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、冲刷作用的形成条件
沿河及水库地区铁路由于地形地质条件及工程设置要求的限制，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由于侵占河床、压缩过水面积或阻挡水流，改变水流方向和速度，从而形成水流对河床、岸坡或建筑物基础的经常或周期性冲刷作用，影响路基的稳定与安全。
二、冲刷防护原理
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。
冲刷防护的原理就是根据水流的动水压力、波浪和壅水高及冲刷作用等水流特性，结合线路位置及地形地质因素，设置合理、适宜及足够坚固的冲刷防护工程，使其满足适应水流性质和抵抗水流的破坏作用的要求，防止岸坡及基础因冲刷作用而失稳，从而确保线路路基的稳定和运营安全。
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。
设计时应根据下列原则选用适当的类型。
（一）直接防护
在宽阔的河滩、凸岸、台地边缘及流速不大，流向与河岸接近平行等水流冲刷作用较弱的地段或山区河谷狭窄，以下蚀为主的V形河谷地段，应优先考虑设置直接防护。
防护工点的范围应根据最不利水位时水流的趋势来决定，要包括所有可能受水流冲刷的地段。
工点两端均应有足够的长度嵌入稳定的河岸或路基边坡内，并与河流上下游建筑物平顺衔接，防止恶化水流条件。
路堤边坡与河岸岸坡的冲刷防护工程类型及其适用条件，根据表7—1采用。
冲刷防护工程常用类型及适用条件表7—1
防护类型
结构形式
适用条件
注意事项
容许流速（m/s）
水流方向，河道地貌等
植物防护
铺草皮
～
水流方向与线路近乎平行；不受各种洪水主流冲刷的浅滩地段路堤边坡防护
—
种植防水林，挂柳
有浅滩地段的河岸冲刷防护
干砌片石护坡
单层厚～；双层厚：
上层～，下层
2～3
水流方向较平顺的河岸滩地边缘；不受主流冲刷的路堤边坡；无漂浮物和滚石的河段
应设置垫层
浆砌片石护坡
厚～
4～8
主流冲刷及波浪作用强烈处的路堤边坡
有冻胀变形的边坡上应设置垫层。
有流木、流冰、滚石时，应适当加厚
混凝土护坡
厚～
抛石
石块尺寸根据流速、波浪大小计算，不宜小于
3
水流方向较平顺，无严重局部冲刷的河段；已浸水的路堤边坡与河岸
抛石厚度不应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
受主流冲刷严重的河段
常与脚墙配合使用
浸水挡土墙
—
5～8
峡谷急流和水流冲刷严重的河段
—
土工合成材料防护
土工织物沉枕
4～5
受洪水冲刷深水急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
在河床宽阔，冲刷和淤积大致平衡，水流方向易于改变并且有设置导流建筑位置的河段，可采用间接防护。
设计时应根据河道的地形地质条件和演变规律，规划好导治线，要防止对上下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危害，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，必要时可考虑改移河道。
改移河道应根据水流特性及河道演变规律，顺应河势，慎重对待。
当防护地段很长，河道水流性质变化较大的地段，可采用不同的防护类型，合理布置进行设计，但应注意衔接平顺。
在可能发生风浪的宽深河流上，还须对波浪的冲击破坏作用进行校核。
二、冲刷防护设计的有关要求
（一）水文及地质资料
冲刷防护设计应在充分收集工点范围内的低水位、中水位和设计洪水位及在这些不同水位时的流向、流速、流量等水文资料和河滩、岸坡的地形地貌、地层岩性、稳定状态及河流的冲刷、淤积情况的基础上进行。
（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；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，其坝顶高程一般应高出相应的设计中水位及低水位高程。
当河道比较狭窄且风速不大时，一般可不计算波浪侵袭高。
（三）基础处理
冲刷防护工程应加强基础处理。
基底埋深应在冲刷深度以下不小于或嵌入基岩内。
当冲刷深度较深，水下施工困难时，可采用桩基、沉井基础或适当抛石、石床、潜坝、混凝土块板和石笼等平面防护建筑。
第三节常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作用。
其特点是对原水流的干扰很小，但因防护工程直接受水流冲刷，因此必须具有足够的坚固性和稳定性，经受住最不利情况的考验。
直接防护建筑物种类很多，主要是根据防护工程所在位置的流速、河床地质情况、建筑材料来源，以及所防护工程的重要性而定。
直接防护的设计，宜尽量不压缩或少压缩水流断面，以减少一般冲刷。
在水流顶冲或斜冲地段，防护建筑物的迎水面边坡有条件时应适当放缓，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，其中草根盘根错节，是天然的防护材料。
适用于水流速
s地段的河岸防护。
草皮护坡一般采用叠砌方法，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～。
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况决定，但不小于，铺砌层的表面应与地面齐平。
（二）植树防护
在河岸或路基外侧种植防水林是一种有效而又很便宜的冲刷防护措施，适用于水流速～s地段的河岸防护。
用于防水林最适宜的树种是杨柳类的乔木和灌木。
其特点是生长快，根系发达，枝梢茂密，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s以内时，可用单棵插枝法；当流速在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注意培土。
