（道路与铁道工程专业论文）汶马路库岸路基典型横断面结构及其填料性能研究.pdf

摘要 5 1 2 汶川特大地震的发生，给灾区人民带来了巨大的灾难。灾区内交通基础 建设遭到毁灭性破坏。国道3 1 7 线汶川至马尔康公路( 简称汶马路) 作为灾区最 重要的通道之一，灾后重建的质量将对灾后经济恢复带来巨大影响。受复杂地形、 地质条件、水文条件和地方建材的限制，该路的灾后重建将面临很多问题。其中 沿线库岸路基的改扩建、大量不良填料千枚岩的有效使用就是其中的主要技术问 题，将会影响该工程的保通、路基质量和工程造价。因此本文重点对汶马路库岸 路基横断面结构、不良填料干枚岩的路用性能及应用进行系统的研究，为汶马路 灾后重建工程设计提供依据。通过现场调研、国内外资料收集、分析和评价，室 内试验和研究，本文取得了以下进展。 通过对山区库岸路基的现场调研，总结山区库岸路基在缓坡地段、陡坡地 段、不良地质地段、季节性浸水及常年浸水五种基本类型，并对其使用条件进行 了初步分析。 通过对山区库岸路基主要病害的成因分析，提出山区库岸路基典型横断面 形式，以及防护类型、防排水结构的设置。 通过对汶川地区的具体分析，提出汶马路改建中，缓坡地段及陡坡地段库 岸路基改建的结构形式。 通过对汶马路沿线千枚岩路用性能的研究，确定千枚岩作为路基填料使用 时的级配及范围，并对其施工工艺进行研究。 利用以上科研成果，将横断面形式、库岸路基改造断面形式及千枚岩作为 填料应用于汶马路工程l 3 标段的库岸路基工程设计中，表明成果对工程设计具有 重要的指导意义，千枚岩费方的有效处理取得了较好的经济效益。 关键词：汶马路；库岸路基；横断面结构；不良填料；千枚岩 a bs t r a c t 5 1 2w e nc h u a ne s p e c i a l l yb i ge a r t h q u a k ed i s a s t e ro c c u r s ，c a u s e dc o l o s s a ll i f ea n d p r o p e r t yl o s s e st ot h ea r e a sp e o p l e e a r t h q u a k eh a sc a u s e dd e v a s t a t i n gd a m a g et ot h e c a p i t a lc o n s t r u c t i o no ft r a f f i ci nt h ed i s a s t e ra r e a s t a t er o a d3 1 7f r o mw e n c h u a nt o m a e r k a n g ( c a l l e dw e n m ar o a d ) a sak e yc h a n n e lf o rt h ed i s a s t e ra r e a t h eq u a l i t yo f p o s t d i s a s t e rr e c o n s t r u c t i o ni n f l u e n c eu p o nt h ee c o n o m i cr e c o v e r y b e c a u s eo fd i f f i c u l t t e r r a i n ，w a t e rc h a r a c t e r , c o n s t r u c t i o nm a t e r i a l s ，r e c o n s t r u c t i o no ft h er o a dw i l lh a v e m a n yp r o b l e m s r e s e r v o i rb a n kr o a d b e dr e b u i l ta n di m p r o v e m e n t ，a n dt h e e f f e c t i v eu s e o fp h y l l i t ea r et h em a i nt e c h n i q u ep r o b l e m s ，t h o s ep r o b l e m sw i l li n f l u e n c eo n g u a r a n t e e sp a s s e s 、t h eq u a l i t yo fr o a d b e d ，a n dp r o j e c tc o s t s ot h i sp a p e rl a y se m p h a s i s o nt h er e s e a r c ho fp e r f o r m a n c es t u d yo nt y p i c a l l yc r o s s s e c t i o n a ls t r u c t u r ea n dp a d d i n g o fr e s e r v o i rb a n kr o a d b e di nw e n m ar o a d o b j e c t i v et op r o v i d ef o u n d a t i o nf o rw e n m a r o a dr e c o n s t r u c t i o na n de n g i n e e r i n gd e s i g n ，b yi n v e s t i g a t i n ga tc o n s t r u c t i o ns i t e s t u d y i n gl o t so fd a t aa n dl a b o r a t o r yt e s t i n g m a k et h ef o l l o w i n gg r e a t e re f f o r t si nt h i s p a p e r ： o t h r o u g l li n v e s t i g a t e dr o a ds u b g r a d eo fr e s e r v o i rb a n ko fm o u n t a i na r e a ，s u mu p r e s e r v o i rb a n kr o a d b e di nt h ec a s eo ft h ef i v eb a s i ct y p e so fr a m pl o t sa n ds t e e pl o ta n d p o o rg e o l o g i c a ls e c t i o na n ds e a s o n a li m m e r s ea n dt h ea n n u a li m m e r s e ，t h e np r e l i m i n a r y a n a l y s i s i n gt h e i r su s ec o n d i t i o n s t h r o u g hc a u s ea n a l y s i s e dt h em a i ns u b g r a d ed i s e a s eo fr e s e r v o i rb a n kr o a d b e d ， p r o p o s e d t o t y p i c a lc r o s s s e c t i o n a l f o r ma n dt h et y p eo fp r o t e c t i o na n ds e tt h e w a t e r p r o o fa n dd r a i n a g eo fs t r u c t u r ei nt h er e s e r v o i rb a n kr o a d b e d t h r o u g hd e t a i l e da n a l y s i so ft h ew e n c h u a na r e a ，p r o p o s e dt ot h er a m pl o t sa n d s t e e p l o to fr e s e r v o i rb a n kr o a d b e dr e b u i l ts t r u c t u r ef o r m si nt h ew e n c h u a n - - - m a e r k a n g r o a dr e b u i l d i n gp r o j e c t f i r s t l y , b yr e s e a r c h i n go nt h er o a dp e r f o r m a n c eo fp h y l l i t er o c kw h i c hd i s t r i b u t e i nw e n c h u a n - - - m a e r k a n gr o a d ，t h e nd e t e r m i n et h eg r a d a t i o na n dt h er a n g ew h e nt h e p h y l l i t e r o c ku s e da sr o a d b e df i l l e r , l a s t s t u d y i n gt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y o f p h y l l i t er o c k ( 萤) u s i n ga b o v ei nr e s e r v o i rb a n kr o a d b e de n g i n e e r i n gd e s i g no fw e n m a r o a di j 3 s e c t i o n s ；w h i c hs h o w t h a tt h es c i e n t i f i ca c h i e v e m e n t sh a v ei m p o r t a n t g u i d i n g a c h i e v eab e t t e re c o n o m i ce f f i c i e n c y k e yw o r d s ：w e n m a e rr o a d ；r o a ds u b g r a d eo fr e s e r v o i rb a n k ；s t r u c t u r eo fs u b g r a d e c r o s s s e c t i o n ；p o o rs u b g r a d ef i l l e r ；p h y l l i t e 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个入或集体已经发表或撰写过 的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 磊，掣 日期加。