路基工程 課件 第四章 路基排水與路基防護

第四章路基排水與路基防護4.1路基排水的目的及設(shè)計的一般原則4.2路基地面排水 4.2.1地面水對路基的危害 4.2.2地面排水設(shè)施 4.3路基地下排水 4.3.1地下水對路基的危害 4.3.2地下排水設(shè)施 4.4路基防護 4.4.1路基邊坡防護 4.4.2風沙及雪害地區(qū)路基平面防護 4.4.3路基保溫防護 本章內(nèi)容4.1路基排水的目的及原則路基工程的地基、基床和邊坡等部位易受水的軟化、沖蝕作用而產(chǎn)生病害，應通過排水系統(tǒng)將聚集在路基范圍內(nèi)的水或流向路基本體的水及時排除。受水的影響，路基土的物理力學指標會大大降低，以致造成基床病害、邊坡溜坍等。所以，路基工程應具有良好、完善的排水系統(tǒng)。路基排水的任務，就是將路基范圍內(nèi)的填料含水量降低到一定限度以內(nèi)，確保路基具有足夠的強度、剛度與穩(wěn)定性。為此，路基設(shè)計時，必須考慮將路基范圍內(nèi)的地面水排除和攔截于路基用地范圍以外，并防止地面水漫流、滯積或下滲。對于路基范圍內(nèi)的地下水，則應予以隔斷、疏干和降低，并引導至路基范圍外。鐵路路基設(shè)計需要考慮荷載的影響時，計算中常把靜荷載和動荷載一并簡化作為靜荷載處理——換算土柱法。高速鐵路路基設(shè)計不能簡單把動荷載作為靜荷載處理，必須進行動態(tài)分析，計算列車動荷載的作用在路基中所產(chǎn)生的動應力的大小和分布規(guī)律。4.1路基排水的目的及原則根據(jù)水源的不同，影響路基的水流可分為地面水和地下水兩大類，路基排水相應可分為地面排水和地下排水兩大類。地面水包括大氣降水（雨和雪）以及海、河、湖、水渠、水庫水等。地面水對路基產(chǎn)生沖刷和滲透，沖刷可能導致路基整體穩(wěn)定性受損害，形成水毀現(xiàn)象。滲入路基土體的水分，使土體過濕而降低路基強度。地下水包括上層滯水、潛水、承壓水等，它們對路基的危害程度，因條件不同而異。輕者能使路基濕軟，降低路基強度；重者會引起凍脹、翻漿或邊坡滑坍，甚至整個路基沿傾斜基底滑動。4.1路基排水的目的及原則4.1路基排水的目的及原則4.2路基地面排水4.2.1地面水對路基的危害地面水滲入路基本體，會降低土的抗剪強度地面水的流動會造成路基邊坡坡面沖刷和坡腳沖刷地面水滲入含易溶鹽的土（如黃土）中會產(chǎn)生溶蝕作用形成陷穴寒冷地區(qū)產(chǎn)生凍害的一個重要因素地面水還給施工及運營造成許多困難和危害4.2路基地面排水4.2.2地面排水設(shè)施一、排水溝排水溝位于路堤護道的外側(cè)，用于排除路堤范圍內(nèi)的地面水和截排流向路堤的地面水。在地面橫坡不明顯的平坦地段，可設(shè)置雙側(cè)排水溝；當?shù)孛鏅M坡較陡時，排水溝應設(shè)置于地面迎水一側(cè)。94.2路基地面排水4.2路基地面排水排水溝常采用底寬0.4m，深度0.6m的梯形斷面，干旱少雨地區(qū)或硬質(zhì)巖石地段，深度可減至0.4m；根據(jù)需要，有時也采用矩形斷面。排水溝縱坡坡度不應小于2‰，平坦地段或反坡排水地段，在困難情況下，不得小于0.1‰，且分水點的溝深可減至0.2m。