山区高速公路路基稳定性与施工控制技术课件

山区高速公路路基稳定性与施工控制技术

主讲人：杨广庆教授博导2023/12/41山区高速公路路基灾害（病害）形式2高填方路基变形与稳定性控制技术3深挖路堑稳定性控制技术4山区特殊路段路基稳定性5路基排水与防护加固技术主要内容2023/12/41、路基灾害分类及影响因素路基病害：

损坏规模小、经济损失小，只影响行车速度或舒适性，未引起交通受阻或中断，可通过常规养护解决。路基灾害：

以自然因素（地震、地质和气象等）为主，或由自然因素与人为原因共同作用，引起路基设施的严重破坏或服务质量大幅度下降，甚至引起交通中断或受阻的突发性事件。路基灾害需通过工程治理才能恢复。2、路基灾害（病害）诱因

自然灾害、建设质量隐患、性能劣化、人为破坏或运营管理不善等灾害类型指出路基自然灾害是路基灾害主要形式

地震灾害，地质灾害（崩塌、滑坡、泥石流等）和气象灾害（暴雨、暴雪、沙尘暴、干旱等）3、路基路面灾害的表现形式与破坏模式路基地震灾害：由地震引起的路基滑坡与崩塌落石、支挡结构破坏、路基开裂与下沉等。路基地质灾害：由地质作用或由工程活动导致地质环境条件恶化引发的路基灾害，有崩塌类、滑坡类、泥石流与塌陷等路基气象灾害：由大气变化（暴雨、暴雪（风吹雪）、风暴等）造成的路基自身及其附属构造物结构破坏或导致路基使用功能降低。（1）路基路面整体断裂、错动、滑移（2）路基路面整体坍滑、沉陷（3）路基路面隆起、挤压（4）路基水毁（5）边坡典型震害（6）支挡结构典型震害路基自然灾害—地震灾害（汶川地震为例）1）路基路面整体断裂、错动、滑移路基路面开裂滑移路面横向撕裂路基路面整体开裂2）路基路面整体坍滑、沉陷3）路基路面隆起、错位、挤压4）路基水毁

