第7章 特殊路基设计

1、第七章第七章 特殊路基设计特殊路基设计 一、浸水条件下的路基 二、滑坡地段的路基 三、崩塌地段的路基 四、风沙地区的路基 特殊条件下的路基特殊土地区的路基 一、软土和泥沼地区 二、膨胀土地区 三、黄土地区 四、多年冻土地区 五、盐渍土地区 1 软土地区路基软土地区路基 一、软土的成因类型与工程特性一、软土的成因类型与工程特性 1 1、软土的定义、软土的定义 滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、 孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土 。 特征指标名称特征指标名称天然含水量天然含水量 (%)(%) 天然孔隙比天

2、然孔隙比不排水抗剪强度不排水抗剪强度 ( (kPakPa) ) 指标值指标值3535与液限与液限1.01.03030 固结有效应力法固结有效应力法 1 软土地区路基软土地区路基 固结有效应力法固结有效应力法 二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计 （一）路基稳定性验算（一）路基稳定性验算 路基沉降计算路基沉降计算 二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计 路堤超过临界高度时，为确保路堤在施工和运营期的安全使用，路堤超过临界高度时，为确保路堤在施工和运营期的安全使用， 必须进行必须进行软土地基处理软土地基处理。 排水固结 改变路堤结构形式 地基处理 反压护道 铺设土工合成材料 挤密砂桩 碎石桩

3、 人工地基 换土 生石灰桩 粉体喷射搅拌桩 排水砂井 袋装砂井 塑料排水板 排水砂垫层 1 1）改变路堤的结构型式）改变路堤的结构型式 反压护道 它是通过在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道起反压 作用，防止地基破坏，保证路堤稳定的一种有效工程措施。 它用于非耕作区和土源丰富的地区较为合适，在耕作区 则不宜采用。 铺设土工合成材料 它是在路堤底部铺设一层或多层土工合成材料，起柔性 柴排的作用。土工合成材料铺设于路堤底层后，由于其具有 较高的强度和韧性，能紧贴于地表，使上部填土荷载较均衡 地分布到地层中，并能抵抗土坡滑动，阻止冲切破坏面的产 生，提高地基承载力，增强路堤稳定性。 限制软土地基侧向位

4、移的方法 在路堤坡脚附近设置板桩、木排桩、钢在路堤坡脚附近设置板桩、木排桩、钢 筋混凝土桩或片石齿墙等限制软土地基侧向筋混凝土桩或片石齿墙等限制软土地基侧向 位移的方法。位移的方法。 2 2）人工地基）人工地基 人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成 复合地基，或将地基土换成性能良好的土料，以保证路堤稳复合地基，或将地基土换成性能良好的土料，以保证路堤稳 定的一类方法。定的一类方法。 换土换土 它是以人工、机械或爆破方法将软土挖除，换填强度较它是以人工、机械或爆破方法将软土挖除，换填强度较 高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料。它适用于软土

5、层高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料。它适用于软土层 较薄、无硬土覆盖的情况。较薄、无硬土覆盖的情况。 挤密砂桩挤密砂桩 其方法是将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤其方法是将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤 密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向 砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应 减小。特点是适用于对沉降要求较严的工程。减小。特点是适用于对沉降要求较严的工程。 碎石桩碎石桩 碎石桩的桩身由碎石充填。其加固机理与砂桩不碎石桩的桩身由碎石充填。其加固机理与砂桩不 同的是它

6、不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地同的是它不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地 基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩 承担，桩土应力比值一般为承担，桩土应力比值一般为3 35 5。 生石灰桩生石灰桩 它是用它是用2 25 5cmcm的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰 桩地基。桩地基。 其加固软土机理：其加固软土机理： 生石灰遇水反应成熟石灰，吸收占其重量生石灰遇水反应成熟石灰，吸收占其重量3232的水，体的水，体 积膨胀积膨胀1 1倍，同时放出大量的热，使桩周土体含水量降低，土倍，同时放

