路基排水及防護加固第1頁/共70頁第一節路基排水工程水的作用是造成路基病害主要因素。地面水的危害：地面水在路基面上滯流會導致翻漿冒泥;在路基面邊坡上流動會造成沖刷;在寒冷的地區,土質路基被水浸濕,冬天會成為凍害,路基面隆起,到春融又造成路基翻漿冒泥。地面水滲入地下,補充地下水的水源,并會對某些含易溶鹽的土溶蝕而產生陷穴。第2頁/共70頁地下水的危害：地下水浸入路基部分土體,使其強度降低,在列車動載及其它外力的作用下,使路基發生變形。地下水浸泡路基基床,也能引起翻漿冒泥、凍脹等不良后果。路基邊坡在地下水浸蝕下,能引起地表上的滑動,溜坍等邊坡變形。

第3頁/共70頁黑龍江鶴崗鐵路路基被沖垮致貨車脫軌第4頁/共70頁山洪沖毀的南昆鐵路路基第5頁/共70頁哈薩克斯坦鐵路路基被洪水沖毀第6頁/共70頁隴海鐵路路基被"掏空"

第7頁/共70頁阿里山鐵路路基滑落鐵軌懸空第8頁/共70頁

為了保證路基經常處于干燥,堅固和穩定的狀態,路基必須具有良好的排水系統,能迅速排泄最大降雨量時的地面水,并能排除影響路基穩定的地下水,或截流降低地下水位。第9頁/共70頁一、排除地面水的設備排除地面水的設備有:

排水溝、側溝、天溝、吊溝、跌水等。無論采用何種方法,均需將路基范圍內所有地面水,盡可能循最短的通路順暢地排至路基范圍以外,防止其漫流或停積。排水溝、側溝、天溝已在路基構造中講過。第10頁/共70頁(一)跌水

為了避免土壤受沖刷,一般土質水溝的縱坡都不陡于8‰。如因地形關系,無法使水溝的平均縱坡不超過8‰時,則將水溝分段修筑成跌水或吊溝。

跌水是階梯形的排水設備(如圖2—1),它有單級和多級兩種,視水頭差而定。每級高度不小于0.2m,不大于2.0m,水流以瀑布的形式通過,利用臺階跌水消能。一般應用鋪砌防護。圖2—1跌水示意圖第11頁/共70頁跌水第12頁/共70頁跌水瀑布第13頁/共70頁(二)急流槽(吊溝)急流槽是具有很陡縱坡的水槽(如圖2—2、圖2—3),修筑在路塹邊坡上的叫吊溝,急流槽的溝底坡度可達1∶2。用片石、混凝土建造,其作用與跌水相同。其特點是水流不離槽底。圖2—2路塹吊溝圖2—3連接路塹側溝的吊溝第14頁/共70頁急流槽第15頁/共70頁二、排除地下水的設備

