張立忠,田德輝

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

1 路基防護和加固的目的與要求

路基在水、風、氣溫等自然因素的長期作用下,將發(fā)生變形和破壞,若不及時加以防治,就會引起嚴重的“病害”。為保證路基的穩(wěn)定性,除做好路基排水外,必須做好路基防護與加固設計。一般地,防護與加固的重點是路基邊坡,特別是不良地質與水文地段及沿河路基的邊坡。有時,對附近可能危害路基的河流和山坡也應進行必要的防護,阻保證防護加固工程能正常地工作。

防護與加固工程是路基工程的一個組成部分,除專門用采支擋路基的結構物外,一般防護工程承受外力的能力很小,有的則完全不能承受外力的作用。因此,要求路基邊坡本身基本穩(wěn)定,否則不但路基得不到防護,而且連防護工程也會遭到破壞。

隨著公路等級的提高,為維護正常的汽車運輸,確保行車安全,以及保持公路與自然環(huán)境協調,做好路基的防護與加固,具有重要意義。

2 防護與加固工程的分類

(1)坡面防護。用以防護易受自然因素影響而破壞的土質與巖質邊坡。常用的類型有種草、鋪草皮、植樹、抹面、勾縫、灌漿和石砌護面、護面墻等。

(2)沖刷防護。用于防止水流對路基的沖刷與淘刷。按其方法不同,又可分為直接防護與間接防護兩種。直接防護類型有鋪草皮、植樹、拋石、砌石、石籠等;間接防護類型有丁壩、順壩等導流及調治構造物。

(3)支擋工程。用于防止路基變形或支擋路基土體,以保證路基穩(wěn)定性。常用的類型有各種擋土墻及其他有承重作用的構造物。

為使概念明確,一般把防止沖刷和風化,主要起隔離作用的工程措施稱為防護工程;把防止路基或山體因重力作用而坍滑,主要起支撐作用的支擋結構物稱為加固工程。事實上,它們除了具有其主要作用外,往往還兼有其他作用。如石砌護坡,主要是防止水流沖刷路基邊坡,但也具有一定的加固作用;擋土墻主要是支擋路基或山體,但同樣也可以防止水流沖刷。因此,選擇時,很難截然分開,而應根據具體的地質、水文條件,路基穩(wěn)定性及環(huán)境的主要要求,選用經濟臺理的方案。

3 坡面防護

3.1 植物防護

植物防護的方法有種草、鋪草皮和植樹。采用植物覆蓋層對坡面進行防護,可以減緩地面水流速度,調節(jié)邊坡土的溫濕狀況,以及美化路容,協調環(huán)境。植物根系深入土中后,在一定程度上對表土起到固結作用。它對于坡高不大,邊坡比較平緩的土質坡面是一種簡易有效的防護措施。

(1)種草。適宜于邊坡坡度不陡于 1∶1,不浸水或短期浸水但地面徑流速度不大于 0.6m/s的土質邊坡。草的品種選用應適應當地的土質和氣候條件,最好是根系發(fā)達,葉莖低矮,多年生長,幾種草籽混種。不宜種草的坡面,可以鋪5～10 cm厚的種植土層,土層應與原坡面結合穩(wěn)固。

(2)鋪草皮。鋪草皮可以用于較高、較陡的邊坡。當坡面沖刷比較嚴重,邊坡較陡,徑流速度大于 0.6m/s,最大速度達 1.8m/s時,應根據具體條件(坡度與流速等),分別采用平鋪(平行于坡面)、水平疊置、垂直坡面或與坡面成一半坡角的傾斜疊植草皮,還可以采用片石砌成方格或拱式遺框,方格或框內再鋪草皮。

鋪草皮需要預先備料,草皮可就近培育,切成接齊塊狀,然后移鋪到坡面上。鋪時應自下而上,并用竹木小樁將草皮釘在坡面上,使之穩(wěn)固。

(3)植樹。主要用于堤岸逝的河誰上,用來降低流速,促使泥沙淤泥,防止水流直接沖刷路堤。若多排林帶與水流方向斜交,還可以起挑水作用,改變水流方向。沙漠與雪害地區(qū),防護林帶可以起阻沙防雪作用。

植樹位置與寬度,應根據防護要求、水流速度及當地自然條件而定。樹種的選擇應適合當地的土質、氣候條件,能迅速生長,且根系發(fā)達,枝葉茂密,用于沖刷防護的樹種宜選用生長很快的楊柳類或不怕水淹的灌木類。

3.2 礦料防護

對于無法采用植物防護的巖石邊坡,可以采用砂石、水泥、石灰等礦質材料進行坡面防護。主要有砂漿抹面,勾縫、噴漿,以及石砌護坡和護面墻等形式。

(1)抹面防護。適用于易風化而表面比較完整,尚未剝落的巖石邊坡,如頁巖、泥砂巖及千枚巖的新坡面。常用的抹面材料有石灰爐渣混合漿、三合土或四合土等,其中石灰為膠結料,要求精選,爐渣顆粒宜細。抹面用料的配合比與用量,可參見有關手冊。抹面厚度視材料及坡面狀況而定,一般為 2.0～10.0 cm。操作前,應清理坡面風化層、浮土與松動碎塊,填坑補洞,灑水潤濕。抹面后應拍漿、抹平和養(yǎng)生。

(2)噴漿防護。適用于易風化和坡面不平的巖石挖方邊坡,漿層厚度一般為 2.0 cm。噴漿的水泥用量較大,可用于重點工程地段。根據實踐經驗,比較經濟的砂漿是用水泥、石灰、河砂及水 4種原材料,按 1∶1∶6∶3配合組成。噴漿前后的處置,與抹面相同。對坡面較陡或易風化的坡面,可以在噴漿前先鋪設加筋材料,加筋材料可以用鐵絲網或土工格柵,噴漿坡面應設置泄水孔。

