排水防護(hù)支擋工程.ppt

排水、防護(hù)、支擋工程,一 排水工程,地表水滲入路基土體會(huì)降低土的抗剪強(qiáng)度 地下水的存在和活動(dòng)往往引起各種路基病害，是路基變形發(fā)生和發(fā)展的基本原因 在低路堤條件下，由于毛細(xì)作用，水分可能升入路堤內(nèi)，使填料強(qiáng)度下降 水還是產(chǎn)生溶蝕和凍害的主要原因之一,水是影響路基工程質(zhì)量的重要因素，就路基病害的規(guī)模、范圍及成因而言，水往往是決定性的因素之一。,1 地面排水,沿線排水系統(tǒng),要根據(jù)線路的平、縱斷面及地質(zhì)水文條件，確定合理的排水方向和合理的排水設(shè)施位置 要確定橋涵、隧道、車站、農(nóng)田水利排水建筑物的配合和連接方式，避免各行其是、相互脫節(jié)的現(xiàn)象,地面排水設(shè)備,地面排水設(shè)備有排水溝、側(cè)溝、天溝、吊溝（急流槽、跌水）及緩流井等 地面排水設(shè)備的縱坡不應(yīng)小于2 設(shè)計(jì)的地面排水設(shè)備的斷面形狀和尺寸應(yīng)滿足排泄設(shè)計(jì)流量的要求，不產(chǎn)生沖刷和淤積 設(shè)計(jì)的長度宜短不宜長，以使水流不過于匯集，做到及時(shí)疏散、就近分流，同時(shí)也不應(yīng)兼作其他流水的用途,排水溝,排水溝與其他溝渠相接時(shí)，力求水流舒順，因地形限制成直角相交時(shí)，可按下圖形式處置,溝渠連接示意圖 1-排水溝；2-其他溝渠；3-路中線；4-橋涵,側(cè)溝,側(cè)溝是路塹地段用以排除路基面和路塹邊坡坡面的地表水的水溝，它設(shè)于路基面兩側(cè)或一側(cè)（半路塹）,在路塹邊坡面有沖蝕現(xiàn)象的地段，應(yīng)設(shè)置寬度12m的側(cè)溝平臺(tái)，以免堵塞側(cè)溝；石質(zhì)路塹開挖側(cè)溝有困難時(shí)，可采用擋碴墻以減少開挖量,天溝,天溝設(shè)于路塹塹頂，用以排除山坡迎水方向流向路塹的地面水。路塹頂部無棄土堆時(shí)，天溝內(nèi)邊緣至塹頂距離不宜小于5m。當(dāng)溝內(nèi)進(jìn)行加固防滲時(shí)不應(yīng)小于2m。,吊溝、跌水與急流槽,緩流井,用于承接從吊溝匯入側(cè)溝的地表水并削減其能量，保護(hù)路基本體不受沖蝕,地下排水,在地下水危及路基穩(wěn)定（包括整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定）或嚴(yán)重降低路基強(qiáng)度的情況下，通常根據(jù)具體情況采取攔截、旁引、排除含水層的地下水，以及采取隔離的措施進(jìn)行處理 進(jìn)行地下排水設(shè)計(jì)前，應(yīng)進(jìn)行野外工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查、勘探和測(cè)試 在排除地下水的同時(shí)，應(yīng)采取措施防止地表水下滲而造成對(duì)地下水的補(bǔ)給，也不允許將地表水排放入地下水排水設(shè)施內(nèi),1 一般要求,明溝和槽溝,明溝和槽溝是兼排地表水和土體中的上層滯水或埋藏很淺的潛水的排水設(shè)備,漿砌片石明溝,木結(jié)構(gòu)槽溝,滲溝,用于降低地下水位、排除地下水的滲溝又稱平式滲溝，包括埋置深度2-6m的淺埋滲溝 按照有無滲水管可分為有管滲溝和無管滲溝 同時(shí)起支撐邊坡作用的滲溝稱為邊坡滲溝,a）滲水管 b）有管滲溝出口 有管滲溝示意圖（單位：mm）,有管滲溝,有管滲溝的滲水管是管壁帶有滲水孔的陶管或混凝土管，如圖（a）所示，此圖適用于流程較長，流量較大的情況,無管滲溝,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。