地下水的排除應根據地下水的類型、含水層埋藏深度、地層的滲透性等條件,選用適當的排水設備。一般來說,當地下水埋藏淺或無固定含水層時,可采用明溝、排水槽、滲水暗溝等;當地下水埋藏較深或為固定含水層時,可采用滲水隧洞、滲井、滲管等。第16頁/共70頁(一)明溝與排水槽明溝一般用漿砌片石砌筑成梯形斷面,溝深通常在1～2m內,底寬0.4～1.0m,溝底埋入不透水層。每隔10～15m設寬2cm的伸縮(沉降)縫,縫內填塞瀝青麻筋。明溝適用于地下水埋藏很淺或水溝通過穩定地層進行較深的明挖地方。圖2—4漿砌片石明溝第17頁/共70頁排水槽是一種寬度為0.5～1m,深為0.5～2m的矩形斷面的水溝。常用漿砌片石砌筑,也有用混凝土或鋼筋混凝土等材料構筑直墻式及斜墻式兩種型式。排水槽的深度大于1m時,宜采用斜墻式。圖2—5漿砌片石砌筑槽斷面第18頁/共70頁明溝與排水槽壁均設泄水孔以排除地下水。為了不使排水時,由于地下水的流動,使含水地層的土流失,造成泄水孔的淤塞,以及溝壁被沖空而引起的沉陷,在壁后應設反濾層。當前采用的反濾層材料有兩種,一種是用粗砂、礫石或小卵石。按設計的規定的標準,將不同粒徑的砂、石分成2～3層,每層厚度不小于10～15cm,組成反濾層。另一種是用無砂混凝土預制板作為反濾層。第19頁/共70頁(二)邊坡滲溝邊坡滲溝適用于坡度不陡于1∶1潮濕易坍塌的邊坡,用以引排邊坡上的上層滯水或出露的泉水,使邊坡穩定。滲溝一般成直條形、樹枝(岔)形或拱形布置;如圖2—6。以適應排水范圍的大小,滲溝通常采用矩形斷面,寬不小于1.3～1.6m,深度根據邊坡潮濕帶的厚度而定,滲溝底應埋入穩定的土層。圖2—6邊坡滲溝第20頁/共70頁(三)滲水暗溝當線路附近有破壞路基穩定的地下水時,可修筑滲水暗溝來截排地下水,降低地下水位及疏干附近土體。滲水暗溝從構造上可分為有管滲水暗溝和無管滲水暗溝兩種。常用的為有管滲水暗溝。圖2—7用滲溝攔截路塹邊坡流向路塹中心的地下水圖2—8用作降低地下水位的滲水暗溝第21頁/共70頁無管滲水暗溝是用粗砂、卵石、碎石或爐渣等滲水材料充填而成。一般多設在流量不大,滲溝不長,無需檢查井處。其縱向坡度通常不小于10‰,一般為50‰,如圖2—9。圖2—9無管滲水暗溝第22頁/共70頁有管滲水暗溝有石砌排水孔(圖2—10)和陶土管、混凝土管和石棉水泥管等數種(圖2—11及圖2—12)。適用于流量較大,流程較遠的地段。圖2—10石砌排水孔滲水暗溝圖2—12第23頁/共70頁滲水暗溝的作用是截水和排水,截水部分的水管上應有眼孔,排水部分的水管上沒有眼孔,暗溝的縱坡應大于5‰,使管內流速不致太低,以免淤塞。為了檢查滲溝的情況,并便于定期清理,每隔30m或在滲水暗溝方向的轉折點及縱斷面變坡處修筑檢查井。檢查井為方形或圓形,其最小凈空為1m,檢查井底應比水管底低0.3～0.4m,檢查井內應設檢查梯以便檢查及清理,井口應設井蓋。圖2—11有管滲水暗溝第24頁/共70頁(四)滲水隧洞滲水隧洞用來截排或引排深層地下水,隧洞的施工方法,大致與正式隧道相似,隧洞應埋入穩定地層,頂部設在滑動面下,拱頂與邊墻設滲水孔(圖2—13),為便于檢查維修,每隔120m左右或平面轉折處及縱坡變換處也需設置檢查井。圖2—13隧洞襯砌斷面第25頁/共70頁(五)滲井與滲管滲井(圖2—14)與滲管(圖2—15)都是立式排水設備,半上層滲水層的水通過滲井或滲管泄入到下層透水層或隧洞中去,滲井斷面可用1m×1.5m矩形或直徑為1～1.5m圓形;滲管的直徑一般不小于0.25m,在中間設置的為不小于0.25m,在中間設置的為不小于5cm的圓形濾管。它們的缺點是產生沉淀物后,會逐漸失去滲水能力。圖2—14滲井圖2—15滲管第26頁/共70頁第二節路基防護工程一、路基防護的目的及其形式修筑路基時,有填有挖甚至高填深挖,天然地形被改變,原有的重力平衡被破壞,加上路基是由土、石填筑的,在各種自然因素(如水流、冰凍、曝曬、風力、溫度變化等)的侵襲下和長年累月的列車沖擊、震動影響下,會不斷發生變化,出現各種變形。有時甚至在不很長時間內,完全改變其完好的狀態。為了減輕自然因素對鐵路路基的影響,應及時作好路基的防護,防止路基產生變形。路基的防護方法有坡面防護和沖刷防護兩大類。第27頁/共70頁二、路基邊坡面防護

路基邊坡坡面變形輕重程度,與當地氣候環境、邊坡土壤的性質、地質構造等均有影響。凡容易風化的,或易受雨水沖刷的巖石及土質邊坡坡面,均應及時的加以防護。常用的防護類型有:

(一)種草；(二)鋪草皮；(三)植樹；(四)勾縫與灌漿；(五)抹面與捶面；(六)噴漿及噴射混凝土；

(七)護墻；(八)錨桿鋼筋網噴漿及錨桿鋼筋網噴射混凝土。第28頁/共70頁(一)種草

種草是防護路基邊坡最簡單而經濟的方法。所選種籽必須適合邊坡的土質及當地的氣候,并須能生長成茂密的草皮。種草的方法適用于較緩而不高的邊坡,以免草籽易被雨水沖去。第29頁/共70頁種草籽護坡第30頁/共70頁邊坡護坡綠化工程用草種草籽第31頁/共70頁(二)鋪草皮