5）边坡典型震害岩质边坡崩塌土质边坡滑坡6）路基支挡结构典型震害路基自然灾害—地质灾害2011年8月23日，京昆高速四川雅安名山段K1920+400处因暴雨后出现山体滑坡，垮塌山体量高达30余万方，造成道路双向中断。路基自然灾害—地质灾害2010.4.25，台湾“北二高”基汐段在晴天发生史上最大的山体滑坡，造成3车被埋、4人罹难，道路双向中断。路基自然灾害—地质灾害2010.5.23，Ｋ859次列车，沪昆铁路江西段发生1至9节车辆脱线事故，上下行线路行车中断，19人死亡。铁路上方20米为公路，公路上方20米发生滑坡，塌方土石约有8000立方米。路基自然灾害—地质灾害金丽温高速路锚杆框架梁加固2015年11月13日22:50，浙江省丽水市发生山体滑坡塌方量30余万立方米，导致27户房屋被埋，遇难人数38人。2016年6月24日，在地形高陡、地质构造复杂、岩石风化破碎和长期降雨工程勘查、设计、施工、监理和管理存在问题路基自然灾害—地质灾害路基自然灾害—气象灾害（暴雨）路基自然灾害—气象灾害（暴雨）路基自然灾害—气象灾害（暴雨）1972年6月，暴雨导致香港多处发生滑坡泥石流，多处道路冲毁、楼房倒塌，死亡约250人路基自然灾害—气象灾害（暴雨）路基自然灾害—气象灾害（暴雪）路基自然灾害—气象灾害（风吹雪）建设质量隐患或性能劣化引起的路基灾害2006年3月27日，山西太旧高速公路寿阳段路基沉陷，现场形成长100余米、宽10多米、深近10米的塌方。原因：排水不畅，导致地下水位上升，在长时间浸泡路基后，随着天气变暖，发生春融，路基不断松软导致塌陷发生。特殊地质引起的路基结构物灾害—软土地区特殊地质引起的路基结构物灾害—黄土地区通车仅三个月，石太客专因暴雨，黄土路基严重下沉，严重危及行车安全。1山区高速公路路基灾害（病害）形式2高填方路基变形与稳定性控制技术3深挖路堑稳定性控制技术4山区特殊路段路基稳定性5路基排水与防护加固技术主要内容2023/12/4软弱土地基加固与处理；填石路基填料处理与施工控制；高填方路基强夯追密补强技术；高填方路基变形与稳定性控制2023/12/4软弱土地基加固与处理。软土路基易出现路堤填筑期间失稳破坏、工后产生过大的沉降等问题。先后出现了置换法、排水固结预压、强夯、复合地基等处理技术，并形成了较为完整的设计施工及检测方法。软弱土地基加固与处理2023/12/4提出了工后沉降的概念和工后沉降标准，控制软土路基变形。公路等级工程位置桥台与路堤相邻处涵洞、箱涵、通道处一般路基高速公路、一级公路≤0.1≤0.2≤0.3干线二级公路≤0.2≤0.3≤0.5容许工后沉降/m软弱土地基加固与处理2023/12/4挖除换填法、抛石挤淤法、强夯置换法等：利用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，形成双层地基或复合地基，达到提高承载力、减少沉降目的强夯置换法:处理深度一般控制在8m以内。(1)置换法挖除换填法、抛石挤淤法：处理深度2～3m。软弱土地基加固与处理2023/12/4排水固结法是从上世纪五十年代就开始用于公路软基加固的传统方法，通过加速饱和软土排水固结，提高其强度、承载力，减小工后沉降。新建公路软土地基处理中被广泛采用。排水通道：砂垫层、砂井、塑料排水带等通过超载预压、真空联合预压等措施，提前消除或减少上部轨道等荷载产生工后沉降，是公路软基处理常用方法之一。该方法对填土较低，后期使用荷载较大的大型场地地基处理具有明显优势。外荷载：路基填土、超载预压、超载和真空联合预压等(2)排水固结法软弱土地基加固与处理2023/12/4塑料排水板袋装砂井软弱土地基加固与处理2023/12/4真空预压软弱土地基加固与处理2023/12/4软弱土地基加固与处理2023/12/4增压式真空预压高真空击密法压差主动排水超固结硬壳层不留人为排水通道的工后沉降估算宁波北仑港三期软基处理软弱土地基加固与处理2023/12/4复合地基指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料而形成的地基。碎石桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩等柔性桩（半刚性）桩CFG桩、素混凝土桩、高强度预应力管桩等刚性桩搅拌桩：处理深度一般控制在15m以内高压旋喷桩：控制在30m以内CFG桩：控制在30m以内预应力管桩：沿海铁路最大处理深度达到了48m复合地基法软弱土地基加固与处理2023/12/4碎石桩软弱土地基加固与处理砂桩软弱土地基加固与处理2023/12/4搅拌桩软弱土地基加固与处理2023/12/4强夯软弱土地基加固与处理2023/12/4夯扩挤密桩软弱土地基加固与处理2023/12/4夯实水泥土桩软弱土地基加固与处理2023/12/4预制管桩CFG桩软弱土地基加固与处理2023/12/4桩网结构桩承式加筋堤软弱土地基加固与处理2023/12/4软弱土地基加固与处理2023/12/4桩筏结构软弱土地基加固与处理2023/12/42009.6.27日5时30分软弱土地基加固与处理2023/12/4软弱土地基加固与处理2023/12/4软弱土地基加固与处理2023/12/4填石路基填料处理与施工控制在山区公路建设中，会遇到采用不同类型和比例的大粒径碎石材料填筑路基的情况。这种填筑材料大都由土石混合而成，其碎石含量大，粒径组成和含水状态极不均匀，在填方压实施工中往往难以压实和压实不均匀。其压实质量的检测与评价一直未得到好的解决。目前这一问题己受到公路建设、管理、施工等部门的普遍关注，亟待解决。2023/12/4填石路堤的质量控制不同强度的石料，应分别采用不同的填筑厚度和压实控制标准。填石路堤的压实质量宜采用孔隙率作为控制指标。填石路堤施工压实质量可采用孔隙率与压实沉降差或施工参数联合控制。孔隙率的检测应采用水袋法进行。条文说明：实际施工时，试验段确定压实沉降差控制标准，并同时检测孔隙率对其进行验证。孔隙率检测必须采用大坑（最大粒径的1.5～2倍）和水袋法进行。压实沉降差为采用重型振动压路机（14t以上25-40）按照规定碾压参数（强振、4km/h以下速度）碾压后各测点的高程差。采用标准：压实沉降差应不大于5mm，标准差不大于3mm。公路路基设计规范（JTGD30—2004）公路路基设计规范（JTGD30—2015）孔隙率n为土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示

