《公路與自然》年會交流材料

斜坡填方路基優化設計探討

李剛高級工程師注冊巖土工程師20091月填方工程較之挖方工程具有更大的不確定性，有限的地質勘察很難將地基條件查清楚，填方工程特別是斜坡填方的病害時有發生，有的病害發生在施工過程當中，有的病害發生在運營期間，究其原因，多與勘察資料不齊全、設計對地質條件和極端天氣等因素考慮不周、施工質量不滿足要求等有關系。一概述

結合作者多年從事勘察設計的體會及阿爾及利亞東西高速公路中填方工程的設計實踐，從加強填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風化巖體）的處理、降低填方高度、增強填方體自身穩定性等方面提出了一些斜坡填方路基設計的優化措施和建議，與各位領導和專家交流，懇請批評指正！斜坡填方一般指地面自然橫坡陡于1:5的填方，包含斜坡路堤、斜坡半填半挖兩種情況。斜坡填方路基常見病害有縱向裂縫、錯落(差異沉降)等，情況嚴重時會發生路基滑移，近而形成工程滑坡。

二斜坡填方路基的病害

圖1斜坡路基1:m1:n陡于1:51～2m二斜坡填方路基的病害圖2

斜坡填方病害

引起斜坡路基發生開裂或滑移的主要原因有以下幾個方面：

(1)斜坡地基覆蓋層土體與基巖面為透水軟弱面，地下水活動引起斜坡路基下滑。

(2)斜坡地基巖層軟硬相間，其軟弱面順路基傾斜，由于風化強弱差異或地下水侵蝕，地基和路基順軟弱面滑移。

(3)斜坡地基覆蓋為松散巖土堆積物，含水量過大，未經處治，若在原斜坡面直接填筑路基，當地面橫坡較陡，填方路基邊坡高度較大，而邊坡又未采用封閉措施時，暴雨時路基邊坡地表水滲透，引起路基滑移。二斜坡填方路基的病害

(4)斜坡路段路線布線穿過巖層軟硬不均的構造交界處，多為地下水活動區。路基填筑后在豐水季節產生不均勻壓縮變形成，沉降差異產生裂縫后，未及時封水致使路基飽水而滑移。

(5)斜坡路基處于半填半挖地段，差異沉降造成路面裂縫或變形。

(6)斜坡路基上緣坡面匯水面積較大，雖作截水和路基排水溝防護，而地表水滲透路基或地基覆蓋土層內，形成地基連同路基整體變形或滑移。

二斜坡填方路基的病害

(7)斜坡后緣不合理加載，破壞了原有斜坡自然平衡狀態，導致斜坡出現變形破壞，或形成滑坡。

(8)斜坡路基填料選擇不當和路基邊緣壓實度不夠，邊坡對季節性較為敏感。當坡面未封閉處理，雨季邊坡水滲透，常在距路基邊緣1~2.5m范圍內的填方邊坡上發生縱向裂縫。二斜坡填方路基的病害針對斜坡填方路基病害發生的機理，斜坡填方優化設計應從加強填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風化巖體）的處理、降低填方高度、增強填方體自身穩定性等方面入手。

結合作者多年高速公路設計經驗及阿爾及利亞東西高速公路斜坡填方設計實踐，本文提出如下斜坡填方優化設計措施，分別為：自然地面挖臺階、地基表層換填、鋪設土工格柵、設置地下排水盲溝、坡腳設置鏟子、加筋路堤、土工布預制塊擋土墻及填料選擇等。

三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

3.1挖臺階填方原地面清表后，進行挖臺階，臺階寬度一般不應小于2m，臺階向內傾斜4%，以加強填方體與自然原地面之間的結合，增強基底抗滑能力。設計中應計入挖臺階土方數量以及臺階寬度范圍填前基底壓實的工程數量，便于施工單位施工和計量。

3.2換填斜坡填方基底自然地面表層往往有一定厚度的覆蓋層（土體或風化巖體），這些表層土在雨水下滲或浸泡后很容易軟化，強度急劇降低，很容易導致邊坡失穩，而填方設計中往往忽略覆蓋層的影響，因此當表層土體厚度小于2m時，對于斜坡高填方應盡可能將表層土挖除后進行換填。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

圖3挖臺階和換填

3.3鋪設土工格柵

為增強填方沿填挖交界處或沿自然原地面滑動的穩定性，并減少填方的不均勻沉降，在填方臺階上宜鋪設土工格柵，長度一般應為6-10m，并且在路床的底面和頂面各加鋪一層。土工格柵宜采用雙向土工格柵，抗拉強度不宜小于40kN/m，延伸率不大于10%。此外，土工格柵應采用“U”型鋼釘錨固于臺階上，以增強格柵的穩定性。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

圖4橫向和縱向土工格柵加強圖

3.4坡腳鏟子

在法國，斜坡填方特別是斜坡高填方中坡腳往往設置一個梯形的鏟子（bêche），以增強邊坡的穩定性。鏟子一般為梯形、底寬4-8m，深度不小于2m，使用天然碎礫石（粒徑0-500毫米）材料。

