第二章路基排水及防护加固

第二章路基排水及防护加固第一节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：地面水在路基面上滞流会导致翻浆冒泥;在路基面边坡上流动会造成冲刷;在寒冷的地区,土质路基被水浸湿,冬天会成为冻害,路基面隆起,到春融又造成路基翻浆冒泥。地面水渗入地下,补充地下水的水源,并会对某些含易溶盐的土溶蚀而产生陷穴。地下水的危害：地下水浸入路基部分土体,使其强度降低,在列车动载及其它外力的作用下,使路基发生变形。地下水浸泡路基基床,也能引起翻浆冒泥、冻胀等不良后果。路基边坡在地下水浸蚀下,能引起地表上的滑动,溜坍等边坡变形。黑龙江鹤岗铁路路基被冲垮致货车脱轨山洪冲毁的南昆铁路路基哈萨克斯坦铁路路基被洪水冲毁陇海铁路路基被掏空阿里山铁路路基滑落铁轨悬空为了保证路基经常处于干燥,坚固和稳定的状态,路基必须具有良好的排水系统,能迅速排泄最大降雨量时的地面水,并能排除影响路基稳定的地下水,或截流降低地下水位。一、排除地面水的设备排除地面水的设备有:排水沟、侧沟、天沟、吊沟、跌水等。无论采用何种方法,均需将路基范围内所有地面水,尽可能循最短的通路顺畅地排至路基范围以外,防止其漫流或停积。排水沟、侧沟、天沟已在路基构造中讲过。(一)跌水为了避免土壤受冲刷,一般土质水沟的纵坡都不陡于8‰。如因地形关系,无法使水沟的平均纵坡不超过8‰时,则将水沟分段修筑成跌水或吊沟。跌水是阶梯形的排水设备(如图2—1),它有单级和多级两种,视水头差而定。每级高度不小于0.2m,不大于2.0m,水流以瀑布的形式通过,利用台阶跌水消能。一般应用铺砌防护。图2—1跌水示意图跌水跌水瀑布(二)急流槽(吊沟)急流槽是具有很陡纵坡的水槽(如图2—2、图2—3),修筑在路堑边坡上的叫吊沟,急流槽的沟底坡度可达1∶2。用片石、混凝土建造,其作用与跌水相同。其特点是水流不离槽底。图2—2路堑吊沟图2—3连接路堑侧沟的吊沟急流槽二、排除地下水的设备地下水的排除应根据地下水的类型、含水层埋藏深度、地层的渗透性等条件,选用适当的排水设备。一般来说,当地下水埋藏浅或无固定含水层时,可采用明沟、排水槽、渗水暗沟等;当地下水埋藏较深或为固定含水层时,可采用渗水隧洞、渗井、渗管等。(一)明沟与排水槽明沟一般用浆砌片石砌筑成梯形断面,沟深通常在1～2m内,底宽0.4～1.0m,沟底埋入不透水层。每隔10～15m设宽2cm的伸缩(沉降)缝,缝内填塞沥青麻筋。明沟适用于地下水埋藏很浅或水沟通过稳定地层进行较深的明挖地方。图2—4浆砌片石明沟排水槽是一种宽度为0.5～1m,深为0.5～2m的矩形断面的水沟。常用浆砌片石砌筑,也有用混凝土或钢筋混凝土等材料构筑直墙式及斜墙式两种型式。排水槽的深度大于1m时,宜采用斜墙式。图2—5浆砌片石砌筑槽断面明沟与排水槽壁均设泄水孔以排除地下水。为了不使排水时,由于地下水的流动,使含水地层的土流失,造成泄水孔的淤塞,以及沟壁被冲空而引起的沉陷,在壁后应设反滤层。当前采用的反滤层材料有两种,一种是用粗砂、砾石或小卵石。按设计的规定的标准,将不同粒径的砂、石分成2～3层,每层厚度不小于10～15cm,组成反滤层。另一种是用无砂混凝土预制板作为反滤层。(二)边坡渗沟边坡渗沟适用于坡度不陡于1∶1潮湿易坍塌的边坡,用以引排边坡上的上层滞水或出露的泉水,使边坡稳定。渗沟一般成直条形、树枝(岔)形或拱形布置;如图2—6。以适应排水范围的大小,渗沟通常采用矩形断面,宽不小于1.3～1.6m,深度根据边坡潮湿带的厚度而定,渗沟底应埋入稳定的土层。图2—6边坡渗沟(三)渗水暗沟当线路附近有破坏路基稳定的地下水时,可修筑渗水暗沟来截排地下水,降低地下水位及疏干附近土体。渗水暗沟从构造上可分为有管渗水暗沟和无管渗水暗沟两种。常用的为有管渗水暗沟。图2—7用渗沟拦截路堑边坡流向路堑中心的地下水图2—8用作降低地下水位的渗水暗沟无管渗水暗沟是用粗砂、卵石、碎石或炉渣等渗水材料充填而成。