chap5路基防护与加固

Chap5 路基防护与加固,5-1 基本概念 5-2 坡面防护 5-3 冲刷防护 5-4 湿软地基加固,回目录,5-1 基本概念,一、路基防护与加固的意义： 路基防护是保证路基强度和稳定性的重要措施之一。 未防护路基在各种自然因素作用下、强度和稳定性会受到影响。 防护加固目的在于阻止由于自然因素所引起的破坏。 对于高等级公路，对维护正常的汽车运输，确保行车安全，美化公路环境，减少公路的养护工作量更有重要意义。,二、防护与加固的主要设施 1、边坡坡面防护 ：防止水蚀 ，分为植物防护和矿料防护。 2、堤岸防护与加固：主要针对水流的破坏，起防水治害和加固堤岸的作用。分为直接防护和间接防护。 3、支挡工程：路基边坡支撑和堤岸支挡，增加稳定性。 如：石砌护肩、护坡、护墙和护脚及沿河驳岸浸水墙和各类挡土墙。 4、 湿软地基的加固处治：关键在治水和固结。 换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、化学加固。,回目录,5-2 坡面防护,坡面防护：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，必须要求坡面岩土整体稳定牢固。 植物防护：种草、铺草皮、植树等 （“生命防护”土质边坡） 矿料防护：抹面、喷浆、勾缝、石砌护面、 （无机物防护石质路堑边坡）,一、 植物防护 1、作用： 美化路容、协调环境、调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的作用。 2、适用范围： 坡高不大、边坡比较平缓的土质坡面。 3、防护方法： 种草 边坡要求：不陡于1：1 草的品种根系发达叶茎低矮 （香根草） 撒播、 喷播,边坡植草防护试验段,边坡植草防护,图5-1 草皮防护示意图(除已注明尺寸外，其余单位为cm) a)平铺平面；b)平铺剖面；c)水平叠铺；d)垂直叠铺；e)斜交叠铺；f)网格式 （图中h为草皮厚度，约58cm，a为草皮边长，约2025cm）,铺草皮 坡面特性， 铺贴方法（见图）,植树 主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直接冲刷路堤； 多排林堤岸与水流方向斜交，还可起挑水改变水流方向的作用； 沙漠与雪害地区，防护林带还起阻沙防雪作用。 其他：拉伸网草皮 固定草种布 网格固定撒种等,截水骨架防护,二、工程防护 1、含义： 指采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行的坡面防护。 2、抹面防护： 适用范围：易风化岩坡面。 抹面材料：石灰炉渣混合灰浆、三合土或四合土等。 抹面厚度：2.010.0cm 3、喷浆： 适用范围：易风化，坡面不平整；一般 5-10cm； 水泥：石灰：河砂：水=1：1：6：3 加筋材料；排水孔 4、灌浆、勾缝、嵌补： 对于比较坚硬的岩石坡面，为防水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小采用。,喷浆,5、干砌片石护面 用途 砌筑要求 （防止地面水流或河水冲刷）,图5-2 片石护面示意图 a、b)单层；c、d)双层 （图中H为干砌石垛高度，约2030cm，h为护面厚度，大于20）,6、护面墙 作用 ，要求，构造与布置,图5-3 护面墙示意图(单位：m) a)双层式；b)单层式；c)墙面；d)拱式；e)混合式 1-平台；2-耳墙；3-泄水孔；4-封顶；5-松散夹层；6-伸缩缝； 7-软地基；8-基础；9-支补墙；10-护面墙,3）墙高与厚度及路堑边坡的关系，参见表5-1。,护面墙的厚度 表5-1,4）与挡土墙的差异： a.护墙不承受墙后坡体的侧压力，边坡必须是稳定的。 b.截面（仅考虑护墙自身的稳定问题） 当 h 小时，为等截面 当 h 大时，为变截面。 c.基底设在冰冻线以下，基底承载力 300KPa d.伸缩缝、泄水孔的布置同浆砌片石防护。,回目录,河南省第一条旅游高速公路郑（郑州）少（少林寺）高速公路,5-3冲刷防护,冲刷防护: 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。 堤岸防护与加固设施，有直接和间接两类。 直接防护与加固设施中包括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。 间接防护主要指导治结构物，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。,一、直接防护 （防止水流对边坡冲刷起破坏作用） 1、 植物防护、石砌防护（同前）,图5-4 抛石防护示意图(单位：m) a)新堤石垛；b)旧堤石垛,2、 抛石防护 抛石防护，类似在坡脚处设置护脚，亦称抛石垛，,3、 石笼防护 石笼是用铁丝编织成框架，内填石料，设在坡脚处，以防急流和大风浪破坏堤岸，也可用来加固河床，防止淘刷。