第五章第五章 路基防护与加固路基防护与加固5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 坡面防护坡面防护5.3 5.3 冲刷防护冲刷防护5.4 5.4 软土地基加固软土地基加固 由岩土所筑成的路基，大多暴露于空间，长期受自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，岩体加剧风化；学性质将发生变化。浸水后湿度增大，岩体加剧风化；路基强度衰减和剥蚀；造成和加剧路基的水毁病害；导路基强度衰减和剥蚀；造成和加剧路基的水毁病害；导致路基强度降低并沉陷。致路基强度降低并沉陷。为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固是为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固是不可缺少的工程技术措施。实践经验证明，在高等级公不可缺少的工程技术措施。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。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。路堤河岸冲刷防护与加固以及湿软地基的加固处治。5.1概述概述分分类类1 1、植物防护、植物防护 适用于土质边坡和严重风化的岩质边坡。可美化路容，协适用于土质边坡和严重风化的岩质边坡。可美化路容，协调环节，调节边坡土温度，固结稳定边坡。调环节，调节边坡土温度，固结稳定边坡。种草：种草：宜选用易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍宜选用易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种，并选择有利于局部生态系统平衡的草种混播方匐茎的多年生草种，并选择有利于局部生态系统平衡的草种混播方式。式。铺草皮：铺草皮：可根据具体条件选择铺草皮取代种草。可根据具体条件选择铺草皮取代种草。植树：植树：主要是在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥主要是在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥砂淤积防止水流直接冲刷路堤。沙漠和雪害地区可起阻沙防雪的作砂淤积防止水流直接冲刷路堤。沙漠和雪害地区可起阻沙防雪的作用。用。5.2 5.2 坡面防护坡面防护图图5-1 路堑坡面种草路堑坡面种草图图5-2 喷播草种喷播草种图图5-3 路堤坡面种草路堤坡面种草图图5-4 5-4 浆砌片石格架植物防护浆砌片石格架植物防护图图5-5 5-5 水泥混凝土格架植物防护水泥混凝土格架植物防护图图5-6 5-6 多边形水泥混凝土空心块植物多边形水泥混凝土空心块植物图图5-7 5-7 锚杆混凝土格架植物防护锚杆混凝土格架植物防护2、工程防护、工程防护指采用砂石、水泥、石灰等矿质材料对坡面岩石裂缝、缝穴或风指采用砂石、水泥、石灰等矿质材料对坡面岩石裂缝、缝穴或风化层石，予以堵塞或封闭，防止风化加剧。防护对象是挖方边坡。化层石，予以堵塞或封闭，防止风化加剧。防护对象是挖方边坡。（1）灌浆）灌浆坚硬的石质边坡，局部较大较深的缝隙或洞穴，并在扩大和影坚硬的石质边坡，局部较大较深的缝隙或洞穴，并在扩大和影响边坡稳定，灌浆材料为水泥砂浆，石灰水泥砂浆，借助砂浆粘结响边坡稳定，灌浆材料为水泥砂浆，石灰水泥砂浆，借助砂浆粘结力使坡面胶结成整体。力使坡面胶结成整体。（2）勾缝）勾缝坚硬石质边坡，不易风化，节理裂缝多而细，用水泥砂浆勾缝，坚硬石质边坡，不易风化，节理裂缝多而细，用水泥砂浆勾缝，防止坡面水流入缝隙引起病害。