东南大学：《路面工程》课程教学资源（教案讲义）第五章路基防护与加固.doc_大学文库

第五章路基防护与加固 §5-1概述由岩土所筑成的路基,大多暴露于空间,长期受自然因素的作用,岩土在不利水温条件作用下,物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大,土的强度降低;岩性差的岩体,在水温变化条件下,加剧风化;路基表面在温差作用下形成胀缩循环,在湿差作用下形成干湿循环,可导致强度衰减和剥蚀;地表水流冲刷, 地下水源浸入,使岩土表层失稳,易造成和加剧路基的水毁病害;沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下,易遭破坏;湿软地基承载力不足,易导致路基沉陷所有这些,均取决于岩土的物理力学性质及自然因素,且与路基承受行车荷载的情况密切相关合理的路基设计,应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑为确保路基的强度与稳定性,路基的防护与加固,也是不可缺少的工程技术措施。随着公路等级的提高,为维护正常的汽车运输,减少公路灾害,确保行车安全, 保持公路与自然环境协调,路基的防护与加固更具有重要意义。实践经验证明, 在髙等级公路建设中,防护工程对保证公路使用品质、提髙投资效益均具有重要的意义。路基防护与加固设施,主要有边坡坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固以及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。简易防护的边坡高度与坡度不宜过大,土质边坡坡度一般不陡于1:1~1:1.5。地面水的径流速度以不超过20m/s为宜,水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时,应有排水设施相配合,如在挖方边坡顶部设截水沟,高填方的路肩边缘设拦水埂等。常用的坡面防护设施有植物防护(种草、铺草皮、植树等)和矿料防护(抹面喷浆、勾缝、石砌护面等)。前者可视为有“生命”(成活肪护,后者属无机物防护。有“生命”防护以土质边坡为主,无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定程度上,有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面,优于无机物防护。堤岸防护与加固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,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。改变水流流速、流向和原来状态,可能导致堤岸对面及路基附近上下游遭害,必需慎重

1 第五章路基防护与加固 §5-1 概述由岩土所筑成的路基，大多暴露于空间，长期受自然因素的作用，岩土在不利水温条件作用下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；路基表面在温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成干湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软地基承载力不足，易导致路基沉陷。所有这些，均取决于岩土的物理力学性质及自然因素，且与路基承受行车荷载的情况密切相关。合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固，也是不可缺少的工程技术措施。随着公路等级的提高，为维护正常的汽车运输，减少公路灾害，确保行车安全，保持公路与自然环境协调，路基的防护与加固更具有重要意义。实践经验证明，在高等级公路建设中，防护工程对保证公路使用品质、提高投资效益均具有重要的意义。路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固以及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。简易防护的边坡高度与坡度不宜过大，土质边坡坡度一般不陡于 1:1～1:1.5。地面水的径流速度以不超过 2.0m/s 为宜，水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设施相配合，如在挖方边坡顶部设截水沟，高填方的路肩边缘设拦水埂等。常用的坡面防护设施有植物防护(种草、铺草皮、植树等)和矿料防护(抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等)。前者可视为有“生命”(成活)防护，后者属无机物防护。有“生命”防护以土质边坡为主，无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。堤岸防护与加固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，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。改变水流流速、流向和原来状态，可能导致堤岸对面及路基附近上下游遭害，必需慎重

对待,掌握流水运动规律,因势利导,防治结合,综合治理。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,造价髙,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(即确定路基标髙,选择横断面,决定设施等),综合处治。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。加筋土为土中加入某种能承受一定拉力的筋条或化学纤维,凭籍筋条与填土之间的摩擦作用,提髙土的抗剪强度,改善路基抵抗变形的条件。土工布、土工格栅加筋是利用化纤材料织成布或网格,铺在软弱地基或填土层中,亦能收到良好效果。其他还有石灰桩、砂桩与砂井等湿软地基的加固,亦可采用强夯法,利用重锤的强大冲击力,以达到地基排水固结提高承载能力的目的。 §5-2坡面防护植物防护植物防护,可美化路容,协调环境,调节边坡土的湿温,起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大,边坡比较平缓的土质坡面是一种简易有效的防护设施,其方法有种草、铺草皮和植树。土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种,用土工合成材料进行土质边坡防护的边坡坡度宜在1: 1.0~1:20之间拉伸网草皮是在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设3~5cm的种植土层,经过撒种、养护后形成的人工草皮。固定草种布(也可称植生带)是在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中,然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上,然后撒播草种形成草皮的一种边坡防护方法。种草,适用边坡坡度不陡于1:1,土质适宜种草,不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过06m/s的边坡。草的品种,应适应当地自然条件,最好是根系发达,中茎低矮,多年生长,几种草籽混种。不宜种草的坡面,可以铺5~10cm 厚的种植土层,土层与原坡面结合稳固。当坡面冲刷比较严重,边坡较陡,径流速度>0.6ms,容许最大速度为1.8m/s 时,应根据具体条件(坡度与流速等),分别采用平铺(平行于坡面)水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮,还可采用片石铺砌成方格或拱式边框,方格或框内再铺草皮,如图5-1所示