,图5-5 石笼防护示意图(单位：m) a)箱形笼；b)圆柱形笼；c)防止淘底；d)防护岸坡,4、单片垫和双片垫： 单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体； 双片垫是将两块单片垫重叠后按一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成管状或格状空间，其中再填充透水性土石料（如砂卵石等），起到防冲与反滤的作用，,图5-6双片垫型式,5、土工模袋 土工模袋是一种双层织物袋，袋中充填流动性混凝土或水泥砂浆或稀石混凝土，凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。,图5-7土工模袋的应用及铺设,二、间接措施： （设置与沿结构物来改变水流方向，消除和减水流对堤岸的直接破坏） 设施：顺坝、格坝、丁坝、拦水坝,顺坝亦称导流坝，大致与堤岸平行，主要作用为导流、束水、调整流水曲度、改善流态。 格坝在平面上成网格状，设于顺坝与堤岸之间，防止高水位时水流溢入冲刷坝内岸坡和坡脚，并促进格间的淤积。 丁坝亦称挑水坝，大致与堤岸垂直或斜交，将水流挑离堤岸，束河归槽，改善流态。,导流结构物综合布置示例 ：,图5-8 导流结构物综合布置示例 1顺坝 2格坝 3丁坝 4拦水坝 5导流坝 6桥墩 7路中线,公路工程中的改河: 主要目的： 将直接冲刷路基的水流引向旁处； 路基占用河槽后，需要拓宽河道； 挖滩改河，清除孤石，改移河道，以保护路基； 裁弯取直，有利布置路线或桥涵。 这些措施，如经过论证可行，确有必要且效益高时，方可通过设计计算，最后实施。,回目录,5-4 湿软地基加固,软土（含水量高于30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、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,一、 换填土层法 将基底下一定深度范围的湿软土层挖去，换以强度较大的砂、碎(砾)石、灰土或素土，以及其他性能稳定、无侵蚀性的土类，并予以压实。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。 施工要点：将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实。,换填后的成型路基,换填片石图（单位：m）,抛片石挤淤图,二、砂垫层法 作用：承载力沉降量 排水固结加快、防止冻胀 厚度：0.61.0m 颗粒：中砂，级配良好 含泥量:3%-5%,表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再铺排水垫层,已完成的斜坡砂垫层,三、强夯法（辗压夯实法、动力固结法） 原理：在强夯过程 ，土体中微小气沟的体积压缩，土的孔隙减小，土体局部液化，土的结构破坏并且强度下降到最低值。随之在夯击点周围出现径向裂缝，形成树枝枝状的排水网络，使土体的渗透性大大增加，孔隙水得以顺利溢出，加速了土体的固结。继而因粘性土的触变性，使土基的强度得到恢复与加强。 （一）强夯法的试夯工作 （二）法国梅拉：H=0.1wh 式中：H加固地基的影响深度（m） w落锤重（KN） h落距 我国实践表明，H 值偏大，修正后约为0.40.6H （三）通过试夯取得必要的施工参数，便可布置夯点（一般按方形布点）、拟定夯打遍数和每遍夯打次数，以及前后两遍夯打的间隔时间。,强夯法处理地基是世纪年代末技术公司首先创立的，该方法将重锤从落距处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基土。由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、经济可行、效果显著等优点，经过多年来的应用与发展，强夯法处理地基受到各国工程界的重视，并得以迅速推广，取得了较大的经济效益和社会效益。,由于强夯处理的对象（即地基土）非常复杂，一般认为不可能建立对各类地基土均适合的具有普遍意义的理论，但对地基处理中经常遇到的几种类型土，还是有规律可循的。实践证明，用强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程使用要求，正确选用强夯参数，一般通过试验来确定以下强夯参数：()有效加固深度：有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又反映了处理效果。()单击夯击能：单击夯击能等于锤重落距。()最佳夯击能：从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称最佳夯击能。因此可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。夯点的夯击次数，可按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，应同时满足下列条件：夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难；每击夯沉量不能过小，过小无加固作用。