材料進(jìn)行坡面防護(hù)。主要采用隔離原理防止風(fēng)化。1.灌縫：借助灰漿的粘結(jié)力，使坡面膠結(jié)成整體，防止巖 塊墜落或坍塌；同時(shí)阻止雨水及有害雜質(zhì)浸入縫穴，以 防邊坡失穩(wěn)破壞。2.勾縫：防止坡面水流入縫隙而引起病害。3.噴漿：將表面封閉，阻止面層風(fēng)化，以防止邊坡剝落和零星碎落。第十四頁，共51頁。4.抹面：將表面封閉，阻止面層 風(fēng)化，以防止邊坡剝落和零星 碎落。5.護(hù)面墻：漿砌片石坡面覆蓋層。6.砌石防護(hù)（干砌和漿砌）：防止地面水流或河水沖刷。第十五頁，共51頁?！?-3沖刷防護(hù)沖刷防護(hù)包括直接防護(hù)和間接防護(hù)。直接防護(hù)－－加固堤岸邊坡。間接防護(hù)－－改變水流性質(zhì)。沖刷防護(hù)的前提是搞好事前的水文地質(zhì)勘察，亦包括風(fēng)浪作用及附近河段兩岸現(xiàn)狀的有關(guān)資料收集。第十六頁，共51頁。一、直接防護(hù)直接防護(hù)－－指對(duì)河岸或路基邊坡所采取的直接加固措施。目的：抵抗水流的沖刷和淘刷作用。特點(diǎn)：盡可能不干擾或很少干擾原來的水流性質(zhì)，對(duì)防護(hù) 地段的上下游及河對(duì)岸影響輕微，要求防護(hù)措施的 本身應(yīng)有足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性。是被動(dòng)式防護(hù)。適用條件：水流速度較緩，流向與堤岸接近平行或在寬闊 的河灘、凸岸、臺(tái)地邊緣等水流破壞作用較弱 地段優(yōu)先選用。第十七頁，共51頁。直接防護(hù)包括：植物防護(hù)、石砌防護(hù)或拋石與石籠防護(hù)，以及必要時(shí)設(shè)置的支擋（駁岸等）。植物防護(hù)、石砌防護(hù)（同前，但要求高）；拋石：適用于水流方向較平順，無嚴(yán)重局部沖刷而被水浸的路堤邊坡和河岸；石籠：適用于受洪水急流沖刷和風(fēng)浪侵襲的地段；浸水擋土墻：在峽谷急流地段，為防止路基擠占河床。第十八頁，共51頁。二、間接防護(hù)間接防護(hù)－－采用導(dǎo)流或阻流的方法，改變水流性質(zhì)或者 迫使主流流向偏離被防護(hù)的路段；可減小流速，緩和水 流對(duì)被防護(hù)路段的作用；改變河槽沖刷和淤積部位；以 及必要時(shí)改變河道等措施均屬于間接防護(hù)。特點(diǎn)：間接防護(hù)建筑物均侵占一部分河床斷面，因而不同 程度上壓縮和紊亂原來的水流，使得沖刷部位受到特別 強(qiáng)烈的沖刷和淘刷作用，因此這部分應(yīng)有比較堅(jiān)固的加 固措施。主動(dòng)防護(hù)或轉(zhuǎn)移沖刷目標(biāo)。第十九頁，共51頁。設(shè)施：丁壩、順壩或格壩改河。丁壩（挑水壩）：壩根與河岸相連接，壩頭伸向河槽，與水流成一角度。作用：將水流挑離河岸或路基，改善流態(tài)。順壩（導(dǎo)流壩）：壩根與河岸相連接，壩身與導(dǎo)流線基本重合。作用：導(dǎo)流、束水、調(diào)整流水曲線，改善流態(tài)。格壩：在平面上成網(wǎng)格狀，設(shè)與順壩與堤岸之間。作用：防止高水位時(shí)水流溢入沖刷壩內(nèi)岸坡或坡腳，并促進(jìn)格間的淤積。第二十頁，共51頁?！?-4軟土地基加固在路堤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：1.地基的承載力是否足以保證路堤的穩(wěn)定性；2.由壓縮性土的固結(jié)變形而引起的路堤沉降（沉降量和 沉降速率）是否影響路基路面結(jié)構(gòu)的正常使用及其使 用壽命。3.為提高路堤穩(wěn)定性或減少沉降量或加速固結(jié)，需 要采取的地基處理措施。第二十一頁，共51頁。進(jìn)行路堤穩(wěn)定性或沉降分析以及選擇地基加固措施應(yīng)考慮：1.