路基路面工程第三章 路基防护与加固

第三章路基防护与加固学习要点：了解植物防护、工程防护及冲刷防护方法；挡土墙的构造与布置要求、各类型挡土墙设计要求与设计方法；软土地基加固处治方法等；熟悉植物防护、工程防护的主要措施，各种类型挡土墙的构造、特点和使用场合、挡土墙的构造与布置要求；掌握路基防护与路基加固的区别、土压力的计算原理和适用条件，挡土墙验算的各项内容和结构计算。主要内容3.1概述3.2坡面防护3.3冲刷防护3.4挡土墙3.5软土地基加固3.6挡土墙设计例如3.1概述

路基防护与加固工程，按其作用不同，可以分为：坡面防护冲刷防护支挡构造物一般将防止冲刷和风化、主要起隔离作用的措施称为防护工程；将防止路基或山体因重力作用而坍滑，主要起支撑作用的支挡结构物称为加固工程。3.2坡面防护是用以防护易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石边坡，保护路基边坡外表免受雨水冲刷。路基坡面防护工程类型及适用条件3.2.1植物防护植物防护一般采用种草、铺草皮和种植灌木。高等级公路建设中，坡面植物防护往往与砌石或空心混凝土预制块〔或煤渣空砖〕铺筑的网格工程相结合。

植物防护3.2.2工程防护坡面处治边坡过陡或植物不易生长的坡面，选用勾缝、灌浆、抹面、喷浆、嵌补、锚固、喷射混凝土等坡面处治措施。

坡面处治坡面处治：勾缝与灌浆：适用于岩石较坚硬的路堑边坡防护抹面：适用于易风化而外表比较完整岩石边坡喷浆：讲砂浆均匀喷射在易风化岩层嵌补；适用于补平坡面岩石中凹坑锚固：适用于岩石层里喷射混凝土：与喷浆一样。护坡及护面墙护坡一般用于填方坡面，可用砌石或铺砌混凝土预制块、煤渣空心砖等材料构筑。护坡有满铺式、条式及网格式等多种铺筑形式。拱形护面墙护面墙的平台与错台护面墙底设平台

支补墙防护3.3冲刷防护冲刷防护有两种类型，一种是直接防护，以加固岸坡为主；另一种是间接防护，以改变水流方向，降低流速，减少冲刷为主。冲刷防护工程类型及适用条件3.3.1直接防护主要措施包括植物防护、石砌防护、抛石或石笼防护，以及必要的支挡结构物〔如驳岸等〕。

石笼防护示意图3.3.2间接防护新开河道的设计流量应按路基设计洪水频率计算。新开河道的断面一般不应压缩，应比照原河床状态设计河宽，与原河道稳定河宽大致相等。导治结构物综合布置例如1—顺水坝；2—格坝；3—挑水坝〔丁坝〕；4—拦水坝；5—导流坝；6—桥墩；7—路中线3.4挡土墙挡土墙的用途有以下几点：降低挖方边坡高度，减少挖方数量，防止山体失稳坍滑；收缩路堤坡脚，减少填方数量或减少拆迁和占地面积，保证路堤稳定性；防止沿河路基挤缩河床，防止水流冲刷路基；防止山坡覆盖层下滑和抵抗滑坡。路基在以下情况宜修建挡土墙：路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地带；为防止大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；可能产生塌方、滑坡的不良地质路段；水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路堤地段；为节约用地减少拆迁或少占农田的地段；为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要地段；桥梁、隧道与路基连接的路段。

挡土墙类型及适用条件挡土墙按照不同的分类方法可以分成以下几类：按设置挡土墙的位置分类，可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙等。按墙体材料分类，可分为石砌挡土墙、砖砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、木质挡土墙和钢板墙等。按挡土墙的墙背倾角方向分类，可分为俯斜式挡土墙、仰斜式挡土墙、垂直式墙背挡土墙、折线形墙背挡土墙。按不同结构形式分类。

挡土墙类型重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力，一般多采用片块石砌筑，在缺乏石料地区有时也用混凝土修建。3.4.1挡土墙的构造与布置墙背墙面墙顶护栏墙身根底根底类型埋置深度一般根底台阶根底扩大根底钢筋混凝土根底地基换填根底拱式根底挡土墙组成示意图根底埋置深度：①当冻结深度小于或等于1m时，基底应在冻结线以下不小于0.25m，②当冻结深度超过1m时，基底最小埋置深度不应小于1.25m，③受水流冲刷时，基底应置于局部冲刷线以下不小于1m。④在软质岩石地基上，基底最小埋置深度不小于1m。⑤路堑挡土墙基底在路肩以下不小于1.0m，并低于边沟砌体底面不小于0.2m。斜坡地面根底埋置条件排水设施排水措施主要包括：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗。

