路基路面工程第三章 路基防護(hù)與加固

第三章路基防護(hù)與加固學(xué)習(xí)要點：了解植物防護(hù)、工程防護(hù)及沖刷防護(hù)方法；擋土墻的構(gòu)造與布置要求、各類型擋土墻設(shè)計要求與設(shè)計方法；軟土地基加固處治方法等；熟悉植物防護(hù)、工程防護(hù)的主要措施，各種類型擋土墻的構(gòu)造、特點和使用場合、擋土墻的構(gòu)造與布置要求；掌握路基防護(hù)與路基加固的區(qū)別、土壓力的計算原理和適用條件，擋土墻驗算的各項內(nèi)容和結(jié)構(gòu)計算。主要內(nèi)容3.1概述3.2坡面防護(hù)3.3沖刷防護(hù)3.4擋土墻3.5軟土地基加固3.6擋土墻設(shè)計例如3.1概述

路基防護(hù)與加固工程，按其作用不同，可以分為：坡面防護(hù)沖刷防護(hù)支擋構(gòu)造物一般將防止沖刷和風(fēng)化、主要起隔離作用的措施稱為防護(hù)工程；將防止路基或山體因重力作用而坍滑，主要起支撐作用的支擋結(jié)構(gòu)物稱為加固工程。3.2坡面防護(hù)是用以防護(hù)易于沖蝕的土質(zhì)邊坡和易于風(fēng)化的巖石邊坡，保護(hù)路基邊坡外表免受雨水沖刷。路基坡面防護(hù)工程類型及適用條件3.2.1植物防護(hù)植物防護(hù)一般采用種草、鋪草皮和種植灌木。高等級公路建設(shè)中，坡面植物防護(hù)往往與砌石或空心混凝土預(yù)制塊〔或煤渣空磚〕鋪筑的網(wǎng)格工程相結(jié)合。

植物防護(hù)3.2.2工程防護(hù)坡面處治邊坡過陡或植物不易生長的坡面，選用勾縫、灌漿、抹面、噴漿、嵌補、錨固、噴射混凝土等坡面處治措施。

坡面處治坡面處治：勾縫與灌漿：適用于巖石較堅硬的路塹邊坡防護(hù)抹面：適用于易風(fēng)化而外表比較完整巖石邊坡噴漿：講砂漿均勻噴射在易風(fēng)化巖層嵌補；適用于補平坡面巖石中凹坑錨固：適用于巖石層里噴射混凝土：與噴漿一樣。護(hù)坡及護(hù)面墻護(hù)坡一般用于填方坡面，可用砌石或鋪砌混凝土預(yù)制塊、煤渣空心磚等材料構(gòu)筑。護(hù)坡有滿鋪式、條式及網(wǎng)格式等多種鋪筑形式。拱形護(hù)面墻護(hù)面墻的平臺與錯臺護(hù)面墻底設(shè)平臺

支補墻防護(hù)3.3沖刷防護(hù)沖刷防護(hù)有兩種類型，一種是直接防護(hù)，以加固岸坡為主；另一種是間接防護(hù)，以改變水流方向，降低流速，減少沖刷為主。沖刷防護(hù)工程類型及適用條件3.3.1直接防護(hù)主要措施包括植物防護(hù)、石砌防護(hù)、拋石或石籠防護(hù)，以及必要的支擋結(jié)構(gòu)物〔如駁岸等〕。

石籠防護(hù)示意圖3.3.2間接防護(hù)新開河道的設(shè)計流量應(yīng)按路基設(shè)計洪水頻率計算。新開河道的斷面一般不應(yīng)壓縮，應(yīng)比照原河床狀態(tài)設(shè)計河寬，與原河道穩(wěn)定河寬大致相等。導(dǎo)治結(jié)構(gòu)物綜合布置例如1—順?biāo)畨危?—格壩；3—挑水壩〔丁壩〕；4—攔水壩；5—導(dǎo)流壩；6—橋墩；7—路中線3.4擋土墻擋土墻的用途有以下幾點：降低挖方邊坡高度，減少挖方數(shù)量，防止山體失穩(wěn)坍滑；收縮路堤坡腳，減少填方數(shù)量或減少拆遷和占地面積，保證路堤穩(wěn)定性；防止沿河路基擠縮河床，防止水流沖刷路基；防止山坡覆蓋層下滑和抵抗滑坡。路基在以下情況宜修建擋土墻：路基位于陡坡地段或巖石風(fēng)化的路塹邊緣地帶；為防止大量挖方及降低邊坡高度的路塹地段；可能產(chǎn)生塌方、滑坡的不良地質(zhì)路段；水流沖刷嚴(yán)重或長期受水浸泡的沿河路堤地段；為節(jié)約用地減少拆遷或少占農(nóng)田的地段；為保護(hù)重要建筑物、生態(tài)環(huán)境或其他特殊需要地段；橋梁、隧道與路基連接的路段。

