路基路面工程-路基防护及加固.ppt

第五章 路基防护与加固第一节第一节 概述概述第二节第二节 坡面防护坡面防护第三节第三节 冲刷防护冲刷防护 第四节第四节 软土地基加固软土地基加固第一节第一节 概述概述浸水、风化、温湿影响，水毁等会导致路基早损。浸水、风化、温湿影响，水毁等会导致路基早损。路基防护与加固设施：路基防护与加固设施：1 1、边坡坡面防护、边坡坡面防护 2 2、沿河路堤河岸冲刷防护与加固、沿河路堤河岸冲刷防护与加固 3 3、湿软地基的加固处治。、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。常用的坡面防护设施：（1）植物防护(种草、铺草皮、植树等)（2）工程防护(抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等)第二节 坡面防护草种根据防护目的、气候、土质、施工季节确定，宜于选用易成活、生长草种根据防护目的、气候、土质、施工季节确定，宜于选用易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。宜于选择便于局部生态快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。宜于选择便于局部生态系统平衡的草种混播方式。系统平衡的草种混播方式。一、植物防护一、植物防护（一）植被防护（一）植被防护1.植草植草2.铺草皮铺草皮平铺草皮（平铺草皮（h草皮厚度，草皮厚度，a草皮边长）草皮边长）叠铺草皮叠铺草皮适用于需要快速绿化，且坡率缓于适用于需要快速绿化，且坡率缓于1：1的土质边坡和严重风化的软的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡。不宜采用喜水、生长在泥沼地的草皮质岩石边坡。不宜采用喜水、生长在泥沼地的草皮方格草皮方格草皮在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直接冲刷路堤。接冲刷路堤。适用于坡率缓于适用于坡率缓于1：1.5和边坡或在边坡以外的河岸及漫滩地。和边坡或在边坡以外的河岸及漫滩地。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。3.植树植树带状植树带状植树连续植树连续植树横断面示意图横断面示意图（二）三维植被网防护（二）三维植被网防护 适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于1：0.75的边坡防护；三的边坡防护；三维植被网中的回填土通常采用客土。维植被网中的回填土通常采用客土。适用于缓于适用于缓于1：0.75的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于潮湿时，坡度应缓于1：1截水骨架防护（三）浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护（三）浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护（四）多边形水泥混凝土空心块植物防护（四）多边形水泥混凝土空心块植物防护1.适用于缓于适用于缓于1：0.75的土质和全风化、强风化岩石边坡。并视情况设置浆砌的土质和全风化、强风化岩石边坡。并视情况设置浆砌片石或水泥混凝土骨架。片石或水泥混凝土骨架。2.多边形水泥混凝土空心预制块的混凝土强度不应低于多边形水泥混凝土空心预制块的混凝土强度不应低于C20，厚度不应小于，厚度不应小于150mm。空心预制块内应填充种植土，喷播植草。空心预制块内应填充种植土，喷播植草。（五）锚杆混凝土框架植物防护（五）锚杆混凝土框架植物防护1.适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡。边坡。2.锚杆采用非预应力的全长粘结型锚杆，框架应采用钢筋混凝土。锚杆采用非预应力的全长粘结型锚杆，框架应采用钢筋混凝土。