7、出大量的热，使桩周土体含水量降低，土 体压密；石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和体压密；石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和 结构得以改善，从而提高土的强度。结构得以改善，从而提高土的强度。 生石灰桩的作用主要是土的挤密而不是桩的承载作用。生石灰桩的作用主要是土的挤密而不是桩的承载作用。 粉体喷射搅拌法粉体喷射搅拌法 它以生石灰粉或水泥等粉体材料作为加固料，通过特制它以生石灰粉或水泥等粉体材料作为加固料，通过特制 的施工机械，用压缩空气将粉体呈雾状喷人土中，使粉体与的施工机械，用压缩空气将粉体呈雾状喷人土中，使粉体与 原软土搅拌形成石灰原软土搅拌形成石灰( (或水泥或水泥)

8、)粘土混合的柱体。粘土混合的柱体。 粉体喷射搅拌法是近年国内外常用的一种深层软基加固粉体喷射搅拌法是近年国内外常用的一种深层软基加固 技术。它的强度大，水稳性好，可提高软土地基的承载力，技术。它的强度大，水稳性好，可提高软土地基的承载力， 减小沉降量和增加路堤稳定。加固深度一般在减小沉降量和增加路堤稳定。加固深度一般在10101515m m。 旋喷桩法旋喷桩法 深层搅拌桩深层搅拌桩 3 3）排水固结）排水固结 排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺设砂垫层，以排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺设砂垫层，以 缩短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方法。缩短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方法。 排

9、水砂井排水砂井 a a 作用原理作用原理 软土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙水软土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙水 压力逐渐消散，有效应力渐渐提高，孔隙体积渐渐减小，地压力逐渐消散，有效应力渐渐提高，孔隙体积渐渐减小，地 基发生固结沉降，地基强度相应增大。根据固结理论，粘性基发生固结沉降，地基强度相应增大。根据固结理论，粘性 土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。土层越厚，固土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。土层越厚，固 结所需的时间越长。为了加速土层固结，最有效的方法是增结所需的时间越长。为了加速土层固结，最有效的方法是增 加土层的排水通道，缩短排水距离。砂井

10、加土层的排水通道，缩短排水距离。砂井( (袋装砂井、塑料排袋装砂井、塑料排 水板水板) )就是按照这个原理而设置的。就是按照这个原理而设置的。 b b 设置方法设置方法 砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法 在地基中形成按一定规律排列的孔眼在地基中形成按一定规律排列的孔眼( (这些孔眼具有一定深度这些孔眼具有一定深度 和直径和直径) )，在其中灌以中粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的，在其中灌以中粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的 砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。 c c 效果效果

11、软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，在附加荷载作软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，在附加荷载作 用下，排水固结过程大大加快，地基强度迅速提高，因而也增大了用下，排水固结过程大大加快，地基强度迅速提高，因而也增大了 地基承载力与路堤的稳定性。地基承载力与路堤的稳定性。 袋装砂井袋装砂井 它是在合成材料编织袋内充填中粗砂构成的砂它是在合成材料编织袋内充填中粗砂构成的砂 袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。 袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内 的砂不易漏失，袋子的材料应有足够的强度，有一的砂不易漏失，

12、袋子的材料应有足够的强度，有一 定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能。定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能。 塑料排水板塑料排水板 它是将预制它是将预制 的带状塑料排水的带状塑料排水 板用插板机将其板用插板机将其 竖直插入土中，竖直插入土中， 形成类似砂井的形成类似砂井的 排水通道，使孔排水通道，使孔 隙水沿塑料板的隙水沿塑料板的 通道逸出，从而通道逸出，从而 加固地基土的方加固地基土的方 法。法。 排水砂垫层排水砂垫层 它是在路堤底部的地面上铺设一层砂垫层，其作用它是在路堤底部的地面上铺设一层砂垫层，其作用 是在软土层顶面增加一个排水面。在填土过程中，软土是在软土层顶面增加一个排水面。在填土过程中，软土

13、 中渗出的水就可从砂垫层中排出，加速地基固结，提高中渗出的水就可从砂垫层中排出，加速地基固结，提高 软土的强度，增强路堤稳定。软土的强度，增强路堤稳定。 （三）软土地区路基施工观测与控制（三）软土地区路基施工观测与控制 二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计 2 膨胀土地区路基膨胀土地区路基 膨胀土是一种以蒙脱石和伊利石为主的亲水粘土矿物组成膨胀土是一种以蒙脱石和伊利石为主的亲水粘土矿物组成 的，具有明显的高塑性粘性土。对工程建筑物、尤其是轻型建的，具有明显的高塑性粘性土。对工程建筑物、尤其是轻型建 筑物的危害很大筑物的危害很大,且不易修复且不易修复,常被称为工程建设的常被称为工程建设的“癌

