1、第七章第七章 特殊路基设计特殊路基设计一、浸水条件下的路基二、滑坡地段的路基三、崩塌地段的路基四、风沙地区的路基特殊条件下的路基特殊土地区的路基一、软土和泥沼地区二、膨胀土地区三、黄土地区四、多年冻土地区五、盐渍土地区1 软土地区路基软土地区路基一、软土的成因类型与工程特性一、软土的成因类型与工程特性1 1、软土的定义、软土的定义 滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土 。特征指标名称特征指标名称天然含水量天然含水量(%)(%)天然孔隙比天然孔隙比不排水抗剪强度不排水抗剪强
2、度(kPa)(kPa)指标值指标值3535与液限与液限1.01.03030固结有效应力法固结有效应力法1 软土地区路基软土地区路基固结有效应力法固结有效应力法二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计（一）路基稳定性验算（一）路基稳定性验算 路基沉降计算路基沉降计算 二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计 路堤超过临界高度时，为确保路堤在施工和运营期的安全使用，路堤超过临界高度时，为确保路堤在施工和运营期的安全使用，必须进行必须进行软土地基处理软土地基处理。排水固结改变路堤结构形式地基处理反压护道铺设土工合成材料挤密砂桩碎石桩人工地基换土生石灰桩粉体喷射搅拌桩排水砂井袋装砂井塑料排水板排水砂垫
3、层1 1）改变路堤的结构型式）改变路堤的结构型式 反压护道 它是通过在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道起反压作用，防止地基破坏，保证路堤稳定的一种有效工程措施。它用于非耕作区和土源丰富的地区较为合适，在耕作区则不宜采用。铺设土工合成材料 它是在路堤底部铺设一层或多层土工合成材料，起柔性柴排的作用。土工合成材料铺设于路堤底层后，由于其具有较高的强度和韧性，能紧贴于地表，使上部填土荷载较均衡地分布到地层中，并能抵抗土坡滑动，阻止冲切破坏面的产生，提高地基承载力，增强路堤稳定性。限制软土地基侧向位移的方法 在路堤坡脚附近设置板桩、木排桩、钢在路堤坡脚附近设置板桩、木排桩、钢筋混凝土桩或片石齿墙等限制
4、软土地基侧向筋混凝土桩或片石齿墙等限制软土地基侧向位移的方法。位移的方法。2 2）人工地基）人工地基 人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成复合地基，或将地基土换成性能良好的土料，以保证路堤稳复合地基，或将地基土换成性能良好的土料，以保证路堤稳定的一类方法。定的一类方法。换土换土 它是以人工、机械或爆破方法将软土挖除，换填强度较它是以人工、机械或爆破方法将软土挖除，换填强度较高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料。它适用于软土层高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料。它适用于软土层较薄、无硬土覆盖的情况。较薄、无硬土覆盖的情况。挤密砂桩挤密砂桩
5、 其方法是将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤其方法是将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。特点是适用于对沉降要求较严的工程。减小。特点是适用于对沉降要求较严的工程。碎石桩碎石桩 碎石桩的桩身由碎石充填。其加固机理与砂桩不碎石桩的桩身由碎石充填。其加固机理与砂桩不同的是它不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地同的是它不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎
6、石桩基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力比值一般为承担，桩土应力比值一般为3 35 5。生石灰桩生石灰桩 它是用它是用2 25cm5cm的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰桩地基。桩地基。其加固软土机理：其加固软土机理：生石灰遇水反应成熟石灰，吸收占其重量生石灰遇水反应成熟石灰，吸收占其重量3232的水，体的水，体积膨胀积膨胀1 1倍，同时放出大量的热，使桩周土体含水量降低，土倍，同时放出大量的热，使桩周土体含水量降低，土体压密；石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和体压密；石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和结构得以
