【正文】 (4)排水溝渠的出水口應(yīng)盡可能引接至天然河溝，以減少橋涵工程，不應(yīng)直接使水流入農(nóng)田，損害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。排水溝渠應(yīng)選擇在地形地質(zhì)較好的地區(qū)范圍內(nèi)通過，石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 29 以 節(jié)約加固工程量。一般情況下，不應(yīng)利用邊溝作農(nóng)業(yè)灌溉用，但不得已時(shí)，應(yīng)采取加固措施以防水流危害路墓。排水設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)與橋涵、隧道、車站等排水設(shè)備銜接配合，有足夠的過水能力，并且應(yīng)與水土保持和農(nóng)田水利的綜合利用相結(jié)合，同時(shí)應(yīng)遵循以下原則： (1)設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行充分的調(diào)查研究，使排水系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)做到正確合理。填料含水量過大，會(huì)引起強(qiáng)度降低，邊坡坍塌，路基下沉或滑動(dòng)，影響線路 的使用功能。坡面破壞的輕重程度，除與邊坡的巖土性質(zhì)有關(guān)，還與當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境以及地層、地質(zhì)構(gòu)造及邊坡所處的方位有關(guān)，必須綜合考慮這些因素，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的材料條件，選擇適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)類型。易于沖蝕的土質(zhì)邊坡和易于風(fēng)化的巖石路塹邊坡，在施工完成后，經(jīng)長(zhǎng)期的自然風(fēng)化和雨水沖刷的作用，可發(fā)生溜坍、掉 塊和沖溝等坡面變形和破壞；而在修建河灘上和水庫邊上的路堤，必然經(jīng)常地或者周期性的受到水流的沖刷作用，路基的邊坡和穩(wěn)定性必然受到很大的影響而遭到破壞。因此，必須建立良好、完善的排水系統(tǒng)，做好路基范圍內(nèi)的地面水和地下水的排除工作。 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 28 第 3 章 路基排水與防護(hù) 概況 水對(duì)土體的浸濕、飽和及沖刷作用，常常會(huì)造成土體的 強(qiáng)度降低，導(dǎo)致路基的各種病害，如基床產(chǎn)生翻漿冒泥、下沉和凍害，路基邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)和坍塌的，影響線路的正常運(yùn)營(yíng)。 (5)隔水法 根據(jù)膨脹土的特性，土體的含水率的變化是膨脹土產(chǎn)生危害的根本條件，采用綜合措施切斷基底下外界滲水條件，就可以保證地基的穩(wěn)定性。 (3)采用樁基 膨脹土層較厚時(shí)，應(yīng)采用樁基，樁尖支承在非膨脹土層上，或支承在大氣影響層以下的穩(wěn)定層上。 (2)改良土質(zhì) 在膨脹土中添加石灰、水泥等非膨脹材料或添加化學(xué)劑使膨脹土失去膨脹性的材料。平坦場(chǎng)地上 I、 II級(jí)膨脹土的地基處理，宜采用砂、碎石墊層，墊層厚度≥ 300 mm，墊層寬度應(yīng)大于基底寬度，兩側(cè)宜采用與墊層相同的材料回填，并做好防水處理。 膨脹土地基處理 膨脹土的這種遇水膨脹、失水收縮開裂且反復(fù)變形的特殊工程性質(zhì)，給工程帶了較大的危害，準(zhǔn)確地了解膨脹土的特性及變化的條件，就能夠知道地基將會(huì)產(chǎn)生怎樣的變形，從而采取相應(yīng)的地基處理措施。因此，地基土產(chǎn)生脹縮變形的程度各不相同。 (4)土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能承受膨脹或收縮變形，即結(jié)構(gòu)強(qiáng)度愈大的土，抵制脹縮變形的能力也愈大。 (3)土的密度 土的密度大，孔隙比就小，浸水膨脹強(qiáng)烈，而失水收縮??；相反，土的密度小，孔隙比就大，浸水膨脹小，失水收縮大。反之，比較潮濕的黏土，由于大部分膨脹已經(jīng)完成，進(jìn)一步膨脹將不會(huì)很大。 一般來講，很干的黏土表示有危險(xiǎn)。含水率的輕微變化，僅 1%～ 2% 的量值，就足以引起有害的膨脹。 (2)土的含水率 在工程施工中，建造在含水量保持不變的黏土上的構(gòu)造物不會(huì)遭受由膨脹而引起的破壞。黏土顆粒小，分散性大，比表面積大，則表面能大，故其遇水對(duì)水分子的吸附能力高。液限一般為 40%～ 68% ，塑性指數(shù)多在 20～ 35。 影響脹縮變形的主要因素 影響膨脹土脹縮變形的因素，可以歸納為內(nèi)部和外部?jī)煞N，其中，內(nèi)因是根據(jù)，外因是條件，外因通過內(nèi)因起作用。 (3)坍滑 路堤邊坡坍滑是膨脹土地段的路塹、路堤邊坡經(jīng)常發(fā)生的一種變形現(xiàn)石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 26 象。由于土體存在滑坡趨勢(shì)，當(dāng)失去前部支撐時(shí)，便產(chǎn)生滑動(dòng)。 (2)滑坡 和一般滑坡相同，斜坡土體沿土中軟弱面而滑動(dòng)。然而，由于土中蒙脫石礦物的親水性以及多裂隙結(jié)構(gòu)，隨著土受脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用的時(shí)間的增加，抗 剪強(qiáng)度將大幅衰減。 (5)強(qiáng)度衰減性 膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高、殘余強(qiáng)度極低的特性。 (4)超固結(jié)性 膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比較小，干密度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色黏土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強(qiáng)的親水性，具有軟化土體強(qiáng)度的顯著特征。 (3)多裂隙性 膨脹土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。 (2)崩解性 膨脹土浸水后體積膨脹，在無側(cè)限條件下則發(fā)生吸水濕化。土中有效蒙脫石含量越高，脹縮潛勢(shì)越大。失水體積收縮，造成土體開裂，并使建筑物下沉。為了保證道路在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達(dá)到安全、舒適行車的目的，必須處理好施工維護(hù)過程中的一些問題 。 膨脹土的工程特性 膨脹土粘粒 成份主要由強(qiáng)親水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。常使建筑物產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成群出現(xiàn)，尤以低層平房嚴(yán)重，危害性很大，裂縫特征有外墻垂直裂縫，端部斜向裂縫和窗臺(tái)下水平裂縫，內(nèi)、外山墻對(duì)稱或不對(duì)稱的倒八字形裂縫等；地坪則出現(xiàn)縱向長(zhǎng)條和網(wǎng)格狀的裂縫。特征是吸水膨脹、軟化、崩解、失 水急劇收縮開裂，并能產(chǎn)生往復(fù)變形。在填土過程中，軟土中滲出來的水就可以從砂墊層排出來，加速地基固結(jié)，提高軟土的強(qiáng)度，增強(qiáng)路堤的穩(wěn)定。復(fù)合結(jié)構(gòu)型是指由塑料芯板 (起豎向排水作用 )外套既透水又擋泥的濾膜組成，芯板用硬質(zhì)聚氯乙烯和聚丙烯制成，斷面成回字形或十字形等，使其能縱向排水，透水擋泥濾膜由透水性好的滌綸類或丙烯類合成纖維制成。 塑料板 的結(jié)構(gòu)形式可分為多孔制單一結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)型兩大類。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，袋裝砂井已經(jīng)被普遍采用，幾乎完全代替了普通砂井。 ③砂井直徑小，施工時(shí)對(duì)土層擾動(dòng)小。與普通砂井相 比的一些優(yōu)點(diǎn)： ①袋裝砂井直徑小，用砂量小，其費(fèi)用僅為普通砂井的 40%～ 50%，造價(jià)低廉。一般采用 7～ 12cm，我國(guó)采用較多的是 7cm 直徑。 (2)袋裝砂井 袋裝砂井是在合成材料編織袋內(nèi)充填中粗砂，裝入地基孔內(nèi)，以加速地基排水固結(jié)，其擊鼓原理、設(shè)計(jì)方法與砂井完全相同。墊層的厚度應(yīng)保證地基沉降后不至錯(cuò)斷和便于施工。當(dāng)軟土層較厚時(shí)，砂井不必貫穿軟土，其長(zhǎng)度通過穩(wěn)定分析而定。