年￥月7 厂日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学 可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播 篡= 在霉翁礼燧名彪蓼学位敝储魏本烈指删撇笏矽 日期：乃口年中月厂日 日期少脾驴月尸日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据库中全 文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。 刊 l 、7 l掷撕签名爱 蹶加每￥其。7 日 锑 巧产 ： 月 名 巴 戳中 者 年 作 7 文 q 论 位 期 学 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 国道3 1 7 线汶川至马尔康公路是四川省十二条出省通道之一，是川藏北线 ( 国道3 1 7 线) 成都至西藏那曲公路的起始路段，作为四川西北部高等级公路区 域路网的骨架，也是四川省二级公路网络规划的重要公路骨架之一。汶马路a l 合 同段( 汶川至理县段) 起于汶川县城，路线沿杂谷脑河逆流而上，经桃坪、薛城、 理县，与汶马路a 2 合同段起点相接。该段现有道路全长5 7 1 0 5 k m 。该路属国道 3 1 7 线的一部分，主要承担着汶川、理县、马尔康及沿线的交通运输重任。 由于“5 1 2 汶川特大地震”的发生，对汶马路原路造成严重破坏，部分路段 公路交通中断。经过抢险后路段基本能通行，但由于本项目沿线气候、地形、地 质条件复杂，生态环境、地质环境极其脆弱，滑坡、水毁等灾害十分严重，影响 广泛，对公路的危害极大，道路不能保证全天候运行，雨季经常出现断道堵车情 况，公路维护及灾后修复费用高。常导致沿线人民出行困难，严重阻碍了汶川、 理县、马尔康及沿线的经济发展。 在这次灾后重建工程中，对原有路线进行改建。汶马路由于受山区、丘陵以 及原有老路的限制，公路路线多为河、库岸布线，出现了大量的库岸路基，水毁 严重，多处结构破坏，同时发现沿线广泛分布变质千枚岩，而千枚岩为典型劣质 填料。如将千枚岩全部作为弃方处理，弃方、征地、借方的总费用将在4 0 0 0 万左 右，并且由于汶马路地形限制，弃方、征地、借方都极为困难。综合考虑以上情 况，如何选择合理的山区库岸路基的横断面结构形式，以及如何运用千枚岩用作 路基填料，已经成为汶马路管理部门和工程建设部门面临的工程技术问题，同时 也是本文需要解决的工程实际问题。 1 2 国内外研究状况 1 2 1 山区库岸路基的研究 目前国内外学者对于山区库岸路基横断面形式的研究相对较少，考虑到山区 库岸路基的特点，并总结有关山区沿路基及山区库岸的一些科研成果。根据相关 资料的研究发现，对于山区库岸路基断面形式的研究，主要从破坏方式、边坡稳 定性及防护形式这几个方面进行研究。 山区库岸路基破坏 对于山区库岸路基毁坏的主要影响因素为地质条件和水文情况。由于库水对 路基产生各种各样的影响，如水流冲刷、浸泡，特别是在洪水期间，库岸公路不 2第一章绪论 仅受到洪水水流冲刷，更可能遭受洪水引发的诸如滑坡、塌方、泥石流等地质灾 害的作用而发生破坏。 对于库岸路基的破坏实则是组成路基的岩土体的破坏，岩土体的破坏与地表 水、地下水的不良作用是分不开的乜3 。地表水体( 河水、洪水及大气降水) 对库岸 路基的冲刷淘蚀作用而导致路基坍塌；特别是在洪水条件下，江河水位高、流量 大、流速高，在水流的作用下，路基水下部分的岩屑、碎石等细小颗粒物质被水 流带走，造成路基边坡底部被逐渐淘空，最终使路基坍塌、路基出现缺口或是大 部分被毁。山区库岸路基的失稳是一个多因素共同作用的动态过程，其中导致路 基失稳的一个主要原因就是库水水位的变化引起路基岩土体内的孔隙压力及渗透 压力的变化，进而使路基岩土体发生变形破坏。 库岸边坡稳定性的研究 对边坡的稳定性研究，最早的有瑞典圆弧滑动法，该方法适用于圆弧滑面。 1 9 5 5 年的b i h s o p 条分法、摩根斯坦首先对任意曲线形状滑面的分析口1 ，1 9 5 4 年的 j n b a u 条分法和2 0 世纪7 0 年代的王复来分析方法等形成的极限平衡理论。1 9 6 7 年，人们第一次尝试用有限元法研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定 性创造条件，并使其逐步过度到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制 和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定 性研究中。1 9 8 3 年孙玉科h 3 对盐池河山崩变形机制作了平面有限元析；1 9 7 1 年 c u n d a l l 提出了非连续介质的离散元，用于边坡的渐进破坏。1 9 8 6 年f l a c 的出现， 为边坡分析提供了一种极其有效的方法，它不但可以处理大变形问题，还可以模 拟某一软弱面的滑动变形，能真实反映实际材料的动态行为，被公认为是岩土力 学数值模拟行之有效的方法。