14、症癌症”。 2 膨胀土地区路基膨胀土地区路基 一、膨胀土（岩）的工程特性一、膨胀土（岩）的工程特性 1 1、胀缩性、胀缩性 2 2、崩解性、崩解性 3 3、多裂隙性、多裂隙性 4 4、超固结性、超固结性 5 5、强度衰减性、强度衰减性 2 膨胀土地区路基膨胀土地区路基 二、膨胀土（岩）的路基病害二、膨胀土（岩）的路基病害 溜坍溜坍 路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以 及土的胀缩作用，强度降低而溜坍。及土的胀缩作用，强度降低而溜坍。 滑坡滑坡 斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动面土斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动

15、面土 体含水量较大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。体含水量较大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。 坍滑坍滑 路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生 的一种变形现象。的一种变形现象。 路堤和基底的不均匀沉降及变形路堤和基底的不均匀沉降及变形 i i) ) 它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形，它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形， 故施工中难以破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的故施工中难以破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的 重要原因；重要原因； ii) ii) 它作为地基，本身承载力就较低，在受到外界干它作为

16、地基，本身承载力就较低，在受到外界干 扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底变形、路扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底变形、路 堤破坏的又一重要因素。正是以上原因，后期的维修养护堤破坏的又一重要因素。正是以上原因，后期的维修养护 也难以妥善解决运营中可能出现的危害。也难以妥善解决运营中可能出现的危害。 二、膨胀土（岩）的路基病害二、膨胀土（岩）的路基病害 三、膨胀土（岩）的路基设计三、膨胀土（岩）的路基设计 （一）路堑（一）路堑 （二）路堤（二）路堤 （三）基床（三）基床 （四）边坡防护加固（四）边坡防护加固 3 黄土地区路基黄土地区路基 黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破

17、坏而发生黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生 显著附加下沉，称湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为非自重湿陷性显著附加下沉，称湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为非自重湿陷性 黄土和自重湿陷性黄土。黄土和自重湿陷性黄土。 作为湿陷性土的典型代表作为湿陷性土的典型代表黄土，在全世界的分布比较黄土，在全世界的分布比较 广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占1010， 亚洲约占亚洲约占3030；我国黄土分布面积达；我国黄土分布面积达6060万平方公里，其中有湿陷万平方公里，其中有湿陷 性的约为性的约为4343万平方公里。主要分布在河南、

18、甘肃、陕西、山西、万平方公里。主要分布在河南、甘肃、陕西、山西、 宁夏、青海等省区。宁夏、青海等省区。 黄 土 高 原 风 貌 3 黄土地区路基黄土地区路基 一、黄土的工程特性一、黄土的工程特性 1 1、黄土的水理特性、黄土的水理特性 （1 1）渗水性）渗水性 （2 2）收缩和膨胀）收缩和膨胀 （3 3）崩解性）崩解性 2 2、黄土的力学特性、黄土的力学特性 （1 1）黄土的抗剪强度）黄土的抗剪强度 （2 2）黄土的湿陷性）黄土的湿陷性 黄土地貌 二、黄土路基设计二、黄土路基设计 （一）路堑（一）路堑 （二）路堤（二）路堤 二、黄土路基设计二、黄土路基设计 （三）基床（三）基床 （四）边坡防护

19、与加固（四）边坡防护与加固 （五）路基排水（五）路基排水 4 冻土地区路基冻土地区路基 凡是土温等于或低于零摄氏度、且含有冰的土凡是土温等于或低于零摄氏度、且含有冰的土(石石),称为冻称为冻 土。这种状态保持三年或三年以上者，称为多年冻土。土。这种状态保持三年或三年以上者，称为多年冻土。 一、冻土地区的不良工程地质现象一、冻土地区的不良工程地质现象 1、融沉、融沉 2、冻胀、冻胀 3、冰锥、冰丘、冰锥、冰丘 4、热融坍滑、热融坍滑 5、热融沉陷与热融湖、热融沉陷与热融湖 6、冻土沼泽、冻土沼泽 正常的涵洞冻融后的涵洞 二、冻土地区路基的一般设计原则二、冻土地区路基的一般设计原则 1、多年冻土路