排水碎石亦可采用無砂混凝土代替。排水碎石周圍應(yīng)設(shè)反濾層，對(duì)反濾層的要求與有管滲溝相同。采用無紡?fù)凉た椢镒鳛樗槭w的維護(hù)并起滲濾作用是目前許多工程中普遍采用的方法,邊坡滲溝,邊坡滲溝用于疏干邊坡和排除自邊坡出露的上層滯水或泉水，并對(duì)邊坡起支撐作用。常用的邊坡支撐滲溝處理的土質(zhì)路塹邊坡坡度應(yīng)不陡于，因?yàn)槭艿叵滤顒?dòng)影響，邊坡土體的穩(wěn)固性?？墒芷湮：?邊坡滲溝主要有拱形和樹枝形兩類,邊坡滲溝正視圖,拱形邊坡滲溝,樹枝形邊坡滲溝,邊坡滲溝縱斷面圖,邊坡滲溝縱斷面圖,支撐滲溝,用以支撐可能滑動(dòng)的不穩(wěn)定土體或山坡，并排除滑動(dòng)帶附近活動(dòng)的地下水，疏干潮濕土體，根據(jù)不穩(wěn)定土體范圍成群設(shè)置的支撐滲溝也可和抗滑擋土墻配合使用,支撐滲溝縱斷面圖,支撐滲溝,通常使其軸線與滑動(dòng)方向基本平行，布置呈平行的條帶狀，支撐滲溝的間距及斷面寬度，可按照每條滲溝所擔(dān)負(fù)的下滑力計(jì)算確定。斷面采用矩形，寬度為23m，間距為815m或更大些 支撐滲溝的埋置深度根據(jù)疏干地下水的深度確定。若用于整治可能的坍塌，滲溝底應(yīng)置于土體（或山體）滑動(dòng)面以下穩(wěn)定土層或巖層內(nèi)至少0.5m。在須考慮凍結(jié)要求時(shí)，溝底應(yīng)置于凍結(jié)深度以下至少0.4m,滲水隧洞,處理滑坡及其他路基病害中的地下水時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤癫剌^深，如1020m以上時(shí)，深埋滲溝的開挖工程太大，施工困難，常以坑道形式排水，稱為滲水隧洞 滲水隧洞可與立式滲井配合使用。單獨(dú)使用時(shí)，只能排除隧洞能集引的含水土層中的水，而不能貫穿整個(gè)或多個(gè)含水地層,曲墻式滲水隧洞,斷面圖,150號(hào)混凝土拱磚大樣圖,排水平孔,為排除路基土體或滑坡體中的地下水，可使用仰斜度為1015的排水平孔。依據(jù)水文地質(zhì)條件，平孔可平行排列或扇形排列布置,平行排列平孔 扇形排列平孔,排水平孔,根據(jù)需要可布置一層或多層，但平孔的位置必須埋于地下低水位以下，盡量擴(kuò)大疏干范圍。由于平孔施工簡(jiǎn)單，收效顯著，為國外廣泛采用。我國在整治滑坡中，采用平孔排除地下水也取得良好效果。,多孔平層,水溝的沖刷防護(hù)和防淤、防滲,當(dāng)水溝的天然土層不足以抵御流速的沖刷時(shí)，需對(duì)水溝采取加固措施 水溝的滲漏對(duì)于某些地質(zhì)不良地區(qū)路基的穩(wěn)固是一種有害因素，所以必須防止 防滲的方法：表層夯拍，三合土、四合土捶面，漿砌片石護(hù)面及用混凝土水槽等，對(duì)于采用卵石護(hù)面或干砌片石護(hù)面的水溝，也可在其底層用粘土夯鋪一層厚0.20.3m的土層 為了防止?jié){砌片石及混凝土水槽預(yù)留的伸縮縫滲水，應(yīng)用瀝青麻筋嵌塞縫隙,水溝加固類型,天然材料護(hù)面,拼裝式混凝土板護(hù)面,邊坡防護(hù)工程,路基改變了原地層的天然平衡狀態(tài)，且不斷經(jīng)受各種錯(cuò)綜復(fù)雜的自然因素作用，可能會(huì)產(chǎn)生各種形態(tài)的破壞，因而需進(jìn)行防護(hù) 防護(hù)均以路基的坡腳和坡面為對(duì)象，因而邊坡防護(hù)包括路基的坡面防護(hù)和坡腳的沖刷防護(hù),一 植物防護(hù),植物防護(hù)是指人工培植邊坡植被覆蓋表土以防止雨水沖刷，并調(diào)節(jié)土壤濕度以防止表土干裂及剝落的措施，包括植草、鋪草皮和種樹，主要適用于較緩的土質(zhì)或嚴(yán)重風(fēng)化的巖質(zhì)邊,1 植草,植草是一種施工簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的有效坡面防護(hù)方法，適用于草類生長的土質(zhì)路堤和路塹邊坡，一般要求邊坡坡度緩于，容許地表水流速0.40.6m/s，坡高在6.0m以內(nèi)。