地基條件－－地層的生成類別、成層狀態(tài)、排水 條件、各土層的土性指標(biāo)（物理特性、固結(jié)特性 和強(qiáng)度特性）；2.施工條件－－路堤形狀、工程進(jìn)度要求、填料性質(zhì)、沿線環(huán)境和用地限制等；3.道路條件－－道路性質(zhì)、容許剩余沉降量和要求的安全系數(shù)等。第二十二頁，共51頁。地基處理方法分類：1.沉降處理－－包括加速固結(jié)沉降和減小總沉降量兩方面：?加速固結(jié)沉降可采用加載預(yù)壓、豎向排水（砂井或芯板 排水）和擠實(shí)砂樁等方法。?減小總沉降量可采用擠實(shí)砂樁、石灰（或水泥）樁、換 填好土等方法。2.穩(wěn)定處理－－采用擠實(shí)砂樁、石灰（或水泥）樁、換填土、反壓護(hù)道等措施增加抗滑阻力。第二十三頁，共51頁。一、砂墊層法砂墊層－－在軟土地基上鋪設(shè)厚度為0.5~1.2m的砂層。作用：1)作為軟土層固結(jié)所需要的上部排水層（配合其它固結(jié)排水措施）；2)作為路堤內(nèi)的底部排水層，以降低路堤內(nèi)水位或疏干路堤內(nèi)濕度；3)改善路堤和地基處理工程施工時(shí)的機(jī)械作業(yè)條件；4)軟土層薄時(shí)，單獨(dú)用作地基處理（固結(jié)排水）措施。第二十四頁，共51頁。材料：以透水性好的砂或砂礫為宜。墊層處理方法第二十五頁，共51頁。二、換填土法換填土法－－用好土（強(qiáng)度較高和透水性好的材料）全部 或部分替換軟土的方法。作用：提高地基的承載力和降低沉降量。施工方法：開挖和強(qiáng)制擠出。開挖方法：全部開挖換填－－在路堤全寬范圍內(nèi)將需要處理的軟土層 挖除，并置換好土。適用于軟土層厚度為3m以內(nèi)，路堤需在短期內(nèi)填筑完成的情況。第二十六頁，共51頁。部分開挖換填－－僅挖除表層最軟弱部分的軟土，換填 好土，使沉降量減少到可接受程度（挖填深度為2m以 內(nèi)）。強(qiáng)制換填法－－利用路堤填土重力將軟土從路堤下向兩側(cè) 或前方擠出；或者將炸藥裝入軟土層內(nèi)，通過爆破將軟 土擠出。換填材料：宜選用排水性能好，處于地下水以下能保持有足夠承載力的砂、砂礫及其它粗粒料。第二十七頁，共51頁。三、反壓護(hù)道法反壓護(hù)道－－當(dāng)路堤填筑高度超過地基不作處理時(shí)所能容 許的安全高度（極限高度或臨界高度）時(shí)，路堤和軟土 層達(dá)不到要求的滑動(dòng)破壞安全系數(shù)?？稍诼返虄蓚?cè)填筑 一定高度和寬度的護(hù)道。作用：利用護(hù)道的填土重量增加穩(wěn)定力矩，以平衡主路堤的滑動(dòng)力矩。適用條件：路堤高度不大于（5/3~2）倍極限高度的情況。第二十八頁，共51頁。四、分階段施工分階段施工－－路堤填筑到一定高度，放置一段時(shí)間，再 進(jìn)行第二階段的施工，重復(fù)多次，填到設(shè)計(jì)高度為止。原理：利用土的固結(jié)特性。適用條件：在軟土層初始剪切強(qiáng)度太低，不足以保證路堤 穩(wěn)定性時(shí)，采用分階段施工方法。但總工期很長，特別 是土固結(jié)很慢的情況下。同時(shí)，這種方法有一最大限度 的填土高度，超出此高度，分階段施工仍然不能保證路 堤的穩(wěn)定性。第二十九頁，共51頁。五、超載預(yù)壓法超載預(yù)壓法－－路堤填筑到超過設(shè)計(jì)標(biāo)高的高度，使軟土地基受到超載的作用而加速固結(jié)沉降。目的：較早地達(dá)到設(shè)計(jì)路堤荷載的沉降量，并減少路 面鋪筑后的剩余沉降量（控制在容許范圍內(nèi)）。其它方法：采用真空預(yù)壓法或降低地下水位法等。第三十頁，共51頁。六、豎向排水固結(jié)法豎向排水固結(jié)法－－在地基內(nèi)設(shè)置排水井，縮短排水距離，