二、工程防护二、工程防护适于坡面未碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩分适于坡面未碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。开并有可能下滑的挖方边坡。（一）喷浆（混凝土）防护（一）喷浆（混凝土）防护适用于坡率缓于适用于坡率缓于1：0.5、易风化但未遭强风化的岩石边坡，喷浆（水泥、石灰、易风化但未遭强风化的岩石边坡，喷浆（水泥、石灰、河沙、水）的厚度不宜小于河沙、水）的厚度不宜小于50mm;喷混凝土的厚度不宜小于喷混凝土的厚度不宜小于80mm。（二）锚杆挂网喷浆（二）锚杆挂网喷浆适用于易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质适用于易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡，边坡不宜陡于边坡，边坡不宜陡于1：0.5。墙顶厚度一般大于。墙顶厚度一般大于40mm，需要考虑基础、沉降伸缩缝以，需要考虑基础、沉降伸缩缝以及排水孔问题。及排水孔问题。干砌片石护坡适用于坡度缓于干砌片石护坡适用于坡度缓于1：1.25土（石）质路堑边坡。厚度不宜小于土（石）质路堑边坡。厚度不宜小于250mm浆砌片石护坡适用于坡度缓于浆砌片石护坡适用于坡度缓于1:1的的 易风化岩石和土质路堑边坡。厚度不宜小于易风化岩石和土质路堑边坡。厚度不宜小于250mm（三）砌石或混凝土预制块护坡（三）砌石或混凝土预制块护坡（四）砌石或混凝土护面墙（四）砌石或混凝土护面墙适用于坡面较干燥、未经严重风化的各种易风化岩石适用于坡面较干燥、未经严重风化的各种易风化岩石边坡，但不适用于由煤系岩层以及成岩作用很差的红边坡，但不适用于由煤系岩层以及成岩作用很差的红色粘土岩组成的边坡。高速公路边坡不宜使用色粘土岩组成的边坡。高速公路边坡不宜使用适用于边坡坡率缓于适用于边坡坡率缓于1：0.5、易受冲刷的土质边坡或、易受冲刷的土质边坡或易风化剥落的岩石边坡。高速公路边坡不宜使用易风化剥落的岩石边坡。高速公路边坡不宜使用（五）砂浆（灰浆）封面（五）砂浆（灰浆）封面（六）捶面（六）捶面返回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：（1）直接 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（2）间接 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。第三节第三节 冲刷防护冲刷防护一、直接防护一、直接防护（一）、植物防护（一）、植物防护（二）、砌石或混凝土护坡（二）、砌石或混凝土护坡（三）、抛石或石笼（三）、抛石或石笼（四）、浸水挡土墙（四）、浸水挡土墙（五）、土工软体沉排和土工模袋五）、土工软体沉排和土工模袋二、间接防护二、间接防护调治和导流结构物（调治和导流结构物（丁坝、顺坝、格坝丁坝、顺坝、格坝）返回1：顺水坝；：顺水坝；2：格坝；：格坝；3：挑水坝（丁坝），：挑水坝（丁坝），4：拦水坝；：拦水坝；5：导流坝；：导流坝；6：桥墩；：桥墩；7：路中线。：路中线。湿软地基的加固处治：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。湿软地基: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。第四节第四节 软土地基加固软土地基加固软土（含水量高于软土（含水量高于30的粘质土、粉质土和有机质土）、泥的粘质土、粉质土和有机质土）、泥沼、泥炭、湿陷性黄土、人为垃圾、松散杂填土、膨胀土、沼、泥炭、湿陷性黄土、人为垃圾、松散杂填土、膨胀土、海（湖）沉积土海（湖）沉积土软土上的路堤可能会因为过大的沉降引起开裂甚至剪切破坏软土上的路堤可能会因为过大的沉降引起开裂甚至剪切破坏 一、湿软地基一、湿软地基适用于软弱土层位于地表，换挖深度不超过适用于软弱土层位于地表，换挖深度不超过3m的场合的场合适用于排水困难的洼地，而软弱土层易于滑动，厚度又较薄，适用于排水困难的洼地，而软弱土层易于滑动，厚度又较薄，表层无硬壳，石料来源充分表层无硬壳，石料来源充分（一）换填材料法（一）换填材料法二、加固措施二、加固措施1.