浅谈路基防护与加固工程

张立忠,田德辉

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司)

1 路基防护和加固的目的与要求

路基在水、风、气温等自然因素的长期作用下,将发生变形和破坏,若不及时加以防治,就会引起严重的“病害”。为保证路基的稳定性,除做好路基排水外,必须做好路基防护与加固设计。一般地,防护与加固的重点是路基边坡,特别是不良地质与水文地段及沿河路基的边坡。有时,对附近可能危害路基的河流和山坡也应进行必要的防护,阻保证防护加固工程能正常地工作。

防护与加固工程是路基工程的一个组成部分,除专门用采支挡路基的结构物外,一般防护工程承受外力的能力很小,有的则完全不能承受外力的作用。因此,要求路基边坡本身基本稳定,否则不但路基得不到防护,而且连防护工程也会遭到破坏。

随着公路等级的提高,为维护正常的汽车运输,确保行车安全,以及保持公路与自然环境协调,做好路基的防护与加固,具有重要意义。

2 防护与加固工程的分类

(1)坡面防护。用以防护易受自然因素影响而破坏的土质与岩质边坡。常用的类型有种草、铺草皮、植树、抹面、勾缝、灌浆和石砌护面、护面墙等。

(2)冲刷防护。用于防止水流对路基的冲刷与淘刷。按其方法不同,又可分为直接防护与间接防护两种。直接防护类型有铺草皮、植树、抛石、砌石、石笼等;间接防护类型有丁坝、顺坝等导流及调治构造物。

(3)支挡工程。用于防止路基变形或支挡路基土体,以保证路基稳定性。常用的类型有各种挡土墙及其他有承重作用的构造物。

为使概念明确,一般把防止冲刷和风化,主要起隔离作用的工程措施称为防护工程;把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。事实上,它们除了具有其主要作用外,往往还兼有其他作用。如石砌护坡,主要是防止水流冲刷路基边坡,但也具有一定的加固作用;挡土墙主要是支挡路基或山体,但同样也可以防止水流冲刷。因此,选择时,很难截然分开,而应根据具体的地质、水文条件,路基稳定性及环境的主要要求,选用经济台理的方案。

3 坡面防护

3.1 植物防护

植物防护的方法有种草、铺草皮和植树。采用植物覆盖层对坡面进行防护,可以减缓地面水流速度,调节边坡土的温湿状况,以及美化路容,协调环境。植物根系深入土中后,在一定程度上对表土起到固结作用。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措施。

(1)种草。适宜于边坡坡度不陡于 1∶1,不浸水或短期浸水但地面径流速度不大于 0.6m/s的土质边坡。草的品种选用应适应当地的土质和气候条件,最好是根系发达,叶茎低矮,多年生长,几种草籽混种。不宜种草的坡面,可以铺5～10 cm厚的种植土层,土层应与原坡面结合稳固。

(2)铺草皮。铺草皮可以用于较高、较陡的边坡。当坡面冲刷比较严重,边坡较陡,径流速度大于 0.6m/s,最大速度达 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植草皮,还可以采用片石砌成方格或拱式遗框,方格或框内再铺草皮。

铺草皮需要预先备料,草皮可就近培育,切成接齐块状,然后移铺到坡面上。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。

(3)植树。主要用于堤岸逝的河谁上,用来降低流速,促使泥沙淤泥,防止水流直接冲刷路堤。若多排林带与水流方向斜交,还可以起挑水作用,改变水流方向。沙漠与雪害地区,防护林带可以起阻沙防雪作用。

植树位置与宽度,应根据防护要求、水流速度及当地自然条件而定。树种的选择应适合当地的土质、气候条件,能迅速生长,且根系发达,枝叶茂密,用于冲刷防护的树种宜选用生长很快的杨柳类或不怕水淹的灌木类。

3.2 矿料防护

对于无法采用植物防护的岩石边坡,可以采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。主要有砂浆抹面,勾缝、喷浆,以及石砌护坡和护面墙等形式。

(1)抹面防护。适用于易风化而表面比较完整,尚未剥落的岩石边坡,如页岩、泥砂岩及千枚岩的新坡面。常用的抹面材料有石灰炉渣混合浆、三合土或四合土等,其中石灰为胶结料,要求精选,炉渣颗粒宜细。抹面用料的配合比与用量,可参见有关手册。抹面厚度视材料及坡面状况而定,一般为 2.0～10.0 cm。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。

(2)喷浆防护。适用于易风化和坡面不平的岩石挖方边坡,浆层厚度一般为 2.0 cm。喷浆的水泥用量较大,可用于重点工程地段。根据实践经验,比较经济的砂浆是用水泥、石灰、河砂及水 4种原材料,按 1∶1∶6∶3配合组成。喷浆前后的处置,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,喷浆坡面应设置泄水孔。