挡土墙排水设施示意图沉降缝与伸缩缝：为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。挡土墙的布置：挡土墙位置的选定：路堑挡土墙大多设置在边沟旁。挡土墙的纵向布置：

挡土墙正面图挡土墙的横向布置：横向布置，选择在墙高最大处、墙身断面或根底形式有变异处，以及其他必须设桩号处的横断面图上进行。平面布置：对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。3.4.2挡土墙土压力计算作用在挡土墙上的力系：按力的作用性质分为主要力系、附加力和特殊力。挡土墙自重G及位于墙上的恒载；墙后土体的主动土压力Ea；基底的法向反力N及摩擦力T；墙前土体的被动土压力Ep。作用在挡土墙上的力系一般条件下的库伦主动土压力计算：土压力是挡土墙的主要设计荷载。挡土坡的位移情况不同，可以形成不同性质的土压力

三种不同性质的土压力破裂面交于内边坡这一图式适用于路堤式或路堑式挡土墙最大土压力Ea：破裂面交于路基面破裂面交于荷载中部，破裂棱体的断面面积S为：破裂面交于荷载外侧破裂面交于荷载内侧破裂面交于外边坡以上是路堤挡土墙俯斜墙背的几种计算图式，荷载是在行车道上布置的大俯角墙背的主动土压力——第二破裂面法出现第二破裂面的条件墙背或假想墙背的倾角α或α′必须大于第二破裂面的倾角ai；在墙背或假想墙反面上产生的抗滑力必须大于其下滑力。折线形墙背的土压力计算延长墙背法这种方法存在着一定误差：第一，忽略了延长墙背与实际墙背之间的土楔及荷载重，但考虑了在延长墙背和实际墙背上土压力方向不同而引起的垂直分力差。第二，绘制土压应力图形时，假定上墙破裂面与下墙破裂面平行，但大多数情况下两者是不平行的。力多边形法利用力多边形来推求下墙土压力，这种方法称为力多边形法。。黏性土土压力计算经典库伦理论只考虑不具有黏聚力的砂性土的土压力问题。等效内摩擦角法：设计黏性土的挡土墙时，通常将内摩擦角φ与单位黏聚力c，换算成较实际φ值为大的“等效内摩擦角〞φD，按砂性土的公式来计算土压力。力多边形法〔数解法〕当墙身向外有足够位移时，黏性土土层顶部会出现拉应力，产生竖向裂缝，裂缝从地面向下延伸至拉应力趋于零处。裂缝深度hc按下式计算：式中c——填料的单位黏聚力，kPa或kN/m2。不同土层的土压力计算首先求得上一土层的土压力E1a及其作用点高度Z1x并近似地假定作用点高度为：有限范围填土的土压力计算如果挡土墙修在陡坡的半路堤上，墙后填料将沿着陡坡面下滑，而不是沿着计算破裂面下滑，墙上的主动土压力为：被动土压力计算破裂棱体

力三角形库伦被动土压力的计算实践说明，用库伦理论计算的被动土压力，其误差还随着土的内摩擦角的增大而迅速增大。车辆荷载换算及计算参数车辆荷载换算：采用附加荷载强度法。根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算为容重与墙后填土相同的均布土层时，其厚度：B0——不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度，对于路堤墙，为破裂棱体范围内的路基宽度。

均布荷载换算图式

车辆荷载换算图式计算参数填料的计算内摩擦角和重度。填料的计算内摩擦角和重度参考值墙背摩擦角3.4.3重力式挡土墙设计挡土墙设计按“极限状态设计的分项系数法〞进行。正常使用极限状态是挡土墙出现以下状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：影响正常使用或外观变形；影响正常使用或耐久性的局部破坏〔包括裂缝〕；影响正常使用的其他特定状态。S——作用〔或荷载〕效应的组合设计值；R——挡土墙结构抗力函数；Rk——抗力材料的强度标准值；

承载能力极限状态作用分项系数式中S——作用〔或荷载〕效应的组合设计值挡土墙稳定性验算:抗滑稳定性验算：式中G——作用于基底以上的重力，kN，浸水挡土墙的浸水局部应计入浮力；