2 对待，掌握流水运动规律，因势利导，防治结合，综合治理。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。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。加筋土为土中加入某种能承受一定拉力的筋条或化学纤维，凭籍筋条与填土之间的摩擦作用，提高土的抗剪强度，改善路基抵抗变形的条件。土工布、土工格栅加筋是利用化纤材料织成布或网格，铺在软弱地基或填土层中，亦能收到良好效果。其他还有石灰桩、砂桩与砂井等。湿软地基的加固，亦可采用强夯法，利用重锤的强大冲击力，以达到地基排水固结提高承载能力的目的。 §5-2 坡面防护一、植物防护植物防护，可美化路容，协调环境，调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面是一种简易有效的防护设施，其方法有种草、铺草皮和植树。土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种，用土工合成材料进行土质边坡防护的边坡坡度宜在 1： 1.0～1：2.0 之间。拉伸网草皮是在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设 3～5cm 的种植土层，经过撒种、养护后形成的人工草皮。固定草种布（也可称植生带）是在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中，然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒播草种形成草皮的一种边坡防护方法。种草，适用边坡坡度不陡于 1：1，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过 0.6m/s 的边坡。草的品种，应适应当地自然条件，最好是根系发达，中茎低矮，多年生长，几种草籽混种。不宜种草的坡面，可以铺 5～10cm 厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。当坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度>0.6m/s，容许最大速度为 1.8m/s 时，应根据具体条件(坡度与流速等)，分别采用平铺(平行于坡面)水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮，还可采用片石铺砌成方格或拱式边框，方格或框内再铺草皮，如图 5-1 所示

于) 辰英图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5~8cm,a为草皮边长,约20~25cm) 铺草皮需预先备料,草皮可就近培育,切成整齐块状,然后移铺在坡面上。铺时应自下而上,并用竹木小桩将草皮钉在坡面上,使之稳固。草皮根部土应随草切割,坡面要预先整平,必要时还应加铺种植土,草皮应随挖随铺,注意相互贴紧植树,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。树木的品种与种植位置及宽度,应根据防护要求、流水速度等因素,参见有关设计手册、结合当地经验而定,城市或风景区的植物防护,应与有关部门协调配合。矿料防护当不宜使用植物防护或考虑就地取材时,采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。这些形式各自适合于一定条件。抹面防护,适于石质挖方坡面,岩石表面易风化,但比较完整,尚未剥落, 如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予以封面,以预防风化成害。常用的抹面材料有石灰浆等,其中石灰为胶结料,要求精选。混合料如加纸筋或竹筋,可提高强度,防止开裂;如掺加适量制盐副产品卤水,因含有氯化钙与氯化镁,可使抹面加速硬化和预防开裂。抹面用料的配合比与用量,参见有关手册。抹面厚度视材料与坡面状况而定,一般2~10cm。操作前,应清理坡面风化层、浮土与松动碎块、填坑补洞,洒水润湿。抹面后,应拍浆、抹平和养生。喷浆施工简便,效果较好,适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡,厚度一般为5~10cm。喷浆的水泥用量较大,重点工程可选用。比较经济的砂浆是