鋪草皮可以在邊坡較高和較陡的地點應用。選取草皮的地點,應注意其土壤條件盡可能接近需要防護工點的土質情況。塊狀草皮其邊緣切成斜形,便于互相間結合密貼,并用小木樁釘在邊坡上。它分為平鋪草皮、鋪方格草皮和疊砌草皮三種。第32頁/共70頁(1)平鋪草皮:如圖2—16把整個坡面都用草皮鋪蓋起來,鋪時應從坡腳起,按邊坡的全長逐排平行鋪釘草皮邊緣應略為切成斜面,以便互相迭壓,豎向的縫要錯開,每塊草皮釘小樁四個,平鋪草皮的邊坡不宜陡于1∶1.25圖2—16小方格草皮護坡第33頁/共70頁鋪草皮第34頁/共70頁平鋪草皮第35頁/共70頁(2)鋪方格草皮:如圖2—17用條狀草皮鋪成1～1.5m的方格,中間填土或種草籽,方格的邊線應與路基邊緣成45°角。圖2—17大方格草皮護坡第36頁/共70頁(3)疊切草皮：如圖2-18比平鋪草皮更堅固,邊坡可陡于1∶1。草皮磚有草的一面向下或向上,各層一律,但最上面的一層應有草的一面向上。圖2—18疊砌式草皮護坡第37頁/共70頁(三)植樹土質路堤坡面和嚴重風化的巖石邊坡及裂隙黏土邊坡,其坡度不陡于1∶1時,可采用植樹防護用來加固邊坡。在有水流沖刷的河岸或邊坡,如水流速每秒在3m以內,也可用植樹來保護。植樹以灌木為宜,并應選用根系發達,枝葉茂密和能迅速生長的樹種,如紫穗槐、夾竹桃等。其布置的形式有梅花形、斜線形及方格形等(如圖2—19)。圖2—19植樹防護的形式第38頁/共70頁(四)勾縫與灌漿

(1)勾縫:

適用于較堅硬不易風化的節理、裂縫多而細的巖石路塹邊坡,以防止雨水沿裂縫侵入巖層,造成危害。勾縫可用1∶2或1∶3的水泥砂漿,也可用1∶0.5∶3或1∶2∶9的水泥石灰砂漿(以上均為體積比)。

(2)灌漿:

適用于堅硬的裂縫較大、較深的巖石路塹邊坡,它借助于灰漿的粘結力把裂開的巖石粘結為一整體,以免巖石墜落或坍塌,同時也防止雨水及有害雜質侵入巖層裂縫,以致影響邊坡的穩定。灌漿所用的材料,一般采用1∶4或1∶5的水泥砂漿。如裂縫較大時,也可用混凝土灌注。第39頁/共70頁(五)抹面與捶面抹面與捶面主要是防止路塹邊坡表面的風化剝落。(1)抹面:

適用于各種易風化而尚未經嚴重風化的軟巖層(如頁巖、泥巖、千枚巖、泥質板巖等)的邊坡。抹面常用的圬工為1∶2∶9的水泥石灰沙漿或石灰爐碴漿(主要材料為石灰、爐碴、紙筋、食鹽、鹵水或青礬等)。抹面厚度:水泥石灰砂漿為3～5cm,石灰爐碴漿,底層厚1.5～2.5cm,面層厚為1.5～2.0cm。一般使用期可達6～8年。抹面工程應經常檢查維修,發現裂紋或脫落,應及時的進行灌漿修補。第40頁/共70頁(2)捶面:

適用于易受沖刷的土質邊坡或易受風化剝落的巖石邊坡;且當地石料缺乏,而爐碴來源較多的情況下。方法是:將捶面的材料夯拍在邊坡表面,作為坡面防護。捶面的厚度為10～15cm。捶面所用的材料有下列幾種:①水泥、石灰、砂、爐碴四合土,比例為1∶3∶6∶9(重量比)。②石灰、粘土、砂、爐碴四合土,比例為1∶2∶5∶99(重量比)。③水泥、砂、爐碴三合土,比例為1∶3∶7(重量比)。④石灰、粘土、爐碴三合土,比例為1∶1∶4(體積比)。養護時,如發現捶面出現開裂、脫落應及時修補,一般可使用10～15年第41頁/共70頁(六)噴漿及噴射混凝土主要適用于堅硬易風化,但還未遭受嚴重風化的巖石邊坡。尤其是上部的巖層破碎而下部巖層完整的邊坡,并需要大面積防護而較集中的邊坡。噴漿一般采用為1∶4的水泥砂漿或1∶1∶6的水泥石灰沙漿。噴射的厚度為2cm以上。噴射混凝土一般采用1∶2∶2～1∶2∶3配合比的混凝土(重量比),噴射混凝土的厚度以3～5cm為宜。第42頁/共70頁噴漿護坡第43頁/共70頁噴漿護坡第44頁/共70頁噴漿施工第45頁/共70頁噴混凝土施工第46頁/共70頁(七)護墻

