-
9.1
路堤、堤坝的设计原则和设计的主要内容
由土、
石材料在地面上堆填起来的结构物统称土工结构物。
土工结构按其使用功能不同，
可分为
公路路堤、铁路路堤、河岸
坝堤、水库土石坝以及其他土石结构形式。
表
9.1-1
给出了常见的土
工结构类型、应用范围、受力特征以及在设计施工中应
重点考虑的有关岩土工程方面的问题
路堤、
堤坝等土工结构设计的基本要求是满足结构体的整体稳定和使用期变形要求，<
/p>
为此路堤等
土工结构的设计主要应考虑下述六个方面内容：
(1)
地基的强度与变形；
(2)
填料的选用；
(3)
边坡的形状与坡度；
(4)
堤身的压实度；
(5)
排水设施；
(6)
坡面防护；
除此之外，对于水库土石坝，还需特别进行防渗设计。
【例题
1
】
土工结构
物设计的基本要求是满足结构体的
(
)
。答案：
A
、
C
A
、
整体稳定；
B
、结构体强度要求；
C
、使用期变形要求；
D
、使用年
限要求；
【例题
2
】
路堤等土工结构
物的设计主要应考虑的内容有
(
)
。
A
、
地基的强度与变形；
B
、填料的选用；
C
、边坡的形状与坡度；
D
、堤身的压实度；
E
、排水设施；
F
、坡面防护；
G
、结构体使用年限；
答案：
A
、
B
、
C
、
D
、
E
、
F
< br>一般公路路基的设计方法与要求。
(
铁路路堤的设计可参
阅《铁路路基规范》
(TB10001-99)
，水
库土石坝的设计可参阅《碾压式土石坝设计规范》
(SL274-2001
))
1
地基
路堤应
坐落在具有足够承载力和低压缩性的地基土上，以免基底出现剪切破坏而危及路
堤的稳定
，或者路堤出现过量的沉降而影响路面的行驶质量。根据经验，
基岩、砾石土或一般砂<
/p>
土和黏性土地基，基本上符合支承路堤的要求。而对于比较软弱的黏性土地基，其黏聚力小
于
20
～
40kPa
< br>时，往往会出现承载力不足的问题。这时，应对地基进行钻探取样，确定软弱地基的
层厚及其物理力学性质，据此判断对路堤的支承能力和沉降量。
满足承载力要求的地基，其顶面仍应酌情给予适当处理，以保证路堤底部干燥、稳定和
沉陷小。
地基顶面有草根和树根、
耕作物或各
种杂物存在时，
由于它们腐烂后易形成滑动面或产
生较大的沉陷
，填筑路堤前应予清除。冬期施工时，顶面的雪、冰或冻土必须予以清除，以免地
基与路
堤之间的接触面因辗压不实而形成软弱面。
地基顶面有滞水，
特别是路堤经过水田、
池塘或洼地时，
应根据积水深度和水下淤泥层厚度等具
体情况，采取排水疏干、挖除淤泥、抛填片石或砂
砾石等处理措施，然后再用适宜的填料填筑路
堤。当路堤通过大面积池塘或洼地时，在基
底淤泥层较薄的情况下，通常可在两侧修筑土围堰，
排干围堰内积水并挖除淤泥后再填筑
路堤；
而在淤泥层较厚的情况下，
则采用抛填砂砾、
卵石或
块片石的措施把基底的淤泥挤向两侧。
<
/p>
【例题
3
】
路堤
经过水田、池塘或洼地时，应根据积水深度和水下淤泥层厚度等具体情况，采取
相应的处
理措施，包括
(
)<
/p>
。答案：
A
、
B
、
C
A
、排水疏干；
B
、挖除淤泥；
C
、抛填片石或砂砾石等；
D
、作桩基或地
基处理；
地基为斜坡，其坡度陡于
1
：
5
时，原地面应开挖台阶，以防止路堤沿斜坡下滑。台阶
的高度宜为路堤分层填土厚度的
2
倍
(40
～
60cm)
。在横坡陡于<
/p>
1
：
2.5
的斜
坡上修筑的路堤，应
进行滑动稳定性验算。
2
填料：
填筑路堤的理想填料为水稳定性好，
压缩性小，
便于施工压实以及运距短的土、
石材料。在选择
填料时，一方面要考虑料源和经济性，另一方面要顾及填料的性质是否适宜。
根据填料性质和适用性，可将路堤填料分为下述几类：
(1
)
砾石、不易风化的石块：渗水性很强，水稳定性极好，强度高，为最好的填料；石块<
/p>
空隙间用小石充填密实时，路堤的残余下沉量很小，车辆荷载作用下的塑性变形也小。
(2)
碎石土、卵石土、砾石土、粗砂、中砂：渗水性强、水
稳定性好。是施工性能良好的