砂井深度即砂井長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)地基土層情況及路堤高度而定。井距的大小用固結(jié)理論計(jì)算而確定，一般為井徑的 8～ 10 倍，常用 2～ 4 米。說明砂井應(yīng)采取小而密的原則。采用小的井距，理論上是合理的。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，井徑采用 20～ 30cm 為宜，并視打樁機(jī)具的套筒尺寸而定。砂井直徑要能滿足地基排水固結(jié)的要求，在地基沉降過程中不至于被剪斷或被細(xì)土粒淤塞。砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的砂墊層以連通砂井，構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。砂井 (袋裝砂井、塑料排水板 )就是按照這個(gè)原理而設(shè)置的。土層越后，固結(jié)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。 (1)排水砂井 軟土地基在荷載作用下，孔隙水慢慢排出，孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，孔隙體積逐漸減小，地基發(fā)生固結(jié)沉降，地基強(qiáng)度相應(yīng)增大。 排水固結(jié) 排水固結(jié)是在軟土中設(shè)置垂直井，在地表鋪設(shè)砂墊層，以縮短孔隙水的流程，加速土體的固結(jié)的一類方法。它的強(qiáng)度大，水穩(wěn)性好，可提高軟土地基的承載力，減小沉降量。 (5)粉體噴射攪拌法 粉體噴射攪拌法是近年國(guó)內(nèi)外常用的一種深層軟基加固技術(shù)。在生石灰塊中摻入一定比倒的砂子，一方面是填充其中的孔隙，增大石灰砂拄的作用效果。 作用機(jī)理：使用生石灰砂樁加固地基的主要依倨是利用生石灰吸水膨脹的性質(zhì)。當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。 采用振動(dòng)加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。碎石樁和砂樁等在國(guó)外統(tǒng)稱為散體樁 或租顆粒土樁。砂樁頂面應(yīng)鋪以砂墊層以利排水。我國(guó)目前常用 30cm 的直徑，最大達(dá) 50～ 70cm，國(guó)外多用 60～ 80cm，最大可達(dá) 150～ 200cm。設(shè)計(jì)規(guī)則規(guī)定，灌砂要密實(shí)，灌砂率不應(yīng)小于 90%。同時(shí)，砂樁與砂井一樣，在土中形成排水通路，能加速地基固結(jié)沉降的速率，改善地基的整體穩(wěn)定性，提高地基承載力。在外荷載作用下，應(yīng)力向砂樁集中，使樁周圍土層承受的壓力減小，沉降也相應(yīng)減小。當(dāng)軟土埋藏較深，但厚度不大，換土施工困難或路堤較高、工期緊迫時(shí)，可利用爆破法排出淤泥以加速施工。當(dāng)軟土的液性指數(shù)較大，水不易抽干時(shí)，可采用拋石擠淤的方法強(qiáng)迫換土。 它適用于軟土層較薄、無硬土覆蓋的情況。 圖 29 反壓護(hù)道 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 19 石、碎石等滲水材料。 (1)換土 換土是以人工、機(jī)械、爆破的方法將軟土移除，換填強(qiáng)度較高的黏性土或砂、礫h 極限平衡區(qū) 路堤 反壓臺(tái) B L L180。 此外，還有在路基坡腳附近設(shè)置板樁、木排樁、鋼筋混凝土樁或片石齒墻等限制軟土地基側(cè)向位移的方法。土工合成材料的種類很多，可根據(jù)工程要求選用。 (2)鋪設(shè)土工材料 在路堤底部鋪設(shè)一層或多層土工合成材料，可以起到柔性柴排的作用。 為保證護(hù)道本身的穩(wěn)定，其高度不能超過臨界高度，多采用路堤高度的 1/3～1/2，因此反壓護(hù)道適用于路堤高度不大于臨界高度 2 倍的情況。加固技術(shù)大致可分三類：①改變路堤的結(jié)構(gòu)形式；②人工地基；③排水固結(jié)。 下面介紹天然強(qiáng)度 低、壓縮性高且透水性小的軟土路基問題。 習(xí)慣上常把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土總稱為軟土，而把有機(jī)質(zhì)含量很高的泥炭、泥炭質(zhì)土稱為泥沼。 軟土一般是指主要由細(xì)粒土組成的空隙比大 (e≥ )、天然含水率大于或等于液限、壓縮性高、強(qiáng)度低和具有靈敏結(jié)構(gòu)性的土層。 