加速固結(jié)排水。目的：運(yùn)用堆載預(yù)壓，擠出土中的過多含水，達(dá)到擠緊土 粒和提高強(qiáng)度。適用條件：均勻的厚粘土層而滲透性小、路堤較高。排水材料：砂、塑料排水板等。第三十一頁，共51頁。七、擠密樁法和加固土樁法擠密樁－－用沖擊或振動(dòng)方法，將砂或碎石等粒料 擠入軟土地基內(nèi)，形成直徑較大的樁體，并同原 地基一起形成復(fù)合地基。作用：1)使樁周圍的土體變密實(shí)；2)支承路堤很大一部分重量；3)加速周圍軟土的固結(jié)；4)防止液化（砂土地基時(shí)）。第三十二頁，共51頁。加固土樁：采用螺旋鉆在軟土層內(nèi)開孔或用末端閉合式套 管壓入軟土層內(nèi)，而后將水泥、生石灰、粉煤灰等加固 材料灌入孔內(nèi)，利用加固材料的吸水消解和生成水化物 等，降低周圍粘性土中的含水量，從而提高地基的強(qiáng)度 和減小沉降量。第三十三頁，共51頁。八、重錘夯實(shí)法重錘夯實(shí)法－－以鋼筋混凝土制成截頭圓錐體（底部墊 鋼板），重量宜1.5噸左右，落高2.5~4.5m，對(duì)地基 進(jìn)行夯實(shí)（8～12遍）。適用條件:地下水位0.8m以下稍濕的一般粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土等。目的：提高地基表層土的強(qiáng)度。第三十四頁，共51頁。強(qiáng)夯法（動(dòng)力固結(jié)法）－－以8~12t（甚至200t） 的重錘和8~20m（最高達(dá)40m）的落距，對(duì)地層 表面進(jìn)行強(qiáng)力夯擊，利用沖擊波和動(dòng)應(yīng)力使地基 土密實(shí)，達(dá)到加固的目的。第三十五頁，共51頁。重錘夯實(shí)施工現(xiàn)場第三十六頁，共51頁。九、化學(xué)加固法化學(xué)固結(jié)法－－利用化學(xué)溶液或膠結(jié)劑，采用壓力 灌注或攪拌混合等措施，使土顆粒膠結(jié)起來，達(dá) 到對(duì)土基加固的目的。目前采用的化學(xué)溶液有：1)以水玻璃溶液為主的漿液2)以丙烯酸氨為主的漿液3)水泥漿液4)以紙漿溶液為主的漿液第三十七頁，共51頁。工藝有：注漿法－－利用機(jī)械壓力將漿液通 過注入管，均勻注入地層，漿液 以填充和滲透方式，排擠土粒間 或石隙中的水分和空氣，占據(jù)其 位置，一定時(shí)間后，漿液凝固， 可使原土層或縫隙固結(jié)成整體。旋噴法和深層攪拌法第三十八頁，共51頁?，F(xiàn)場監(jiān)測由于軟土層的不均質(zhì)性、設(shè)計(jì)參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的代表性以及設(shè)計(jì)理論和方法的近似性，必須在施工時(shí)對(duì)沉降、穩(wěn)定性和處理措施的效果進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測包括試驗(yàn)路堤和標(biāo)準(zhǔn)路堤兩種。監(jiān)測所采用的儀器有三類：(1)沉降儀：觀測地基頂面、軟土層內(nèi)不同深度處的沉降。(2)孔隙水壓力儀：量測軟土層內(nèi)不同深度處的孔隙水壓力。(3)側(cè)向位移樁和測斜儀：量測路堤坡腳外或坡腳下的水平位移。第三十九頁，共51頁。§5-5沉降分析(一)沉降量計(jì)算