3 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 5～8cm，a 为草皮边长，约 20～25cm）铺草皮需预先备料，草皮可就近培育，切成整齐块状，然后移铺在坡面上。铺时应自下而上，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固。草皮根部土应随草切割，坡面要预先整平，必要时还应加铺种植土，草皮应随挖随铺，注意相互贴紧。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。树木的品种与种植位置及宽度，应根据防护要求、流水速度等因素，参见有关设计手册、结合当地经验而定，城市或风景区的植物防护，应与有关部门协调配合。二、矿料防护当不宜使用植物防护或考虑就地取材时，采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。这些形式各自适合于一定条件。抹面防护，适于石质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完整，尚未剥落，如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予以封面，以预防风化成害。常用的抹面材料有石灰浆等，其中石灰为胶结料，要求精选。混合料如加纸筋或竹筋，可提高强度，防止开裂；如掺加适量制盐副产品卤水，因含有氯化钙与氯化镁，可使抹面加速硬化和预防开裂。抹面用料的配合比与用量，参见有关手册。抹面厚度视材料与坡面状况而定，一般 2～10cm。操作前，应清理坡面风化层、浮土与松动碎块、填坑补洞，洒水润湿。抹面后，应拍浆、抹平和养生。喷浆施工简便，效果较好，适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚度一般为 5～10cm。喷浆的水泥用量较大，重点工程可选用。比较经济的砂浆是

用水泥、石灰、河砂及水,按重量比1:1:6:3配合。喷浆前后的处治,与抹面相同。对坡面较陡或易风化的坡面,可以在喷浆前先铺设加筋材料,加筋材料可以用铁丝网或土工格栅,喷浆坡面应设置排水孔。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,分别予以灌浆、勾缝或嵌补等。上述防护方法,可以局部处治,综合使用,并与放缓边坡等方法加以比较, 力求实用和经济。如果在坡面防护时着色或修饰,还有助于改善路容。路基坡面为防止地面水流或河水冲刷,可以使用干砌片石护面,图5-2所示为浸水路堤单层或双层护面示意图。重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡,以及桥涵附近坡面与岩坡、地面排水沟渠等,亦可干砌片石加固。片石护面,要求坡面稳固,先垫以砂层,然后自下而上平整地铺砌片石,片石应逐块嵌紧且错缝, 护面厚度一般不小于20cm,干砌要勾缝,必要时改用浆砌,护面顶部封闭,以防渗水。 ) 浪高+壅水+05m 6 算水位 10~0.15m 0.2~0.25m >15m 垫层0.10~0.15m >0.5m 于砌石垛浪高+壅水05m 垫层0.10~0.15m 计算水位 3-055m 03~.55ml 1.5 垫层0.10~0.1m 于砌石墚生图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20~30cm,h为护面厚度,大于20) 护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层,用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。要求墙面紧贴坡面,表面砌平,厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面墙除自重外,不承受其他荷重,亦不承受墙背土压力。其构造与布置,如图5-3 所示。墙高与厚度及路堑边坡的关系,参见表5-1。护面墙高一般不超过10m,可以分级中间设平台,墙背可设耳墙,纵向每10m 设一条伸缩缝,墙身应预留泄水孔,基础要求稳固,顶部应封闭。墙基软硬不匀可设拱跨过软弱地基。坡面常有各种不同地质现象,开挖后形成凹陷,应以石砌圬工填塞平整,称为支补墙。以上构造的具体要求与尺寸,均可参考有关设计手册

4 用水泥、石灰、河砂及水，按重量比 1：1：6：3 配合。喷浆前后的处治，与抹面相同。对坡面较陡或易风化的坡面，可以在喷浆前先铺设加筋材料，加筋材料可以用铁丝网或土工格栅，喷浆坡面应设置排水孔。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，分别予以灌浆、勾缝或嵌补等。上述防护方法，可以局部处治，综合使用，并与放缓边坡等方法加以比较，力求实用和经济。如果在坡面防护时着色或修饰，还有助于改善路容。路基坡面为防止地面水流或河水冲刷，可以使用干砌片石护面，图 5-2 所示为浸水路堤单层或双层护面示意图。重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡，以及桥涵附近坡面与岩坡、地面排水沟渠等，亦可干砌片石加固。片石护面，要求坡面稳固，先垫以砂层，然后自下而上平整地铺砌片石，片石应逐块嵌紧且错缝，护面厚度一般不小于 20cm，干砌要勾缝，必要时改用浆砌，护面顶部封闭，以防渗水。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 20～30cm，h 为护面厚度，大于 20）护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。要求墙面紧贴坡面，表面砌平，厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面墙除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墙背土压力。其构造与布置，如图 5-3 所示。墙高与厚度及路堑边坡的关系，参见表 5-1。护面墙高一般不超过 10m，可以分级中间设平台，墙背可设耳墙，纵向每 10m 设一条伸缩缝，墙身应预留泄水孔，基础要求稳固，顶部应封闭。墙基软硬不匀，可设拱跨过软弱地基。坡面常有各种不同地质现象，开挖后形成凹陷，应以石砌圬工填塞平整，称为支补墙。以上构造的具体要求与尺寸，均可参考有关设计手册