排水溝縱坡坡度大于8‰的地段，應對水溝的溝身進行加固，防止沖刷破壞。排水溝溝壁的邊坡斜率一般可采用1：1，細粒土和砂類土的地段宜采用1：1~1：1.5。114.2路基地面排水4.2路基地面排水二、側(cè)溝側(cè)溝位于路塹路肩邊緣外側(cè)，用以匯集和排除路塹范圍內(nèi)的地面水。側(cè)溝的橫斷面可設(shè)計為梯形，應有足夠的過水能力。當不需要按流量計算時，側(cè)溝底寬取0.4m，深度0.6m，干旱少雨地區(qū)或硬質(zhì)巖石地段的側(cè)溝深度可減少至0.4m；當基床表層填A、B組填料時，其側(cè)溝深度不應小于0.8m。當側(cè)溝橫斷面需要按流量設(shè)計，其橫斷面應按設(shè)計降雨重現(xiàn)期的流量進行計算，溝頂應高出設(shè)計水位0.2m。不同等級鐵路的重現(xiàn)期值不一樣，等級越高，重現(xiàn)期值越大。4.2路基地面排水4.2路基地面排水4.2路基地面排水三、天溝（截水溝）天溝位于塹頂邊緣適當距離處，用以截排塹頂上方流向路塹的地面水。塹頂外可設(shè)置單側(cè)或雙側(cè)天溝，路塹頂部無棄土堆時，天溝內(nèi)邊緣至塹頂距離不宜小于5m，當溝內(nèi)釆取加固防滲措施時，距離不宜小于2m。天溝的橫斷面尺寸和縱坡設(shè)置與排水溝相同。天溝的數(shù)量應視天溝距上方分水嶺的距離和所需截排的流量而定。天溝不應向側(cè)溝排水，如受地形限制，難以選擇出水口時，且無其他替代措施時，方可利用急流槽或急流管將天溝的水引向側(cè)溝。在選擇急流槽下游側(cè)溝斷面時，需考慮天溝流量的匯入，通過水力計算確定。4.2路基地面排水4.2路基地面排水4.2路基地面排水四、跌水與急流槽跌水與急流槽是路基地面排水溝渠的特殊形式，用于陡坡地段，溝底縱坡可達45°。由于縱坡陡、水流速度快、沖刷力大，要求跌水與急流槽的結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)固耐久，通常采用漿砌塊石或混凝土預制塊砌筑，并具有相應的防護加固措施。圖4-5跌水圖4-6急流槽4.2路基地面排水四、跌水與急流槽在地形陡峻地段的天溝，兩端高差很大而水平距離很短時，可用主槽底部呈臺階狀的單級或多級跌水連接。跌水的橫斷面一般設(shè)計為矩形，其每級臺階高差為0.2~2m，跌水設(shè)備系利用臺階跌水消能，主體部分和消力部分的槽底厚度應按流量和沖擊力的大小設(shè)計。進口部分始端和出口部分終端的裙墻埋深應在凍結(jié)線以下不小于0.4m（漿砌片石）或0.3m（混凝土）；槽壁頂面厚度不小于0.3m（漿砌片石）或0.2m（混凝土）。急流槽采用片石或混凝土等材料建造，也常用于連接水溝縱坡過大的溝段。急流槽的縱坡大，可達1：2，水流急時，可在出口設(shè)置消能檻、消力池等裝置，急流槽的橫斷面設(shè)計與跌水相同。4.2路基地面排水