20、基、多年冻土路基 二、冻土地区路基的一般设计原则二、冻土地区路基的一般设计原则 2、季节性冻土路基、季节性冻土路基 一、滑坡的含义及类型一、滑坡的含义及类型 6 滑坡地段路基滑坡地段路基 山坡地区，在一定的地形、地质条件下，由于地下水活动，河流山坡地区，在一定的地形、地质条件下，由于地下水活动，河流 冲刷、人工切坡、地震活动等影响，部分岩体或土体失去稳定，在重力冲刷、人工切坡、地震活动等影响，部分岩体或土体失去稳定，在重力 作用下，沿着一定的软弱面（带）、缓慢的、间歇性地滑动的变形现象作用下，沿着一定的软弱面（带）、缓慢的、间歇性地滑动的变形现象 称为滑坡。称为滑坡。 二、滑坡地段路基设计的一

21、般原则二、滑坡地段路基设计的一般原则 6 滑坡地段路基滑坡地段路基 滑坡地段路基的设计原则是：滑坡地段路基的设计原则是：能绕则绕、能绕则绕、 不绕则治、治则彻底、综合治理。不绕则治、治则彻底、综合治理。 三、滑坡的稳定性分析三、滑坡的稳定性分析 滑坡阻断铁路滑坡阻断铁路 青藏公路某段大面积山体滑坡青藏公路某段大面积山体滑坡 三、滑坡的稳定性分析三、滑坡的稳定性分析 安全系数的确定安全系数的确定 铁路特殊路基设计规范铁路特殊路基设计规范 四、滑坡的防治措施四、滑坡的防治措施 滑坡整治应遵循滑坡整治应遵循“及早治理、一次根治、不留后患及早治理、一次根治、不留后患”原则。原则。 滑坡的防治措施主要有

22、滑坡的防治措施主要有: : (1) (1)消除水的有害作用；消除水的有害作用； (2) (2)改变滑体重心位置，增强稳定因素；改变滑体重心位置，增强稳定因素； (3) (3)修建支挡建筑物，防止滑动；修建支挡建筑物，防止滑动； (4) (4)改善滑带土的性质，提高力学强度。改善滑带土的性质，提高力学强度。 在进行滑坡整治设计时在进行滑坡整治设计时, ,可针对不同的具体情况可针对不同的具体情况 选择使用或采用综合治理的措施。选择使用或采用综合治理的措施。 地面排水 它为整治滑坡须采用的辅助措施。其目的是阻止滑体 外的地面水流入滑体内，同时将滑体内的地面水，以最短的 途径迅速排出滑体外。 1 1

23、排水排水 四、滑坡的防治措施四、滑坡的防治措施 滑坡整治应遵循滑坡整治应遵循“及早治理、一次根治、不留后患及早治理、一次根治、不留后患”原则。原则。 地下排水 在滑坡上排除地下水的措施有：截水渗沟，引水渗沟 、支撑渗沟等，深度较大时采用隧洞、集水渗井和渗管、平 行排水钻孔等。 引水渗沟 2 2 支撑支撑 支撑通常用的有抗滑挡土墙和抗滑桩。支撑通常用的有抗滑挡土墙和抗滑桩。 抗滑挡土墙 应设于滑坡的前沿，或路基的上侧。应做好渗沟或 设置较多的泄水孔。 抗滑挡土墙 抗滑桩 为矩形(或圆形)截面的钢筋混凝土挖孔桩，可布置成一 排或多排。 它可设在滑坡前缘作成悬臂式的，也可设在滑 坡中部滑体厚度较薄处作成全埋式的。 锚索工程 把锚杆(索)加在抗滑桩上可改善杭滑桩的受力状态，减 少桩身内力和变位。从而减小桩的断面与埋深，并增大桩的 抗滑能力。由钻孔桩、预应力锚索和锚具组成的联合抗滑结 构叫做预应力锚索抗滑桩，如图所示。 有些滑坡的滑面，具有上陡下缓的形状，滑坡前缘有 一较长地段为可靠的抗滑部分，后缘两侧有稳定岩(土)体。 这样，便可在滑坡上部减重，减少滑体下滑力，或在下部 抗滑段加