防水林的行距可用～，棵距可用～。
沿河岸或路基坡脚，宜采用灌木与乔木间植，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，应在离岸边有适当距离而不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缘，受季节性浸水的路基边坡防护。
适用于水流较平顺，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计算决定。
其结构形式为单层厚～，双层厚：
上层～，下层。
为了防止护坡下的边坡细粒土被水流淘刷和增加护坡的弹性，以抵抗外力的冲击作用，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～。
干砌片石护坡应在边坡填土沉降基本完成后进行，护坡砌筑前应将边坡夯实平整，砌筑时石块要互相嵌紧。
护坡基础应按可能的最大冲刷妥善处理，当冲刷深度在以内时，可用墁石基础。
当冲刷深度大于时，宜采用浆砌片石脚墙基础，并要求将基础埋置在冲刷线以下。
如图7－5。
干砌片石垛一般与干砌片石护坡配合使用。
用于水流方向较平顺的河岸滩地边缘或不受主流冲刷且水流流速为～3m/s的路堤边坡防护，适用于枯水期施工。
干砌片石护坡的防护高程为设计水位+波浪侵袭高+壅水高+，干砌片石垛高度一般控制在以内，顶宽不小于，可通过稳定分析计算确定。
其外侧坡率1∶，内侧坡率1∶，片石之间应嵌紧增加其稳定性。
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。
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作用强烈的路基边坡和河流或水库岸坡的防护。
其容许流速为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，尺寸不小于的石料，采用水泥砂浆砌筑。
要求铺设在有足够密实度而不易发生不均匀沉陷的边坡上。
为了使边坡均匀受力并增加护坡的弹性，在护坡下设置厚～的卵砾石垫层。
浆砌片石厚度根据流速或波浪在边坡上所产生的上举力确定，可按下式计算：
（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）；
——作用于护坡上的上举力（kPa）；
——护面斜坡的坡度角。
此种护坡应设置伸缩缝，以消除或减小其中的温度应力。
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。
为了减小护面背后的渗透压力及排泄护坡背后的积水，在护坡上设置交错排列直径为φ10cm的泄水孔。
浆砌片石护坡基础宜采用脚墙基础，必要时辅以适当的平面防淘措施。
四、混凝土板护坡
功用大致与浆砌片石相同，并能抵抗更大一些的波浪作用和冰压力，其容许流速4～8m/s，波浪高2m以上。
结构形式如图7—8。
混凝土板护坡通常由预制成适当大小的方块并配置一定的构造钢筋拼铺而成。
每块尺寸按所经受的荷载计算确定，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作用，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。
这样相邻板块间可不必联结，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，也可就地分块立模灌注。
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均匀沉降特别敏感，故必须在夯实平整的边坡上铺设，按反滤层要求设计的垫层，其厚度一般采用：
对于干燥的边坡为10～15cm，对于较湿的边坡为20～30cm。
板块材料，在非严寒地区用C15混凝土，严寒地区用C20混凝土。
其它有关基础处理，护坡厚度的计算，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，防洪抢险时更为常用。
在缺少石料的地区，也可用预制混凝土块作为抛投材料。
石料应选用质地坚硬，耐冻且不易风化的石块。
为了使抛石堆有一定的密实度，宜采用不小于计算尺寸且大小不同的石块掺杂抛投。
为了增加抛石防护的稳定性，抛石堆的水下边坡不宜陡于1∶，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应小于最小石块尺寸的两倍。
铁路上常用的抛石防护形式如图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～。
如路基坡脚浸水较深，反滤层分层设置有困难时，可将卵石与砾石土混合为一层，顺边坡倾填作为反滤层。
六、石笼防护
石笼防护为半永久性建筑物，用以防护河岸或路基边坡的冲刷，可用于较陡的边坡，容许流速为4～5m/s，容许波浪高～。
适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。
石笼防护的优点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坚固的整体护层。
其缺点是铁丝网会被锈蚀，以致石笼解体，因此其使用期限约为8～12年（镀锌铁丝网）或3～5年（普通铁丝网）。
用于防护岸坡时，一般采用垒砌形式，只有当边坡等于或缓于1∶2时才可用平铺形式。
用于防护基础淘刷时，一般采用在河床上平铺并与坡脚线垂直的形式，其铺设长度宜不小于河床冲刷深度的～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用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。