挡土墙抗滑稳定

基底摩擦系数参考值抗滑稳定系数Kc：式中N——作用于基底上合力的竖向分力，kN，浸水挡土墙应计浸水局部的浮力；抗倾覆稳定性验算挡土墙的抗倾覆稳定式中ZG——墙身重力、根底重力、根底上填土的重力及作用于墙顶的其他荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离，m；基底应力及合力偏心距验算根底地面的压应力:式中W——低水位浮力，kN〔指常年淹没水位〕。偏心距e0：式中Nd——作用于基底上的垂直力组合设计值，kN/m；Md——作用于基底形心的弯矩组合设计值，MPa。

基底弯矩值计算表表中MG——由墙身及根底自重和根底上的土重引起的弯矩。MEI——由填土及汽车活载引起的弯矩。MW——由静水压力引起的弯矩。MP——由地震土压力引起的弯矩。MF——由浮力引起的弯矩。基底合力偏心距地基承载力抗力值：式中f——地基承载应力抗力值；fk——地基承载应力标准值提高系数K当偏心距e小于或等于0.333倍根底底面宽度时，可根据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。基底应力重分布验算断面的选择墙身截面强度验算根据?公路圬工桥涵设计标准?〔JTGD61—2005〕的规定，当构件采用分项平安系数的极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。强度计算墙身截面法向应力验算按每延米墙长计算：式中Nj——设计轴向力，kN；圬工结构容许偏心距稳定计算：ψk——弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：系数表当e0超过规定时，还可以利用弯曲抗拉极限强度RWL进行验算或确定截面尺寸。式中W——截面系数，m3正截面直接受剪时验算式中QJ——正截面剪力，kN；增加挡土墙稳定性的措施增加抗滑稳定性的方法设置倾斜基底倾斜基底增加挡土墙抗滑稳定性采用凸榫根底凸榫根底增加抗倾覆稳定性的方法为增加抗倾覆稳定性，应采取加大稳定力矩和减小倾覆力矩的方法。展宽墙趾：在墙趾处展宽根底以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。改变墙面及墙背坡度：改缓墙面坡度可增加稳定力臂，改陡俯斜墙背或改为仰斜墙背可减少土压力.改变墙身断面类型:当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。3.4.4浸水挡土墙设计设计长期或季节性浸水的挡土墙，除了按一般挡土墙考虑所作用的力系外，还应考虑水对墙后填料和墙身的影响：填料受到水的浮力作用；黏性土浸水后抗剪强度显著降低；当有一水位差时，那么墙身受到静水压力差所引起的推力；墙外水位骤然降落，填料受到渗透动水压力；墙身受到水的浮力作用，而使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。土压力计算当填料为砂性土时，计算时考虑：浸水局部填料单位重量采用浮容重；浸水前后的内摩擦角不变；破裂面为一平面，不考虑浸水的影响。砂性土的浸水压力浸水挡土墙土压力可采用不浸水时的土压力扣除计算水位以下因浮力影响而减少的土压力：土压力作用位置：当填料为黏性土时，浸水后内黏结力C值降低。静水压力：上浮力上浮力折减系数C值动水压力式中Ij——降水曲线的平均坡度；Ω——产生动水压力的浸水局部动水压力浸水挡土墙稳定性验算设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。最高水位并不是在所有情况下都是最不利的水位；抗滑稳定系数和抗倾极稳定系数的最小值，可能同时出现在某一水位，也可能分别出现。因此，设计浸水挡土墙时需作反复地试算，以寻求最不利的水位。为减少计算工作量，可采用优选法。通常采用0.618优选法。3.4.5地震地区挡土墙设计地震地区挡土墙的主要震害现象包括：沿砌缝开裂：发生不均匀沉陷使墙出现拉应力；鼓肚变形；墙体倾倒。地震地区挡土墙震害的主要原因有：墙身的原因：墙身或断面重心过高、墙身质量和刚度不均、填料的原因：采用粉性土或不透水性填料，导致排水不畅；施工的原因：石料嵌挤不紧密降低挡土墙的整体强度。地基的原因。3.4.6其他类型挡土墙悬臂式挡土墙：钢筋混凝土悬臂式挡土墙由立臂和底板组成，具有3个悬臂〔即立臂、趾板和踵板〕，同时固定在中间夹块上。悬臂式挡土墙和扶臂式挡土墙结构示意图锚杆挡土墙：是由钢筋混凝土墙面和钢锚杆组成的支挡构造物，靠锚固在稳定地层内的锚杆对墙面的水平拉力以保持墙身的稳定，多用于具有较完整岩石地段的路堑边坡支挡。两级柱板式锚杆挡土墙锚定板式挡土墙主要有肋柱式和无肋柱式两种。锚定板式挡土墙加筋