5-7。土工模袋材料应满足表5一2的技术要求,袋内可充填混凝土或砂浆。充填混凝土时,粗骨料最大粒径应符合表5-3的要求,塌落度不宜小于200mm 其强度等级不低于Clo:充填砂浆时,其强度等级不低于M2.5。表5-2 土工模袋材料要求指标内指标要求顶破强度(N) ≥1500 渗透系数(103cm/s) 0.86~10 效孔径Os(mm) 0.07~0.15 延伸率(%) <15 表5-3混凝土骨料的最大粒径要求土工模袋厚度(mm) 骨料最大粒径(mm) 150~250 ≤20 模袋模袋 D 图5-7土工模袋的应用及铺设采用土工模袋护坡的坡度不得陡于1:1。如在水下施工,水流速度不宜大于 15ms。模袋选型应根据工程要求和当地土质、地形、水文、经济与施工条件等确定。应根据水流量选定模袋滤水点分布数量,当选用无滤水点模袋时,应增设渗水滤管。模袋应用尼龙绳缝制二、间接措施设置导治结构物可改变水流方向,消除和减缓水流对堤岸直接破坏,同时可减轻堤岸近旁淤积,彻底解除水流对局部堤岸的损害作用,起安全保护作用。导治结构物是桥涵和路基的重要附属工程,由于涉及水流改向,影响范围较大,工程费用亦较髙,务必慎重。用于防护堤岸的改河工程,一般限于小型工程,如裁弯取直,挖滩改道,清除孤石等,可在小河的局部段落上进行导治结构物主要是设坝,按其与河道的相对位置,一般可分为丁坝、顺坝或格坝。图5-8是桥梁附近设置导治结构物的总体布置示例之一。导治结构物的布置,应综合考虑河道宽窄、水流方向、地质条件、防护要求、材料来源、施工条件和工程经济等,要综合考虑,全面治理,要避免河床更多压缩,或因水位提高和水流改向,而危害河对岸或附近地段的农田水利、地面建筑及堤岸等。顺坝大致与堤岸平行,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