一类优质填料，但应控制黏性土含量，否则水稳定性下降较
多。
(3)
砂性土：
既含有一定数量的粗
颗料，
使之具有足够的强度和水稳定性，
又含有一定数
量的细颗粒，把粗颗粒粘结在一起，为修筑路堤的良好填料。
(4
)
黏性土：
渗水性很差，
干燥时较硬而
不易挖掘，
浸水后水稳定性差，
强度低，
变形大；
在给予充分压实和良好排水设施的情况下，可用作路堤填料。
(5)
极细砂、
粉性土：
毛细现象严重，
在季节性冰冻地区易产生温度积聚而造成冻胀和翻
浆；水饱和时易产生振动液化问题。为稳定性较差的填料，应采取一定措施改善其性质。
(6)
易风化的软质岩石块：
为稳定
性较差的填料，
浸水后易崩解成土或砂，
强度显著降低，
变形量大，一般不宜用作路堤填料。
(7)
重黏土：渗水性极差，干时坚硬，难以挖掘，湿时膨胀性和塑性都很大，不宜用作路
堤填
料。
此外，含有较多有机质
或特殊有害物质的土类，
如泥炭、硅藻土、
腐殖土或含有石膏等
易溶
盐类，均不宜用来填筑路堤。
由于不同的土工结构物在具体设计要求上也有所不同。
对于填料
的选择，
土工结构的填筑土
料，可以是黏性土，也可以是无黏性
土。至于应选用哪类土，主要取决于土工结构的类型、压实
土部位及其功用。例如作为公
路路堤填料，
可以用透水的碎角砾、
粗砂等无黏性土，
也可以用较
不透水的黏性土料。但是作为挡水土石坝的填筑材料，若为均
质坝，则填料塑性指数
Ip
虽可取
较低
值，如
5~7
，但必须是较不透水的黏性土；若为用外墙或心墙
防渗的主坝，坝壳部分可以用
透水的无黏性土，如碎石、卵石、砂砾石等，但防渗体部分
必须用黏性土。塑性指数
Ip
一般为
8
～
12
，当作为挡土墙的填料，为减少
墙背土压力并能及时疏干墙后积水，及避免黏性土遇水产
生膨胀压力，
< br>一般以选用无黏性土或低塑性黏性土为宜，
不宜采用塑性指数较高、
具有膨胀性的
黏土。作为建筑物人工地基换土垫层，也应选用无黏性土，如粗
砂、级配砂石等，不宜选用塑性
指数较高的黏土作为人工地基填料。
总之，
对于一个具体的填方工程，
首先要根据工程情况确定
填料种类，在此基础上再进一步考察土质要求。若选用无黏性土，如碎石、砂砾石等，应
规定填
料粒径级配曲线允许变化范围，
最大、
< br>最小粒径允许尺寸
(
如最大粒径为
50mm
，
最小粒径约
0.05
mm)
，颗粒中粒径大于
5 mm
的含量即含砾量，一般不应大于
70%~80%
；小于
0.1 mm
的径粒含量，
一般不宜大于
5%~10%
。其中含泥量部分不宜大于
2%
～
3%
等。除了上
述从填料的颗粒尺寸、不同
粒径含量百分比进行控制外，
为了使
填料级配及压实效果良好，
还需要从整体上控制填料中不同
粒径
部分含量的适宜，
使粒径变化具有连续性。
因此需要用不均匀系
数
Cu
及曲率系数
Cc
来控制。
3
坡形与坡度
路堤边坡的形状可采用三种形式：
(1)
直线
堤顶到
坡脚采用一种坡度，这是最常用的一种，适用于矮路堤和中等高度路堤。但按堤
身的受力
条件，
边坡应为上部陡下部缓，
因而，
对于直线形边坡来说，
上部偏安全，
下部偏危险。
路堤高度大时，直线形边坡显得不经济。
(2)
折线
采用上
陡下缓的折线形边坡符合路堤的受力状况，上部可减小下滑力，下部可增加抗滑
力。但变
坡不宜多，多了施工不易控制，坡面也易受水冲刷。变坡点宜设在能使上部坡度的潜力
充
分用足的高度处。
(3)
台阶形
每隔一定高度设置宽度不小于
1
～
< br>2m
的护坡道，护坡道具有
3
％
外向横坡。这种形式适用于
高路堤。
设置护坡道可以减缓流经较
长坡面的地面水流速，
防止坡面受冲刷。
必要时也可在护坡
道上设置排水结构物，拦截上方来水。
此外，护坡道可增加路堤的稳
定性，并成为维修坡面的通
道。
路堤边坡的陡缓，
影响到堤身的稳定和工程量的大小。
设计坡度可根据填料的力学性质指标，<
/p>
通过验算确定。
但对于一般路基，
通常不
进行验算，
而直接参照规范规定的数值。
表
9.1-2
所