跌水4.2路基地面排水急流槽4.2路基地面排水五、緩流井為了緩和縱坡過大段水流的流速，可以設(shè)緩流井。如圖4-7所示，緩流井為井形構(gòu)造，所以，進水口和出水口高差可以很大，可達15m以上。它常設(shè)于地面高差很大、地形陡急、水流量又較大的情況下。緩流井的出水口應高于井底，井底為消能設(shè)備。4.3路基地下排水4.3.1地下水對路基的危害一、浸濕軟化地下水在路基范圍內(nèi)活動，逐漸浸濕路基土體，使其強度降低，在土體自重、列車荷重及其他外力作用下，將產(chǎn)生各種路基病害。例如，基床翻漿冒泥、擠出下沉，邊坡表土滑動、溜坍，路堤潰爬或沿傾斜基底面滑動等。地下水在路基旁側(cè)的山坡地層中活動，可降低山坡土體及其結(jié)構(gòu)面的強度，影響其穩(wěn)定性，導致崩塌、滑坡等病害的發(fā)生。4.3路基地下排水4.3.1地下水對路基的危害二、凍脹及鹽漬化毛細水凍結(jié)時能吸收集聚大量水分形成凍結(jié)層，使路基發(fā)生凍脹變形，凍層融化時又會造成翻漿冒泥；在地下水含鹽量大的地區(qū)，由于毛細水的活動，還可能使路基土體鹽漬化，并引起路基膨脹等病害。三、潛蝕地下水能溶解土中的易溶鹽類，地下水的動水壓力能帶走土中的細顆粒，這些均可降低地基土的強度，甚至形成地下洞穴引起黃土層及其他松散層地表塌陷，進而引起路基下沉、坍塌等病害。4.3路基地下排水4.3.1地下水對路基的危害四、流砂及液化流砂是指粒徑很小、無塑性的土顆粒在動力水壓推動下失去穩(wěn)定，隨地下水一起涌入基坑內(nèi)的現(xiàn)象。粉細砂地層因地下水飽和可能隨水流動或在列車荷載作用、地震作用下產(chǎn)生液化，而引起路基下沉、滑動等病害。4.3路基地下排水4.3.2地下排水設(shè)施一、明溝和排水槽。明溝和排水槽建于地表，兼排地表水和土（巖）層中上層滯水和埋藏很淺的潛水。漿砌片石明溝

漿砌片石排水槽4.3路基地下排水4.3.2地下排水設(shè)施二、滲水暗溝滲水暗溝又稱盲溝，用于攔截、排除較深含水層內(nèi)的地下水，疏干土體中的水或降低地下水位，通常采用明挖法施工。4.3路基地下排水滲水暗溝可分為有管滲溝和無管滲溝兩種。埋設(shè)預制管節(jié)而成的滲溝稱為有管滲溝；就地砌筑的矩形斷面滲溝稱為無管滲溝。深埋的滲溝為便于檢查、修理，其斷面應較大，便于工作人員進出。滲溝較長時還應每隔適當距離設(shè)置檢查井。溝頂應回填夯實，以免地面水滲入。按滲溝作用和設(shè)置部位，又可分為引水和截水滲溝、無砂混凝土滲溝、邊坡滲溝和支撐滲溝等。引水滲溝可以引出富水的低洼濕地或泉水出露地帶和地下凹槽地層處的地下水。截水滲溝可以截斷流向路基的淺層或深層地下水，并將其排至路基范圍以外。4.3路基地下排水2、有管滲溝、無砂混凝土滲溝、無管滲溝。有管滲溝的滲水管是管壁帶有滲水孔的陶管或混凝土管，適用于流程較長，流量較大的情況。為防止?jié)B水孔堵塞，滲管周圍設(shè)置反濾層。無管滲溝是利用了碎石的孔隙作為排水通道。適用于地下水流量小、流程短的情況。排水碎石亦可以采用無砂混凝土板代替。排水碎石周圍應設(shè)反濾層，對反濾層的要求與有管滲溝相同。無砂混凝土滲溝是用無砂混凝土壁板及普通鋼筋混凝土橫撐和蓋板等組成。具有良好的滲濾性能，施工簡單，還可以省去滲溝內(nèi)部的填充料，使用效果良好。4.3路基地下排水4.3路基地下排水三、滲水隧洞。為攔截或引排埋藏較深的地下水且地下水流量較大時，可釆用滲水隧洞。滲水隧洞常和立式滲井以及滲管配合使用，用以排除土體內(nèi)多層含水層的地下水。4.3路基地下排水4.3路基地下排水四、滲水井、滲水管。