7 5-7。土工模袋材料应满足表 5－2 的技术要求，袋内可充填混凝土或砂浆。充填混凝土时，粗骨料最大粒径应符合表 5-3 的要求，塌落度不宜小于 200mm，其强度等级不低于 C10；充填砂浆时，其强度等级不低于 M2.5。表 5-2 土工模袋材料要求指标内容指标要求顶破强度(N) 1500 渗透系数(10-3cm/s) 0.86～10 等效孔径 O95(mm) 0.07～0.15 延伸率(%) 15 表 5-3 混凝土骨料的最大粒径要求土工模袋厚度（mm）骨料最大粒径（mm） 150～250 ≤20 250 ≤40 图 5-7 土工模袋的应用及铺设采用土工模袋护坡的坡度不得陡于 1:1。如在水下施工，水流速度不宜大于 1.5m/s。模袋选型应根据工程要求和当地土质、地形、水文、经济与施工条件等确定。应根据水流量选定模袋滤水点分布数量，当选用无滤水点模袋时，应增设渗水滤管。模袋应用尼龙绳缝制。二、间接措施设置导治结构物可改变水流方向，消除和减缓水流对堤岸直接破坏，同时可减轻堤岸近旁淤积，彻底解除水流对局部堤岸的损害作用，起安全保护作用。导治结构物是桥涵和路基的重要附属工程，由于涉及水流改向，影响范围较大，工程费用亦较高，务必慎重。用于防护堤岸的改河工程，一般限于小型工程，如裁弯取直，挖滩改道，清除孤石等，可在小河的局部段落上进行。导治结构物主要是设坝，按其与河道的相对位置，一般可分为丁坝、顺坝或格坝。图 5-8 是桥梁附近设置导治结构物的总体布置示例之一。导治结构物的布置，应综合考虑河道宽窄、水流方向、地质条件、防护要求、材料来源、施工条件和工程经济等，要综合考虑，全面治理，要避免河床更多压缩，或因水位提高和水流改向，而危害河对岸或附近地段的农田水利、地面建筑及堤岸等。顺坝大致与堤岸平行，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。顺坝亦称导流坝,丁坝亦称挑水坝图5-8导流结构物综合布置示例导流结构物的布置是工程成败的关键。布置恰当能收到预期效果;布置不当反而恶化水流,造成水毁。关键在于合理设计导治线,符合预定的河轴线和河岸线要求,亦取决于选择导治水位,不致出现不利的冲刷情况。导治线与导治水位, 应依据对于水流和河岸、河床地形、地质情况、水流对上下游对岸的影响等因素, 综合分析和设计计算而定。顺坝与丁坝均用石块修建成梯形横断面,坝体分为坝头、坝身和坝根三个组成部分,横断面尺寸依构造要求、施工条件和使用需要而定,并应进行稳定性计算。公路工程中的改河,主要目的是: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,最后实施导治结构物的构造与要求,以及结构物与改河工程的具体设计计算方法,在路基设计手册等文献中,已有详细规定与建议,可供查用。 §5-4地基加固土木工程中,地基加固极为重要,常是各种建筑物成败关键,公路工程范围内的建筑物亦不例外。路基敷设于天然地基上,自身荷载较大,要求地基应具有足够的承载能力,以保持地基稳定,另外应使某些自然因素(如地下水、坑穴湿陷、胀缩等)不致产生对路基的有害变形换填土层法换填土层法,即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。换填材料的不同,其应力分布虽然有所差异,但其极限承载力比较接近,而且沉降特点亦基本相似,因此大致按砂垫层的计算方法,结果相差不大。砂垫层的作用,可提高承载力,减少沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀,消除膨胀土的胀缩作用,亦可处理暗穴。砂垫层的作用,因工程性质而有所不同,对路基而言,主要是排水固结,素土(或灰土)垫层,可以消除湿陷性黄土30m深度范围内的湿陷性

8 岸坡和坡脚，并促进格间的淤积。丁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。顺坝亦称导流坝，丁坝亦称挑水坝。图 5-8 导流结构物综合布置示例导流结构物的布置是工程成败的关键。布置恰当能收到预期效果；布置不当反而恶化水流，造成水毁。关键在于合理设计导治线，符合预定的河轴线和河岸线要求，亦取决于选择导治水位，不致出现不利的冲刷情况。导治线与导治水位，应依据对于水流和河岸、河床地形、地质情况、水流对上下游对岸的影响等因素，综合分析和设计计算而定。顺坝与丁坝均用石块修建成梯形横断面，坝体分为坝头、坝身和坝根三个组成部分，横断面尺寸依构造要求、施工条件和使用需要而定，并应进行稳定性计算。公路工程中的改河，主要目的是：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。导治结构物的构造与要求，以及结构物与改河工程的具体设计计算方法，在路基设计手册等文献中，已有详细规定与建议，可供查用。 §5-4 地基加固土木工程中，地基加固极为重要，常是各种建筑物成败关键，公路工程范围内的建筑物亦不例外。路基敷设于天然地基上，自身荷载较大，要求地基应具有足够的承载能力，以保持地基稳定，另外应使某些自然因素(如地下水、坑穴、湿陷、胀缩等)不致产生对路基的有害变形。一、换填土层法换填土层法，即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。换填材料的不同，其应力分布虽然有所差异，但其极限承载力比较接近，而且沉降特点亦基本相似，因此大致按砂垫层的计算方法，结果相差不大。砂垫层的作用，可提高承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀，消除膨胀土的胀缩作用，亦可处理暗穴。砂垫层的作用，因工程性质而有所不同，对路基而言，主要是排水固结，素土(或灰土)垫层，可以消除湿陷性黄土 3.0m 深度范围内的湿陷性