进入2 0 世纪9 0 年代，边坡问题的研究将传统的边 坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学结合起来，形成了现代边坡工程学： 各种现代科学新技术，如系统工程论、数值理论、信息理论、模糊数学、灰色理 论、概率统计理论、耗散论等用于边坡研究中，给边坡的稳定性研究提供了新理 论新方法。 库岸路基防护形式现状 目前我国库岸路基防护工程与支挡结构应用形式已经存在很多种类，公路路 基设计规范口3 在库岸路基防护这一节当中，简单介绍了植物防护、砌石或混凝土 护坡、护坦、抛石、石笼、浸水挡土墙、土工模袋、丁坝、顺坝这9 种常见防护 型式。针对水流对路基的冲刷作用，长安大学高冬光教授陋1 对沿河路基防护工程的 结构进行了大量的研究，提出库岸路基临水面边坡的防护，是库岸路基防护的关 键、。 郑伟明哺1 对于山区库岸路基防护中提到了，土工模袋砼护坡、树根桩、土钉和 第一章绪论 锚管、振冲置换碎石桩、钢筋砼框架及预应力锚索、竹筋土路堤结合香根草防护 等八种防护方法及施工工艺。采用这些结构形式在保持岸坡的稳定性、防止水土 流失以及保证防洪安全等方面起到了一定的效果。如丁坝和护坦成功地应用在福 建沿河林区公路路基防护中哼1 ；天津市海河护岸治理工程中采用了土层锚杆技术n 1 进行岸坡防护，使用该技术在i k m 多的岸线上使用了近8 0 0 根土层锚杆，避免了 大量的拆迁征地和地下障碍物的排除，比相同条件下采用开槽打锚固桩的施工方 法提前了近1 个月的工期，避免了约2 7 0 0 0 m 3 的土方开挖回填；吉林榆树市在第二 松花江的防护中采用了软体沉排护脚、排面压载施工以及简易模袋混凝土护坡技 术n 叫，程尊兰1 等在保证足够基础埋深的基础上，提出了浆砌石挡土墙十钢丝网 混凝上护坦的长期( 永久性) 防护工程方案，为西藏高山峡谷区沿河( 库) 路基水 毁防护工程建设提供了示范。这些技术均获得了一定程度的成功应用。 目前，许多专家和学者对于库岸路基的失稳机理、稳定性计算及防护措施都 有了很深入的研究，但是对于如何将防护结构、防渗排水措施与地形条件相结合， 提出适合各地形条件的山区库岸路基横断面形式，及对山区库岸路基横断面形式 改造的研究是没有的。因此，本文以此为立足点对山区库岸路基横断面形式及改 建形式进行研究。 1 2 2 千枚岩路用性能研究的现状 千枚岩属于软岩，软岩种类繁多，如泥岩、页岩、凝灰岩等，在工程实践中 常遇到能否利用这些软岩的弃渣或开采这些软岩作为填料这一问题。泥、页岩在 公路、铁路工程建设中较为常见，而千枚岩较少见。千枚岩是一种岩质较软，强 度低，抗风化能力、抗水性、以及抗变形能力均较差，风化后强度急剧降低，路 用性能较差的材料。 根据过去在低等级公路施工中经常的软岩施工经验，大都不考虑其施工工艺 及强度，按一般歼山石料填筑处理。公路建成后，路基沉陷的情况经常发生。近 几年来，高等级公路建设突飞猛进，软岩在公路建设中如何使用就成为工程技术 人员普遍关注的问题。而对千枚岩的研究沿处于起步阶段，目前国内外公路工程 技术标准中沿未涉及。 关于采用干枚岩类填料修筑路基，鲜见相关文献报导，是一个全新的课题。 研究千枚岩路基修筑技术，首先必需研究干枚岩类填料的工程物理力学特性。对 千枚岩类填料物理力学特性的研究，国内外研究得较少，其研究成果甚少。 但对软岩类填料，国内外进行了一些研究，已经取得了许多工程应用成果。 冯宗禹( 1 9 9 5 年) d 3 1 对软岩作填料问题进行了研究，其研究内容涉及到软岩作为 填料标准以及软岩填料改良两方面。冯尔钢等( 1 9 9 6 ) u 钔对泥、页岩在高等级公 路填方路基中的应用进行了尝试，施工工艺、质量标准进行了一些有探讨。何晓 4 第一章绪论 民n 5 1 等对页岩风化料的工程特性进行了较全面的试验研究，认为页岩风化料的颗 粒组成具有宽级配、不连续的特征。经重型击实后，具有较高的干密度抗剪强度、 较低的压缩性和渗透性。 软岩类填料工程物理力学特性研究的目的，一方面了解和掌握其工程性质， 为工程设计计算和工程性状分析预测提供依据或参数，另一方面则为路用性能分 类提供依据。对其分类可根据其工程力学特性结合具体工程实际情况进行，如何 结合公路的基本特点，进行软岩填料的分类，过去没有引起足够的重视，这方面 的工作有待进行。 众所周知，路基工程的根本问题是路基的稳定与变形( 或沉降) 问题，故路 基的稳定与变形一直是路基工程研究的主题。由于路基的稳定与变形的重要性， 因此国内外对其研究特别重视，其研究文献n 蝴1 及研究成果也十分丰富。总结分析 有关研究文献及成果，可以发现目前的研究有着明显的特点，主要表现在：在路 基边坡稳定性和沉降实用分析方面，传统方法的改进和完善以及分析计算参数的 求取仍是研究的重点；在路基的稳定与变形联合分析及变形破坏机理研究中数值 模拟方法为主流，并辅以模型试验作为验证手段。值得注意的是这些研究大多针 对一般填土( 细粒土) 路基，少部分是针对填石，没有对软岩填料进行的。由于 软岩路基与一般路基具有很大的不同，因此其稳定与变形性状也必然存在着较大 的差异，如何根据软岩路基的特点建立其稳定与变形设计计算方法，是一个必需 解决的问题。 