路基冲刷防护.docx
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路基冲刷防护
路基冲刷防护
第一节概述
一.冲刷感化的形成前提
沿河及水库地区铁路因为地形地质前提及工程设置请求的限制,大多依山傍水顺着河谷或水库岸边行进.此时滨河路基.河滩路基及水库地区路基往往因为侵犯河床.紧缩过水面积或阻拦水流,转变水流偏向和速度,从而形成水流对河床.岸坡或建筑物基本的经常或周期性冲刷感化,影响路基的稳定与安然.
二.冲刷防护道理
本章所述的冲刷防护,专指河道.水库水流的冲刷防护,不包含雨水等漫流表水对坡面的冲刷防护,此部分内容列入第六章“路基坡面防护”中.
冲刷防护的道理就是依据水流的动水压力.波浪和壅水高及冲刷感化等水流特征,联合线路地位及地形地质身分,设置合理.合适及足够稳定的冲刷防护工程,使其知足适应水流性质和抵抗水流的破坏感化的请求,防止岸坡及基本因冲刷感化而掉稳,从而确保线路路基的稳定和运营安然.
第二节设计原则
一.冲刷防护工程类型的选择原则
路基冲刷防护工程,一般分为直接防护.间接防护和改移河道三种类型.设计时应依据下列原则选用恰当的类型.
（一）直接防护
在宽敞的河滩.凸岸.台地边沿及流速不大,流向与河岸接近平行等水流冲刷感化较弱的地段或山区河谷狭小,以下蚀为主的V形河谷地段,应优先斟酌设置直接防护.防护工点的规模应依据最晦气水位时水流的趋向来决议,要包含所有可能受水流冲刷的地段.工点两头均应有足够的长度嵌入稳定的河岸或路基边坡内,并与河道高低游建筑物平顺连接,防止恶化水流前提.
路堤边坡与河岸岸坡的冲刷防护工程类型及其实用前提,依据表7—1采取.
冲刷防护工程经常运用类型及实用前提表7—1
防护类型
构造情势
实用前提
留意事项
许可流速（m/s）
水流偏向,河道地貌等
植物防护
铺草皮
水流偏向与线路近乎平行;不受各类洪水主流冲刷的浅滩地段路堤边坡防护
—
栽种防水林,挂柳
有浅滩地段的河岸冲刷防护
干砌片石护坡
2～3
水流偏向较平顺的河岸滩地边沿;不受主流冲刷的路堤边坡;无沉没物和滚石的河段
应设置垫层
浆砌片石护坡
4～8
主流冲刷及波浪感化强烈处的路堤边坡
有冻胀变形的边坡上应设置垫层.有流木.流冰.滚石时,应恰当加厚
混凝土护坡
抛石
3
水流偏向较平顺,无轻微局部冲刷的河段;已浸水的路堤边坡与河岸
抛石厚度不该小于石块尺寸之两倍
石笼
镀锌铁丝制成箱形或圆形,笼内装石块
4～5
受洪水冲刷但无滚石河段和大石料缺乏地区
—
大型砌块
2m×2m×2m
3m×3m×2m
5～8
受主流冲刷轻微的河段
常与脚墙合营运用
浸水挡土墙
—
5～8
峡谷激流和水流冲刷轻微的河段
—
土工合成材料防护
土工织物沉枕
4～5
受洪水冲刷深水激流和浪大处的护坡护底工程
—
土工格栅和土工网石笼
土工膜袋
≤
不受主流冲刷的路堤边坡,边坡不陡于1：
1
（二）间接防护
在河床宽敞,冲刷和淤积大致均衡,水流偏向易于转变并且有设置导流建筑地位的河段,可采取间接防护.设计时应依据河道的地形地质前提和演化纪律,计划好导治线,要防止对高低游和对岸的建筑物和农田的冲刷加剧.
（三）改河工程
为了将直冲路基的水流引开以防止水流对路基的伤害,或为了防止铁路路基过多占用河道加剧水流冲刷,除作好冲刷防护外,须要时可斟酌改移河道.改移河道应依据水流特征及河道演化纪律,适应河势,郑重看待.
当防护地段很长,河道水流性质变更较大的地段,可采取不合的防护类型,合理安插进行设计,但应留意连接平顺.在可能产生风波的宽深河道上,还须对波浪的冲击破坏感化进行校核.