擋土墻類型及適用條件擋土墻按照不同的分類方法可以分成以下幾類：按設(shè)置擋土墻的位置分類，可分為路肩墻、路堤墻、路塹墻、山坡墻等。按墻體材料分類，可分為石砌擋土墻、磚砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻、木質(zhì)擋土墻和鋼板墻等。按擋土墻的墻背傾角方向分類，可分為俯斜式擋土墻、仰斜式擋土墻、垂直式墻背擋土墻、折線形墻背擋土墻。按不同結(jié)構(gòu)形式分類。

擋土墻類型重力式擋土墻依靠墻身自重支撐土壓力，一般多采用片塊石砌筑，在缺乏石料地區(qū)有時也用混凝土修建。3.4.1擋土墻的構(gòu)造與布置墻背墻面墻頂護(hù)欄墻身根底根底類型埋置深度一般根底臺階根底擴(kuò)大根底鋼筋混凝土根底地基換填根底拱式根底擋土墻組成示意圖根底埋置深度：①當(dāng)凍結(jié)深度小于或等于1m時，基底應(yīng)在凍結(jié)線以下不小于0.25m，②當(dāng)凍結(jié)深度超過1m時，基底最小埋置深度不應(yīng)小于1.25m，③受水流沖刷時，基底應(yīng)置于局部沖刷線以下不小于1m。④在軟質(zhì)巖石地基上，基底最小埋置深度不小于1m。⑤路塹擋土墻基底在路肩以下不小于1.0m，并低于邊溝砌體底面不小于0.2m。斜坡地面根底埋置條件排水設(shè)施排水措施主要包括：設(shè)置地面排水溝，引排地面水；夯實回填土頂面和地面松土，防止雨水及地面水下滲。

擋土墻排水設(shè)施示意圖沉降縫與伸縮縫：為防止因地基不均勻沉陷而引起墻身開裂，需根據(jù)地質(zhì)條件的變異和墻高、墻身斷面的變化情況設(shè)置沉降縫。擋土墻的布置：擋土墻位置的選定：路塹擋土墻大多設(shè)置在邊溝旁。擋土墻的縱向布置：

擋土墻正面圖擋土墻的橫向布置：橫向布置，選擇在墻高最大處、墻身斷面或根底形式有變異處，以及其他必須設(shè)樁號處的橫斷面圖上進(jìn)行。平面布置：對于個別復(fù)雜的擋土墻，如高、長的沿河曲線擋土墻，應(yīng)作平面布置，繪制平面圖，標(biāo)明擋土墻與路線的平面位置及附近地貌與地物等情況，特別是與擋土墻有干擾的建筑物的情況。3.4.2擋土墻土壓力計算作用在擋土墻上的力系：按力的作用性質(zhì)分為主要力系、附加力和特殊力。擋土墻自重G及位于墻上的恒載；墻后土體的主動土壓力Ea；基底的法向反力N及摩擦力T；墻前土體的被動土壓力Ep。作用在擋土墻上的力系一般條件下的庫倫主動土壓力計算：土壓力是擋土墻的主要設(shè)計荷載。擋土坡的位移情況不同，可以形成不同性質(zhì)的土壓力