防止坡面水流入缝隙引起病害。（3）喷浆）喷浆坚硬岩石但易风化，在新鲜较平整的坡面上喷一层厚约坚硬岩石但易风化，在新鲜较平整的坡面上喷一层厚约210cm的水泥砂浆，将表面封闭。的水泥砂浆，将表面封闭。.阻止边坡表面岩石风化，防止边坡阻止边坡表面岩石风化，防止边坡剥落掉块，确保公路运行安全。当坡面为碎裂结构的硬质岩石或层剥落掉块，确保公路运行安全。当坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层，可在喷浆前铺设铁丝网或土工格筛等加筋材状结构的不连续地层，可在喷浆前铺设铁丝网或土工格筛等加筋材料，料，喷浆坡面应设置泄水孔。喷浆坡面应设置泄水孔。图图5-8 挂网喷浆施工实况挂网喷浆施工实况（4）抹面）抹面 在喷浆不溱效时，采用水泥石灰砂浆抹面，厚在喷浆不溱效时，采用水泥石灰砂浆抹面，厚4-5cm，至少，至少3cm，最厚可达，最厚可达10 cm，每隔，每隔5-10 cm ，设伸缩缝一道。，设伸缩缝一道。（5）砌石防护）砌石防护 对于沿河路堤浸水部位坡面，土质路堑边坡下部的局部，采用对于沿河路堤浸水部位坡面，土质路堑边坡下部的局部，采用干砌或浆砌片石防护。植物防护时，采用浆砌片石为框格干砌或浆砌片石防护。植物防护时，采用浆砌片石为框格(棱形、棱形、拱形拱形)，中间种草或铺草坡。，中间种草或铺草坡。（6）护面墙）护面墙 护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层对于易受冲刷的土质挖方边坡护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层对于易受冲刷的土质挖方边坡和易受风化破碎的岩石挖方边坡，采用浆砌片石将坡面封闭和易受风化破碎的岩石挖方边坡，采用浆砌片石将坡面封闭,称护称护面墙。墙厚面墙。墙厚30-60cm，可等厚，可等厚,也可上薄下厚，墙高较大时，可分也可上薄下厚，墙高较大时，可分级，中间设台阶，纵向每隔级，中间设台阶，纵向每隔10 m设一条伸缩缝，墙身要预留泄水设一条伸缩缝，墙身要预留泄水孔。要求墙基稳固，抢面紧贴坡面。必须强调，护面墙不承受侧向孔。要求墙基稳固，抢面紧贴坡面。必须强调，护面墙不承受侧向作用力。作用力。图图5-9 护面墙示意图护面墙示意图双层式；双层式；b)单层式；单层式；c)墙面；墙面；d)拱式；拱式；e)混合式混合式1-平台；平台；2-耳墙；耳墙；3-泄水孔；泄水孔；4-封顶；封顶；5-松散夹层；松散夹层；6-松缩缝；松缩缝；7-软地基；软地基；8-基础；基础；9-支补墙；支补墙；10-护面墙护面墙护面墙的构造与布置。护面墙的构造与布置。护面面墙高度高度H（m）路路堑边坡坡护面面墙厚度（厚度（m）顶宽b底底宽d21：0.50.400.406陡于陡于1：0.50.400.40+0.016H101：0.51:0.750.400.40+0.0510H151:0.751:10.600.60+0.05 护面墙的厚度护面墙的厚度 表表5-1 护面墙的高度与厚度及路堑边坡的关系参见表护面墙的高度与厚度及路堑边坡的关系参见表5-1。图图5-10 浆砌片石坡面防护浆砌片石坡面防护图图5-11 浆砌片石护面墙浆砌片石护面墙5.3 5.3 冲刷防护冲刷防护 沿河及滨海路堤、河滩路堤、桥头引道等路段，因长期或季节沿河及滨海路堤、河滩路堤、桥头引道等路段，因长期或季节性浸水，受流水冲刷、拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，致性浸水，受流水冲刷、拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，致使路基失稳，边坡崩坍。