开挖换填开挖换填2.抛石挤淤抛石挤淤3.爆破挤淤爆破挤淤爆空区爆空区挤出区挤出区适用于换填深度超过适用于换填深度超过3m，需要快速施工且允许爆破的场合。，需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破。先填后爆破。（二）排水固结法（二）排水固结法 饱和软土在荷载作用下，排水固结后，抗剪强度可得到提高，则达到加固的目的。此法在建筑工程中，常用于加固软弱地基，包括天然沉积层和人工冲填的土层，如沼泽土、淤泥及淤泥质土，水力冲积土等。排水固结法的实际效果，取决于土层固结特性、厚度、预压荷载和预压时间。厚度小于5m的浅软土层，或固结系数较大(每秒大于110-2cm2以上)的土层，较短时间预压即可。排水固结是运用堆载预压，挤出土中的过多含水，达到挤紧土粒和提高强度的目的。为了缩短预压时间，加设砂井竖向排水通道或铺设砂垫层，效果甚好。美国加州公路局曾采用砂井处理沼泽地段的路基，获得满意结果。利用路基填土自重压密地基，不需另备预压材料，所以砂井堆载预压法，在路基工程中是一种经济有效的方法。1.砂垫层法砂垫层法砂垫层砂垫层填土填土软土层软土层适用于：适用于：a.a.路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳；路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳；b.b.软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件；软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件；c.c.当地有砂，运距不太远；当地有砂，运距不太远；d.d.施工期限不甚紧迫。施工期限不甚紧迫。砂垫层厚度，一般在砂垫层厚度，一般在0.60.61.0m1.0m之间，太厚施工难，太薄效果差。砂料以之间，太厚施工难，太薄效果差。砂料以中粗砂为宜，要求级配良好，颗粒的不匀系数不大于中粗砂为宜，要求级配良好，颗粒的不匀系数不大于5 5，含泥量不超过，含泥量不超过3%3%5%5%。2.砂井砂井/袋装砂井袋装砂井/塑料排水板排水法塑料排水板排水法真空堆载预压排水法示意图真空堆载预压排水法示意图砂垫层砂垫层堆载填土堆载填土砂井砂井/袋装砂井袋装砂井/塑料排水板塑料排水板塑料薄膜塑料薄膜射流泵射流泵有孔管道网络有孔管道网络有孔管道网络示意图有孔管道网络示意图广泛适用于各类饱和粘土、粉土广泛适用于各类饱和粘土、粉土土基中成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等土基中成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤紧作用，材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤紧作用，使地基土粒彼此靠紧，孔隙减少，而且孔被填满和压紧，使地基土粒彼此靠紧，孔隙减少，而且孔被填满和压紧，形成桩体，桩体具有较高的承载能力，群桩的面积约占形成桩体，桩体具有较高的承载能力，群桩的面积约占松散土加固面积的松散土加固面积的20%20%，以致桩和原土组成复合地基，以致桩和原土组成复合地基，达到加固的目的。达到加固的目的。（三）挤密法（三）挤密法砂井的作用砂井的作用排水固结，井径较小而间距较大；排水固结，井径较小而间距较大；砂井适用过湿软土层砂井适用过湿软土层砂桩的作用砂桩的作用将地基土挤紧，井径较大，而间距宜小。将地基土挤紧，井径较大，而间距宜小。砂桩适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量砂桩适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量 不大的普通粘性土，亦可有效地防止砂土不大的普通粘性土，亦可有效地防止砂土 基底的振动液化。基底的振动液化。