斜坡填方路基優(yōu)化設(shè)計(jì)探討-李剛

《公路與自然》年會(huì)交流材料

斜坡填方路基優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

李剛高級(jí)工程師注冊(cè)巖土工程師20091月填方工程較之挖方工程具有更大的不確定性，有限的地質(zhì)勘察很難將地基條件查清楚，填方工程特別是斜坡填方的病害時(shí)有發(fā)生，有的病害發(fā)生在施工過(guò)程當(dāng)中，有的病害發(fā)生在運(yùn)營(yíng)期間，究其原因，多與勘察資料不齊全、設(shè)計(jì)對(duì)地質(zhì)條件和極端天氣等因素考慮不周、施工質(zhì)量不滿(mǎn)足要求等有關(guān)系。一概述

結(jié)合作者多年從事勘察設(shè)計(jì)的體會(huì)及阿爾及利亞?wèn)|西高速公路中填方工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐，從加強(qiáng)填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風(fēng)化巖體）的處理、降低填方高度、增強(qiáng)填方體自身穩(wěn)定性等方面提出了一些斜坡填方路基設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施和建議，與各位領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家交流，懇請(qǐng)批評(píng)指正！斜坡填方一般指地面自然橫坡陡于1:5的填方，包含斜坡路堤、斜坡半填半挖兩種情況。斜坡填方路基常見(jiàn)病害有縱向裂縫、錯(cuò)落(差異沉降)等，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生路基滑移，近而形成工程滑坡。

二斜坡填方路基的病害

圖1斜坡路基1:m1:n陡于1:51～2m二斜坡填方路基的病害圖2

斜坡填方病害

引起斜坡路基發(fā)生開(kāi)裂或滑移的主要原因有以下幾個(gè)方面：

(1)斜坡地基覆蓋層土體與基巖面為透水軟弱面，地下水活動(dòng)引起斜坡路基下滑。

(2)斜坡地基巖層軟硬相間，其軟弱面順路基傾斜，由于風(fēng)化強(qiáng)弱差異或地下水侵蝕，地基和路基順軟弱面滑移。

(3)斜坡地基覆蓋為松散巖土堆積物，含水量過(guò)大，未經(jīng)處治，若在原斜坡面直接填筑路基，當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡，填方路基邊坡高度較大，而邊坡又未采用封閉措施時(shí)，暴雨時(shí)路基邊坡地表水滲透，引起路基滑移。二斜坡填方路基的病害

(4)斜坡路段路線布線穿過(guò)巖層軟硬不均的構(gòu)造交界處，多為地下水活動(dòng)區(qū)。路基填筑后在豐水季節(jié)產(chǎn)生不均勻壓縮變形成，沉降差異產(chǎn)生裂縫后，未及時(shí)封水致使路基飽水而滑移。

(5)斜坡路基處于半填半挖地段，差異沉降造成路面裂縫或變形。

(6)斜坡路基上緣坡面匯水面積較大，雖作截水和路基排水溝防護(hù)，而地表水滲透路基或地基覆蓋土層內(nèi)，形成地基連同路基整體變形或滑移。

二斜坡填方路基的病害

(7)斜坡后緣不合理加載，破壞了原有斜坡自然平衡狀態(tài)，導(dǎo)致斜坡出現(xiàn)變形破壞，或形成滑坡。

(8)斜坡路基填料選擇不當(dāng)和路基邊緣壓實(shí)度不夠，邊坡對(duì)季節(jié)性較為敏感。當(dāng)坡面未封閉處理，雨季邊坡水滲透，常在距路基邊緣1~2.5m范圍內(nèi)的填方邊坡上發(fā)生縱向裂縫。二斜坡填方路基的病害針對(duì)斜坡填方路基病害發(fā)生的機(jī)理，斜坡填方優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)從加強(qiáng)填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風(fēng)化巖體）的處理、降低填方高度、增強(qiáng)填方體自身穩(wěn)定性等方面入手。

結(jié)合作者多年高速公路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及阿爾及利亞?wèn)|西高速公路斜坡填方設(shè)計(jì)實(shí)踐，本文提出如下斜坡填方優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，分別為：自然地面挖臺(tái)階、地基表層換填、鋪設(shè)土工格柵、設(shè)置地下排水盲溝、坡腳設(shè)置鏟子、加筋路堤、土工布預(yù)制塊擋土墻及填料選擇等。