软岩路基与一般路基的最大不同就在于其填料的不均匀性与水稳定性，由于 其填料的不均匀、水稳定性差，导致其施工工艺和施工控制困难，特别是施工质 量的检测与评价方面，成为一个技术难题。 路基的质量检测与评价，是确保路基稳定与质量的关键，不少学者进行过研 究，并取得了一定的成果，给出了基于密度法检测评价压实质量的方法。近年来 一些研究者模式采用动力法和声波法检测评价其压实质量，但还没有取得明显进 展。 具体到千枚状软岩，相关文献极少，t r a m a m u r t h y 堙等对取自喜马拉亚地区 c h a m e r s 水电站的千枚岩进行了试验，重点介绍了千枚岩在力学上的各向异性。 熊跃华乜2 3 等对泥质千枚板岩进行重型击实试验，选取粗细颗粒含量和含水率 两个影响因素进行分析。通过j 下交试验的方法，拟合出了不同粗细颗粒的最大干 密度曲线，得出了粗细颗粒对最优含水率、最大干密度及孔隙率的影响，并确定 了指导工程施工时有关参数值。 杨文东1 等在分析云母类中高级变质岩风化料组成特性和级配的基础上，通 过试验得到了云母类中高级变质岩风化料的击实特性、水稳定性、强度特性和必 第一章绪论 s 须通过改性才能提高此类风化料承载力的结论。通过在风化料中掺入粘土的对比 试验，研究了风化料加入掺加剂后的水稳定性和强度增长机理，得出掺入粘土后 风化料最佳含水量、最大干密度、强度的变化趋势和程度。 综上所述，对于软岩作为路基填料的研究很少，对于干枚岩作为库岸路基填 料的研究更是没有。因此，本文将重点研究千枚岩的路用性能，并结合山区库岸 路基断面形式，探讨其作为库岸路基填料使用的特点，施工质量控制等问题。 1 3 论文研究的主要内容及目的 本文研究的主要目的在于，分析山区岸路基主要病害形成的原因，从防渗排 水、坡岸防护、综合治理的原则出发、探讨山区库岸新建路基和改造路 基的形式及构造，并结合对汶川地区千枚岩路用性能的研究，对汶马路改建 项目给予理论上的帮助。 本文研究的主要内容归结为以下几点： 1 ) 对于山区库区路基基本形式分类的研究： 2 ) 对山区库岸路基的病害类型研究及成因研究； 3 ) 对于山区库岸路基典型横断面结构形式的研究； 4 ) 对于千枚岩路用性能的探讨； 5 ) 对千枚岩用作库岸路基填料施工控制的研究。 本文研究的核心内容： 1 ) 根据山区库岸路基的分类，提出合理的库岸路基典型横断面形式； 2 ) 根据建成的山区库岸路基形式，提出其改造的横断面结构形式； 3 ) 对于千枚岩路用性能的研究。 1 4 实施方案 通过对山区库岸路基现场的详细调研，充分收集和分析前人的研究资料和 成果，按照山区库岸路基的特点，来完成对山区库岸路基基本类型的分类，以及 对其常见病害种类的研究。 通过对山区库岸路基常见病害成因的分析，从病害防治的角度，结合现有 对于库岸路基防护、排水方法的分析与总结，来完成对于山区库岸路基横断面形 式、防护结构及防排水设置的研究，最后提出适合山区库岸路基的典型横断面结 构形式。 通过对汶川地区的具体情况分析，结合前面对于山区库岸路基结构形式的 研究，实现对汶马路库岸路基断面结构形式的研究，并且进行关于汶马路库岸路 基的改造形式的探讨。 6 第一章绪论 通过对汶川地区填料千枚岩路用性能的研究，其中包括对于千枚岩物 理力学性能、压实性能的研究。千枚岩的物理力学性能，主要通过岩体单轴抗压 缩实验以及大型三轴实验，来确定其确定其弹性模量e 、泊松比、凝聚力c 和 内磨阻角矽：通过对于枚岩不同组细比填料的击实试验与c b r 试验，来完成对于千 枚压实性能的研究。 最后，结合工程实例，来验证山区库岸路基各种横断面形式在工程上的应 用，及千枚岩作为山区库岸路基填料带来的经济效益。 第二章m 医库岸路基的分樊及常月扁害 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 21 山区库岸路基的分类 通过现场调研发现山区环境特殊，即山高谷深，坡陡流急，地形复杂，而且 地质构造复杂多变。山区河流、水库沿途多为峡谷段和开阔段相间，平面形态随 地形而变，极为复杂；纵断面陡峻。急流、库岸上下游交错怛4 l 。山区公路受地形 控制，大部分循河岸、库岸延伸，一面傍山，一面临水不可避免地也将形成大量 的沿河路基、库岸路基。山区公路库岸路基具有多种类型。经过大量的现场调查 及资料查阅，山区库岸路基按地形结构可分为：缓坡地段库岸路基、陡坡地段库 岸路基、在不良地质体上修筑的库岸路基。按浸水方式又可分为：季节浸泡型库 岸路基、长年浸泡型库岸路基( 浸水路基) 。 2 ，11 缓坡地段库岸路基 缓坡式库岸路基是指填筑在库岸上，边坡为较缓坡岸的路基结构形式。由于 山区地形地质等条件限制，该类型库岸路基分布相对较少该型路基主要承受库 水的冲刷、浸泡作用，引起路基的沉陷、坍塌等多种病害。如图2 i 。 圈21 垃岸式库岸路基 f i g2 ir e s e r v o i r b a n ks u b g r a d c o f s l o p eb a n k t y p e 21 2 陡坡地段库岸路基 由于山区公路受地形控制，大都顺山沿水而行。在这种地形条件下，山体侧 多会形成半填半挖形式，而近水侧则往往修筑挡培结构，形成具有挡墙的库岸 路基。路基的挡墙结构不仅起到支护作用，还要对水流的冲刷、浸泡起到防护作 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 用。