孔隙率颗粒间孔隙率

视密度：单位体积（含颗粒固体、闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量。毛体积密度：单位体积（含颗粒固体、闭口、开口孔隙体积、）物质颗粒的干质量。填石路基填料处理与施工控制水袋法局限性：填石路基的填料粒径较大，室内试验测定出填料的最大干密度与现场压实效果的对应性较差。缺少密度检测相应的控制依据与评价标准。进行现场检测时，缺少专用检测设备，工作量大，费工费时，检测的精确度差，而且测点个数也不可能过多，检测值代表性低。填石路基施工现场的粒径组成变化大，造成填石路基密实度检测的波动情况远大于填土路基。如果在施工过程中填料的比重变化较大，就很难用干密度来作为控制压实状态的指标。填石路基填料处理与施工控制沉降差法的局限性：检测值的离散性检测压路机的吨位大小与沉降差检测的允许值确定缺乏依据沉降差没有考虑压实厚度的影响填石路基填料处理与施工控制碎石的振动特性测试方法：表面振动仪法和振动台法碎石最大干密度试验（骨架—密实型结构）：湿法的表面振动仪法。碎石最佳含水率范围为4%～8%，每层最佳振动时间为6分钟，碎石存在一个40～60Hz的固有频率。填料最大干密度确定方法振动作用自土体表面垂直向下整个土样同时受到垂直方向的振动作用填石路基填料处理与施工控制2023/12/4施工准备阶段边坡码砌分层填筑填石路基填料处理与施工控制摊铺平整振动碾压质量检测填石路基填料处理与施工控制层厚压缩率控制法包括两个指标即沉降差和沉降率。沉降差是指检测碾压最后一遍前后的高程差；沉降率是指碾压完成后，摊铺层的压缩值与摊铺厚度之间比值的百分数。沉降差检测方法的局限性检测值的离散性压路机的吨位大小与沉降差检测的允许值确定缺乏依据沉降差没有考虑压实厚度的影响层厚压缩率控制法填石路基填料处理与施工控制填石路基压实过程中的压缩沉降组成：在压实能量作用下，克服颗粒间的摩擦阻力，产生滑动和滚动而发生易位，移动到更稳定的平衡位置上，同时空隙体积压缩，伴随着孔隙比的不断减小，压实层更加密实，从而使整个路基填筑体体积减小。是填筑体压缩沉降的主要部分。石料在较大压实能量作用下产生破碎，破碎后的小颗粒充填到空隙中，造成路基填筑体体积减小，是填筑体压缩沉降的次要部分。填料的骨架颗粒在外荷载的作用下还产生弹性变形，引起填筑体整体的体积压缩，由于这部分在数量上较少，应该认为对压缩变形影响极小。充分考虑压实层厚这一重要因素，结合其他相关的压实质量指标，提出采用沉降差和沉降率作为碎石路基的压实质量的检测指标。即可以反映路基填筑体在压实作用下的整层的压缩变化程度，也可以反映填筑层由于压实而产生的压缩变形量。