立式集水滲井和滲管的功用是集引具有多層含水層的復雜地層中的地下水和潮濕土體中的自由水，一般成群布置并與平式排水設(shè)備配合使用，以降低地下水位或者疏干其附近的土體。滲井群或滲管群的排列方向宜垂直于滲流方向；其深度一般是穿過含水層而與下臥的平式排水設(shè)施（如隧洞或平式鉆孔）相銜接。4.3路基地下排水4.3路基地下排水五、平式排水鉆孔。平式排水鉆孔的主要排水功能是引排地層的地下水及盆地或分散的局部凹地中聚集的地下水，或與立式集水滲井群配合使用以疏干潮濕的土體。平式排水鉆孔除本身集引一部分土中水外，還作為通道排除自上方立式設(shè)備集引的土中水。4.3路基地下排水4.4路基防護4.4.1路基邊坡防護一、植物防護植物防護設(shè)計應根據(jù)邊坡巖土條件、種植目的、水源及周邊環(huán)境條件等，結(jié)合邊坡坡面情況、防護類型，合理確定植物種類及配置、建植方法，施工和養(yǎng)護要求。鋪設(shè)草皮防護邊坡4.4路基防護土質(zhì)路基邊坡宜采用灌草結(jié)合或栽植灌木的防護形式。氣候條件適宜植物生長地區(qū)的巖石路基邊坡可采用客土（種植土）植草，灌植物，植生袋植草、灌植物，噴混植生等防護形式。受季節(jié)性水流浸泡、流速小于1.8m/s地段的路堤邊坡，應采用根莖發(fā)達、纏繞性強和耐濕、耐水淹的灌木防護。沿河路堤的下部邊坡或坡腳，可采用栽植喬木、灌木的防沖刷措施。4.4路基防護4.4路基防護混播草，灌木或藤本植物種子的配置要遵循速生與慢生相結(jié)合、豆科與非豆科相結(jié)合、淺根與深根相結(jié)合、返青期不同的品種相結(jié)合的原則。草，灌木或藤本植物種子的播種量，應結(jié)合工點邊坡的巖土性質(zhì)、邊坡坡率、種子發(fā)芽率、粒重、設(shè)計覆蓋率和成活率等確定。4.3路基防護二、工程防護路堤、路塹邊坡高度較高時，一般采用骨架護坡、噴射混凝土護坡、土工合成材料護坡等工程防護與植物相結(jié)合的防護措施。1、骨架護坡骨架護坡指鐵路路基邊坡使用混凝土或漿砌片石形成的框架式構(gòu)筑物，以防止路基邊坡溜坍?？捎糜诼返踢吰潞屯临|(zhì)、全風化巖層及強風化軟質(zhì)巖路塹邊坡防護。4.3路基防護4.3路基防護骨架護坡宜采用帶截水緣的拱型、人字型、方格型等，可多級設(shè)置，邊坡坡率不應陡于1∶1，每級高度不宜大于12m，骨架間距宜采用2m~4m。骨架嵌入邊坡的深度應結(jié)合邊坡巖土性質(zhì)和坡率、氣候條件等綜合確定，不應小于0.4m，其內(nèi)宜根據(jù)土質(zhì)及環(huán)境條件采用鋪設(shè)干（漿）砌片石、混凝土塊、空心磚、種植草灌等防護措施。4.3路基防護2、實體護坡（墻）實體護坡（墻）包括干砌片石、混凝土預制塊、漿砌片石或混凝土護坡（墻）等，宜用于風沙，浸水及受河流沖刷地段的路堤邊坡及河岸和水庫岸坡等的防護，也可用于土質(zhì)和易風化剝落的巖石路塹邊坡防護。干砌片石護坡漿砌片石護坡4.3路基防護干砌片石護坡、混凝土預制塊護坡可用于水流較平順、不受主流沖刷且流速小于3m/s的地段。漿砌片石或混凝土護坡用于受主流沖刷、流速不大于8m/s，波浪作用強烈的地段。護坡下應設(shè)置反濾層。