砂垫层厚度,一般在06~1.0m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5,含泥量不超过3%~5%。二、辗压夯实法控制最佳含水量,对土基分层压实,提高强度和降低压缩性,是路基施工的基本要求。如果使用压实功能较大的压实方法,还能处理杂填土和地表的松散土对于非粘性土及松散杂填土而言,振动压实法效果良好。振动压实效果,因土质和振动时间而不同,一般是振动时间越长,效果越好,但时间过长就会无效对于主要由矿碴、碎砖、瓦块为主的建筑垃圾,时间约lmin即可:含细炉碴等细颗粒填土,振动时间3~5min,有效深度为1.2~1.5m。重锤夯实法加固地基,可提髙地基表层土的强度。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1~1.5m,起重设备的能力为8~15t,落距高一般为25~4.5m。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1~2cm,砂土为0.5~1.0cm。实践结果表明,一般是8~12遍,作用深度约为锤底直径的一倍左右。在重锤夯实法的基础上,经过研究和实践,六十年代末期出现所谓强夯法亦称动力固结法,它是以8~12(甚至201)的重锤,8~20m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。实践证明,强夯过程中,土体中因含可压缩的微气泡而产生几十厘米的沉降, 土体产生液化,使土的结构破坏,强度下降至最小值,随后在夯击点周围出现径向裂隙,成为加速孔隙水压力消散的主要通道,继而因粘性土的触变性,使土基的强度得到恢复和增强。这一过程无法用传统的固结理论解答,因而就有饱和土是可压缩的重要机理。现有研究成果表明,由于土中有机物的分布,第四纪土中多数含有以微气泡形式出现的气体,含气约1~4%,强夯过程中,气相体积被压缩,加上孔隙水被挤出,两者体积有降低。重复夯击作用,气体被压缩接近于零时,土体变成不可压缩,相应的孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量级时, 土即产生液化,吸附水变成了自由水,土的强度达到最小值,继续施加外界能量, 对强度提高无效,需要停止夯击,等待强度恢复。与此同时,夯点四周形成有规则垂直裂缝,出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于土粒间的侧向压力时,裂隙即自行闭合,土中水的运动又恢复常态。随着孔隙水压力的消散,土的抗剪强度和变形模量有了大幅度增长,这是由于土粒间紧密接触,以及新吸附水层逐渐固定所致,这乃是土的触变性所致。基于上述基本原理,按弹簧活塞模型,对动力固结(强夯)的杋理作岀新的解释,以资与传统的静力固结理论相比较。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2~5倍,压缩性降低2~10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。我国津、沪等地,不仅成功运用

9 砂垫层厚度，一般在 0.6～1.0m 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 5，含泥量不超过 3%～5%。二、辗压夯实法控制最佳含水量，对土基分层压实，提高强度和降低压缩性，是路基施工的基本要求。如果使用压实功能较大的压实方法，还能处理杂填土和地表的松散土。对于非粘性土及松散杂填土而言，振动压实法效果良好。振动压实效果，因土质和振动时间而不同，一般是振动时间越长，效果越好，但时间过长就会无效。对于主要由矿碴、碎砖、瓦块为主的建筑垃圾，时间约 1min 即可；含细炉碴等细颗粒填土，振动时间 3～5min，有效深度为 1.2～1.5m。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 1～1.5m，起重设备的能力为 8～15t，落距高一般为 2.5～4.5m。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 1～2cm，砂土为 0.5～1.0cm。实践结果表明，一般是 8～12 遍，作用深度约为锤底直径的一倍左右。在重锤夯实法的基础上，经过研究和实践，六十年代末期出现所谓强夯法，亦称动力固结法，它是以 8～12t(甚至 20t)的重锤，8～20m 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。实践证明，强夯过程中，土体中因含可压缩的微气泡而产生几十厘米的沉降，土体产生液化，使土的结构破坏，强度下降至最小值，随后在夯击点周围出现径向裂隙，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，继而因粘性土的触变性，使土基的强度得到恢复和增强。这一过程无法用传统的固结理论解答，因而就有饱和土是可压缩的重要机理。现有研究成果表明，由于土中有机物的分布，第四纪土中多数含有以微气泡形式出现的气体，含气约 1～4%，强夯过程中，气相体积被压缩，加上孔隙水被挤出，两者体积有降低。重复夯击作用，气体被压缩接近于零时，土体变成不可压缩，相应的孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量级时，土即产生液化，吸附水变成了自由水，土的强度达到最小值，继续施加外界能量，对强度提高无效，需要停止夯击，等待强度恢复。与此同时，夯点四周形成有规则垂直裂缝，出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于土粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动又恢复常态。随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量有了大幅度增长，这是由于土粒间紧密接触，以及新吸附水层逐渐固定所致，这乃是土的触变性所致。基于上述基本原理，按弹簧活塞模型，对动力固结(强夯)的机理作出新的解释，以资与传统的静力固结理论相比较。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 2～5 倍，压缩性降低 2～10 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。我国津、沪等地，不仅成功运用