填石路基填料处理与施工控制层厚压缩率控制法的技术要求

测量仪器要求层厚压缩率控制法控制值沉降差的控制：以最后两次压实的沉降差值小于5mm为宜。沉降率的控制：当碾压n遍后，第n-1遍的路基沉降率为第n遍沉降率的95％时即可认为压实合格或以沉降率增加量不超过1％时为控制标准。填石路基填料处理与施工控制对于路基填土高度大于8-10m的路段，为加强路基压实，减少路基本身的工后沉降，除正常压实外，每4-5m进行强夯一次。强夯处治设计标准和施工要点夯击参数：夯击能采用1600kN·m，夯击遍数为3遍，主副夯之间间隔时间根据土质经试验确定，主副夯完成后进行全幅满夯，满夯点夯击一次。（满夯夯击能、夯点间距）强夯机型号根据压实度、空隙率选用，强夯机选用满足：A、最后两击的平均夯沉量不大于50mm；B、夯坑周围地面不应发生过大的隆起，强夯距路肩边缘宜保持2m的安全距离；强夯距建筑物的安全距离应不小于50mC、…………。高填方路基强夯追密补强技术2023/12/4高填方路基强夯追密补强技术2023/12/41山区高速公路路基灾害（病害）形式2高填方路基变形与稳定性控制技术3深挖路堑稳定性控制技术4山区特殊路段路基稳定性5路基排水与防护加固技术主要内容2023/12/4（1）岩质超高边坡破坏特征及稳定性分析；（2）岩质超高边坡爆破开挖安全稳定性与控制技术研究；（3）岩质超高边坡支护设计及优化技术研究；（4）岩质超高边坡支护措施稳定性分析与评价。岩质高边坡稳定性控制技术土质路堑高边坡稳定性与支护技术（1）土质路堑边坡变形破坏的孕育特征和发展规律研究；（2）土质边坡失稳判据研究；（3）土质边坡加固工程对策的作用机理及其岩土与结构的相互作用规律研究；（4）加固前后各阶段类土质边坡稳定性分析与评价。深挖路堑稳定性控制技术2023/12/4深挖路堑稳定性控制技术2023/12/4深挖路堑稳定性控制技术2023/12/4深挖路堑稳定性控制技术2023/12/4模拟人工降雨边坡泥石流试验壤土(loam)斜坡崩塌实验1971年11月9日15:00人工降雨开始11日15:00左右降雨量达500mm陡坡中泥土突然以20-30m/s流出斜坡崩塌，泥石流产生推倒28米外的护栏泥石流到达55米外的水池中央31人被埋，15人死亡深挖路堑稳定性控制技术深挖路堑稳定性控制技术09：07降雨开始(降雨強度90mm/hr)

10：15

浸透深度50cm

13：30斜面最下部深100cm处超静孔隙水压力产生

15：00斜面下半部移动开始

15：30斜面下半部的移动量加速

5分钟1mm

5分钟3mm

5分钟5mm

1分钟10mm

16：03斜面下半部崩塌过程：深挖路堑稳定性控制技术以身殉职15人纪念碑15人不幸遇难11人受伤

死者当中

实验人员1人

参观者10人

报社记者1人

电视采访人员3人深挖路堑稳定性控制技术1山区高速公路路基灾害（病害）形式2高填方路基变形与稳定性控制技术3深挖路堑稳定性控制技术4山区特殊路段路基稳定性5路基排水与防护加固技术主要内容2023/12/4陡坡与填挖交界路堤路桥涵过渡段及短路基下覆采空区、岩溶路基山区特殊路段路基稳定性2023/12/4陡坡与填挖交界路堤稳定性2023/12/4为了减少半填半挖路基的纵向、横向不均匀沉降，对挖方路基在路槽下超挖80cm后回填非冻胀性（渗水性）填料，填方侧在此高度范围内填筑相同材料并与挖方侧一起分层碾压。对于地面横坡陡于1：5的填方路段，地表开挖反向台阶，台阶宽度2m；同时，为保证路基稳定，在半填半挖路段填挖交界处采用两层聚丙烯三向格栅陡坡与填挖交界路堤稳定性2023/12/4陡坡与填挖交界路堤稳定性2023/12/4陡坡路堤稳定性及不均匀沉降控制技术措施：坡脚稳定、路堤排水、合理开挖台阶、土工合成材料加筋和强夯等陡坡与填挖交界路堤稳定性2023/12/4陡坡与填挖交界路堤稳定性2023/12/4路桥涵过渡段及短路基稳定性2023/12/4路桥涵过渡段及短路基稳定性2023/12/4液态粉煤灰回填台背路桥涵过渡段及短路基稳定性2023/12/4轻质泡沫混凝土2023/12/4山区高速公路位于桥与桥、桥与隧、隧与隧之间距离很短（<150m）的过渡路段(“短路基”)会随之增多。短路基受地质、地貌条件的限制和公路线形的制约，深挖、高填路基较为普遍，由于压实质量和路基填料等问题引起的路基不均匀沉降问题十分突出，继而进一步影响行车安全。路桥涵过渡段及短路基稳定性2023/12/4①病害机理及对安全行车的影响②不均匀沉降控制标准③路基路面形式④基施工工艺及控制技术标准路桥涵过渡段及短路基稳定性下覆采空区、岩溶路基稳定性2023/12/4高速公路采空区工程地质勘察及稳定性评价方法高速公路下伏采空区路基变形演化模式高速公路下伏采空区处置技术高速公路下伏采空区路基结构形式优化下覆采空区、岩溶路基稳定性2023/12/41山区高速公路路基灾害（病害）形式2高填方路基变形与稳定性控制技术3深挖路堑稳定性控制技术4山区特殊路段路基稳定性5路基排水与防护加固技术主要内容2023/12/4万亨大厦基坑倒塌万亨大厦位于北京东二环，是一22层框剪结构商业办公楼，