夯击次数也可参照夯坑周围土体隆起的情况予以确定，就是当夯坑的竖向压缩量最大，而周围土体的隆起最小时的夯击数。对于饱和细粒土，击数可根据孔隙水压力的增长和消散来决定，当被加固的土层将发生液化时的击数即为该遍击数，以后各遍击数也可按此确定。,()夯击遍数：夯击遍数应根据地基土的性质确定，地基土渗透系数低，含水量高，需分遍夯击，反之可分两遍夯击，最后再以低能量“搭夯”一遍，其目的是将松动的表层土夯实。()间歇时间：所谓间歇时间，是指相邻夯击两遍之间的时间间隔。指出，一旦孔隙水压力消散，即可进行新的夯击作业。()夯点布置和夯点间距：为了使夯后地基比较均匀，对于较大面积的强夯处理，夯击点一般可按等边三角形或正方形布置夯击点，这样布置比较规整，也便于强夯施工。由于基础的应力扩散作用，强夯处理范围应大于基础范围，其具体放大范围，可根据构筑物类型和重要性等因素考虑确定。夯点间距可根据所要求加固的地基土性质和要求处理深度而定。当土质差、软土层厚时应适当增大夯点间距，当软土层较薄而又有砂类土夹层或土夹石填土等时，可适当减少夯距。夯距太小，相邻夯点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层，影响夯击能向深部传递。,其施工工艺流程： 1)平整场地；2)铺级配碎石垫层； 3)强夯置换设置碎石墩；4)平整并填级配碎石垫层； 5)满夯一遍；6)找平，并铺土工布；7)回填风化石渣垫层，用振动碾碾压八遍。 一般在大型强夯施土前，都应选择面积不大于400m2的场地进行典型试验，以便取得数据，指导设计与施工。,重锤夯实,强夯法现场,四、竖向排水固结法（预压法） 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。,堆载预压法 在路基填筑之前，用临时堆载(砂石料、土料、其他建筑材料等)的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。 施工工艺与要点： a、预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载； b、大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业，对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业； c、堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度，底面应适当放大； d、作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。,砂井堆载预压：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。 目的：使饱和软土在荷载作用下，排水固结后，抗剪强度可得到提高 。（见下图） 加载预压量：80% 直径：多为810cm 间距：大约是井径的68倍。 长度：应穿越地基可能的滑动面，或深入透水层 成孔方法： 沉管法 水冲法,广泛适用于各类饱和粘土、粉土,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,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,真空预压法 在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。 为了加速固结，也可采用打砂井或插塑料排水板的方法，即在铺设砂垫层和土工薄膜之前打砂井或插排水板，达到缩短排水距离的目的。 施工要点： 先设置竖向排水系统，水平分布的滤管埋设宜采用条形或鱼刺形，砂垫层上的密封膜采用2-3层的聚氯乙烯薄膜，按先后顺序同时铺设。面积大时宜分区预压；做好真空度、地面沉降量，深层沉降、水平位移等观测；预压结束后，应清除砂槽和腐植土层。应注意对周边环境的影响。,塑料排水板的结构图 a）槽形塑料板；b）梯形槽塑料板；c）槽塑料板 d）硬透水膜塑料板；e）无纺布螺旋孔排水板； f）无纺布柔性排水板,塑料排水板：,LJB-6型步履式插板机图,真空预压法现场,五、挤密法 1、砂桩 在土基成孔后，灌以砂、石、土灰土或石灰土等原料、捣实、横向挤紧。 区别： 砂井 井径小 间距大；排水密实；用于过湿湿软地基 砂桩 井径大， 间距小；挤密；松砂、杂填土 砂桩面积 20%左右 采用下式计算： F1=F(e0-e1)/(1+e0) n=F1/f 2、石灰桩： 挤密作用 （另：生石灰汲水膨胀、发热及离子交换作用，改善土质，桩体硬化）,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,适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土,Y型桩处理软基,振冲密实法 利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用，使土体的结构逐步破坏，孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏，土粒有可能向低势能位置转移，这样土体由松变密。