使路基失稳，边坡崩坍。1、 直接防护直接防护 对于河岸或路堤边坡所采取的直接加固措施，抵抗水流冲刷，对于河岸或路堤边坡所采取的直接加固措施，抵抗水流冲刷，特点是尽可能不干扰或很少干扰原来的水流性质。特点是尽可能不干扰或很少干扰原来的水流性质。（1）植物防护）植物防护图图5-12 水泥混凝土格架植物防护水泥混凝土格架植物防护图图5-13 植物防护植物防护（2） 砌石防护砌石防护 水流速度较大，波浪作用强，可能有漂浮物撞击时采用。水流速度较大，波浪作用强，可能有漂浮物撞击时采用。 图图5-14 浆砌片石防护浆砌片石防护图图5-15 干砌片石防护干砌片石防护（3） 抛石防护抛石防护 适用于防护受水流冲刷和淘刷的坡脚与水下边坡，且当地盛产适用于防护受水流冲刷和淘刷的坡脚与水下边坡，且当地盛产石料，或沿河废石方较多。石料，或沿河废石方较多。图图5-16 抛石防护示意图抛石防护示意图a)新堤石垛；新堤石垛；b) 旧堤石垛旧堤石垛（4）石笼防护）石笼防护作用同抛石防护，当地缺少较大石块，可用较小石料代替，用作用同抛石防护，当地缺少较大石块，可用较小石料代替，用铁丝编织成箱形或圆柱形笼子，内填石料，设于坡脚。铁丝编织成箱形或圆柱形笼子，内填石料，设于坡脚。图图5-18 石笼防护示意图石笼防护示意图（5） 浸水挡土墙浸水挡土墙在水流冲刷路段用石料式水泥混凝土块修筑挡土墙。在水流冲刷路段用石料式水泥混凝土块修筑挡土墙。 图图5-20 浸水挡土墙浸水挡土墙 （6） 土工软体沉排和土工模袋土工软体沉排和土工模袋 土工软体沉排和土工模袋是一种双层织物袋，袋中充填流动土工软体沉排和土工模袋是一种双层织物袋，袋中充填流动性水泥混凝土或水泥砂浆，凝固后形成高强度和高刚度的硬结性水泥混凝土或水泥砂浆，凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。主要适用场合见图板块。主要适用场合见图5-21，采用土工软体沉排和土工模袋，采用土工软体沉排和土工模袋防护坡度不得陡于防护坡度不得陡于1:1。图图5-21 土工模袋的应用与铺设土工模袋的应用与铺设图图5-22 土工软体沉排防护实况土工软体沉排防护实况 图图5-23 土工模袋防护实况土工模袋防护实况 2 、间接防护、间接防护 采用导流或阻流的方法，改变水流性质，迫使水流偏离被防护采用导流或阻流的方法，改变水流性质，迫使水流偏离被防护路段，彻底解除水流对局部堤岸的冲刷破坏作用。路段，彻底解除水流对局部堤岸的冲刷破坏作用。 导流结构物按其与河道的相对位置，分为顺坝，丁坝，格坝。导流结构物按其与河道的相对位置，分为顺坝，丁坝，格坝。（1）顺坝）顺坝:大致与堤岸平行，主要作用是导流，调整水流曲度，大致与堤岸平行，主要作用是导流，调整水流曲度，改善流态。改善流态。（2）丁坝）丁坝:大致与堤岸垂直或斜交，将水流排离堤岸，束河归槽，大致与堤岸垂直或斜交，将水流排离堤岸，束河归槽，改善流态。改善流态。（3）格坝）格坝:顺坝与丁坝的组合，在平面上呈网格状，防止高水位顺坝与丁坝的组合，在平面上呈网格状，防止高水位时水流溢入，冲刷坝内岸坡或坡脚，并促进格间淤积。时水流溢入，冲刷坝内岸坡或坡脚，并促进格间淤积。丁坝群丁坝群图图5-24 导流结构物综合布置示例导流结构物综合布置示例1-顺坝；顺坝；2-格坝；格坝；3-挑水坝（丁坝）；挑水坝（丁坝）；4-拦水坝；拦水坝；5-导流坝；导流坝；6-路中线路中线加固处理目的：加固处理目的： 软土（含水量高于软土（含水量高于30%的粘质土、粉质土和有机的粘质土、粉质土和有机质土）、泥沼、泥炭、湿陷性黄土、松散杂填土、膨质土）、泥沼、泥炭、湿陷性黄土、松散杂填土、膨胀土、海（湖）沉积土等，胀土、海（湖）沉积土等，在这些湿软地基上修筑的在这些湿软地基上修筑的路堤可能会因为过大的收缩沉降引起开裂甚至剪切路堤可能会因为过大的收缩沉降引起开裂甚至剪切破坏破坏，必须预先对地基进行必要的加固处理。