(3)勾縫防護。適用于比較堅硬,且裂縫多而細的巖石邊坡,防止水分浸入巖層內造成“病害”。

(4)灌漿防護。適用于堅硬,但裂縫較探和較寬的巖石邊坡,借砂漿的膠結力,使坡面表層成為防水的整體。

4 砌石防護

(1)石砌護坡。用于土質或風化巖質路塹或土質路堤邊坡的坡面防護,也可以用于浸水路堤及排水溝渠的沖刷防護。

石砌護坡有干砌和漿砌兩種。千砌片石的主要作用是防止水流沖刷邊坡,要求被防護的邊坡自身基本穩(wěn)定。干砌片石可以做成單層,也可以做成雙層,片石下面應設置墊層,起平整作用。干砌片石要用砂漿勾縫。以防水分浸入,并提高整體強度。

漿砌片石護坡,常用于防護流速較大(4～5m/s)的沿河路堤,也可以與護面墻等綜合作用,以防護不同巖層和不同位置的邊坡。其厚度一般為 0.2～0.5m,基礎要求穩(wěn)固,應深入水流沖刷線以下,同時對基礎應加設防護措施。

(2)護面墻。護面墻是一種漿砌片石覆蓋層。常用于嚴重風化破碎的巖石挖方邊坡。護面墻除自重外,不承受其他荷重,也不承受墻背土壓力。

護面墻高度一般不超過 10.0 m,可以分級,中間設平臺,墻背可以設耳墻,縱向每隔 10m設一條伸縮縫,墻身應預留泄水孔,基礎要求穩(wěn)固,頂部應封閉。墻基軟弱地段,可以用拱形結構跨過。坡面開挖后怕凹陷,應以石砌圬工填塞平整,稱之為支補墻。

5 沖刷防護

為了防止水流直接危害沿河、濱海路堤以及有關堤壩護岸的邊坡和坡腳,必須采取定的防止沖刷措施。防止沖刷的措施有兩種:一種是加固岸坡的直接防護;另一種是改變水流性質的間接防護。根據河流情況、水流性質及岸坡具體受沖刷情況,可以單獨使用一種,也可以兩種同時使用、綜合治理。

5.1 直接防護

堤岸直接防護的措煎,包括檀物防護、砌石防護、拋石與石籠防護,以及必要時設置的支擋(駁岸等)。其中植物防護和砌石防護與前述坡面防護基本相同,但堤岸的防沖刷原因是洪水急流,水位變遷不定,水流速度較大,因此其相應的要求更高。

(1)拋石防護。拋石防護主要用于防護直接受水流沖刷的邊坡和坡腳,對于季節(jié)性浸水和長期浸水的情況均適用。盛產石料地區(qū),當水流速度大于 3.0m/s或更高時,植樹與砌石防護無效果,可以采用拋石防護。

拋石防護,類似于在坡腳處設置護腳,也稱拋石垛。拋石垛的邊坡坡度不應大于浸水后的天然休止角,石料粒徑視水深與流速而定,一般為 15～50 cm。

(2)石籠防護。當水流速度達到或超過 5.0m/s時,可以改用石籠防護。石籠用鐵絲編織成框架,內填石料,設在坡腳處,以防急流和大風浪破壞堤岸,也可以用來加固河床,防止淘刷。鐵絲框架可以做成圓柱形或箱形?；\內填石的粒徑最小不小于 4.0 cm,一般為 5～20 cm,外層用大且棱角突出的石料,內層可以用較小石塊填充.石籠用于防止沖刷淘底時,在坡腳處的排列應平鋪并與坡腳線垂直,且堤岸一端固定,另一端可阻不固定,淘刷后可以向下沉落貼于底面。用于防止堤岸邊坡沖刷時,則壘碼平鋪成梯形。單個石籠的大小以不被相應速度的水流沖動為宜,鋪設時必須用碎(礫)石墊層鋪平底層,各角可以用鐵棒固定于基底。

5.2 間接防護

設計導治構造物可以改變水流方向,消除和減緩水流對堤岸的直接破壞,同時可以使堤岸近旁緩慢淤積,徹底消除水流對局部堤岸的損害。設導治構造物的間接防護措主要是設壩,按其與河道的相對位置,一般可分為丁壩、順壩或格壩幾種。

(1)丁壩。丁壩的作用是導流和挑流,把水流挑離河岸,改善水流狀況,間接保護路基。丁壩由壩頭、壩身和壩根三個部分組成,其斷面為梯形。丁壩所受的外力較小,其斷面尺寸主要依據構造要求、施工條件和使用要求等因素確定。丁壩的軸線與水流方向的關系不同,分為垂直式、下挑式和上挑式三種。

丁壩的布置,要慎重考慮對岸的情況,如果對岸為農田、住房,土堤時,宜多導少挑;若對岸為巖石,要注意被挑過去的水流,在對岸折回后對下游的沖刷。

(2)順壩及格壩。順壩的作用是導流,基本上不改變原有水流的流態(tài)。當河床斷面窄小,不允許過多地侵占或地質條件不宜修筑丁壩時,可以采用順壩。布置順壩前,必須先有一個合理的導治線,順壩與上下游河岸的銜接必須協調,壩的起點應選在水流勻順的過渡地段,以免強烈沖刷,終點可與河岸連在一塊。順壩的構造與丁壩相似,分為壩頭、壩身和壩根三個部分,壩身斷面形狀為梯形,結構要求大體與丁壩相同。