斜坡填方路基优化设计探讨--李刚.ppt

公路与自然年会交流材料斜坡填方路基优化设计探讨,李刚高级工程师注册岩土工程师20091月,填方工程较之挖方工程具有更大的不确定性，有限的地质勘察很难将地基条件查清楚，填方工程特别是斜坡填方的病害时有发生，有的病害发生在施工过程当中，有的病害发生在运营期间，究其原因，多与勘察资料不齐全、设计对地质条件和极端天气等因素考虑不周、施工质量不满足要求等有关系。,一概述,结合作者多年从事勘察设计的体会及阿尔及利亚东西高速公路中填方工程的设计实践，从加强填方体与斜坡的衔接、完善排水、做好覆盖层（土体或风化岩体）的处理、降低填方高度、增强填方体自身稳定性等方面提出了一些斜坡填方路基设计的优化措施和建议，与各位领导和专家交流，恳请批评指正！,斜坡填方一般指地面自然横坡陡于1:5的填方，包含斜坡路堤、斜坡半填半挖两种情况。斜坡填方路基常见病害有纵向裂缝、错落(差异沉降)等，情况严重时会发生路基滑移，近而形成工程滑坡。,二斜坡填方路基的病害,二斜坡填方路基的病害,图2斜坡填方病害,引起斜坡路基发生开裂或滑移的主要原因有以下几个方面：(1)斜坡地基覆盖层土体与基岩面为透水软弱面，地下水活动引起斜坡路基下滑。(2)斜坡地基岩层软硬相间，其软弱面顺路基倾斜，由于风化强弱差异或地下水侵蚀，地基和路基顺软弱面滑移。(3)斜坡地基覆盖为松散岩土堆积物，含水量过大，未经处治，若在原斜坡面直接填筑路基，当地面横坡较陡，填方路基边坡高度较大，而边坡又未采用封闭措施时，暴雨时路基边坡地表水渗透，引起路基滑移。,二斜坡填方路基的病害,(4)斜坡路段路线布线穿过岩层软硬不均的构造交界处，多为地下水活动区。路基填筑后在丰水季节产生不均匀压缩变形成，沉降差异产生裂缝后，未及时封水致使路基饱水而滑移。(5)斜坡路基处于半填半挖地段，差异沉降造成路面裂缝或变形。(6)斜坡路基上缘坡面汇水面积较大，虽作截水和路基排水沟防护，而地表水渗透路基或地基覆盖土层内，形成地基连同路基整体变形或滑移。,二斜坡填方路基的病害,(7)斜坡后缘不合理加载，破坏了原有斜坡自然平衡状态，导致斜坡出现变形破坏，或形成滑坡。(8)斜坡路基填料选择不当和路基边缘压实度不够，边坡对季节性较为敏感。当坡面未封闭处理，雨季边坡水渗透，常在距路基边缘12.5m范围内的填方边坡上发生纵向裂缝。,二斜坡填方路基的病害,针对斜坡填方路基病害发生的机理，斜坡填方优化设计应从加强填方体与斜坡的衔接、完善排水、做好覆盖层（土体或风化岩体）的处理、降低填方高度、增强填方体自身稳定性等方面入手。结合作者多年高速公路设计经验及阿尔及利亚东西高速公路斜坡填方设计实践，本文提出如下斜坡填方优化设计措施，分别为：自然地面挖台阶、地基表层换填、铺设土工格栅、设置地下排水盲沟、坡脚设置铲子、加筋路堤、土工布预制块挡土墙及填料选择等。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,3.1挖台阶填方原地面清表后，进行挖台阶，台阶宽度一般不应小于2m，台阶向内倾斜4%，以加强填方体与自然原地面之间的结合，增强基底抗滑能力。设计中应计入挖台阶土方数量以及台阶宽度范围填前基底压实的工程数量，便于施工单位施工和计量。,3.2换填斜坡填方基底自然地面表层往往有一定厚度的覆盖层（土体或风化岩体），这些表层土在雨水下渗或浸泡后很容易软化，强度急剧降低，很容易导致边坡失稳，而填方设计中往往忽略覆盖层的影响，因此当表层土体厚度小于2m时，对于斜坡高填方应尽可能将表层土挖除后进行换填。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,图3挖台阶和换填,3.3铺设土工格栅为增强填方沿填挖交界处或沿自然原地面滑动的稳定性，并减少填方的不均匀沉降，在填方台阶上宜铺设土工格栅，长度一般应为6-10m，并且在路床的底面和顶面各加铺一层。