三種不同性質(zhì)的土壓力破裂面交于內(nèi)邊坡這一圖式適用于路堤式或路塹式擋土墻最大土壓力Ea：破裂面交于路基面破裂面交于荷載中部，破裂棱體的斷面面積S為：破裂面交于荷載外側(cè)破裂面交于荷載內(nèi)側(cè)破裂面交于外邊坡以上是路堤擋土墻俯斜墻背的幾種計算圖式，荷載是在行車道上布置的大俯角墻背的主動土壓力——第二破裂面法出現(xiàn)第二破裂面的條件墻背或假想墻背的傾角α或α′必須大于第二破裂面的傾角ai；在墻背或假想墻反面上產(chǎn)生的抗滑力必須大于其下滑力。折線形墻背的土壓力計算延長墻背法這種方法存在著一定誤差：第一，忽略了延長墻背與實際墻背之間的土楔及荷載重，但考慮了在延長墻背和實際墻背上土壓力方向不同而引起的垂直分力差。第二，繪制土壓應(yīng)力圖形時，假定上墻破裂面與下墻破裂面平行，但大多數(shù)情況下兩者是不平行的。力多邊形法利用力多邊形來推求下墻土壓力，這種方法稱為力多邊形法。。黏性土土壓力計算經(jīng)典庫倫理論只考慮不具有黏聚力的砂性土的土壓力問題。等效內(nèi)摩擦角法：設(shè)計黏性土的擋土墻時，通常將內(nèi)摩擦角φ與單位黏聚力c，換算成較實際φ值為大的“等效內(nèi)摩擦角〞φD，按砂性土的公式來計算土壓力。力多邊形法〔數(shù)解法〕當(dāng)墻身向外有足夠位移時，黏性土土層頂部會出現(xiàn)拉應(yīng)力，產(chǎn)生豎向裂縫，裂縫從地面向下延伸至拉應(yīng)力趨于零處。裂縫深度hc按下式計算：式中c——填料的單位黏聚力，kPa或kN/m2。不同土層的土壓力計算首先求得上一土層的土壓力E1a及其作用點高度Z1x并近似地假定作用點高度為：有限范圍填土的土壓力計算如果擋土墻修在陡坡的半路堤上，墻后填料將沿著陡坡面下滑，而不是沿著計算破裂面下滑，墻上的主動土壓力為：被動土壓力計算破裂棱體

力三角形庫倫被動土壓力的計算實踐說明，用庫倫理論計算的被動土壓力，其誤差還隨著土的內(nèi)摩擦角的增大而迅速增大。車輛荷載換算及計算參數(shù)車輛荷載換算：采用附加荷載強(qiáng)度法。根據(jù)墻后破裂棱體上的車輛荷載換算為容重與墻后填土相同的均布土層時，其厚度：B0——不計車輛荷載作用時破裂棱體的寬度，對于路堤墻，為破裂棱體范圍內(nèi)的路基寬度。

均布荷載換算圖式

車輛荷載換算圖式計算參數(shù)填料的計算內(nèi)摩擦角和重度。填料的計算內(nèi)摩擦角和重度參考值墻背摩擦角3.4.3重力式擋土墻設(shè)計擋土墻設(shè)計按“極限狀態(tài)設(shè)計的分項系數(shù)法〞進(jìn)行。正常使用極限狀態(tài)是擋土墻出現(xiàn)以下狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀變形；影響正常使用或耐久性的局部破壞〔包括裂縫〕；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。S——作用〔或荷載〕效應(yīng)的組合設(shè)計值；R——擋土墻結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)；Rk——抗力材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

承載能力極限狀態(tài)作用分項系數(shù)式中S——作用〔或荷載〕效應(yīng)的組合設(shè)計值擋土墻穩(wěn)定性驗算:抗滑穩(wěn)定性驗算：式中G——作用于基底以上的重力，kN，浸水擋土墻的浸水局部應(yīng)計入浮力；

擋土墻抗滑穩(wěn)定

基底摩擦系數(shù)參考值抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc：式中N——作用于基底上合力的豎向分力，kN，浸水擋土墻應(yīng)計浸水局部的浮力；抗傾覆穩(wěn)定性驗算擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定式中ZG——墻身重力、根底重力、根底上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向力合力重心到墻趾的距離，m；基底應(yīng)力及合力偏心距驗算根底地面的壓應(yīng)力:式中W——低水位浮力，kN〔指常年淹沒水位〕。偏心距e0：式中Nd——作用于基底上的垂直力組合設(shè)計值，kN/m；Md——作用于基底形心的彎矩組合設(shè)計值，MPa。