(3)勾缝防护。适用于比较坚硬,且裂缝多而细的岩石边坡,防止水分浸入岩层内造成“病害”。

(4)灌浆防护。适用于坚硬,但裂缝较探和较宽的岩石边坡,借砂浆的胶结力,使坡面表层成为防水的整体。

4 砌石防护

(1)石砌护坡。用于土质或风化岩质路堑或土质路堤边坡的坡面防护,也可以用于浸水路堤及排水沟渠的冲刷防护。

石砌护坡有干砌和浆砌两种。千砌片石的主要作用是防止水流冲刷边坡,要求被防护的边坡自身基本稳定。干砌片石可以做成单层,也可以做成双层,片石下面应设置垫层,起平整作用。干砌片石要用砂浆勾缝。以防水分浸入,并提高整体强度。

浆砌片石护坡,常用于防护流速较大(4～5m/s)的沿河路堤,也可以与护面墙等综合作用,以防护不同岩层和不同位置的边坡。其厚度一般为 0.2～0.5m,基础要求稳固,应深入水流冲刷线以下,同时对基础应加设防护措施。

(2)护面墙。护面墙是一种浆砌片石覆盖层。常用于严重风化破碎的岩石挖方边坡。护面墙除自重外,不承受其他荷重,也不承受墙背土压力。

护面墙高度一般不超过 10.0 m,可以分级,中间设平台,墙背可以设耳墙,纵向每隔 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。墙基软弱地段,可以用拱形结构跨过。坡面开挖后怕凹陷,应以石砌圬工填塞平整,称之为支补墙。

5 冲刷防护

为了防止水流直接危害沿河、滨海路堤以及有关堤坝护岸的边坡和坡脚,必须采取定的防止冲刷措施。防止冲刷的措施有两种:一种是加固岸坡的直接防护;另一种是改变水流性质的间接防护。根据河流情况、水流性质及岸坡具体受冲刷情况,可以单独使用一种,也可以两种同时使用、综合治理。

5.1 直接防护

堤岸直接防护的措煎,包括檀物防护、砌石防护、抛石与石笼防护,以及必要时设置的支挡(驳岸等)。其中植物防护和砌石防护与前述坡面防护基本相同,但堤岸的防冲刷原因是洪水急流,水位变迁不定,水流速度较大,因此其相应的要求更高。

(1)抛石防护。抛石防护主要用于防护直接受水流冲刷的边坡和坡脚,对于季节性浸水和长期浸水的情况均适用。盛产石料地区,当水流速度大于 3.0m/s或更高时,植树与砌石防护无效果,可以采用抛石防护。

抛石防护,类似于在坡脚处设置护脚,也称抛石垛。抛石垛的边坡坡度不应大于浸水后的天然休止角,石料粒径视水深与流速而定,一般为 15～50 cm。

(2)石笼防护。当水流速度达到或超过 5.0m/s时,可以改用石笼防护。石笼用铁丝编织成框架,内填石料,设在坡脚处,以防急流和大风浪破坏堤岸,也可以用来加固河床,防止淘刷。铁丝框架可以做成圆柱形或箱形。笼内填石的粒径最小不小于 4.0 cm,一般为 5～20 cm,外层用大且棱角突出的石料,内层可以用较小石块填充.石笼用于防止冲刷淘底时,在坡脚处的排列应平铺并与坡脚线垂直,且堤岸一端固定,另一端可阻不固定,淘刷后可以向下沉落贴于底面。用于防止堤岸边坡冲刷时,则垒码平铺成梯形。单个石笼的大小以不被相应速度的水流冲动为宜,铺设时必须用碎(砾)石垫层铺平底层,各角可以用铁棒固定于基底。

5.2 间接防护

设计导治构造物可以改变水流方向,消除和减缓水流对堤岸的直接破坏,同时可以使堤岸近旁缓慢淤积,彻底消除水流对局部堤岸的损害。设导治构造物的间接防护措主要是设坝,按其与河道的相对位置,一般可分为丁坝、顺坝或格坝几种。

(1)丁坝。丁坝的作用是导流和挑流,把水流挑离河岸,改善水流状况,间接保护路基。丁坝由坝头、坝身和坝根三个部分组成,其断面为梯形。丁坝所受的外力较小,其断面尺寸主要依据构造要求、施工条件和使用要求等因素确定。丁坝的轴线与水流方向的关系不同,分为垂直式、下挑式和上挑式三种。

丁坝的布置,要慎重考虑对岸的情况,如果对岸为农田、住房,土堤时,宜多导少挑;若对岸为岩石,要注意被挑过去的水流,在对岸折回后对下游的冲刷。

(2)顺坝及格坝。顺坝的作用是导流,基本上不改变原有水流的流态。当河床断面窄小,不允许过多地侵占或地质条件不宜修筑丁坝时,可以采用顺坝。布置顺坝前,必须先有一个合理的导治线,顺坝与上下游河岸的衔接必须协调,坝的起点应选在水流匀顺的过渡地段,以免强烈冲刷,终点可与河岸连在一块。顺坝的构造与丁坝相似,分为坝头、坝身和坝根三个部分,坝身断面形状为梯形,结构要求大体与丁坝相同。