，必须预先对地基进行必要的加固处理。5.4软土地基加固软土地基加固1 1）、砂垫层法）、砂垫层法在软土地基上厚度为在软土地基上厚度为0.51.2m的砂或砂砾，称作砂垫层。的砂或砂砾，称作砂垫层。其作用为：其作用为：（1）作为软土层固结所需的上部排水层；作为软土层固结所需的上部排水层；（2）作为路基内排水的底部排水层；作为路基内排水的底部排水层；（3）改善路堤和地基处理施工时的机械作业条件；改善路堤和地基处理施工时的机械作业条件；（4）软土层薄时，单独用作地基处理（排水固结）措施。软土层薄时，单独用作地基处理（排水固结）措施。砂垫层厚度一般砂垫层厚度一般0.6-1.0m，中粗砂为宜，般配良好，颗，中粗砂为宜，般配良好，颗粒不均匀系数粒不均匀系数 5，含泥，含泥 3-5%。砂垫层砂垫层填土填土软土层软土层图图5-25 砂垫层法示意图砂垫层法示意图2 2）、换填土层法）、换填土层法 适用于软土层较薄，稠度大，路堤高、施工期紧适用于软土层较薄，稠度大，路堤高、施工期紧迫迫. . 将湿软土部分挖除，换填强度较大的砂，碎（砾）将湿软土部分挖除，换填强度较大的砂，碎（砾）石，灰土，素土等，并压实。石，灰土，素土等，并压实。换填材料不同，但承载力接近，沉降特点相似，换填材料不同，但承载力接近，沉降特点相似，因此按砂垫层的计算方法计算，结果相差不大。因此按砂垫层的计算方法计算，结果相差不大。a a、全部开挖换填土：适用于软土层厚全部开挖换填土：适用于软土层厚3m3m以内；以内；b b、部分开挖换填土：去掉表面层（软土层）部分开挖换填土：去掉表面层（软土层）c c、强制换填土：采用定向爆破将淤泥炸开强制换填土：采用定向爆破将淤泥炸开3 3）、反压护道法）、反压护道法在在路路堤堤两两侧侧填填筑筑一一定定高高度度和和宽宽度度的的护护道道，利利用用护护道道填填土土的的重重力平衡主路堤的滑动力矩及软土地基沿路堤两侧的拱起。力平衡主路堤的滑动力矩及软土地基沿路堤两侧的拱起。条件：非耕作区，路堤高度不大于路堤极限高度条件：非耕作区，路堤高度不大于路堤极限高度5/35/32 2倍倍要求：要求：a a 、高度是整个路堤高度高度是整个路堤高度1/21/21/31/3； b b 、边坡与原路堤边坡一致；边坡与原路堤边坡一致； c c 、宽度需要通过边坡稳定性验算进行确定；、宽度需要通过边坡稳定性验算进行确定；d d 、路堤下侧一般情况下应设砂垫层。、路堤下侧一般情况下应设砂垫层。这种方法需要有足够的用地和丰富的填料来源，否则很不经济。这种方法需要有足够的用地和丰富的填料来源，否则很不经济。4 4）、排水固结法）、排水固结法( (砂井砂井) )适用于一般过湿软土地基加固。适用于一般过湿软土地基加固。在填土重力作用下，过饱和地基土中的水成为有压水，首在填土重力作用下，过饱和地基土中的水成为有压水，首先进入砂井（井中灌有砂砾石）并通过砂井向上流动，在进入砂垫先进入砂井（井中灌有砂砾石）并通过砂井向上流动，在进入砂垫层向路堤两侧排出。层向路堤两侧排出。砂井上部铺设砂垫层，使砂井与砂垫层构成地基的排水系砂井上部铺设砂垫层，使砂井与砂垫层构成地基的排水系统，在填土荷载的作用下加速排水固结，利用路基土自重压密地基。统，在填土荷载的作用下加速排水固结，利用路基土自重压密地基。砂井直径砂井直径8-10cm,井距为井径的井距为井径的6-8倍。倍。砂井成孔主要是沉管法，井中落砂，拔出钢管。砂井成孔主要是沉管法，井中落砂，拔出钢管。