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1挖臺(tái)階填方原地面清表后，進(jìn)行挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度一般不應(yīng)小于2m，臺(tái)階向內(nèi)傾斜4%，以加強(qiáng)填方體與自然原地面之間的結(jié)合，增強(qiáng)基底抗滑能力。設(shè)計(jì)中應(yīng)計(jì)入挖臺(tái)階土方數(shù)量以及臺(tái)階寬度范圍填前基底壓實(shí)的工程數(shù)量，便于施工單位施工和計(jì)量。

3.2換填斜坡填方基底自然地面表層往往有一定厚度的覆蓋層（土體或風(fēng)化巖體），這些表層土在雨水下滲或浸泡后很容易軟化，強(qiáng)度急劇降低，很容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，而填方設(shè)計(jì)中往往忽略覆蓋層的影響，因此當(dāng)表層土體厚度小于2m時(shí)，對(duì)于斜坡高填方應(yīng)盡可能將表層土挖除后進(jìn)行換填。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖3挖臺(tái)階和換填

3.3鋪設(shè)土工格柵

為增強(qiáng)填方沿填挖交界處或沿自然原地面滑動(dòng)的穩(wěn)定性，并減少填方的不均勻沉降，在填方臺(tái)階上宜鋪設(shè)土工格柵，長(zhǎng)度一般應(yīng)為6-10m，并且在路床的底面和頂面各加鋪一層。土工格柵宜采用雙向土工格柵，抗拉強(qiáng)度不宜小于40kN/m，延伸率不大于10%。此外，土工格柵應(yīng)采用“U”型鋼釘錨固于臺(tái)階上，以增強(qiáng)格柵的穩(wěn)定性。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖4橫向和縱向土工格柵加強(qiáng)圖

3.4坡腳鏟子

在法國(guó)，斜坡填方特別是斜坡高填方中坡腳往往設(shè)置一個(gè)梯形的鏟子（bêche），以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。鏟子一般為梯形、底寬4-8m，深度不小于2m，使用天然碎礫石（粒徑0-500毫米）材料。

一般填方邊坡的圓弧滑動(dòng)面多從坡腳通過(guò)，有限元分析方法（FEM）也證實(shí)了這一點(diǎn)，在坡腳設(shè)置抗剪強(qiáng)度較高的碎礫石，將使坡腳應(yīng)力擴(kuò)散，同時(shí)，設(shè)置了鏟子后，圓弧滑動(dòng)面將向上（填方體）或向地基深層移動(dòng)。

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

向上移動(dòng)時(shí)，由于填方材料本身的抗剪強(qiáng)度參數(shù)一般大于地基，所以，穩(wěn)定系數(shù)必然較高；向下移動(dòng)時(shí)，由于滑動(dòng)圓弧面變深，半徑變小，則邊坡下部抗滑力的將增強(qiáng)，而下滑力將減小，從而增大了穩(wěn)定系數(shù)；此外，也有少數(shù)情況，滑動(dòng)圓弧面從鏟子的位置通過(guò)，則由于鏟子的高抗剪強(qiáng)度，替換了原來(lái)的土，也使穩(wěn)定系數(shù)得到提高。

由于鏟子使用了透水性天然碎礫石材料，除起到坡腳置換作用外，還起到排水的作用，以保證填方坡腳的強(qiáng)度不因地下水的作用而下降。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖5填方坡腳鏟子大樣圖圖6高填方挖臺(tái)階、換填并設(shè)置了鏟子斷面圖

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖7

高填方坡腳設(shè)置鏟子后滑動(dòng)面上移3.5地下排水盲溝

為排出因降雨下滲到填方內(nèi)部的水，在填方的基底應(yīng)每隔30～50米設(shè)置一道排水盲溝，以避免地下水在原地面的聚集，盲溝設(shè)置可采用矩形，采用透水性材料填筑，外裹土工布。排水盲溝與鏟子相連，通過(guò)鏟子將地下水排出。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