4.3路基防護實體護坡（墻）用于路塹邊坡防護時，單級高度不宜超過12m，超過時宜設(shè)平臺、分級砌筑或澆筑。用于河流沖刷或岸坡的實體護坡，應埋設(shè)在沖刷深度以下不小于1.0m或嵌入基巖內(nèi)不小于0.2m處。用于路塹邊坡的護墻基礎(chǔ)埋深不應小于1.0m。干砌片石護坡厚度不宜小于0.25m，漿砌片石護坡厚度不宜小于0.3m，現(xiàn)澆混凝土護坡厚度不宜小于0.15m，預制混凝土護坡厚度不宜小于0.08m。漿砌片石或混凝土護墻厚度不宜小于0.4m。4.3路基防護4.3路基防護3、孔窗式護坡（墻）孔窗式護坡（墻）可用于易風化或風化破碎的巖石路塹邊坡、坡面易受侵蝕的土質(zhì)路塹邊坡防護。孔窗式護坡（墻）4.3路基防護孔窗式護坡（墻）可采用片石或混凝土預制塊砌筑、混凝土澆筑，單級高度不宜超過12m，超過時宜設(shè)平臺、分級砌筑或澆筑，其坡率不宜陡于1∶0.75，開孔尺寸宜選用2m~4m，窗孔內(nèi)宜噴混植生或種植植物。護墻的基礎(chǔ)埋深應不小于1m。4.4路基防護4、錨桿框架梁護坡錨桿框架梁護坡可用于土質(zhì)、軟質(zhì)巖及風化硬質(zhì)巖路塹邊坡防護，可與植物防護、土工網(wǎng)墊客土植生、空心磚內(nèi)客土植生、噴混植生、生態(tài)袋，植生袋、噴錨網(wǎng)、柔性防護網(wǎng)等防護組合使用。錨桿框架梁斷面圖4.3路基防護4.4路基防護錨桿框架梁護坡可多級設(shè)置，邊坡坡率不宜陡于1∶0.75，單級高度不宜超過15m，其應采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆，可按正方形或菱形布置，截面尺寸不宜小于0.3m，混凝土強度等級應不低于C30。錨桿間距不宜小于2m，錨桿長度不宜小于5m。錨桿總長度為錨固段、自由段和外錨頭的長度之和，錨桿自由段長度應為外錨頭到潛在滑裂面的長度；預應力錨桿自由段長度應不小于5.0m，且應超過潛在滑裂面1.5m。土層錨桿的錨固段長度不應小于4.0m，并不宜大于10.0m，巖石錨桿的錨固段長度不應小于3.0m，且不宜大于45D（D為錨桿錨固段鉆孔直徑）和6.5m。年平均降雨量超過600mm地區(qū)，框架梁上應設(shè)置截水槽，邊坡平臺應設(shè)置截水溝。4.4路基防護4.4路基防護5、噴射混凝土（砂漿）護坡噴射混凝土（砂漿）護坡可用于風化破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育或較高陡的巖石路塹邊坡。必要時可增加掛網(wǎng)措施。噴射混凝土護坡4.3路基防護4.4路基防護重力噴射砂漿宜采用純凈的細砂，粒徑應為0.1mm~0.25mm；機械噴射砂漿和噴射混凝土宜采用純凈的中粗砂，粒徑應為0.25mm~0.5mm，含土量不應超過5%。噴射砂漿厚度不宜小于5cm；噴射混凝土厚度宜為7~10cm。噴射混凝土時，需進行分層噴射，單層厚度主要由噴射混凝土顆粒間的凝聚力和噴射層與受噴面的黏結(jié)力決定。一般根據(jù)巖性、圍巖應力、裂隙及其他形式支護的配合情況確定，以保證混凝土層不錯裂、不脫落。厚度太小，將增大回彈率；厚度太大則會削弱混凝土顆粒間凝聚力。通常一次噴射厚度為粗骨料最大粒徑的2倍。噴射混凝土（砂漿）護坡應設(shè)置泄水孔，每隔2~3m上下左右交錯布置。