種草時(shí)將草籽加土拌和，均勻播種在表土適當(dāng)翻松的坡面上，必要時(shí)坡面加鋪510cm的種植土層，以有利種草成活和生長,植草防護(hù)邊坡示意圖,2 鋪草皮,其作用與植草相同，效果更好，且可用于較高較陡的土坡上，亦可鋪在嚴(yán)重風(fēng)化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡上 雨量較集中的地區(qū)，植草的成活率低，但當(dāng)附近草皮來源容易，鋪草皮更適宜 鋪草皮常用的有白茅草、假儉草、絆根草等,鋪草皮的方法包括平鋪草皮、平鋪疊置草皮、方格式草皮等,平鋪草皮,平鋪疊置草皮,方格式草皮,卵（片）石方格草,3 植樹,坡面防護(hù)也可植樹，一般是草、樹間植，采用根系發(fā)達(dá)、枝葉茂盛、能迅速生長的矮灌木，如一年成活的紫穗槐；二年成活的夾竹桃等 紫穗槐在西北半干旱、高寒地區(qū)整治路基坡面溜坍曾獲突出效果,二 坡面補(bǔ)強(qiáng)及加固,對(duì)于不宜采用植物防護(hù)的巖質(zhì)邊坡，如頁巖等易風(fēng)化巖邊坡可采用抹面、噴漿、勾縫、灌漿等方法防護(hù)，同時(shí)防止坡面水洗蝕和風(fēng)化剝落,5 混凝土薄板,對(duì)于不易用植物防護(hù)的土質(zhì)邊坡，可直接用厚0.81.0cm之混凝土薄板防護(hù)，重量輕，節(jié)約塢土，也可工廠化預(yù)制,6 土工布,對(duì)于土質(zhì)貧瘠，保肥、保水性差的土質(zhì)邊坡 不適于生長植物或雖可生長植物，常因凍害引起坡面剝落的邊坡，則常用土工布覆蓋,路塹坡面覆蓋的防護(hù),路堤坡面覆蓋防護(hù),三 砌石護(hù)坡,對(duì)緩于1:1的各種土質(zhì)、土夾石及巖質(zhì)邊坡，坡面受地表水流沖蝕產(chǎn)生沖溝、泥流、小型表層溜坍，均可采用砌石護(hù)坡防護(hù),1 單層干砌片石護(hù)坡,干砌護(hù)坡干砌基礎(chǔ),干砌護(hù)坡漿砌基礎(chǔ),干砌片石護(hù)坡（單位:cm）,2漿砌片石護(hù)坡,肋式漿砌片石護(hù)坡展示圖,柱肋,漿砌片石護(hù)坡（單位:cm）,3漿砌片石骨架護(hù)坡,拱形漿砌片石骨架護(hù)坡（單位:cm）,4.漿砌片石護(hù)墻,實(shí)體護(hù)墻,孔窗式護(hù)墻,5.鋼筋混凝土框架護(hù)坡,鋼筋混凝土框架護(hù)坡,路基沖刷防護(hù),沿河的鐵路路基，受河流變遷及沖刷的威脅 尤其到了每年的洪水漲水季節(jié)，水流對(duì)路基的沖刷乃至沖毀，常給行車安全造成巨大的威脅和災(zāi)害 故必須以有效的措施防止河岸與路堤邊坡被沖刷，確保路基安全穩(wěn)定,防止沖刷的方法,直接防護(hù) 直接防護(hù)中，除上述植物防護(hù)（主要指植樹）與砌石防護(hù)外，對(duì)于較大流速和浸水部分來說，還有拋石、石籠、柔性板與抗滑樁等 間接防護(hù) 