此类型是山区库岸路基中最为主要的形式，也是经常发生破坏的一种。因此， 此种类型作为后研究的重点。根据挡墙位置不同分为路肩墙路基、路堤墙路基： 根据所用挡墙形式的不同又有重力式挡墙、衡重式挡墙、石笼挡墙、伸斜式等路 基结构。见图2 2 、23 。 图22 泣马路仰斜式挡墙结构的库岸路基 f i g2 2 w e n m ar o a d r e s e r v o l r b a n ks u b g r a d e o f m e 6 0 n r yr e t a i n i n g w a l ls t r u c l u r e 囤23 汶马路重力式挡墙结构的库岸路基 f i g2 3 w e n m ar o a dr c s c r v o l r b a n ks u b g r a d e o f g r a v i t y r e t a i n i n g w a l ls t r u c l u r e 21 3 不良地质地段库岸路基 通常从理论上说，在不良地质体上是不允许修建公路，尤其是高速公路。但山 区地形复杂、地质构造发育且复杂多变，多发育滑坡、崩塌、泥石流等不赶地质 第二章山匡库序路基的分共及常见搞喜 体。不良地质体在地表水、地下水及降雨、地震等激发因囊下能轻易失稳，故位 于不良地质体上的库岸路基的稳定性及防护应特别重视。如图2 4 所示。 图24 修筑在不良地质上的库岸路基 f i 9 2 4r e s e r v o i rb a n ks u f 堆r a d e b u i l d i n g o nu n f a v o r a b l e g e o l o g y 2 14 季节浸泡型库岸路基 季节浸泡型库区路基，在山区非雨季，库( 河) 水位f 降、干涸，库岸路基 不受水的作用，与一般的路基相同，但雨季到来时，囡水位上升，水流湍急，该 种路基承受河水的冲届i 作用，水的冲刷作用是该种路基破坏的主要因素。如图2 5 。 固25 泣马路季节浸泡型库岸路基 f i g2 5 w e n m ar o a dr e s e r v o i rb a n ks u b g r 矗d e o f s e a s o n a l i m m e r s i o n - 廿p c 1 0 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 2 1 5 浸水路基 浸水路基是指长年受到库( 河) 水浸泡，该路基可能遇上一侧浸水或两侧浸 水的路堤。浸水路基除受荷载和气候因素影响外，还要受库水浸泡、冲刷的作用， 有时还会遇到软弱地基的问题。 上述五种库岸路基是相互联系和相互影响的，在空间上的分布也是如此。如 某些缓坡、陡坡式库岸路基同时也是浸水路基，因此对于库岸路基类型的不能独 立划分，应当综合考虑。 2 2 常见病害 山区库岸路基是指沿水库边岸修筑的路基，以及跨越水库支流修筑受库水浸 泡的路基。山区库岸路基与其它路基的显然不同点在于库水的存在，由于水库的 水源补给多为季节性河流，受山区地形、地貌、地质条件限制，具有水流情况复 杂、流速高、汛期冲刷强的特点，库岸公路由于受水特别是水位的动态变化影响 更大，病害发生更加频繁，常见的有路基沉陷、不均匀沉降、路基与支挡结构基 础冲刷、淘蚀，严重的可导致路堤变形、失稳、崩塌。 对于关于库岸路基的分类而言，路基的沉陷、不均匀沉降是几种库岸路基都 具有的病害，可以说是一种通病。对于陡坡地段库岸路基主要发生支挡结构的破 坏，冲蚀、崩塌多发生在缓坡地段库岸路基，不良地质体上修筑的库岸路基的病 害主要是由其地质构造条件所决定，对于各种病害方式下面对具体进行介绍。 2 2 1 路基沉陷、不均匀沉降 路基过大的沉降或不均匀沉降是库岸路基的常见病害。由于不均匀沉降的产 生，导致路面结构过早破坏，不仅会大幅度地增加公路养护和维修费用，而且影响 交通运输的正常运行，从而给国家经济建设造成巨大的损失，同时产生不良的社会 后剽2 5 1 1 2 6 | 。如图2 6 所示。 第= 章m 区库岸路基的丹粪强常见璃害 图26 路基沉陷 f i 9 2 6s 咖a e s e t t l e m e n t 影响库岸路基沉降的因素很多，如荷载大小、土层特性及其分靠、土的应力 或地下水的作用等。大量的调查研究表明，路基不均匀沉降是多方面因素综合作 用的结果。一般而言路基不均匀沉降可能有以下几个方面的主要原因： 路基填土压实不足 路基压实不足是由多种因素造成的。在施工时，局部路堤填料粉碎不足、暗 埋式构造物使路基边缘不能超宽碾压、超车道与行车道拼接段施工不同步、拼接 处理得不好、填方路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压实度不足， 这些情况都会导致路基发生不均匀沉降。由于压实度不足往往导致填方路基的 不均匀沉降变形，路基两删出现纵向裂缝。路基土体压实度不足，其先期固结压 力小于自重应力和附加应力之和，在自重作用下就会发生沉降变形。另外，在逗 营过程中，行车动载，降阿人渗导致土体含水量变化引起的交变力、负孔隙水压 力等也会加强土体沉降变形。 地基中存在软弱层 地基土体中存在饱和软土层时，由于渗透固结和次固结需要一段较长时问， 公路运营后的一段较长时问内，沉降会持续进行。