饱和软粘土使用砂桩的效果差：饱和软粘土使用砂桩的效果差：原因：原因：饱和软粘土的渗透性较小、灵敏度较大，夯击过程中饱和软粘土的渗透性较小、灵敏度较大，夯击过程中土内产生的超孔隙压力不易迅速扩散，挤密效果较差，甚至土内产生的超孔隙压力不易迅速扩散，挤密效果较差，甚至能破坏地基土的天然结构。能破坏地基土的天然结构。1.粒料桩粒料桩适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通粘土，适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通粘土，亦能有效防止砂土基地的液化亦能有效防止砂土基地的液化2.石灰桩石灰桩适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土 石灰桩，用于挤密软土地层，是近年来在国外广泛应用的一种新方法。石灰桩主要作用是挤密，而生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用、使桩体硬化，改善了原地基土的性质，此外还可减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移。利用石灰桩加固软土地基，关键在于石灰桩在地下水中能否结硬。由于石灰桩在水下结硬的速度远比在空气中慢得多，所以将石灰和水就地拌合，增加石灰与外界的接触，结构条件比纯石灰桩好得多，可提高桩的早期强度。石灰桩吸水膨胀和对土体的挤压作用，是石灰桩加固地基的特殊功能。石灰桩施工的基本要求：生石灰必须密封贮存，最好选用新鲜块灰；二是灰块必须粉碎至一定要求。砂桩和石灰桩的布置与尺寸，需通过设计计算而定，一砂桩和石灰桩的布置与尺寸，需通过设计计算而定，一般桩径约般桩径约202030cm30cm，桩的间距约为桩径的，桩的间距约为桩径的3.53.5倍，可在平面倍，可在平面上按梅花形布置，桩的长度与加固土层厚度及加固要求有关。上按梅花形布置，桩的长度与加固土层厚度及加固要求有关。桩孔的施工方法，桩孔的施工方法，有冲击和振动力有冲击和振动力等法，在湿陷性黄等法，在湿陷性黄土中还可用爆扩成孔法，即先钻孔，孔直径约土中还可用爆扩成孔法，即先钻孔，孔直径约10cm10cm，孔内每，孔内每隔隔50cm50cm置炸药筒，引爆扩孔挤压，再灌以黄土或灰土，分层置炸药筒，引爆扩孔挤压，再灌以黄土或灰土，分层捣实，可以消除黄土的湿陷性。捣实，可以消除黄土的湿陷性。振沉桩施工示意图振沉桩施工示意图振冲法是以起重机吊起振冲器、电动振冲器产生高频振动，水泵喷射高压水流，在振动和高压水的联合作用下，振冲器沉入土中预定深度，经过清孔用循环水带出孔中稠泥浆，向孔中逐段添加填料、予以振动挤密，在地基土中形成振冲桩。振冲器的起重能力为1015t，水压力宜大于500kPa，供水量大于20m3h，加料量的供应能力不小于0.40.8m3min。（四）夯实法（四）夯实法 重锤夯实法加固地基，可提高地基表层土的强度。对湿陷性黄土，可降低地表的湿陷性；对杂填土，可减少表层土的强度不均一性。重锤夯实法适用于地下水位0.8m以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。重锤夯实法，一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体(底部垫钢板)，重量宜1.5t或稍重，锤底直径为11.5m，起重设备的能力为815t，落距高一般为2.54.5m。重锤的夯击遍数，一般以最后两次的平均夯沉量不超过规定值来控制，即一般粘性土和湿陷性黄土为12cm，砂土为0.51.0cm。实践结果表明，一般是812遍，作用深度约为锤底直径的一倍左右。强夯法:六十年代末期出现所谓强夯法，亦称动力固结法，它是以812t(甚至20t)的重锤，820m落距(最高达40m)，对土基进行强力夯击，利用冲击波和动应力，达到土基加固的目的。此项新技术出现，迅速在国际上得到广泛运用，效果十分显著，我国亦正在研究和运用 强夯法至今还没有一套成熟和完善的理论和设计方法，但实践证明，它具有施工简单、加固效果好、使用经济、运用面较广等优点。