7、改善，从而提高土的强度。结构得以改善，从而提高土的强度。生石灰桩的作用主要是土的挤密而不是桩的承载作用。生石灰桩的作用主要是土的挤密而不是桩的承载作用。粉体喷射搅拌法粉体喷射搅拌法 它以生石灰粉或水泥等粉体材料作为加固料，通过特制它以生石灰粉或水泥等粉体材料作为加固料，通过特制的施工机械，用压缩空气将粉体呈雾状喷人土中，使粉体与的施工机械，用压缩空气将粉体呈雾状喷人土中，使粉体与原软土搅拌形成石灰原软土搅拌形成石灰(或水泥或水泥)粘土混合的柱体。粘土混合的柱体。粉体喷射搅拌法是近年国内外常用的一种深层软基加固粉体喷射搅拌法是近年国内外常用的一种深层软基加固技术。它的强度大，水稳性好，可提高软土
8、地基的承载力，技术。它的强度大，水稳性好，可提高软土地基的承载力，减小沉降量和增加路堤稳定。加固深度一般在减小沉降量和增加路堤稳定。加固深度一般在101015m15m。旋喷桩法旋喷桩法 深层搅拌桩深层搅拌桩 3 3）排水固结）排水固结 排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺设砂垫层，以排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺设砂垫层，以缩短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方法。缩短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方法。排水砂井排水砂井 a a 作用原理作用原理 软土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙水软土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙水压力逐渐消散，有效应力渐渐提高，孔隙体积渐渐
9、减小，地压力逐渐消散，有效应力渐渐提高，孔隙体积渐渐减小，地基发生固结沉降，地基强度相应增大。根据固结理论，粘性基发生固结沉降，地基强度相应增大。根据固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。土层越厚，固土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。土层越厚，固结所需的时间越长。为了加速土层固结，最有效的方法是增结所需的时间越长。为了加速土层固结，最有效的方法是增加土层的排水通道，缩短排水距离。砂井加土层的排水通道，缩短排水距离。砂井(袋装砂井、塑料排袋装砂井、塑料排水板水板)就是按照这个原理而设置的。就是按照这个原理而设置的。b b 设置方法设置方法 砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压
10、射水、爆破等方法砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中形成按一定规律排列的孔眼在地基中形成按一定规律排列的孔眼(这些孔眼具有一定深度这些孔眼具有一定深度和直径和直径)，在其中灌以中粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的，在其中灌以中粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。c c 效果效果 软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，在附加荷载作软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，在附加荷载作用下，排水固结过程大大加快，地基强度迅速提高，因而也增大了用下，排水固结过程大大加快，地基强度迅速提高，因而也增
11、大了地基承载力与路堤的稳定性。地基承载力与路堤的稳定性。袋装砂井袋装砂井 它是在合成材料编织袋内充填中粗砂构成的砂它是在合成材料编织袋内充填中粗砂构成的砂袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内的砂不易漏失，袋子的材料应有足够的强度，有一的砂不易漏失，袋子的材料应有足够的强度，有一定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能。定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能。塑料排水板塑料排水板 它是将预制它是将预制的带状塑料排水的带状塑料排水板用插板机将其板用插板机将其竖直插入土中，竖直插入土中，形成类似砂井
12、的形成类似砂井的排水通道，使孔排水通道，使孔隙水沿塑料板的隙水沿塑料板的通道逸出，从而通道逸出，从而加固地基土的方加固地基土的方法。法。排水砂垫层排水砂垫层 它是在路堤底部的地面上铺设一层砂垫层，其作用它是在路堤底部的地面上铺设一层砂垫层，其作用是在软土层顶面增加一个排水面。在填土过程中，软土是在软土层顶面增加一个排水面。在填土过程中，软土中渗出的水就可从砂垫层中排出，加速地基固结，提高中渗出的水就可从砂垫层中排出，加速地基固结，提高软土的强度，增强路堤稳定。软土的强度，增强路堤稳定。（三）软土地区路基施工观测与控制（三）软土地区路基施工观测与控制 二、软土地区路基设计二、软土地区路基设计2