地基由于处理不，当会导致不 均匀沉降，引起路基病害。 地下水对路基不均匀沉降的影响 地下水对路基不均匀沉降的影响是个复杂的过程，这里涉及到方面根多。对 于缓坡路段库岸路基来蜕，由于库水、洪水及大气降水对库岸路基的冲刷淘蚀作 用，路基水下部分的岩屑、碎石等细小颗粒物质被水流带走，造成路基边坡底部 被逐渐淘空，导致路基形成不均匀沉降、塌陷。 对于陡坡地段库岸路基，主要是挡墙背填土发生沉降。由于填料选择不当， 加之施工压实不足，在墙背排水不利情况下，地表径流汇集、两水下渗，在潜蚀 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 作用下引起沉陷变形。当墙体泄水孔畅通时，土颗粒将随下渗水流移动，被水流 带走，逐渐形成陷穴，使墙背脱空，影响行车舒适性和安全性；若泄水孔被堵塞， 则墙背将积水，填土含水量增大，强度大大减弱，土压力增大，极易使墙背填土 发生沉陷变形，甚至会使土体发生溜坍、滑坡，导致挡土墙失稳和破坏。 填筑物成份不均 在公路施工过程中，填方物质的成份、级配很难得到有效控制，填筑物常常 是开挖路堑、隧道产生的弃方。这些物质成份差异大，级配也相差很远。在施工 过程中，一方面，如果分层碾压厚度过大，小颗粒物质和软弱物质很难得到有效 压实，在荷载的长期作用下，回填物质会产生不协调沉降变形：柔性路面会产生局 部沉陷，刚性路面可能产生纹裂或局部沉陷。另一方面，由于回填物的性质不一 样，特别是有的回填物具有膨胀性，在路基排水系统局部失效后，水的渗人会使 路面产生胀起，影响行车舒适度，严重的会使路面破坏。值得注意的是，路基不 均匀沉降的发生并非上述某一方面原因，而可能是各种模式组合的结果。典型的 如边坡失稳造成的路基路面病害，就是多种原因共同作用的结果。 2 2 2 支挡结构破坏 库岸路基挡墙的类型众多，破坏方式各异。由于篇幅限制，不可能对所有的 破坏方式进行描述。本节以重力式挡墙为主，说明其用作库岸路基挡墙时，容易 出现的变形、破坏模式。 倾覆破坏【2 7 】 主要表现为挡土墙整体倾覆失稳，与相邻挡土墙产生位移，且位移成上大下 小的楔形，如图2 7 所示【2 刀。 图2 7 倾覆破坏 f i g2 7o v e r t u r n i n gd a m a g e 整体破坏 主要表现为在砌体产生较大的裂缝，整体倾斜或下沉，严重时砌体发生墙身 断裂或倒塌。如图2 8 所示i 。 第二em 匡库踏基的分类常见嘶害 圈28 整体断裂 f i 9 26o v e n l l3f r a c t u r e 基础冲刷淘空 基础冲刷淘空是公路水毁的一种主要形式，且危害较大。处于暴雨集中、雨 水冲刷严重或沿河、库岸地段的挡土墙，常因甫水急速局部冲刷基础，使底部材 料被形成的涡流冲蚀、卷起带走，随着冲刷深度和范围的增大，导致基础脱空， 如不及时处理则会进一步导致结构物失稳破坏。如图29 所示。 图29 基础被冲捌淘空 f i g2 9 b a s e du n d e r m i n e db y w s h o u t 滑动破坏 1 ) 沿基底的滑动破坏 沿基底滑动破坏是指沿基础底表面或沿紧临基底表面土层中剪切破坏而产生 滑动，当地基上层中抗剪强度均匀或抗剪强度随深度增加的情况f ，其滑动破坏 主要是受这种形式控制。如图21 0 所示】。 1 4 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 图2 1 0滑动破坏 f i 9 2 10s l i d i n gd a m a g e 2 ) 浅层剪切滑动破坏 当地基中某一曲面上剪应力过大时，可能在地基中产生浅层圆弧滑动。对于 一般高度的挡土墙，在地基与前种条件相同条件下，沿基底滑动破坏的安全系数 要比浅层剪切滑动破坏安全系数低，故浅层剪切滑动破坏在通常情况条件下不是 控制条件。 3 ) 深层剪切滑动破坏 深层剪切破坏也是由于地基中某一曲面上剪应力过大而产生的。这种情况多 发生在基底上部为坚硬土层，其下有一层抗剪强度较低的软弱土层，这时需考虑 深层剪切破坏问题。挡土墙的基底平均压力多在1 0 0 - , 1 2 0 k p a ，一般不会发生深层 滑动稳定问题。 4 ) 管涌破坏 主要表现在挡墙墙下渗流的水力梯度高，引起地基基土的管涌和地基材料的 流失，跟着发生承载力的破坏。如图2 1 l 所示2 7 1 。 第二章 山区库岸路基的分类及常见痫害 1 5 图2 11 管涌 f i 9 2 1 1p i p i n g 5 ) 泄水孔堵塞 主要表现在挡墙背后填土潮湿，含水量大，但泄水管却长期流不出水，形同 虚设；水从周围块石缝隙渗出，表面有明显渗水痕迹。 挡墙中设置合理的泄水孔，有利于排除墙背填土积水，降i 氐- t l 隙水压力，维 持其稳定性。但由于施工质量问题，如反滤层设置不合理，或泄水孔结构施工不 符合设计要求等。在使用过程中随水流的作用，可能使泄水孔的排水通道被细颗 粒材料堵塞，从而形成墙背填土积水，容易导致冻胀、湿陷、滑塌等严重病害的 产生。 6 ) 勾缝砂浆脱落 主要表现：砂浆勾缝在雨水表面径流作用下，砂浆被冲刷散失，水泥混凝土 预制块或片( 块) 石砌缝外露，勾缝砂浆出现裂缝，继后起壳成块状或条状脱落。 勾缝脱落是砌体挡土墙比较普遍的一种病害。 