基底彎矩值計算表表中MG——由墻身及根底自重和根底上的土重引起的彎矩。MEI——由填土及汽車活載引起的彎矩。MW——由靜水壓力引起的彎矩。MP——由地震土壓力引起的彎矩。MF——由浮力引起的彎矩?；缀狭ζ木嗟鼗休d力抗力值：式中f——地基承載應(yīng)力抗力值；fk——地基承載應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值提高系數(shù)K當(dāng)偏心距e小于或等于0.333倍根底底面寬度時，可根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載應(yīng)力抗力值。基底應(yīng)力重分布驗算斷面的選擇墻身截面強(qiáng)度驗算根據(jù)?公路圬工橋涵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?〔JTGD61—2005〕的規(guī)定，當(dāng)構(gòu)件采用分項平安系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計時，荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計值，應(yīng)小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計值。強(qiáng)度計算墻身截面法向應(yīng)力驗算按每延米墻長計算：式中Nj——設(shè)計軸向力，kN；圬工結(jié)構(gòu)容許偏心距穩(wěn)定計算：ψk——彎曲平面內(nèi)的縱向翹曲系數(shù)，按下式計算：系數(shù)表當(dāng)e0超過規(guī)定時，還可以利用彎曲抗拉極限強(qiáng)度RWL進(jìn)行驗算或確定截面尺寸。式中W——截面系數(shù)，m3正截面直接受剪時驗算式中QJ——正截面剪力，kN；增加擋土墻穩(wěn)定性的措施增加抗滑穩(wěn)定性的方法設(shè)置傾斜基底傾斜基底增加擋土墻抗滑穩(wěn)定性采用凸榫根底凸榫根底增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法為增加抗傾覆穩(wěn)定性，應(yīng)采取加大穩(wěn)定力矩和減小傾覆力矩的方法。展寬墻趾：在墻趾處展寬根底以增加穩(wěn)定力臂，是增加抗傾覆穩(wěn)定性的常用方法。改變墻面及墻背坡度：改緩墻面坡度可增加穩(wěn)定力臂，改陡俯斜墻背或改為仰斜墻背可減少土壓力.改變墻身斷面類型:當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡時，應(yīng)使墻胸盡量陡立。3.4.4浸水擋土墻設(shè)計設(shè)計長期或季節(jié)性浸水的擋土墻，除了按一般擋土墻考慮所作用的力系外，還應(yīng)考慮水對墻后填料和墻身的影響：填料受到水的浮力作用；黏性土浸水后抗剪強(qiáng)度顯著降低；當(dāng)有一水位差時，那么墻身受到靜水壓力差所引起的推力；墻外水位驟然降落，填料受到滲透動水壓力；墻身受到水的浮力作用，而使其抗傾覆及抗滑動穩(wěn)定性減弱。土壓力計算當(dāng)填料為砂性土?xí)r，計算時考慮：浸水局部填料單位重量采用浮容重；浸水前后的內(nèi)摩擦角不變；破裂面為一平面，不考慮浸水的影響。砂性土的浸水壓力浸水擋土墻土壓力可采用不浸水時的土壓力扣除計算水位以下因浮力影響而減少的土壓力：土壓力作用位置：當(dāng)填料為黏性土?xí)r，浸水后內(nèi)黏結(jié)力C值降低。靜水壓力：上浮力上浮力折減系數(shù)C值動水壓力式中Ij——降水曲線的平均坡度；Ω——產(chǎn)生動水壓力的浸水局部動水壓力浸水擋土墻穩(wěn)定性驗算設(shè)計浸水擋土墻，應(yīng)求算最不利水位進(jìn)行驗算。最高水位并不是在所有情況下都是最不利的水位；抗滑穩(wěn)定系數(shù)和抗傾極穩(wěn)定系數(shù)的最小值，可能同時出現(xiàn)在某一水位，也可能分別出現(xiàn)。因此，設(shè)計浸水擋土墻時需作反復(fù)地試算，以尋求最不利的水位。為減少計算工作量，可采用優(yōu)選法。通常采用0.618優(yōu)選法。3.4.5地震地區(qū)擋土墻設(shè)計地震地區(qū)擋土墻的主要震害現(xiàn)象包括：沿砌縫開裂：發(fā)生不均勻沉陷使墻出現(xiàn)拉應(yīng)力；鼓肚變形；墻體傾倒。地震地區(qū)擋土墻震害的主要原因有：墻身的原因：墻身或斷面重心過高、墻身質(zhì)量和剛度不均、填料的原因：采用粉性土或不透水性填料，導(dǎo)致排水不暢；施工的原因：石料嵌擠不緊密降低擋土墻的整體強(qiáng)度。地基的原因。3.4.6其他類型擋土墻懸臂式擋土墻：鋼筋混凝土懸臂式擋土墻由立臂和底板組成，具有3個懸臂〔即立臂、趾板和踵板〕，同時固定在中間夾塊上。懸臂式擋土墻和扶臂式擋土墻結(jié)構(gòu)示意圖錨桿擋土墻：是由鋼筋混凝土墻面和鋼錨桿組成的支擋構(gòu)造物，靠錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)的錨桿對墻面的水平拉力以保持墻身的穩(wěn)定，多用于具有較完整巖石地段的路塹邊坡支擋。兩級柱板式錨桿擋土墻錨定板式擋土墻主要有肋柱式和無肋柱式兩種。錨定板式擋土墻加筋