二.冲刷防护设计的有关请求
（一）水文及地质材料
冲刷防护设计应在充分收集工点规模内的低水位.中水位和设计洪水位及在这些不合水位时的流向.流速.流量等水文材料和河滩.岸坡的地形地貌.地层岩性.稳定状况及河道的冲刷.淤积情形的基本长进行.
（二）防护高度
直接防护工程顶面和间接防护的高水位坝坝顶高程,应为设计水位加波浪侵袭高加壅水高加0.5m;桥头的河滩路堤,当水流纵坡较大.河滩较宽时,尚应计及桥前水面横坡所形成的附加高度.
间接防护的漫水式中水位坝及低水位坝,其坝顶高程一般应凌驾响应的设计中水位及低水位高程.
当河道比较狭小且风速不大时,一般可不盘算波浪侵袭高.
（三）基本处理
冲刷防护工程应增强基本处理.基底埋深应在冲刷深度以下不小于1.0m或嵌入基岩内.当冲刷深度较深,水下施工艰苦时,可采取桩基.沉井基本或恰当抛石.石床.潜坝.混凝土块板和石笼等平面防护建筑.
第三节经常运用直接防护类型及其设计
直接防护是对河岸或路基边坡的直接加固,用以抵抗水流的冲刷和淘刷感化.其特色是对原水流的干扰很小,但因防护工程直接收水流冲刷,是以必须具有足够的稳定性和稳定性,经受住最晦气情形的考验.
直接防护建筑物种类许多,主如果依据防护工程地点地位的流速.河床地质情形.建筑材料起源,以及所防护工程的重要性而定.直接防护的设计,宜尽量不紧缩或少紧缩水流断面,以削减一般冲刷.在水流顶冲或斜冲地段,防护建筑物的迎水面边坡有前提时应恰当放缓,以减轻局部冲刷.
一.植物防护
（一）草皮护坡
草皮是土的坚实表层,个中草根千头万绪,是自然的防护材料.实用于水流速
1.8m/s地段的河岸防护.
草皮护坡一般采取叠砌办法,可用台阶式的叠砌（见图7—4a）或竖立式的叠砌（见图7—4b）.草皮尺寸为25×40cm,厚为10～15cm,叠砌前先平整坡面,将草皮砖紧贴坡面,并用柳枝尖桩或竹.木尖桩将草皮砖钉住,桩长为0.3～0.5m.在坡脚部分,一般铺草皮砖2～3层,伸出坡脚外的宽度可视具体情形决议,但不小于1.0m,铺砌层的概况应与地面齐平.
（二）植树防护
在河岸或路基外侧栽种防水林是一种有用而又很便宜的冲刷防护措施,实用于水流速1.2～1.8m/s地段的河岸防护.
用于防水林最合适的树种是杨柳类的乔木和灌木.其特色是发展快,根系蓬勃,枝梢稀疏,能长期经受水淹而成活.林中的树木宜成行栽植,当水流流速在1.0m/s以内时,可用单棵插枝法;当流速在1.0m/s以上时,宜用成束插枝法（每束5～6棵）.插枝应插在预先挖好的小圆穴内并留意培土.防水林的行距可用0.8～1.5m,棵距可用0.4～0.8m.
沿河岸或路基坡脚,宜采取灌木与乔木间植,并每隔10～20m的相等间距设置编笆一道以促使泥沙淤积,防止坡脚被冲刷.
在河岸上植树,应在离岸边有恰当距离而不轻易被水流淘刷到的地方.
二.干砌片石护坡
用于河漫滩或阶地边沿,受季候性浸水的路基边坡防护.实用于水流较平顺,不受主流冲刷且流速为2～3m/s的地段.护坡的厚度按水流速度或波浪大小的盘算决议.其构造情势为单层厚0.25～0.35m,双层厚：
上层0.25～0.35m,基层0.25m.
为了防止护坡下的边坡细粒土被水流淘刷和增长护坡的弹性,以抵抗外力的冲击感化,应在护坡面层与边坡土之间设置1～2层的砂.砾石垫层,垫层厚0.1～0.15m.