一般多设在流量不大,渗沟不长,无需检查井处。其纵向坡度通常不小于10‰,一般为50‰,如图2—9。图2—9无管渗水暗沟有管渗水暗沟有石砌排水孔(图2—10)和陶土管、混凝土管和石棉水泥管等数种(图2—11及图2—12)。适用于流量较大,流程较远的地段。图2—10石砌排水孔渗水暗沟图2—12渗水暗沟的作用是截水和排水,截水部分的水管上应有眼孔,排水部分的水管上没有眼孔,暗沟的纵坡应大于5‰,使管内流速不致太低,以免淤塞。为了检查渗沟的情况,并便于定期清理,每隔30m或在渗水暗沟方向的转折点及纵断面变坡处修筑检查井。检查井为方形或圆形,其最小净空为1m,检查井底应比水管底低0.3～0.4m,检查井内应设检查梯以便检查及清理,井口应设井盖。图2—11有管渗水暗沟(四)渗水隧洞渗水隧洞用来截排或引排深层地下水,隧洞的施工方法,大致与正式隧道相似,隧洞应埋入稳定地层,顶部设在滑动面下,拱顶与边墙设渗水孔(图2—13),为便于检查维修,每隔120m左右或平面转折处及纵坡变换处也需设置检查井。图2—13隧洞衬砌断面(五)渗井与渗管渗井(图2—14)与渗管(图2—15)都是立式排水设备,半上层渗水层的水通过渗井或渗管泄入到下层透水层或隧洞中去,渗井断面可用1m×1.5m矩形或直径为1～1.5m圆形;渗管的直径一般不小于0.25m,在中间设置的为不小于0.25m,在中间设置的为不小于5cm的圆形滤管。它们的缺点是产生沉淀物后,会逐渐失去渗水能力。图2—14渗井图2—15渗管第二节路基防护工程一、路基防护的目的及其形式修筑路基时,有填有挖甚至高填深挖,天然地形被改变,原有的重力平衡被破坏,加上路基是由土、石填筑的,在各种自然因素(如水流、冰冻、曝晒、风力、温度变化等)的侵袭下和长年累月的列车冲击、震动影响下,会不断发生变化,出现各种变形。有时甚至在不很长时间内,完全改变其完好的状态。为了减轻自然因素对铁路路基的影响,应及时作好路基的防护,防止路基产生变形。路基的防护方法有坡面防护和冲刷防护两大类。二、路基边坡面防护路基边坡坡面变形轻重程度,与当地气候环境、边坡土壤的性质、地质构造等均有影响。凡容易风化的,或易受雨水冲刷的岩石及土质边坡坡面,均应及时的加以防护。常用的防护类型有:(一)种草；(二)铺草皮；(三)植树；(四)勾缝与灌浆；(五)抹面与捶面；(六)喷浆及喷射混凝土；(七)护墙；(八)锚杆钢筋网喷浆及锚杆钢筋网喷射混凝土。(一)种草种草是防护路基边坡最简单而经济的方法。所选种籽必须适合边坡的土质及当地的气候,并须能生长成茂密的草皮。种草的方法适用于较缓而不高的边坡,以免草籽易被雨水冲去。种草籽护坡边坡护坡绿化工程用草种草籽(二)铺草皮铺草皮可以在边坡较高和较陡的地点应用。选取草皮的地点,应注意其土壤条件尽可能接近需要防护工点的土质情况。块状草皮其边缘切成斜形,便于互相间结合密贴,并用小木桩钉在边坡上。它分为平铺草皮、铺方格草皮和叠砌草皮三种。(1)平铺草皮:如图2—16把整个坡面都用草皮铺盖起来,铺时应从坡脚起,按边坡的全长逐排平行铺钉草皮边缘应略为切成斜面,以便互相迭压,竖向的缝要错开,每块草皮钉小桩四个,平铺草皮的边坡不宜陡于1∶1.25图2—16小方格草皮护坡铺草皮平铺草皮(2)铺方格草皮:如图2—17用条状草皮铺成1～1.5m的方格,中间填土或种草籽,方格的边线应与路基边缘成45°角。图2—17大方格草皮护坡(3)叠切草皮：如图2-18比平铺草皮更坚固,边坡可陡于1∶1。草皮砖有草的一面向下或向上,各层一律,但最上面的一层应有草的一面向上。图2—18叠砌式草皮护坡(三)植树土质路堤坡面和严重风化的岩石边坡及裂隙黏土边坡,其坡度不陡于1∶1时,可采用植树防护用来加固边坡。在有水流冲刷的河岸或边坡,如水流速每秒在3m以内,也可用植树来保护。植树以灌木为宜,并应选用根系发达,枝叶茂密和能迅速生长的树种,如紫穗槐、夹竹桃等。