一般填方邊坡的圓弧滑動面多從坡腳通過，有限元分析方法（FEM）也證實了這一點，在坡腳設置抗剪強度較高的碎礫石，將使坡腳應力擴散，同時，設置了鏟子后，圓弧滑動面將向上（填方體）或向地基深層移動。

三斜坡填方路基設計優化

向上移動時，由于填方材料本身的抗剪強度參數一般大于地基，所以，穩定系數必然較高；向下移動時，由于滑動圓弧面變深，半徑變小，則邊坡下部抗滑力的將增強，而下滑力將減小，從而增大了穩定系數；此外，也有少數情況，滑動圓弧面從鏟子的位置通過，則由于鏟子的高抗剪強度，替換了原來的土，也使穩定系數得到提高。

由于鏟子使用了透水性天然碎礫石材料，除起到坡腳置換作用外，還起到排水的作用，以保證填方坡腳的強度不因地下水的作用而下降。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

圖5填方坡腳鏟子大樣圖圖6高填方挖臺階、換填并設置了鏟子斷面圖

三斜坡填方路基設計優化

圖7

高填方坡腳設置鏟子后滑動面上移3.5地下排水盲溝

為排出因降雨下滲到填方內部的水，在填方的基底應每隔30～50米設置一道排水盲溝，以避免地下水在原地面的聚集，盲溝設置可采用矩形，采用透水性材料填筑，外裹土工布。排水盲溝與鏟子相連，通過鏟子將地下水排出。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

地下盲溝鏟

子圖8

地下排水盲溝平面圖

三斜坡填方路基設計優化

圖9地下排水盲溝設計圖

3.6加筋路堤

當自然地面橫坡較陡，采用普通填方時，坡腳伸出很遠，填方高度很高，而且邊坡穩定性不足時，可設置加筋路堤，填方每隔0.4-0.8m設置一層土工布，填方的坡度取為1：1，既可減少了填方的占地，降低了邊坡的高度，也減少了土方數量，而且會增強斜坡上填方的穩定性。（在填方占地范圍內對表層土進行排水和換填）。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

圖10

加筋路堤設計和計算斷面圖

3.7預制塊擋土墻

當自然地面橫坡陡，采用加筋路堤仍然不能很好地解決問題的時候，阿爾及利亞東西高速公路設計了預制塊擋土墻，值得國內斜坡填方設計中借鑒采用。預制塊擋土墻路基表面采用了一種有專利的空心混凝土預制塊，然后填方每隔一定距離加鋪一層土工布，預制塊面部的坡度可以是50°~85°，預制塊內填土并可以進行綠化。此方案具有加筋路堤的優點，并可以更加有效地減少占地，降低邊坡高度，且造價較擋土墻路基低、對地基承載力要求低，從而可省去地基處理的費用。三斜坡填方路基設計優化

三斜坡填方路基設計優化

圖11

預制塊擋土墻做好斜坡填方路基設計，除采取上述措施外，還應做好路基填料的綜合設計，對斜坡半填半挖路基，當挖方區為土質時，應優先采用滲水性好的材料填筑；當挖方區為堅硬巖石時，宜采用填石路基。此外，對于膨脹土填料，摻灰改性處理時，應加強拌合，確保摻灰均勻，并且做好填料、地基的防水設計；對濕陷性黃土填料，應重視路肩等部分的壓實度，并做好路床等部分的防水設計。三斜坡填方路基設計優化

結合作者多年從事勘察設計的體會及阿爾及利亞東西高速公路中填方工程的設計實踐，從加強填方體與斜坡的銜接、完善排水、做好覆蓋層（土體或風化巖體）的處理、降低填方高度、增強填方體自身穩定性等方面提出了一些斜坡填方路基設計的優化措施和建議，可供設計、施工技術人員參考借鑒。四結論

謝謝！2009年11月第一節活塞式空壓機的工作原理第二節活塞式空壓機的結構和自動控制第三節活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內所排送的相當第一級吸氣狀態的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結構分為兩大類：往復式與旋轉式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規定做例行保養的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過。滑(葉)片式空壓機可以365天連續運轉并保證60000小時以上安全運轉的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發并問世的高科技壓縮機，由于結構簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優于其它型式的壓縮機，已經得到壓縮機行業的關注和公認。被譽為“環保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設計，使其成為當今世界最節能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩、振動小、工作環境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機的外形第一節活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環（單級壓縮）工作循環：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環（單級壓縮）1.不存在假設條件2.與理論循環不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發生相撞。第一節活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數—相對容積C、容積系數λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預熱損失用溫度系數λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴密配合。5）氣體流動慣性的影響當吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預熱的影響2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數理論排氣量Vt----單位時間內活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進排氣閥及流道阻力的影響吸氣預熱的影響二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理指示功率pi

：按示功圖計算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環計算的功率