7 ) 沉降缝、伸缩缝破损变形 沉降缝、伸缩缝破损变形主要是指缝在施工中未按要求完全封闭、设计中设 置位置不合理或设置数量不足，从而在自然因素和人为因素作用下，导致缝被颗 粒材料填充、变形量不足而被挤裂或拉开。 成因机制 山区公路库岸路基支挡结构产生病害的主要原因有以下几个方面： 1 ) 基础承载力不足 挡墙的破坏主要表现为滑移、倾覆等，其中多是基础埋置过浅、地基承载力 不足或者偏心距过大等原因造成的。趾部下沉、冲刷和淘蚀易造成挡土墙过度倾 1 6 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 斜以致倾覆，基底抗滑和剪切强度不足易造成过度滑动。 2 ) 排水不畅 由于排水不良，使墙背填土和地基土的含水量增加，从而加大了土体的湿密 度，降低了抗剪强度和地基承载力，并产生附加的静水压力、土体的膨胀压力。 这些变化都加大了墙背所受的主动土压力，使墙身丧失稳定。 3 ) 地质情况勘察不清楚 滑坡地段或地形较陡时，在建公路拓宽时，对边坡下部作了一定开挖，增大 了临空面坡度，利于滑坡形成。虽在建公路具反压作用，但填筑较松散，临空面 仍具一定活动空间。有些支挡结构基础落在滑坡体或坡积体上，也容易引起支挡 结构的失稳。 4 ) 水的作用 河( 库) 水位的周期性变化都将引起地下水位的变化，改变支挡结构地基岩 土的性质，在建公路使雨期潜流水位上升，增大了受地下水位涨落影响的范围， 抗剪强度被降低的粘性土及受动水压力影响的范围随之增大，另外，潜流水的淘 蚀范围也有一定增加，潜流水是土滑坡被诱发的重要因素。 5 ) 设计、施工不完善 如断面过小，设计参数选择不当，砌石挤浆不够密实，墙体断面达不到设计 要求，回填土不符合要求，压实不足等，都会造成墙身剪切破坏、外凸变形、勾 缝脱落、石块松动等病害。 6 ) 养护不及时 当病害发生初期，若不认真检查，很难及时发现，也就不能及时进行养护、 修补；或者发现后，未能准确找出真正病害原因，而采用不j 下确的处治方法，贻 误时机，导致严重病害的产生，如勾缝脱落、表面破损等如能及时给予维修，将 会避免更严重的病害发生。 2 2 3 崩塌和坍塌 路基坍塌的成因 路基边坡岩土体受流水冲刷，使坡角水土流失，边坡上部土体失去支撑，易 发生崩塌。如图2 1 2 所示【2 8 。 第二章山区库岸路基的分类及常见病害1 7 图2 1 2 崩塌示意图 f i g2 11 s k e t c hm a po ff a l l - s l u m p s 对于大多数库岸路基路基外边坡实际上就是库岸，极易受到库水水流的冲刷， 当线路位于凹岸时尤为如此。随着河水水流的冲刷，路基内岩屑、细小颗粒及路 基防护结构底部的河床物质被水流淘空带走，造成路基变形或防护结构破坏后水 流直接冲刷未受保护的路基，进而引起路基坍塌破坏，如2 1 3 所示这在土质路基 中最常见船。 公路 河 塌陷 公路 图2 1 3 坍塌示意图 f i g 2 1 3 s k e t c hm a po f c o l l a p s e 随着河水周期性变化，河岸岩土体在水的浸泡和波浪的磨蚀作用下，岩土体 强度降低，软化、崩解等现象发生，路基河岸岩土体开始坍塌，因此发生河岸线 也跟着逐渐后移的现象，在对三峡库岸研究的众多文献资料中，称之为塌岸。对 库岸路基来讲，这种现象称之为为路基坍塌。由于塌岸而引起水库边线的后退， 这种岸线的后退，使得公路建设必然受到危险，而且水流夹杂着土粒流走，存在 着水土流失问题。因此对库岸坍塌进行研究，应当做好必要的防冲刷防护措施。 如图2 1 4 所示。 第二章山区库岸路基的分类及常见病害 图2 1 4 路基坍塌过程示意图 f i 醇1 4 s k e t c hm a po f p r o c e s so f r o a d b e dc o l l a p s e 路基坍塌的影响因素 水库路基的影响因素很多，总的来说可分为内因和外因两部分。库岸位置及 形态、地层岩性及地质构造等是促使塌岸的内因；风浪作用，库水的浸泡、冲刷、 冲击、涨落作用以及大气降雨，水库淤积、冻融、浮冰撞击，人类工程活动，地震 等因素则是影响塌岸的外因。 1 ) 影响路基崩塌的内因 a 库岸位置及形态 库岸形态。库岸高度、坡度及岸线的切割程度，都能直接影响塌岸的形成及 其最终宽度。坡度与库岸再造速率具有正相关性【2 9 i 。岸坡平缓，与天然冲刷稳定 坡坡度相近，一般不易塌岸，只受到不大的冲蚀和局部性的坍毁。水上岸坡高陡， 坍方量大，塌岸速度较慢，但最终塌岸宽度大，水上岸坡低缓时则反之。水下岸 形陡直、岸前水深的库岸，不易形成浅滩，会加速塌岸的过程，塌岸宽度大；水下 岸坡浅缓，岸前有阶地和漫滩，可减弱坍岸速度，易形成宽而缓的浅滩，塌岸宽 度小。 库岸位置。库岸的部位不同，塌岸的情况也不同。一般库首区和库腹区的水 位抬升幅度大、库面开阔风浪大，塌岸较为严重；库尾地段，往往因遭洪水的冲刷， 而加剧了塌岸的发展。水库区的塌岸监测显示，平均塌岸速率，中下游段普遍大 于上游及支流段；稳定时间历程，中下游段相对较短，而上游及支流段普遍偏长； 受季节性风浪影响较大的库岸，坍塌较严引3 伽。 b 地层岩性及构造 各种岩土岸坡具有不同的抗剪强度，抗冲刷能力和崩解性，它们对塌岸的范 围、速度和类型具有一定的控制作用【3 1 1 。颗粒细、结构