地下水發(fā)育時，應根據(jù)情況適當加密、加深、加粗。4.4路基防護6、石籠防護石籠防護可用于流速4m/s～5m/s、波浪高1.5m~1.8m的周期性浸水地段的河岸或路基邊坡防護。石籠防護的優(yōu)點是具有較好的強度和柔性，不需用較大的石料。當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堅固的整體護層。若水流中帶有較多的滾石，容易沖破鋼絲網(wǎng)，則不能采用石籠防護。長方體石籠護坡4.3路基防護4.4路基防護7、防護網(wǎng)危巖、落石邊坡防護措施應根據(jù)其分布范圍、規(guī)模大小、邊坡高度及距線路遠近等因素綜合確定，可結(jié)合清除危石處理等防護措施設(shè)置防護網(wǎng)防護。防護網(wǎng)按其結(jié)構(gòu)形式，防護功能和作用方式的不同分為主動防護網(wǎng)和被動防護網(wǎng)兩類。防護網(wǎng)4.3路基防護4.4路基防護根據(jù)主動防護網(wǎng)的主要特征及構(gòu)成分為三類：鋼絲繩網(wǎng)、鋼絲格柵和高強度鋼絲格柵。鋼絲繩網(wǎng)和鋼絲格柵采用鋼絲繩錨桿和支撐繩固定方式；高強度鋼絲格柵采用鋼筋（可以施加預應力）和鋼絲繩錨桿（有邊沿支撐繩時采用）、錨墊板以及必要時加邊沿支撐繩等固定方式。被動防護網(wǎng)由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)（需攔截小塊落石時附加一層鋼絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩）、減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分構(gòu)成。坡面危石分布較多且體積較大，可根據(jù)檢算采用主動防護網(wǎng)防護，或分級采用被動防護網(wǎng)防護。坡面危石、孤石分散且難以清理時，宜采用被動防護網(wǎng)防護或進行綜合治理。被動防護網(wǎng)設(shè)計高度不應小于落石最大彈跳高度加1.0m，最小設(shè)計高度不應小于2.0m。被動防護網(wǎng)鋼柱的高度不應低于防護網(wǎng)設(shè)計高度，鋼柱間距不宜大于12.0m，最小間距不宜小于4.0m。4.4路基防護4.4路基防護4.4路基防護4.4路基防護8、土工合成材料防護土工合成材料主要包括土工網(wǎng)、土工格柵等。土工網(wǎng)、土工網(wǎng)墊、立體植被護坡網(wǎng)適應范圍較廣，不但可用于適宜植物生長的土質(zhì)、風化巖、易風化軟巖路基邊坡防護，還可用于粉細砂填筑的路堤邊坡及粉細砂地層路塹邊坡的風蝕防護，也可用于風沙路基兩側(cè)的固沙、阻沙工程。土工合成材料路堤坡面防護土工合成材料路塹坡面防護4.3路基防護4.4路基防護土工格柵用于土質(zhì)路基邊坡補強時，可于邊坡表層不小于3m寬度范圍鋪設(shè)，抑制邊坡淺層溜坍和增強邊坡抗沖蝕能力。改建或增建二線幫寬或加寬、陡坡地基填土路堤時，可于邊坡坡面至填土界面內(nèi)鋪設(shè)，提高界面處摩擦力，增強路堤整體穩(wěn)定性。土工合成材料石籠或沉枕、土工模袋等可與土、石、混