軟土地基在路堤填土荷載作用下的沉降可分為：施工期間沉降和施工后沉降兩部分。將軟土地基劃分為若干個(gè)土層，分別為各個(gè)土層確定性質(zhì)指標(biāo)代表值和所承受的應(yīng)力值，計(jì)算各土層的沉降量后，便可求總和得到總沉降量，此法稱為多層總和法。

最多只宜5~6層。第四十頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

沉降計(jì)算時(shí)，各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值以該土層試驗(yàn)結(jié)果的平均值表示。路堤填土在各土層中引起的附加應(yīng)力，以該土層厚度的中點(diǎn)(即中間深度)的附加應(yīng)力為代表。路堤填土可視為梯形荷載，它在軟土層內(nèi)不同深度z處產(chǎn)生的附加應(yīng)力△p可按下式確定：第四十一頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

路堤填筑期間，軟土地基的性狀經(jīng)歷兩個(gè)階段變化。初期階段：由于土層處于不完全飽和狀態(tài)或者處于超固結(jié)狀態(tài)，土的可壓縮性較低，土中孔隙水壓力的增長低于填土壓力的增長。后期階段：填土達(dá)到一定高度，其有效壓力大致等于土的先期固結(jié)壓力Pc，這時(shí)，軟土處于正常固結(jié)狀態(tài)，土中孔隙水壓力隨填土壓力同步增長。1、施工期間沉降計(jì)算第四十二頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

施工期間的沉降量由兩部分沉降所組成：初期階段的再固結(jié)沉降Sr，和后期階段的不排水剪切沉降Su。當(dāng)路堤的附加應(yīng)力時(shí)：當(dāng)路堤的附加應(yīng)力時(shí)：再固結(jié)沉降Sr：Sr總和：第四十三頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

不排水剪切沉降Su：經(jīng)驗(yàn)公式：其中B1：初期階段孔隙水壓力增量△u同填土附加應(yīng)力卻的比值。

第四十四頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

2、施工后沉降計(jì)算第i層施工后主固結(jié)沉降：施工后主固結(jié)沉降總量：由于集料的結(jié)構(gòu)黏滯性所引起的次固結(jié)沉降：第四十五頁，共51頁。(一)沉降量計(jì)算

沉降計(jì)算時(shí)，各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值以該土層試驗(yàn)結(jié)果的平均值表示。路堤填土在各土層中引起的附加應(yīng)力，以該土層厚度的中點(diǎn)(即中間深度)的附加應(yīng)力為代表。路堤填土可視為梯形荷載，它在軟土層內(nèi)不同深度z處產(chǎn)生的附加應(yīng)力△p可按下式確定：第四十六頁，共51頁。(二)側(cè)向位移計(jì)算在路堤填筑的初期階段，軟土處于超固結(jié)或不