干砌片石护坡应在边坡填土沉降根本完成落后行,护坡砌筑前应将边坡夯实平整,砌筑时石块要互相嵌紧.护坡基本应按可能的最大冲刷妥当处理,当冲刷深度在1.0m以内时,可用墁石基本.当冲刷深度大于1.0m时,宜采取浆砌片石脚墙基本,并请求将基本埋置在冲刷线以下.如图7－5.
干砌片石垛一般与干砌片石护坡合营运用.用于水流偏向较平顺的河岸滩地边沿或不受主流冲刷且水流流速为1.8～3m/s的路堤边坡防护,实用于枯水期施工.干砌片石护坡的防护高程为设计水位+波浪侵袭高+壅水高+0.5m,干砌片石垛高度一般掌握在3.0m以内,顶宽不小于1.0m,可经由过程稳定剖析盘算肯定.其外侧坡率1∶1.5,内侧坡率1∶0.75,片石之间应嵌紧增长其稳定性.片石垛与填土接触面部分,应设卵砾石垫层与砂砾石垫层,各厚0.15m.如图7—6.
三.浆砌片石护坡
用于经常浸水且受主流冲刷及波浪感化强烈的路基边坡和河道或水库岸坡的防护.其许可流速为4～8m/s.
护坡应选用较坚硬.耐冻.未风化,其饱和抗压强度不小于30MPa,尺寸不小于0.15m的石料,采取M7.5水泥砂浆砌筑.请求铺设在有足够密实度而不轻易产生不平均沉陷的边坡上.为了使边坡平均受力并增长护坡的弹性,在护坡下设置厚0.1～0.15m的卵砾石垫层.
浆砌片石厚度依据流速或波浪在边坡上所产生的上举力肯定,可按下式盘算：
（7—13）
式中d——护坡厚度（m）;
——片石砌体的重度（kN/m3）;
——水的重度（kN/m3）;
——感化于护坡上的上举力（kPa）;
——护面斜坡的坡度角.
此种护坡应设置伸缩缝,以清除或减小个中的温度应力.一般每隔10～15m设置一道,缝宽2～3cm,用沥青麻筋或沥青木板填塞.为了减小护面面前的渗入渗出压力及渗出护坡面前的积水,在护坡上设置交织分列直径为φ10cm的泄水孔.
浆砌片石护坡基本宜采取脚墙基本,须要时辅以恰当的平面防淘措施.
四.混凝土板护坡
功用大致与浆砌片石雷同,并能抵抗更大一些的波浪感化和冰压力,其许可流速4～8m/s,波浪高2m以上.构造情势如图7—8.
混凝土板护坡平日由预制成恰当大小的方块并设置装备摆设必定的构造钢筋拼铺而成.每块尺寸按所经受的荷载盘算肯定,其最小厚度不宜小于6cm.为了抵抗较强烈的水流或波浪或流冰的感化,如V
6m/s,则板块宜设计成2×1m或2×2m,厚0.2m～0.3m的大型块状.如许相邻板块间可不必联络,只要靠紧铺设,砌缝宽1～2cm,用沥青麻筋或沥青木板填塞.如无吊装机具,也可当场分块立模灌注.
为了减小水流和波浪的上举力,可在预制块板上留出泄水孔眼,孔眼大小应不大于块板垫层颗粒的粒径.
因为混凝土板块对于其下卧土层的不平均沉降特殊迟钝,故必须在夯实平整的边坡上铺设,按反滤层请求设计的垫层,其厚度一般采取：
对于湿润的边坡为10～15cm,对于较湿的边坡为20～30cm.
板块材料,在非酷暑地区用C15混凝土,酷暑地区用C20混凝土.
其它有关基本处理,护坡厚度的盘算,可参照浆砌片石护坡进行.
五.抛石防护
用于经常浸水且水深较大地段的路基边坡防护,防洪抢险时更为经常运用.在缺乏石料的地区,也可用预制混凝土块作为抛投材料.
石料应选用质地坚硬,耐冻且不轻易风化的石块.为了使抛石堆有必定的密实度,宜采取不小于盘算尺寸且大小不合的石块掺杂抛投.
为了增长抛石防护的稳定性,抛石堆的水下边坡不宜陡于1∶1.5,当水深和流速较大时,可放缓至1∶2～1∶3.抛石堆的顶面宽度不该小于最小石块尺寸的两倍.