国外资料说明，经强夯法处理的地基，其承载力可提高25倍，压缩性降低210倍，广泛用于杂填土(各种垃圾)、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及泥炭和沼泽土，不但陆地上使用，亦可水下夯实。缺点是需要相应的机具设备，操作时噪音和振动较大，不宜在人口密集或附近防震要求高的地点使用。1.重夯法；重夯法；2.强夯法强夯法广泛适用于杂填土、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土和沼广泛适用于杂填土、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土和沼泽土，还可用于水下泽土，还可用于水下（五）胶结硬化法（电化学法）（五）胶结硬化法（电化学法）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，称为化学加固法，又称胶结法。此法加固效果取决于土的性质和所用化学剂，亦与施工工艺有关。目前化学溶液主要有：1)以水玻璃溶液为主的浆液，常用的是水玻璃浆液和氯化钙浆液配合使用，价格昂贵，使用受到限制。2)以丙烯酸氨为主的浆液，我国研制的丙强是其中一种。加固效果较好，因价高亦难以广泛采用。3)水泥浆液，是由高标号的硅酸盐水泥，配以速凝剂而组成的浆液。（目前应用最广泛）4)以纸浆溶液为主的浆液，如重铬酸盐木质素和木铵，加固效果好，但有毒性，且易污染地下水。施工工艺有：施工工艺有：注浆法、旋喷法和深层搅拌法。注浆法、旋喷法和深层搅拌法。1 1、注浆法、注浆法(灌浆灌浆)是利用机械压力将浆液通过注入管，是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，占据其拉置，一定时间间或石隙中的水分和空气，占据其拉置，一定时间后，浆液凝固，可使原土层或缝隙固结成整体。其后，浆液凝固，可使原土层或缝隙固结成整体。其用途甚广，路基中除用于防护坡面和堤岸外，亦可用途甚广，路基中除用于防护坡面和堤岸外，亦可用于加固土基和整治滑坡等病害，用于加固流砂或用于加固土基和整治滑坡等病害，用于加固流砂或流石地基可以提高强度和不透水性，改善地下工程流石地基可以提高强度和不透水性，改善地下工程的开挖条件等。的开挖条件等。2 2、旋喷法是在注浆法基础上发展起来的一项新技术，、旋喷法是在注浆法基础上发展起来的一项新技术，又称为化学搅拌成型法。又称为化学搅拌成型法。旋喷法是用钻机钻孔至设计深度，用高脉冲泵、旋喷法是用钻机钻孔至设计深度，用高脉冲泵、通过安装在钻杆下端的特殊喷射装置，向土中喷射通过安装在钻杆下端的特殊喷射装置，向土中喷射化学浆液，在喷浆的同时，钻杆以一定速度旋转并化学浆液，在喷浆的同时，钻杆以一定速度旋转并逐渐往上提升，高压射流使一定范围内的土体结构逐渐往上提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，强制破坏的土体与化学浆液混合，胶结硬化破坏，强制破坏的土体与化学浆液混合，胶结硬化后在土层中形成直径较匀称的圆柱体。旋喷的浆液后在土层中形成直径较匀称的圆柱体。旋喷的浆液以水泥浆液为主，如果土的掺水性较大或地下水流以水泥浆液为主，如果土的掺水性较大或地下水流速较快，为防止浆液流失，浆液中加速凝剂速较快，为防止浆液流失，浆液中加速凝剂(如三乙如三乙醇胺和氯化钙等醇胺和氯化钙等)。1.浅层搅拌法浅层搅拌法2.深层搅拌桩法深层搅拌桩法旋喷桩旋喷桩粉喷桩粉喷桩粉体搅拌复合地基技术处理厦门海粉体搅拌复合地基技术处理厦门海沧大道海滩沧大道海滩钻头叶片钻头叶片喷头喷头软管软管旋喷桩示意图旋喷桩示意图水泥适用于含砂量较大的软土，石灰适用于含沙量较低的软土或淤泥质土。1.反压护道法反压护道法土工织物加筋土工织物加筋反铺塔头反铺塔头材排或梢捆材排或梢捆适用于：适用于：a.非耕作区和取土不困难的地区；非耕作区和取土不困难的地区；b.路堤高度不大于路堤高度不大于5/32倍极限高度；倍极限高度；c.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。反压护道反压护道土工织物土工织物砂垫层砂垫层（六）调整结构法（六）调整结构法2.路堤加筋法路堤加筋法（七）侧向约束法（七）侧向约束法系杆系杆夯石堆夯石堆本章小结本章小结