为了安全稳固，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普通铁丝编织，有规则形状的石笼一般用直径为6~8mm的钢筋组成框架，然后编织网格。
网格形状以六角形为好，其尺寸常用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，长方体一般采用宽b=1～3m，高h=，长L=2～3m。
圆柱体一般采用直径d=，长L=。
底层扁长方体石笼的一端的上下纵向主骨架筋可做成挂环为锚定石笼用。
骨架筋的连接宜采用环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连结，沿连接线每隔用铁丝对折成双绕两圈，并将铁丝扭三个花，以保证其连接牢固。
有底无盖或有盖无底的石笼，可用于多层石笼的中间部位。
铺设石笼的地基应先平整，夯实，必要时应以卵、砾石或碎石整平，其厚度可用～。
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，装笼必须全部码砌、塞严，两层石笼接触面应平整，严防片石棱角砸断铁丝而使整个石笼损坏。
贴近网孔外层应用较大尺寸的石块仔细码砌并使石块的挂角突出网孔以外，这样可以起到保护铁丝网的作用。
为了施工方便，一般宜于枯水季节施工。
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别严重而由于地形限制又不宜设置其它类型的防护时，可采用挡土墙进行防护。
其容许流速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，应根据墙背填料性质，浸水条件，以及所采用的墙型，按浸水挡土墙设计。
墙身材料一般采用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、基础防冲防淘建筑物
直接防护工程中，防护建筑物基础往往受到严重淘刷。
一般要求把建筑物基础埋置在冲刷线以下的稳定地层内。
当冲刷线较深，施工有困难时，则采用在建筑物基础前缘设置平面防护措施，以保护其稳定安全。
常用的基础防护措施有下述几种。
（一）石笼
采用石笼来防护基础的淘刷，适用于流速V=4～5m/s的河岸。
用于河岸坡脚的防护如图（7—23）所示，是在河岸坡脚采用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表面，并采用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
作为基础防淘措施，混凝土四面体多与防护脚墙共同使用，适用于流速
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根据防护基础前的最大冲刷深度计算，以满足四面体沉入冲刷坑后，能覆盖全部坑壁为原则。
设计时根据基坑能否抽干积水和有无吊装设备而采用就地灌注和预制办法施工。
四面体的尺寸根据流速大小，按表7—9采用。
允许流速与四面体尺寸及工程数量表表7—9
允许流速
（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）
4～
～
～
（三）大型砌块
大型砌块一般采用C15混凝土就地灌注，适用于流速V=5～8m/s时的防护。
为了节省，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。
水流速与相应的砌块尺寸表表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：
根据流速及地形条件，砌块尺寸也可用2×2×2m或3×3×2m
砌块的铺设宽度和高度，应根据防护基础前的最大冲刷深度计算，以能满足砌块沉入冲刷坑后，能覆盖全部坑壁为原则。
砌块的布置形式有错缝平叠式、对缝平叠式和漏斗式、阶梯式，参见图7—26。
错缝平叠式结构整体性较强，抗冲刷能力比对缝平叠式大，但施工立模又较后者复杂。
漏斗式多用于地层较坚实处。
阶梯式用于脚墙前地面倾斜地段。
（五）脚墙基础
浆砌片石护坡基础宜采用脚墙基础；干砌片石护坡基础当冲刷深度大于时，采用浆砌片石脚墙基础；另水库边岸干砌片石护坡中也采用浆砌片石脚墙基础。
当冲刷深度在以内时，脚墙基础直接埋置在冲刷线以下～，当冲刷深度大于时，可将基础埋置在冲刷线以上较稳定的地层内，但在基础脚墙前应采用适当的平面防淘措施。
如图7—30。
有关重力式浆砌片石脚墙或混凝土脚墙基础的断面尺寸，设计时可查已编有的通用图及参考图。
（六）桩基
桩基多用于基础冲刷深度大，施工困难，不能采用明挖基础或其它防护工程的地段。
其适用流速V=6～8m/s，适用地层为卵石、碎、块石河床。
桩基由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
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，由于冲刷线低，承台均设在地面或冲刷线以上，故均属“高桩桩基”。
另外，采用桩基的河岸，多为非岩石地基，故进行桩基计算时均采用“m法”，即认为地基系数是随深度而呈直线变化。
桩基设计内容和步骤如下：
1．根据冲刷深度大小，河岸地形，地质情况，确定采用防护脚墙及桩基的承台形式和桩长、桩径、桩间距及其布置等。
2．进行脚墙设计及桩顶、桩侧外力计算。
3．根据桩的受荷型式、大小及拟定的桩截面、埋深等条件，确定桩的类型，即按弹性桩或刚性桩、侧向受荷桩或竖向偏心受压桩计算的类型。
4．进行桩身内力（弯矩、剪力）、位移计算及桩的配筋结构设计，并验算桩基、地基的承载力。
桩基的具体设计及有关计算公式可参考本手册的相关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布置可有多种多样的形式，多采用圆形截面、梅花形布置，其示例见图7—31。
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