列即为规范规定的路堤边坡坡度值。
这些数值系根据填料的性质、
施工所能达到的压实程度和选
定的坡度形状，经过力学分析、统计调查和经
验总结后综合而成的。
【例题
4
】
路堤边坡的形状可采用
(
)
三种形式。
A
、
直线型；
B
、
折线型；
C
、
台阶型；
D
；
圆弧型；
答
案：
A<
/p>
、
B
、
C
【例题
5
】
在下面
几种材料中，用作填筑堤坝最理想的是
(
)
。
A
、
砾石；
B
、
砂性土；
C
、
粘性土；
D
、
粉土；
答
案：
A
量
(wop)
时压实填料，可以获取最
经济的压实效果和达到最大密实度。最佳含水量是一相对值，
压实功能的大小和土的类型
而异，
所施加的压实功越大，
压实土的细粒含量越少，
则最佳含水量
越小，
而最大密实度越高。
因此，
最优含水量指的是对特定的土在一定的夯击能量下达到最大密<
/p>
实状态时所对应的含水量。
土遇水
浸湿后其含水量会增长，一部分填满空隙，另一部分水被土粒所吸附会引起体积
膨胀。<
/p>
试验表明低于最佳含水量
(wop)
时压
实的填料，
浸湿后无论是填满空隙或是体积膨胀部分，
都要比高
于
wop
时压实的填料体积大。
因而，
从水稳定性的角度来看，
在接近或略大于最佳含水
量时压实的土，
其物理状态
(
湿度和体积
)
变化最小。
压实土浸湿
后抗变形能力也大致相同，
即低
于
wo
p
值时压实土浸湿后的抗变形能力有较大幅度的下降，而高于
w
op
值时则变动不大。因而，
在
wop
时压实的土可望得到最高的浸湿后刚度
(
或强度
)
，
同时增加压实功能，
提高密实度，
可以
得到较高的浸湿后刚度。
综合上述分析可以得知，
采用压实措
施，
特别是保持在接近
wop
值时进行
压实，
可以获得在湿度
和荷载
(
自重及行车荷载
)
作用下沉陷变形和累积变形
小以及水稳定性好的路堤。
【例题
6
】
下列关于土的最优含水量的说法，不正确的是
(
)
。
A
、
土的最优含水量是一定值；
B
、
土的压实效果与压实时的土的含水量有关，与最佳含水量无关；
C
、
是对特
定的土在一定的夯击能量下达到最大密实状态时所对应的含水量；
D
、
对某种
土分别采用重型和轻型击实试验，所得的最优含水量数值上相同；
答案：
A
、
B
、
D
(2)
路基压实度要求
为保证
路基的强度和稳定性，使路面有一个必要的稳固路基，在填筑土质路堤时应将填
土分层压
实。
在松散的黄土地区或其他松散土的挖方路段，
也应进行压实
。
除设计上另有规定者
外，一般路基土的压实程度应随填土深度
(
从路基边缘算起
)
< br>的变化而不同。
1)
路面以下约
< br>1.0
～
1.2m
深度内的路堤
上层，由于承受行车荷载的作用较大，要求尽可
能接近最大压实度，
1.0
～
1.2m
深度以下的路堤
填土，压实度可适当降低。
2)
高度不大于
< br>1.0m
的路堤，
其中层和下层如不为水所浸没，
可采用较低于上层的压实度。
但对于浸水路堤的下层，则同上层一样，
要求接近最大压实度。
3)
路基压实有重型和轻型两种击
实标准。重型击实标准的路基压实度依填挖类型及土层
深度而定，见表
< br>9.1-4
注：
1
、表列深度除低填方为由原地面算起外，其余均由路槽算起。
2
、低填方系指低于
80cm
的填方。
3
、在
严重冰冻与潮湿地区以及不利水文情况下，
应采用上限；
在干旱
缺水地区，
可采
用下限。
表中所列的压实度
(K)
按式
9.1-3
求得：
如已知土的最大密实度，利用式
(9.1-3)
即可求得不同压实度时要求填土达到的密实度，并以此
来控制和检验人工或机械压实
填土是否达到设计要求，
检验路基填土的密实度和含水量可用湿度
密度仪测得。
根据大量对比试验结果，得知重型比轻型击实试验所获得的最
大干密度
γ
0
平均提高
约
9.9%
，而最佳含水量
平均降低约
3.5%(
绝对值
)
。即击实功能愈大，土的最佳含水量愈小，而最
大干密度及强度愈高。
同时还得知，采用重型击实标准后，土基压实度至少可增加