軟土的成因類型及工程特性 軟土在我國(guó)濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍及山澗谷底均有廣泛分布。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。 石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 17 軟土地區(qū)路基處 理技術(shù) 軟土的概念 軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱。 復(fù)合路基 單一工程措施在具體使用時(shí)， 大多數(shù)都有較強(qiáng)的時(shí)效性， 有些路基形式能在冬季能發(fā)揮積極作用，在夏季作用不大或起相反作用。 (2)熱棒路基的缺點(diǎn) 熱棒的使用效果受到眾多因素的影響，特別是凍結(jié)期長(zhǎng)短 問題，若凍結(jié)期短，融化期長(zhǎng)，凍結(jié)核尚未在下一個(gè)冬季來臨之前就全部融化，那么就失去了熱棒的應(yīng)用價(jià)值。熱棒會(huì)停止工作，因?yàn)闇嘏竟?jié)空氣溫度高于凍土溫度。 熱棒單向傳熱，反向不傳熱。蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下，沿?zé)峁芟蛏狭鲃?dòng)至熱管上部，遇到較冷的管壁冷凝成液體，冷凝液體在重力作用下，沿管壁流回蒸發(fā)段再蒸發(fā)，如此循環(huán)，把地基凍土中的熱量不斷地傳輸?shù)酱髿庵?。熱棒是在密閉真空腔體注入低沸點(diǎn)工質(zhì) (如氨、氟利昂、丙烷、 CO，等 )而構(gòu)成，管的上部 (散熱段 )裝有散熱片，管的下部 (蒸發(fā)段 )埋入多年凍土中，中間為絕熱段。通風(fēng)管在設(shè)置高度一般要高出地面一定距離，高度過低會(huì)使水流進(jìn)入通風(fēng)管，影響降溫性能，并導(dǎo)致一定的沉降變形。隨著氣溫不斷升高和瀝青路面吸熱作用，路基的坡腳處會(huì)出現(xiàn)融化核，影響路基的穩(wěn)定性。 (2)通風(fēng)管路基的缺點(diǎn) 夏季， 通風(fēng)管也成了熱空氣的流通通道，對(duì)保護(hù)凍土非常不利 。在路基中埋入通風(fēng)管，可有效阻止路基表面吸收的輻射熱量下傳，能夠有效降低了基底以下部位的地溫。在以后多年凍土新建公路中將是一種很有使用前途的路基型式。 通風(fēng)管路基 通風(fēng)管路基是一種積極保護(hù)凍土的工程措施，通風(fēng)管路基主要由路基土體和通風(fēng)管構(gòu)成。且在自然因素的作用下片石容易石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 15 風(fēng)化，影響路基 穩(wěn)定性。 (2)片石通風(fēng)路基的缺點(diǎn) 在車輛荷載作用下，土體凍融時(shí)水汽容易遷移，細(xì)顆粒土可能擠入片石層中，造成片石孔隙的部分堵塞，同時(shí)還會(huì)影響路基的穩(wěn)定性。片石通風(fēng)路基減緩了人為上限的不對(duì)稱性。 圖 26 片石 通風(fēng)路基 (1)片石通風(fēng)路基的優(yōu)點(diǎn) 片石通風(fēng)路基能夠起到降低基底溫度和增加地層冷儲(chǔ)量的作用。起到類似保溫材料的隔熱作用；寒季可以加快路基散熱，起到類似通風(fēng)管的儲(chǔ)冷作用，這是由片石路基特殊的熱傳輸特性決定的。片石通風(fēng)路基通過改變路基的表面形狀和熱傳輸機(jī)理來調(diào)整路基的溫度狀態(tài)，達(dá)到保護(hù)多年凍土的目的。遮陽板路基的效果將達(dá)到一個(gè)什么樣的程度，趨于怎樣一種平衡狀態(tài)，需要經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定等問題還需繼續(xù)觀測(cè)研究。 (2)遮陽板路基的缺點(diǎn) 遮陽板面板易變形、損壞，多年凍土地區(qū)溫差大，遮陽板材料熱脹冷縮量大，遮石家莊鐵道大 學(xué)畢業(yè)論文 14 陽板在使用中因內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、損壞，不利于工程措施持久使用。遮陽板路基可調(diào)控陰陽面吸熱不均，對(duì)融化盤偏移，不均勻沉陷，路基縱向裂縫等病害的防治效果顯著，既可用于新路，也可用于鐵路潛在病害路段的早期治理與防控。遮陽板能夠減少或阻 隔帶有融化潛熱的雨水下滲路基，切斷路基邊坡的雨水補(bǔ)給 還能保證蒸發(fā)散熱邊界條件有利于蒸發(fā)散熱，綜合作用使得遮陽板路基工程措施降溫趨勢(shì)更明顯。 圖 25 遮陽板 (1)遮陽板路基的優(yōu)點(diǎn) 遮陽板阻止了太陽對(duì)