13、膨胀土地区路基膨胀土地区路基 膨胀土是一种以蒙脱石和伊利石为主的亲水粘土矿物组成膨胀土是一种以蒙脱石和伊利石为主的亲水粘土矿物组成的，具有明显的高塑性粘性土。对工程建筑物、尤其是轻型建的，具有明显的高塑性粘性土。对工程建筑物、尤其是轻型建筑物的危害很大筑物的危害很大,且不易修复且不易修复,常被称为工程建设的常被称为工程建设的“癌症癌症”。2 膨胀土地区路基膨胀土地区路基 一、膨胀土（岩）的工程特性一、膨胀土（岩）的工程特性1 1、胀缩性、胀缩性2 2、崩解性、崩解性3 3、多裂隙性、多裂隙性4 4、超固结性、超固结性5 5、强度衰减性、强度衰减性2 膨胀土地区路基膨胀土地区路基 二、膨胀土（岩
14、）的路基病害二、膨胀土（岩）的路基病害 溜坍溜坍 路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以及土的胀缩作用，强度降低而溜坍。及土的胀缩作用，强度降低而溜坍。滑坡滑坡 斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动面土斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动面土体含水量较大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。体含水量较大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。坍滑坍滑 路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生的一种变形现象。的一种变形现象。路堤和基底的不均匀沉降及变形路堤和基底的不
15、均匀沉降及变形 i)i)它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形，它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形，故施工中难以破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的故施工中难以破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的重要原因；重要原因；ii)ii)它作为地基，本身承载力就较低，在受到外界干它作为地基，本身承载力就较低，在受到外界干扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底变形、路扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底变形、路堤破坏的又一重要因素。正是以上原因，后期的维修养护堤破坏的又一重要因素。正是以上原因，后期的维修养护也难以妥善解决运营中可能出现的危害。也难以妥善解决运营中可能出现的危害。二、
16、膨胀土（岩）的路基病害二、膨胀土（岩）的路基病害三、膨胀土（岩）的路基设计三、膨胀土（岩）的路基设计（一）路堑（一）路堑（二）路堤（二）路堤（三）基床（三）基床（四）边坡防护加固（四）边坡防护加固3 黄土地区路基黄土地区路基 黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，称湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为非自重湿陷性显著附加下沉，称湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土。黄土和自重湿陷性黄土。作为湿陷性土的典型代表作为湿陷性土的典型代表黄土，在全世界的分布比较黄土，在全世界的分布比较广泛的，据某些学者估计，黄
17、土的覆盖面积在整个欧洲约占广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占1010，亚洲约占亚洲约占3030；我国黄土分布面积达；我国黄土分布面积达6060万平方公里，其中有湿陷万平方公里，其中有湿陷性的约为性的约为4343万平方公里。主要分布在河南、甘肃、陕西、山西、万平方公里。主要分布在河南、甘肃、陕西、山西、宁夏、青海等省区。宁夏、青海等省区。黄土高原风貌 3 黄土地区路基黄土地区路基一、黄土的工程特性一、黄土的工程特性1 1、黄土的水理特性、黄土的水理特性（1 1）渗水性）渗水性（2 2）收缩和膨胀）收缩和膨胀（3 3）崩解性）崩解性2 2、黄土的力学特性、黄土的力学特性（1 1）
18、黄土的抗剪强度）黄土的抗剪强度（2 2）黄土的湿陷性）黄土的湿陷性黄土地貌 二、黄土路基设计二、黄土路基设计（一）路堑（一）路堑（二）路堤（二）路堤二、黄土路基设计二、黄土路基设计（三）基床（三）基床（四）边坡防护与加固（四）边坡防护与加固（五）路基排水（五）路基排水4 冻土地区路基冻土地区路基 凡是土温等于或低于零摄氏度、且含有冰的土凡是土温等于或低于零摄氏度、且含有冰的土(石石),称为冻称为冻土。这种状态保持三年或三年以上者，称为多年冻土。土。这种状态保持三年或三年以上者，称为多年冻土。一、冻土地区的不良工程地质现象一、冻土地区的不良工程地质现象1、融沉、融沉2、冻胀、冻胀3、冰锥、冰丘、