坑壁附近有：地铁线路、高层塔楼、多层居民楼等，基础埋深17.72m，采用复合土钉墙支护。于2003年4月23日晚至24日晨倒塌。由于当时正值“非典”紧张时期，倒塌后，有关部门要求立即填满基坑，附近楼房清空，损失上亿元。路基排水与防护加固技术2023/12/4路基排水与防护加固技术2023/12/4路基排水与防护加固技术2023/12/4路基边坡防护加固做好了是争面子做不好是捅大娄子2023/12/4喷浆、喷射混凝土防护护面墙浆砌片(块)石锚杆钢丝网柔性防护预制块护坡：六角水泥砖块传统护坡存在的问题易龟裂冷热变化时混凝土内外存在温差，缩涨程度不同，产生龟裂。材料来源对环境造成破坏挂网喷浆绿化3年左右植物防护适用范围：适用于较缓的土质或严重风化的岩质边坡2023/12/4

浆砌片石或水泥混凝土骨架植草护坡适用于缓于1:0.75的土质和全风化岩石边坡。当坡面受雨水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1:12023/12/4多边形水泥混凝土空心块植物护坡适用于坡度缓于1:0.75的土质边坡和全风化、强风化的岩石路重边坡,并视需要设置浆砌片石或混凝土骨架2023/12/4锚杆混凝土框架植物防护适用于土质边坡和坡体中有不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡2023/12/4

土工格室防护液压喷播防护2023/12/4砂质边坡防护表层固化技术？2023/12/4植物纤维毯是以椰棕或麦秸秆为基底，连同优质草籽、营养剂、专用纸、定形网等多种材料，在大型生产流水线上一次加工完成的环保生态治理产品。将纤维毯覆盖于山坡、路基或坪床上并浇水，若干天后，草种发芽生长，即能形成优质草坪。它在草坪长成前就能起到很好的固沙、护坡和防止水土流失的作用。植物纤维毯防护边坡技术2023/12/42023/12/42023/12/4生态袋：高强度抗老化PP原料针刺成布并将表面烧结后缝制而成的新型土工模袋。抗老化PP原料针刺成布并将表面烧结后缝制而成的新型土工模袋2023/12/435成灌客专三维柔性生态袋护坡防护2023/12/4杨广庆石家庄铁道大学教授博导E-mail:yanggq@电话Q：1586388313谢谢聆听！2023/12/4事故背景：2009年7月7日至8日，石太客运专线发生了路基下沉事故，由于连日普降暴雨，事故发生时，列车晃车严重，其中k178+910、k158+300、k106+300三处路基下沉严重，最大下沉分别达到64.2cm、16cm、9.7cm。导致多趟北京至太原的动车组限速运行晚点，严重影响了铁路正常运输秩序，危及列车运行安全。铁道部认定k178+910质量事故为铁路建设工程质量大事故，k158+300、k106+300质量事故为铁路建设工程质量一般事故。

原因分析：一是路基填筑不规范。填料控制不严，粒径超标、级配不良，甚至有的填料类别与设计不符；填筑不讲究工艺控制，野蛮操作，虚铺厚度超标；原因分析：路基断面加宽不够，边坡碾压不实，雨季冲刷严重；过渡段台阶宽度不足，涵洞两侧不对称填筑；土工格栅铺设不平顺、接头搭接长度不够、搭接处理不规范等。原因分析：二是路基挡护和排水工程质量问题突出。沉降缝、反滤层不按设计要求施做；片石混凝土片石掺量过多；原因分析：排水系统不到位、不完善、不畅通，造成路基、涵洞经常被水浸泡。原因分析：三是CFG桩和岩溶注浆施工存在较多的质量隐患。比如，不做工艺性试验就开始施工；实际地质与勘察资料有出入时，不及时进行变更，影响处理效果；对施工质量的过程控制手段偏弱等。石太客专k178+910处为中铁三局施工区段，设计单位铁道第三勘察设计院，监理单位乌鲁木齐铁建监理有限公司，建设单位石太客运专线公司；石太客专k158+300处为中铁12局施工区段，设计单位铁道第三勘察设计院，监理单位乌鲁木齐铁建监理有限公司，建设单位石太客运专线公司；石太客专k106+300处为