主要指導(dǎo)治和改河,路基邊坡和河岸沖刷直接防護(hù)類型與適用條件,1鋪草皮磚,臺(tái)階式疊砌,豎立式疊砌,邊坡鋪草皮磚構(gòu)造,2拋石護(hù)坡,不設(shè)墊層,設(shè)置墊層,新建路基坡腳拋石防護(hù)示意圖,不設(shè)墊層,設(shè)置墊層,既有線路基坡腳拋石防護(hù)示意圖,3片石護(hù)坡,干砌片石護(hù)坡示意圖,漿砌片石護(hù)坡示意圖,基礎(chǔ)腳墻埋設(shè)在沖刷深度線以下,柔性混凝土塊板防護(hù)基礎(chǔ),4混凝土板護(hù)坡,混凝土板護(hù)坡示意圖,柔性混凝土塊板防護(hù)布置及構(gòu)造圖（單位：mm）,柔性混凝土塊防護(hù)具有柔性，可保護(hù)坡腳防止被淘刷,5石籠護(hù)坡,石籠構(gòu)造圖,a) 平鋪 b) 壘碼,石籠壘碼或平鋪防護(hù)圖（單位：m）,如果石籠用于防止岸坡被沖刷時(shí)，則可用壘碼或平鋪于坡面的形式,二 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，亦可減小流速，緩和水流對(duì)被防護(hù)路段的作用，改變河槽中沖刷和淤積的部位，以及必要時(shí)改變河道等，均屬于間接防護(hù),導(dǎo)流建筑物的類型及其作用,單個(gè)丁壩,順壩,導(dǎo)流建筑物常用的有丁壩、順壩兩種,按照河水流向與丁壩交角的大小，丁壩分成垂直、上挑、下挑三種布置形式,垂直布置形式,下挑布置形式,上挑布置形式,丁壩不同布置形式的沖淤情況示意圖,根據(jù)壩身的長短，丁壩又可分為長丁壩、短丁壩,丁壩的壩頭、對(duì)于水流作用為首當(dāng)其沖，而且易受水上漂浮物的撞擊，必須堅(jiān)固，常將背水面放寬（總寬是壩身頂寬的1.52.0倍），并做圓滑曲線形，橫坡放緩至1：3,(a) 平面 (b)斷面 丁壩的壩頭構(gòu)造示意圖,丁壩的壩身為不對(duì)稱梯形斷面，其頂寬一般不小于2.0m,石質(zhì)丁壩斷面示意圖,幾種混合結(jié)構(gòu)的丁壩斷面圖（尺寸：m） 1-混凝土板；2-石籠；3-拋石；4-梢料柴排（或束）； 5-石梢壩；6-漿砌塊石,壩腹式丁壩 1-單層嵌砌片石（40cm）；2-石籠；3-石塊；4-干砌片石面層； 5-碎（卵）石墊層；6-滲水土,路基的支擋工程,重力式擋土墻的四種主要形式,仰斜墻背式,俯斜墻背式,衡重式,折線墻背式,在平衡土壓力方面，衡重式的特點(diǎn)是利用墻身和墻背回填土的重力和地基反力來保持土體穩(wěn)定,幾種常見的輕型擋土墻,錨桿擋土墻,錨定板擋土墻,在平衡土壓力方面，錨桿擋土墻的特點(diǎn)是在填土內(nèi)埋入錨固件，或在穩(wěn)定土層中插入錨桿利用錨固件的抗拔力，將擋土板拉緊,樁板擋土墻,在平衡土壓力方面，柱板式或樁板式擋土墻的特點(diǎn)是把柱（樁）部分埋入地基內(nèi)，用柱、板結(jié)構(gòu)擋土，以地基抗力保持柱板穩(wěn)定,加筋土擋土墻,在平衡土壓力方面，加筋土擋土墻的特點(diǎn)則是利用拉筋與土之間的摩擦力抵抗土壓力，并以拉筋端部分墻面板連接擋土,薄壁擋土墻,在平衡土壓力方面，薄壁擋土墻的特點(diǎn)是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成，用墻背踵板上的地基抗力抵抗土的壓力,為使路塹邊坡開挖減小或防止落石危害，可修筑路塹墻及作攔石墻、護(hù)墻等,路塹墻,路肩墻,路堤墻,綜合應(yīng)用擋土墻,擋土墻的主要作用,穩(wěn)定邊坡 減少土方 防止沖刷 攔擋落石 整治滑坡等,除在路基工程中應(yīng)用以外，在橋梁工程、水利工程、工業(yè)民用建筑中也常使用,五 庫侖土壓力理論及其在鐵路擋土墻中的應(yīng)用,1776年法國學(xué)者庫侖根據(jù)墻后土楔體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的力系平衡條件，提出了與朗肯理論不同的分析方法，可適用于不同形式的填土表面和不同粗糙度的墻背條件,（一）庫侖土壓力理論,庫侖理論假設(shè)墻后土楔體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)滑動(dòng)面為平面 