19、冰锥、冰丘4、热融坍滑、热融坍滑5、热融沉陷与热融湖、热融沉陷与热融湖6、冻土沼泽、冻土沼泽正常的涵洞冻融后的涵洞二、冻土地区路基的一般设计原则二、冻土地区路基的一般设计原则1、多年冻土路基、多年冻土路基二、冻土地区路基的一般设计原则二、冻土地区路基的一般设计原则2、季节性冻土路基、季节性冻土路基一、滑坡的含义及类型一、滑坡的含义及类型6 滑坡地段路基滑坡地段路基 山坡地区，在一定的地形、地质条件下，由于地下水活动，河流山坡地区，在一定的地形、地质条件下，由于地下水活动，河流冲刷、人工切坡、地震活动等影响，部分岩体或土体失去稳定，在重力冲刷、人工切坡、地震活动等影响，部分岩体或土体失去稳定，在
20、重力作用下，沿着一定的软弱面（带）、缓慢的、间歇性地滑动的变形现象作用下，沿着一定的软弱面（带）、缓慢的、间歇性地滑动的变形现象称为滑坡。称为滑坡。二、滑坡地段路基设计的一般原则二、滑坡地段路基设计的一般原则6 滑坡地段路基滑坡地段路基滑坡地段路基的设计原则是：滑坡地段路基的设计原则是：能绕则绕、能绕则绕、不绕则治、治则彻底、综合治理。不绕则治、治则彻底、综合治理。三、滑坡的稳定性分析三、滑坡的稳定性分析滑坡阻断铁路滑坡阻断铁路 青藏公路某段大面积山体滑坡青藏公路某段大面积山体滑坡 三、滑坡的稳定性分析三、滑坡的稳定性分析安全系数的确定安全系数的确定铁路特殊路基设计规范铁路特殊路基设计规范四、
21、滑坡的防治措施四、滑坡的防治措施滑坡整治应遵循滑坡整治应遵循“及早治理、一次根治、不留后患及早治理、一次根治、不留后患”原则。原则。滑坡的防治措施主要有滑坡的防治措施主要有:(1)(1)消除水的有害作用；消除水的有害作用；(2)(2)改变滑体重心位置，增强稳定因素；改变滑体重心位置，增强稳定因素；(3)(3)修建支挡建筑物，防止滑动；修建支挡建筑物，防止滑动；(4)(4)改善滑带土的性质，提高力学强度。改善滑带土的性质，提高力学强度。在进行滑坡整治设计时在进行滑坡整治设计时,可针对不同的具体情况可针对不同的具体情况选择使用或采用综合治理的措施。选择使用或采用综合治理的措施。地面排水 它为整治滑
22、坡须采用的辅助措施。其目的是阻止滑体外的地面水流入滑体内，同时将滑体内的地面水，以最短的途径迅速排出滑体外。1 1 排水排水四、滑坡的防治措施四、滑坡的防治措施滑坡整治应遵循滑坡整治应遵循“及早治理、一次根治、不留后患及早治理、一次根治、不留后患”原则。原则。地下排水 在滑坡上排除地下水的措施有：截水渗沟，引水渗沟、支撑渗沟等，深度较大时采用隧洞、集水渗井和渗管、平行排水钻孔等。引水渗沟2 2 支撑支撑支撑通常用的有抗滑挡土墙和抗滑桩。支撑通常用的有抗滑挡土墙和抗滑桩。抗滑挡土墙 应设于滑坡的前沿，或路基的上侧。应做好渗沟或设置较多的泄水孔。抗滑挡土墙 抗滑桩 为矩形(或圆形)截面的钢筋混凝土
23、挖孔桩，可布置成一排或多排。它可设在滑坡前缘作成悬臂式的，也可设在滑坡中部滑体厚度较薄处作成全埋式的。锚索工程 把锚杆(索)加在抗滑桩上可改善杭滑桩的受力状态，减少桩身内力和变位。从而减小桩的断面与埋深，并增大桩的抗滑能力。由钻孔桩、预应力锚索和锚具组成的联合抗滑结构叫做预应力锚索抗滑桩，如图所示。有些滑坡的滑面，具有上陡下缓的形状，滑坡前缘有一较长地段为可靠的抗滑部分，后缘两侧有稳定岩(土)体。这样，便可在滑坡上部减重，减少滑体下滑力，或在下部抗滑段加载增加阻止滑体的重力。3 3 减重与加载（改变滑体重心）减重与加载（改变滑体重心）减重与加载 灌浆法灌浆法 它是在滑带加压灌入浆液，如石灰，水
24、泥、粘土浆液，堵塞裂缝，提高滑带土强度，起稳定滑坡作用。4 4 改变滑带土性质改变滑带土性质 孔底爆破灌注混凝土法孔底爆破灌注混凝土法 它是用钻孔穿过滑带，在钻孔中爆破，使滑床岩层增多裂缝，便于滑带水渗入下部地层排走，同时在爆破后的钻孔中灌注混凝土，以增大抗滑能力。滑坡前沿受河水冲刷时，应采取冲刷防护措施。滑坡前沿受河水冲刷时，应采取冲刷防护措施。8 浸水路堤浸水路堤一一 浸水路堤与特性浸水路堤与特性（一）（一）一般性原则一般性原则二二 浸水路堤设计浸水路堤设计（二）浸水路堤常用断面形式（二）浸水路堤常用断面形式单一填料断面形式单一填料断面形式不同填料断面形式不同填料断面形式包填断面形式包填断面形式（三）浸水部分的边坡坡率（三）浸水部分的边坡坡率 路堤浸水部分的边坡坡度应视浸水深度和填料性质而定，一般可按不浸水条件下的稳定坡度放缓一级。（四）护道（四）护道 当浸水较深、流速较大或浸水时间较长，为了加强路基的稳定性及抗冲刷能力，或因养护要求,可在一侧或两侧设置护道。护道宽度根据稳定检算确定,一般采用12m(包括护坡宽度)。在险工地段为了防洪抢险需要，护道宽度应视具体情况适当加宽。似不宜小于2m。护道顶面，当为细粒土时，可做成24的向外排水坡，当为粗粒土时，可做成平坡。护道顶面外缘在平纵剖面上应尽量顺直，避免凹凸不平，出现阻水现象。