其布置的形式有梅花形、斜线形及方格形等(如图2—19)。图2—19植树防护的形式(四)勾缝与灌浆(1)勾缝:适用于较坚硬不易风化的节理、裂缝多而细的岩石路堑边坡,以防止雨水沿裂缝侵入岩层,造成危害。勾缝可用1∶2或1∶3的水泥砂浆,也可用1∶0.5∶3或1∶2∶9的水泥石灰砂浆(以上均为体积比)。(2)灌浆:适用于坚硬的裂缝较大、较深的岩石路堑边坡,它借助于灰浆的粘结力把裂开的岩石粘结为一整体,以免岩石坠落或坍塌,同时也防止雨水及有害杂质侵入岩层裂缝,以致影响边坡的稳定。灌浆所用的材料,一般采用1∶4或1∶5的水泥砂浆。如裂缝较大时,也可用混凝土灌注。(五)抹面与捶面抹面与捶面主要是防止路堑边坡表面的风化剥落。(1)抹面:适用于各种易风化而尚未经严重风化的软岩层(如页岩、泥岩、千枚岩、泥质板岩等)的边坡。抹面常用的圬工为1∶2∶9的水泥石灰沙浆或石灰炉碴浆(主要材料为石灰、炉碴、纸筋、食盐、卤水或青矾等)。抹面厚度:水泥石灰砂浆为3～5cm,石灰炉碴浆,底层厚1.5～2.5cm,面层厚为1.5～2.0cm。一般使用期可达6～8年。抹面工程应经常检查维修,发现裂纹或脱落,应及时的进行灌浆修补。(2)捶面:适用于易受冲刷的土质边坡或易受风化剥落的岩石边坡;且当地石料缺乏,而炉碴来源较多的情况下。方法是:将捶面的材料夯拍在边坡表面,作为坡面防护。捶面的厚度为10～15cm。捶面所用的材料有下列几种:①水泥、石灰、砂、炉碴四合土,比例为1∶3∶6∶9(重量比)。②石灰、粘土、砂、炉碴四合土,比例为1∶2∶5∶99(重量比)。③水泥、砂、炉碴三合土,比例为1∶3∶7(重量比)。④石灰、粘土、炉碴三合土,比例为1∶1∶4(体积比)。养护时,如发现捶面出现开裂、脱落应及时修补,一般可使用10～15年(六)喷浆及喷射混凝土主要适用于坚硬易风化,但还未遭受严重风化的岩石边坡。尤其是上部的岩层破碎而下部岩层完整的边坡,并需要大面积防护而较集中的边坡。喷浆一般采用为1∶4的水泥砂浆或1∶1∶6的水泥石灰沙浆。喷射的厚度为2cm以上。喷射混凝土一般采用1∶2∶2～1∶2∶3配合比的混凝土(重量比),喷射混凝土的厚度以3～5cm为宜。喷浆护坡喷浆护坡喷浆施工喷混凝土施工(七)护墙对于边坡较陡(通常为1∶0.5～1∶1),石质较破碎易风化的岩石路堑,可用护墙作整体的坡面防护,或依软弱的岩层分布情况,作局部镶砌。护墙在一般情况下,不承受边坡的侧压力,故作防护的岩层边坡,应合乎稳定的要求。为了施工方便起见,护墙的垂直高度,一般不宜超过12m,采用单级护墙(图2—20)。图2—20单层式护墙护墙如超过此高度时,可用双级或多级护墙(图2—21),在分级的中间应留适当宽度的平台。护墙的基础应置于较好的岩层上,护墙每隔10～20m,应设置伸缩缝;每隔2～3m设置泄水孔。护墙的高度超过8m时,一般在墙后设置耳墙,以增加其稳定性。图2—21双级或多级护墙平台护墙(八)锚杆钢筋网喷浆及锚杆钢筋网喷射混凝土适用于坡面已严重风化,岩体切割破碎时,采用喷浆或喷混凝土的边坡。锚杆采用直径19～22mm的钢筋,嵌固在稳定的岩层中20～30cm。锚杆间距应根据岩层破碎的情况而定,一般为1.2～1.5m,并与钢筋网焊接。喷射砂浆的厚度一般不小于3cm,喷射混凝土的厚度不小于5cm。图2—22锚杆铁丝网喷混凝土钢筋网铺设锚杆钢筋网喷射混凝土护坡三、路基冲刷防护当铁路线路沿河而行,路基临河的一侧坡脚和边坡,常会遭到水流的冲刷,而影响路基的稳定,为了防护水流对路基的冲刷和淘刷。常用的防护类型有:(一)铺石防护(二)抛填片石(三)石笼(一)铺石防护它适用于路基坡脚浸入水中,而水流方向较平顺,无严重局部冲刷,它也常用于较缓的(1∶2)的岩石边坡和土边坡,以防止坡面的风化、剥落和流失。铺砌所用的石料,应是坚硬、耐冻、未被风化的石块。铺砌时,应先将坡面整平,自上而下的按边坡全长逐行水平铺砌。并要求石块的大面朝下,相互嵌紧,避免通缝。为了防止水流将铺砌下面