滑動(dòng)土楔體為剛體 墻后填土為砂性土 在AB和BC滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度均已充分發(fā)揮,墻后地面為任意平面時(shí)庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖,當(dāng)擋土墻墻背AB受力向前移動(dòng)，將出現(xiàn)破壞楔體ABC，當(dāng)其處于極限平衡時(shí)，由力三角形abc據(jù)正弦定理可得：,式中 為墻背摩擦角 為墻后土體內(nèi)摩擦角 為破裂面BC與鉛垂線之夾角 為墻背傾角 i為墻后土面與水平面之夾角，稱土面傾斜角,設(shè)ABC之面積為S，作幾何計(jì)算，則,在ABC中,因,于是，,破裂楔體ABC的重量,式中 墻后土體重度,將Q代入得主動(dòng)土壓力,由式可知，當(dāng)參數(shù)、i為定值時(shí)，Ea是的函數(shù)，可隨破裂面不同而變化。故在式中，將Ea對(duì)求導(dǎo)，并令,則可導(dǎo)得,式中 a庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù),墻后地面為任意平面時(shí)庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算圖,上述計(jì)算是據(jù)圖示得出的，墻背仰斜時(shí)的為正值，如果墻背俯斜，應(yīng)改為負(fù)值進(jìn)行計(jì)算,墻背仰斜和俯斜時(shí)主動(dòng)土壓力分解,在擋土墻設(shè)計(jì)中為檢算方便，常將Ea分解為水平力和豎直力，則墻背仰斜時(shí),為了確定土壓力作用點(diǎn)或求擋土墻某一截面所受的土壓力，常需做土壓應(yīng)力圖，若沿墻高H以變量h代替，則得深度h處的主動(dòng)土壓應(yīng)力h為：,可見， h是h的一次函數(shù)，土壓應(yīng)力的方向平行于的方向，土壓應(yīng)力圖的面積等于Ea，即,土壓應(yīng)力圖的形心位置距墻底距離,即為土壓力作用點(diǎn),土壓應(yīng)力圖,（二）庫倫土壓力理論在鐵路擋土墻中的應(yīng)用,在鐵路或道路工程中，擋土墻墻后填土表面有時(shí)不是平面，而是在路面上作用有列車或汽車荷載，這時(shí)可根據(jù)庫倫理論，建立各種不同情況下的庫倫主動(dòng)土壓力公式。,如圖為一路肩墻，破裂面交于路基面的不同位置,破裂面交于路基面,設(shè)墻后填土重度為，在路基面上有列車和軌道荷載換算成的土柱（土柱厚度與擋土墻厚度均取延長米）,當(dāng)破裂角1時(shí)破裂楔體土重,當(dāng)12時(shí),當(dāng)23時(shí),以下類推，將楔體土重概括寫成,式中,為楔體頂面荷載寬度,可據(jù)三角形通過正弦定理得,圖為仰斜的路堤墻，破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)。由圖可知，破裂楔體ABCGFED的面積為：,墻背土壓力應(yīng)力圖形,令,則,由此，破裂楔體的重量：,令,得到,求出后，代入式(*)即可得主動(dòng)土壓力,Ea的作用點(diǎn)位置，可由墻背上的側(cè)壓力應(yīng)力分布圖形的形心來求得。當(dāng)填土為平面、無荷載時(shí)，應(yīng)力與深度成正比，為線性分布，即應(yīng)力分布圖形為三角形,邊界條件復(fù)雜時(shí)，如圖，假定棱體中引出若干與破裂面相平行的直線與墻背相交，墻背任意