地下盲溝鏟

子圖8

地下排水盲溝平面圖

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖9地下排水盲溝設(shè)計(jì)圖

3.6加筋路堤

當(dāng)自然地面橫坡較陡，采用普通填方時(shí)，坡腳伸出很遠(yuǎn)，填方高度很高，而且邊坡穩(wěn)定性不足時(shí)，可設(shè)置加筋路堤，填方每隔0.4-0.8m設(shè)置一層土工布，填方的坡度取為1：1，既可減少了填方的占地，降低了邊坡的高度，也減少了土方數(shù)量，而且會(huì)增強(qiáng)斜坡上填方的穩(wěn)定性。（在填方占地范圍內(nèi)對(duì)表層土進(jìn)行排水和換填）。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖10

加筋路堤設(shè)計(jì)和計(jì)算斷面圖

3.7預(yù)制塊擋土墻

當(dāng)自然地面橫坡陡，采用加筋路堤仍然不能很好地解決問(wèn)題的時(shí)候，阿爾及利亞?wèn)|西高速公路設(shè)計(jì)了預(yù)制塊擋土墻，值得國(guó)內(nèi)斜坡填方設(shè)計(jì)中借鑒采用。預(yù)制塊擋土墻路基表面采用了一種有專(zhuān)利的空心混凝土預(yù)制塊，然后填方每隔一定距離加鋪一層土工布，預(yù)制塊面部的坡度可以是50°~85°，預(yù)制塊內(nèi)填土并可以進(jìn)行綠化。此方案具有加筋路堤的優(yōu)點(diǎn)，并可以更加有效地減少占地，降低邊坡高度，且造價(jià)較擋土墻路基低、對(duì)地基承載力要求低，從而可省去地基處理的費(fèi)用。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖11

預(yù)制塊擋土墻做好斜坡填方路基設(shè)計(jì)，除采取上述措施外，還應(yīng)做好路基填料的綜合設(shè)計(jì)，對(duì)斜坡半填半挖路基，當(dāng)挖方區(qū)為土質(zhì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用滲水性好的材料填筑；當(dāng)挖方區(qū)為堅(jiān)硬巖石時(shí)，宜采用填石路基。此外，對(duì)于膨脹土填料，摻灰改性處理時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)拌合，確保摻灰均勻，并且做好填料、地基的防水設(shè)計(jì)；對(duì)濕陷性黃土填料，應(yīng)重視路肩等部分的壓實(shí)度，并做好路床等部分的防水設(shè)計(jì)。三斜坡填方路基設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)合作者多年從事勘察設(shè)計(jì)的體會(huì)及阿爾及利亞?wèn)|西高速公路中填方工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐，從加強(qiáng)填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風(fēng)化巖體）的處理、降低填方高度、增強(qiáng)填方體自身穩(wěn)定性等方面提出了一些斜坡填方路基設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施和建議，可供設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員參考借鑒。四結(jié)論

謝謝！2009年11月第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請(qǐng)盡量言簡(jiǎn)意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動(dòng)、換向；

2.輔機(jī)的啟動(dòng)；

3.為氣動(dòng)裝置提供氣源；

4.為氣動(dòng)工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患?jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類(lèi)：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)單級(jí)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長(zhǎng)的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動(dòng)件少（軸承與滑片），潤(rùn)滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬(wàn)小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬(wàn)小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長(zhǎng)達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過(guò)?；?葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴(lài)的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過(guò)濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動(dòng)疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過(guò)濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過(guò)濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開(kāi)發(fā)并問(wèn)世的高科技?jí)嚎s機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長(zhǎng)壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件渦卷付，只有磨合沒(méi)有磨損，因而壽命更長(zhǎng)，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動(dòng)渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動(dòng)渦卷作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過(guò)程

1—2壓縮過(guò)程

2—3排氣過(guò)程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）

壓縮分類(lèi)：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對(duì)氣缸的冷卻，省功、對(duì)氣缸潤(rùn)滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對(duì)容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見(jiàn)表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過(guò)程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過(guò)程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過(guò)程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來(lái)衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對(duì)氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來(lái)衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動(dòng)慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時(shí)，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長(zhǎng)度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長(zhǎng)度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動(dòng)慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時(shí)間內(nèi)活塞所掃過(guò)的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率