图图5-27排水固结法示意图排水固结法示意图砂垫层砂垫层堆载填土堆载填土砂井砂井/袋装砂井袋装砂井/塑料排水板塑料排水板塑料薄膜塑料薄膜射流泵射流泵有孔管道网络有孔管道网络5)5)、挤密桩（砂桩）、挤密桩（砂桩）砂桩砂桩，在地基中成孔，孔中灌砂、石、土、灰土或石灰等材料，在地基中成孔，孔中灌砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成为直径较大的桩体，利用其横向挤压作用，使地基土颗粒捣实而成为直径较大的桩体，利用其横向挤压作用，使地基土颗粒挤密，孔隙减少。桩体与桩间土一起构成复合地基，从而减少地基挤密，孔隙减少。桩体与桩间土一起构成复合地基，从而减少地基变形，提高承载力。变形，提高承载力。石灰桩石灰桩，利用生石灰的吸水，膨胀，发热及离子交换作用，使，利用生石灰的吸水，膨胀，发热及离子交换作用，使桩体硬化，改善原地基土性质，并对土体产生挤压作用。生石灰粉桩体硬化，改善原地基土性质，并对土体产生挤压作用。生石灰粉碎到一定要求，密封贮存。井径碎到一定要求，密封贮存。井径30-50cm，井距是井径的，井距是井径的3-5倍。倍。砂桩与砂井相比，形式相仿，作用不同，适用条件亦有别。砂桩与砂井相比，形式相仿，作用不同，适用条件亦有别。砂井与砂桩的比较砂井与砂桩的比较表表5-2砂井砂井砂砂桩加固作用加固作用排水固排水固结挤紧土土颗粒粒井井(桩)径，井径，井(桩)距距井井(桩)径径较小，井小，井(桩)距距较大大井井(桩)径径较大，井大，井(桩)距距较小小适用条件适用条件过湿湿软土土层地基地基松砂、松砂、杂填土填土6)、强夯法强夯法适用于各种松软土层，如冲积层，沼泽地，垃圾，废石堆等。设备简单，工适用于各种松软土层，如冲积层，沼泽地，垃圾，废石堆等。设备简单，工艺不复杂，经济，缺点是对邻近建筑物有影响。艺不复杂，经济，缺点是对邻近建筑物有影响。几十吨的重锤，从几十米高度自由落下，对土进行强力夯实。提高承载能力，几十吨的重锤，从几十米高度自由落下，对土进行强力夯实。提高承载能力，降低沉降量，可使地基加固深度达降低沉降量，可使地基加固深度达10-20m。锤的底面积，砂土和碎石填土约。锤的底面积，砂土和碎石填土约4m2，软土至少，软土至少6m2。夯击到一定次数后，总沉降量基本为常数。夯击到一定次数后，总沉降量基本为常数。60年代由法国梅年代由法国梅拉拉(Menard)提出，目前仍着重于应用，理论方法尚不完善，设计工作依赖于施工提出，目前仍着重于应用，理论方法尚不完善，设计工作依赖于施工前的试夯所得数据。前的试夯所得数据。软湿地基水量大，一经强力夯实会出现很高的孔隙水压力，并随夯击次数的软湿地基水量大，一经强力夯实会出现很高的孔隙水压力，并随夯击次数的增加而达到最大值，应暂停。等超孔隙水压力消散后再夯，前后两遍夯打时间间增加而达到最大值，应暂停。等超孔隙水压力消散后再夯，前后两遍夯打时间间隔隔2-4周。周。适用于各种松软土层，如冲积层，沼泽地，垃圾，废石堆等。设备简单，工适用于各种松软土层，如冲积层，沼泽地，垃圾，废石堆等。设备简单，工艺不复杂，经济，缺点是对邻近建筑物有影响。艺不复杂，经济，缺点是对邻近建筑物有影响。图图 强力夯实法强力夯实法7)、化学加固法、化学加固法用压力将化学溶液或胶结剂通过注浆管均匀注入土用压力将化学溶液或胶结剂通过注浆管均匀注入土中，经短暂时间，浆液便将松散土粒凝结成一个整体，中，经短暂时间，浆液便将松散土粒凝结成一个整体，使地基提高强度，减少沉降，还能防渗。使地基提高强度，减少沉降，还能防渗。加固湿软地基的浆夜有加固湿软地基的浆夜有:水玻璃为主剂的液；水玻璃为主剂的液；丙烯酰胺为主剂的浆液；丙烯酰胺为主剂的浆液；纸浆废液为主剂的浆液；纸浆废液为主剂的浆液；水泥浆夜，配速凝剂，高标号水泥的浆液。水泥浆夜，配速凝剂，高标号水泥的浆液。