而且在加固饱和软粘土地基方面,取得新的成果与经验。三、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1×10-2cm2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。砂井堆载预压,需进行地基固结计算,以确定加载以及砂井布置的有关数据。一般情况下,加载量大致与设计荷载接近,预压至80%固结度。砂井直径多为8 10cm,间距大约是井径的6~8倍。砂井长度应穿越地基可能的滑动面,井长如能穿越主要受压层,对沉降有利,如果软土层较浅,有透水性下卧层,则井长深入透水层,对排水固结更有利。为加速排水,缩短固结时间,在设置竖井的同时, 可加设井顶砂垫层或纵横连通砂井的排水砂沟,砂垫层厚度约0.5~1.0m 砂井成孔,有沉管法和水冲法两类。沉管法是用锤击或振动方式将带靴的钢管沉入地基,管内灌砂,在振动作用下拔出钢管,最后在土中形成砂井。水冲法是利用高压水冲孔,孔内灌砂,此法施工速度快,但难以保证孔径匀称,质量较差。砂井的用砂,以中粗粒径为宜,含泥量不宜大于3%,灌砂量(按重量计), 大于井管外径所形成体积的95%。排水固结法中除砂井堆载预压而外,还有降水预压和真空预压等技术。四、挤密法土基中成孔后,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,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,群桩的面积约占松散土加固面积的20%,以致桩和原土组成复合地基,达到加固的目的。孔中灌砂,形成砂桩,它与上述砂井相比,形式相仿,但作用不同。砂井的作用是排水固结,井径较小而间距较大;砂桩的作用是将地基土挤紧,井径较大, 而间距宜小。砂井适用过湿软土层,而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基底的振动液化。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,砂桩的挤密效果较差,甚至能破坏地基土的天然结构孔中填石灰而成灰桩,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,试验

10 而且在加固饱和软粘土地基方面，取得新的成果与经验。三、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 1×10-2cm2 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。砂井堆载预压，需进行地基固结计算，以确定加载以及砂井布置的有关数据。一般情况下，加载量大致与设计荷载接近，预压至 80%固结度。砂井直径多为 8～ 10cm，间距大约是井径的 6～8 倍。砂井长度应穿越地基可能的滑动面，井长如能穿越主要受压层，对沉降有利，如果软土层较浅，有透水性下卧层，则井长深入透水层，对排水固结更有利。为加速排水，缩短固结时间，在设置竖井的同时，可加设井顶砂垫层或纵横连通砂井的排水砂沟，砂垫层厚度约 0.5～1.0m。砂井成孔，有沉管法和水冲法两类。沉管法是用锤击或振动方式将带靴的钢管沉入地基，管内灌砂，在振动作用下拔出钢管，最后在土中形成砂井。水冲法是利用高压水冲孔，孔内灌砂，此法施工速度快，但难以保证孔径匀称，质量较差。砂井的用砂，以中粗粒径为宜，含泥量不宜大于 3%，灌砂量(按重量计)，大于井管外径所形成体积的 95%。排水固结法中除砂井堆载预压而外，还有降水预压和真空预压等技术。四、挤密法土基中成孔后，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，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，群桩的面积约占松散土加固面积的 20%，以致桩和原土组成复合地基，达到加固的目的。孔中灌砂，形成砂桩，它与上述砂井相比，形式相仿，但作用不同。砂井的作用是排水固结，井径较小而间距较大；砂桩的作用是将地基土挤紧，井径较大，而间距宜小。砂井适用过湿软土层，而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基底的振动液化。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，砂桩的挤密效果较差，甚至能破坏地基土的天然结构。孔中填石灰而成灰桩，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，试验

东南大学：《路面工程》课程教学资源（教案讲义）第五章 路基防护与加固

东南大学：《路面工程》课程教学资源（教案讲义）第五章路基防护与加固