,施工工艺： (1)平整施工场地，布置桩位； (2)施工车就位，振冲器对准桩位； (3)启动振冲器，使之徐徐沉人土层，直至加固深度以上3050cm，记录振冲器经过各深度的电流值和时间，提升振冲器至孔口。再重复以上步骤12次，使孔内泥浆变稀。 (4)向孔内倒人一批填料，将振冲器沉人填料中进行振实并扩大桩径。重复这一步骤直至该深度电流达到规定的密实电流为止，并记录填料量。 (5)将振冲器提出孔口，继续施工上节桩段，一直完成整个桩体振动施工，再将振冲器及机具移至另一桩位。 (6)在制桩过程中，各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等三方面的要求，基本参数应通过现场制桩试验确定。 (7)施工场地应预先开设排泥水沟系，将制桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池，池底部厚泥浆可定期挖出送至预先安排的存放地点，沉淀池上部比较清的水可重复使用。 (8)最后应挖去桩顶部lm厚的桩体，或用碾压、强夯(遍夯)等方法压实、夯实，铺设并压实垫层。,六、化学加固法： 1、概念：用压力将化学溶液或胶结剂注入土层，使土颗粒胶结起来，以加固土基。 2、溶液种类：水玻璃为主剂的浆液； 丙烯酸氨为主的浆液； 石灰、水泥为主的粉体、浆液。 3、施工工艺：注浆法、旋喷法、深层搅拌桩。 4、施工机械： 1） 钻机2)粉体发送器3)空气压缩机4) 钻头,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。,粉体搅拌法(简称粉喷法)： 是用特制的设备和机具，将加固 剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送，与地基土强行拌 和，使之产生充分的物理、化学反应后，形成一定强度的桩体 (简称粉喷桩)。这是一种改善土质，提高地基强度的软土地基加 固方法，可以广泛地适用于淤泥质土，杂填土， 软粘土等地基加固。,粉体搅拌复合地基技术处理厦门海沧大道海滩,粉喷桩技术处理与检测,水泥加固土物理力学特性 物理性质： 容量:水泥与土搅拌后，基容量变化不大，仅比 原土的容量增加5%；含水量:水泥加固土含水量略低于原土的含水量，约减少3%一7%。 水泥土力学性质： 水泥加固土的抗压强度。一般为300一4000KPa，比天然软土加大几十 甚至几百倍，影响加固土抗压强度的因素较多，如与土类、含水 量、水泥掺入量、养护龄期以及外掺剂等因素有关：经试验，当 水泥掺入比a5%时，加固效果微弱，工程施工中一般采用 a=715%为宜； 当其它条件相同时，水泥加固土的强度随土的含水量增加而降低，当土样的含 水量为50%一80%时，含水量每降低10%，则水泥土的强度提高 30%一50%; 水泥加固土的强度随龄期增长而增长，早期强度增长较快，7d龄期强度可达28d龄 期强度的60，一般情况下，龄期超过28d后，强度仍有明显增 加，3个月龄期强度可达到0.32.0MPa。 水泥加固土的抗拉强度。 经试验，当水泥土的抗压强度在300 4000kPa时，抗拉强度为抗压强度的15%,施工工艺 (1)施工程序。放桩位钻机就位调平送风钻至设计深度送粉提升搅拌提升至地平停粉 复搅13桩长提升至地平停风钻机移动重 复循环。 (2)施工中注意事项。 明确设计要求，了解地基的地质情况。 开工前先打试验桩，根据不同的地质条件，合理选择钻机 的档位，确定喷粉机压力和喷粉量。 严格控制钻孔深度，喷灰时间及停灰时间，确保粉喷桩桩 长，成桩应打入持力层50cm严禁在末钻至设计深度及未喷灰的 情况下钻机提升作业。 定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的 钻头必须随时检查，其钻头磨损量不得大于lcm。,喷灰机必须配有水泥计量装置，施工中及时记录水泥的 瞬时喷入量和累计喷入量。若发现喷灰量不足应进行整桩复打， 复打的喷灰量仍不小于设计用量。若遇停电，机械故障等原因 中断喷粉，在恢复喷粉时，其重叠孔段长度应大于lm。 桩身上部1/3桩长范围内，施工中应严格进行重复搅拌，使水泥和土充分拌和，提高 上部桩身强度，使之符合荷载的传递规律。 为防止水泥飞扬造成污染，当钻头提升到地面以下0.5 m时，喷灰机应停止喷灰，并使钻机迅速换档下钻，上部0.5m范围 内用人工回填粘土并压实。 施工中应认真填写原始记录。为保证机械设备完好及人 身安全，严禁违章操作。,粉喷桩施工工艺流程图,回目录,1.反压护道法,土工织物加筋 反铺塔头 材排或梢捆,适用于：a.非耕作区和取土不困难的地区； b.路堤高度不大于5/32倍极限高度； c.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。,七、其他,2.路堤加筋法,4、分阶段施工法,3、侧向约束法,