土工格栅宜采用双向土工格栅，抗拉强度不宜小于40kN/m，延伸率不大于10%。此外，土工格栅应采用“U”型钢钉锚固于台阶上，以增强格栅的稳定性。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,图4横向和纵向土工格栅加强图,3.4坡脚铲子在法国，斜坡填方特别是斜坡高填方中坡脚往往设置一个梯形的铲子（bche），以增强边坡的稳定性。铲子一般为梯形、底宽4-8m，深度不小于2m，使用天然碎砾石（粒径0-500毫米）材料。一般填方边坡的圆弧滑动面多从坡脚通过，有限元分析方法（FEM）也证实了这一点，在坡脚设置抗剪强度较高的碎砾石，将使坡脚应力扩散，同时，设置了铲子后，圆弧滑动面将向上（填方体）或向地基深层移动。,三斜坡填方路基设计优化,向上移动时，由于填方材料本身的抗剪强度参数一般大于地基，所以，稳定系数必然较高；向下移动时，由于滑动圆弧面变深，半径变小，则边坡下部抗滑力的将增强，而下滑力将减小，从而增大了稳定系数；此外，也有少数情况，滑动圆弧面从铲子的位置通过，则由于铲子的高抗剪强度，替换了原来的土，也使稳定系数得到提高。由于铲子使用了透水性天然碎砾石材料，除起到坡脚置换作用外，还起到排水的作用，以保证填方坡脚的强度不因地下水的作用而下降。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,图5填方坡脚铲子大样图,图6高填方挖台阶、换填并设置了铲子断面图,三斜坡填方路基设计优化,图7高填方坡脚设置铲子后滑动面上移,3.5地下排水盲沟为排出因降雨下渗到填方内部的水，在填方的基底应每隔3050米设置一道排水盲沟，以避免地下水在原地面的聚集，盲沟设置可采用矩形，采用透水性材料填筑，外裹土工布。排水盲沟与铲子相连，通过铲子将地下水排出。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,地下盲沟,铲子,图8地下排水盲沟平面图,三斜坡填方路基设计优化,图9地下排水盲沟设计图,3.6加筋路堤当自然地面横坡较陡，采用普通填方时，坡脚伸出很远，填方高度很高，而且边坡稳定性不足时，可设置加筋路堤，填方每隔0.4-0.8m设置一层土工布，填方的坡度取为1：1，既可减少了填方的占地，降低了边坡的高度，也减少了土方数量，而且会增强斜坡上填方的稳定性。（在填方占地范围内对表层土进行排水和换填）。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,图10加筋路堤设计和计算断面图,3.7预制块挡土墙当自然地面横坡陡，采用加筋路堤仍然不能很好地解决问题的时候，阿尔及利亚东西高速公路设计了预制块挡土墙，值得国内斜坡填方设计中借鉴采用。预制块挡土墙路基表面采用了一种有专利的空心混凝土预制块，然后填方每隔一定距离加铺一层土工布，预制块面部的坡度可以是5085，预制块内填土并可以进行绿化。此方案具有加筋路堤的优点，并可以更加有效地减少占地，降低边坡高度，且造价较挡土墙路基低、对地基承载力要求低，从而可省去地基处理的费用。,三斜坡填方路基设计优化,三斜坡填方路基设计优化,图11预制块挡土墙,做好斜坡填方路基设计，除采取上述措施外，还应做好路基填料的综合设计，对斜坡半填半挖路基，当挖方区为土质时，应优先采用渗水性好的材料填筑；当挖方区为坚硬岩石时，宜采用填石路基。此外，对于膨胀土填料，掺灰改性处理时，应加强拌合，确保掺灰均匀，并且做好填料、地基的防水设计；对湿陷性黄土填料，应重视路肩等部分的压实度，并做好路床等部分的防水设计。,三斜坡填方