铁路上经常运用的抛石防护情势如图7—9及7—10.当路基填料为土质时,应在抛石与路基填土之间加设卵砾石反滤层,厚0.5～0.8m.如路基坡脚浸水较深,反滤层分层设置有艰苦时,可将卵石与砾石土混杂为一层,顺边坡倾填作为反滤层.
六.石笼防护
石笼防护为半永远性建筑物,用以防护河岸或路基边坡的冲刷,可用于较陡的边坡,许可流速为4～5m/s,许可波浪高1.5～1.8m.实用于受洪水冲刷但无滚石河段和大石料缺乏地区.也宜用于防洪抢险.
石笼防护的长处是具有较好的强度和柔性,但不需用较大的石料.当水流中含有大量泥砂时,石笼中的孔隙将很快被淤满而形成稳定的整体护层.其缺陷是铁蒺藜会被锈蚀,乃至石笼解体,是以其运用刻日约为8～12年（镀锌铁蒺藜）或3～5年（通俗铁蒺藜）.
用于防护岸坡时,一般采取垒砌情势,只有当边坡等于或缓于1∶2时才可用平铺情势.用于防护基本淘刷时,一般采取在河床上平铺并与坡脚线垂直的情势,其铺设长度宜不小于河床冲刷深度的1.5～2倍.
用于垒砌的石笼宜用长方体,用于平铺的石笼宜用扁长方体,用于防洪抢险的石笼一般采取有骨架的圆柱体或无骨架的网袋.如图7—13～7—16.
单个石笼的重量以不被水流或波浪冲移为原则.为了平安稳定,施工时应将所有单个石笼用铁丝捆扎,使之成为一个整体.
石笼网可用镀锌铁丝或通俗铁丝编织,有规矩外形的石笼一般用直径为6~8mm的钢筋构成框架,然后编织网格.网格外形以六角形为好,其尺寸经常运用8×10cm或10×12cm,铁丝直径可选用φ=3～4mm.编织网格时宜用双结,以防网孔变形.
石笼的断面尺寸,长方体一般采取宽b=1～3m,高h=1.0m,长L=2～3m.圆柱体一般采取直径d=1.0m,长L=3.0m.底层扁长方体石笼的一端的高低纵向主骨架筋可做成挂环为锚定石笼用.骨架筋的连接宜采取围绕其自身紧缠三圈的扭结,以防石笼受力下垂时被拉散.笼盖和笼体的连接以及相邻石笼之间的贯穿连接,沿连接线每隔0.2m用铁丝半数成双绕两圈,并将铁丝扭三个花,以包管其连接稳定.
有底无盖或有盖无底的石笼,可用于多层石笼的中央部位.铺设石笼的地基应先平整,夯实,须要时应以卵.砾石或碎石整平,其厚度可用0.2～0.4m.石笼内填充石料应选用坚硬不崩解,未风化的卵石.块石.块径应大于网孔尺寸,装笼必须全体码砌.塞严,两层石笼接触面应平整,谨防片石棱角砸断铁丝而使全部石笼破坏.切近网孔外层运用较大尺寸的石块细心码砌并使石块的挂角凸起网孔以外,如许可以起到呵护铁蒺藜的感化.
为了施工便利,一般宜于枯水季候施工.
七.浸水挡土墙防护
在山区狭谷地段,当水流对路基的冲刷特殊轻微而因为地形限制又不宜设置其它类型的防护时,可采取挡土墙进行防护.其许可流速V=5～8m/s,并能抵抗较强烈的波浪和流冰的冲击.
挡土墙设计时,应依据墙背填料性质,浸水前提,以及所采取的墙型,按浸水挡土墙设计.墙身材料一般采取M10水泥砂浆砌片石或C15混凝土.如设计洪水位高于墙顶,应在墙顶以上加设护坡.
防护用的挡土墙断面如图7—17所示.
八.基本防冲防淘建筑物
直接防护工程中,防护建筑物基本往往受到轻微淘刷.一般请求把建筑物基本埋置在冲刷线以下的稳定地层内.当冲刷线较深,施工有艰苦时,则采取在建筑物基本前缘设置平面防护措施,以呵护其稳定安然.
经常运用的基本防护措施有下述几种.
（一）石笼
采取石笼来防护基本的淘刷,实用于流速V=4～5m/s的河岸.