對于邊坡較陡(通常為1∶0.5～1∶1),石質較破碎易風化的巖石路塹,可用護墻作整體的坡面防護,或依軟弱的巖層分布情況,作局部鑲砌。護墻在一般情況下,不承受邊坡的側壓力,故作防護的巖層邊坡,應合乎穩定的要求。第47頁/共70頁為了施工方便起見,護墻的垂直高度,一般不宜超過12m,采用單級護墻(圖2—20)。圖2—20單層式護墻第48頁/共70頁護墻第49頁/共70頁如超過此高度時,可用雙級或多級護墻(圖2—21),在分級的中間應留適當寬度的平臺。護墻的基礎應置于較好的巖層上,護墻每隔10～20m,應設置伸縮縫;每隔2～3m設置泄水孔。

護墻的高度超過8m

時,一般在墻后設置耳墻,以增加其穩定性。圖2—21雙級或多級護墻平臺第50頁/共70頁護墻第51頁/共70頁(八)錨桿鋼筋網噴漿及錨桿鋼筋網噴射混凝土適用于坡面已嚴重風化,巖體切割破碎時,采用噴漿或噴混凝土的邊坡。錨桿采用直徑19～22mm的鋼筋,嵌固在穩定的巖層中20～30cm。錨桿間距應根據巖層破碎的情況而定,一般為1.2～1.5m,并與鋼筋網焊接。噴射砂漿的厚度一般不小于3cm,噴射混凝土的厚度不小于5cm。圖2—22錨桿鐵絲網噴混凝土第52頁/共70頁鋼筋網鋪設第53頁/共70頁錨桿鋼筋網噴射混凝土護坡第54頁/共70頁三、路基沖刷防護

當鐵路線路沿河而行,路基臨河的一側坡腳和邊坡,常會遭到水流的沖刷,而影響路基的穩定,為了防護水流對路基的沖刷和淘刷。常用的防護類型有:(一)鋪石防護

(二)拋填片石

(三)石籠第55頁/共70頁(一)鋪石防護

它適用于路基坡腳浸入水中,而水流方向較平順,無嚴重局部沖刷,它也常用于較緩的(1∶2)的巖石邊坡和土邊坡,以防止坡面的風化、剝落和流失。鋪砌所用的石料,應是堅硬、耐凍、未被風化的石塊。鋪砌時,應先將坡面整平,自上而下的按邊坡全長逐行水平鋪砌。并要求石塊的大面朝下,相互嵌緊,避免通縫。

為了防止水流將鋪砌下面邊坡上的細顆土挾帶沖走,及增加整個鋪石的彈性,從而增加對各種沖擊作用(如波浪、流水等)的抵抗力,在鋪砌與防護的邊坡間應設置墊層。

墊層的材料一般常用碎石、礫石或砂礫的混合物(但不可用砂作墊層,因為砂容易被水沖走)。

鋪石防護一般有干砌片石與漿砌片石兩種。第56頁/共70頁(1)干砌片石護坡

一般分為單層鋪砌與雙層鋪砌兩種(圖2—23)。在護坡的坡腳處,應用大塊石做成基礎,其深度不小于所鋪石厚度的4/3倍,其底寬應不小于0.5m,頂寬應不小于2m。圖2—23干砌片石護破第57頁/共70頁干砌石護坡第58頁/共70頁(2)漿砌片石護坡

漿砌片石護坡的厚度,通常用0.2～0.5m,當用于流速特大的場合可用到0.6m。一般情況下應設置墊層,以增強其抵抗沖擊作用的穩固性。為了使護坡穩固,一般應將基礎置于沖刷線以下。在護坡的中下部應留出足夠的泄水孔,以排除護坡后面的積水,泄水孔后0.5m范圍內應設置反濾層,以防止泄水孔淤塞失效,如圖2—24。圖2—24漿砌片石護坡及基礎布置第59頁/共70頁漿砌片石護坡第60頁/共70頁其它注意事項：護坡宜分段施工,每隔10～15m應留一伸縮縫。在所防護的邊坡基底土壤有變化處,還應設置沉降縫。如在路堤邊坡上采用漿砌片石護坡時,應等路堤沉實以后再施工,以免因路堤的沉落而引起護坡的破壞。第61頁/共70頁(二)拋填片石

拋填