用于河岸坡脚的防护如图（7—23）所示,是在河岸坡脚采取长方体石笼砌筑成岸坡护脚予以防护.对路堤坡脚的防护,则一般是在防护坡脚处设置一小型浆砌片石脚墙,墙高1～2m,再在脚墙外将石笼平铺于河床概况,并采取木桩或旧钢轨将石笼固定.其铺设长度不小于冲刷深度的两倍.
（二）四面体
作为基本防淘措施,混凝土四面体多与防护脚墙合营运用,实用于流速
的河岸防护.四面体平面大样图和防护断面如图（7—24）和7—25）所示.
四面体的铺设宽度及高度应依据防护基本前的最大冲刷深度盘算,以知足四面体沉入冲刷坑后,能笼罩全体坑壁为原则.设计时依据基坑可否抽干积水和有无吊装装备而采取当场灌注和预制办法施工.
四面体的尺寸依据流速大小,按表7—9采取.
许可流速与四面体尺寸及工程数目表表7—9
许可流速
（m/s）
a
（m）
b
（m）
c
（m）
d
（m）
C20片石混凝土
（m3）
圆钢筋
重量
（kg）
长度
（m）
（三）大型砌块
大型砌块一般采取C15混凝土当场灌注,实用于流速V=5～8m/s时的防护.为了节俭,可在混凝土中掺入15～20%的片石.
砌块的尺寸可按表7—10选用.
水流速与响应的砌块尺寸表表7—10
流速V（m/s）
砌块所需的最小重量Q（t）
砌块尺寸：
宽×长×高（m）
1×1×1
1×2×1
2×3×1
2×3×2
注：
依据流速及地形前提,砌块尺寸也可用2×2×2m或3×3×2m
砌块的铺设宽度和高度,应依据防护基本前的最大冲刷深度盘算,以能知足砌块沉入冲刷坑后,能笼罩全体坑壁为原则.
砌块的安插情势有错缝平叠式.对缝平叠式和漏斗式.阶梯式,拜见图7—26.
错缝平叠式构造整体性较强,抗冲刷才能比对缝平叠式大,但施工立模又较后者庞杂.漏斗式多用于地层较坚实处.阶梯式用于脚墙前地面竖直地段.
（五）脚墙基本
浆砌片石护坡基本宜采取脚墙基本;干砌片石护坡基本当冲刷深度大于1.0m时,采取浆砌片石脚墙基本;另水库边岸干砌片石护坡中也采取浆砌片石脚墙基本.
当冲刷深度在3.5m以内时,脚墙基本直接埋置在冲刷线以下0.5～1.0m,当冲刷深度大于3.5m时,可将基本埋置在冲刷线以上较稳定的地层内,但在基本脚墙前应采取恰当的平面防淘措施.如图7—30.
有关重力式浆砌片石脚墙或混凝土脚墙基本的断面尺寸,设计时可查已编有的通用图及参考图.
（六）桩基
桩基多用于基本冲刷深度大,施工艰苦,不克不及采取明挖基本或其它防护工程的地段.其实用流速V=6～8m/s,实用地层为卵石.碎.块石河床.
桩基由基桩和连接于桩顶的承台合营构成.当承台位于冲刷线以下时为“低桩桩基”,反之则属“高桩桩基”.在路基冲刷防护中,因为冲刷线低,承台均设在地面或冲刷线以上,故均属“高桩桩基”.别的,采取桩基的河岸,多为非岩石地基,故进行桩基盘算时均采取“m法”,即以为地基系数是随深度而呈直线变更.
桩基设计内容和步调如下：
1．依据冲刷深度大小,河岸地形,地质情形,肯定采取防护脚墙及桩基的承台情势和桩长.桩径.桩间距及其安插等.
2．进行脚墙设计及桩顶.桩侧外力盘算.
3．依据桩的受荷型式.大小及拟定的桩截面.埋深等前提,肯定桩的类型,即按弹性桩或刚性桩.侧向受荷桩或竖向偏幸受压桩盘算的类型.
4．进行桩身内力（弯矩.剪力）.位移盘算及桩的配筋构造设计,并验算桩基.地基的承载力.
桩基的具体设计及有关盘算公式可参考本手册的相干章节及有关桩基设计的规范.手册等.路基防护的桩基断面和平面安插可有多种多样的情势,多采取圆形截面.梅花形安插,其示例见图7—31.
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