6%
，而土基
的强度可以提高
32%
以上。
几种土的对比值，见表
9.1-6
所列。
目前国内常用的击实仪主要部
件规格如表
9.1-8
所示。
轻型击实
试验的单位体积击实
功约
592.2
kN.m/m3
，这相当于一般大中型填土工程的压实能量。当
需要将土压实到更高的密实度，以增加
土的强度、减少土的变形，施工现场需采用重型碾
压机具。
为了对应现场的碾压情况，
在室内也
< br>应使用击实功能大的重型击实仪，重型击实试验的单位体积击实功约
2684.9
kN.m/m3
。当试验用
的土中，含有粒径大于
5mm
部分土重超过总土重
30
％时，应采用直径为
15cm
的大击实筒，但用
大击实筒试验时，土样中所含最大粒径也不得超过
40mm
。对于重要的大型填方压实工程，除进
行上述室内击实试验外，也必须在现场
进行碾压试验，以便相互校对试验成果。
< br>对于土工构筑场地或填土地基，
压实后的每层填料均应进行现场质量控制。
考虑到在现场施工的
各种条件影响，
往往达不
到室内击实试验所确定的最大干重力密度值。
工程师应根据实际工程需
< br>要，确定施工中应控制的压实系数
。压实系数
定义为施工控制干重力密度
d
与击实试验的最
大干重力密度
dmax
之比值。
【例题
7
】
在对某土进行击实试验时，需对
(
)
组不同含水量的土样进行试验，以便绘制
土的击实特性曲线，确定最优含水量
。
A
、
2<
/p>
；
B
、
4
；
C
、
6
；
D
、
8
；
答案：
C
【例题
8
】
采有轻型击实标准时，
一般情
况下，
对于粘性土的最优含水量，
可相当于其
< br>(
)
的含水量。
A
、
天然；
B
、
液限；
C
、
塑限；
D
、<
/p>
液限的
65%
；
答
案：
C
【例题
9
】
对
某土样进行击实试验，可以直接测定的指标有
(
)
。
A
、土样含水量；
B
、压实系数；
C
、最大干密度；
D
、
最小干密度；
E
、土样的湿重力密度；
F
、土样的干密
度；
答案：
A
、
E
5
排水设计
降落到地面的大气降水，一部分形成地表径流，另一部分渗入地层形成地下水
(
上层滞水、潜水
或承压水等
)
。路基排水系统设计的目的，是拦截路基上方的地面水和地下水，迅速汇集基身内
的地面水导入排水通道，
并将其宣泄到路基的下方，
以免浸湿
基身而降低其强度和稳定性。
对于
路基下方，
< br>则应妥善处理路基上方宣泄下来的水流或者路基下方水道内的水流，
防止冲刷路基
坡
脚危及路基稳定性。
拦截、汇集、拦蓄、引导和宣泄水流的排水设施有：
(1)
各种沟渠
截水沟，
或称天沟。
设置在路基的上侧山坡上，
用以拦截并
排除流向路基的地面水以防浸湿和冲
刷路堑边坡或山坡上的路堤；
边沟。
设置在路堑的路肩外侧及山坡路堤的上方一侧，
或平坦地段低矮路堤的两侧，
用以汇集并
排
除路面、
路肩表面、
路堑边坡面或路堤坡脚的地面水，
以减轻对路面和路基浸湿程度；
排水沟。
把截水
沟和边沟内汇集的水排引到附近的桥涵、河谷或远离路基的低洼地去。
(2)
各种蓄水构造物
阻水堤
。当不宜采用截水沟来排除上侧山坡的地面水时，可在路基上侧山坡上设置阻水
堤，用以
把水拦蓄在山坡上，就地渗透和蒸发；
蓄水池。
当截水沟或边沟内汇集的水无法排引出路基时，
可在路旁设置蓄水池用以拦蓄
，
使之自
然渗透或蒸发。
(3)
各种地下排水构造物
明沟。设置在路基上方，用以拦截、引排或降低埋藏不深的浅层地下水，
兼起截排地面水的
作用；
渗沟。或称暗沟，设在边坡坡体或山坡上，用以疏干、引排坡体内的地下水。
(4)
各种泄水构造物
穿越路
基将路基上方的水流宣泄到下方，如桥梁、涵洞、渗水路堤和过水路面等。
(5)
河道整治工程
改善河
道水流状况和防止冲刷路基下方的构造物，如导流坝、人工渠道等。
< br>路基上方、基身和下方，为完成各自的排水任务，需采用不同的排水设施，把全部地面水有效地
< p>拦截、汇集、引导和宣泄到路基范围之外，组成一个排水系统，使各处的水流都有归宿，并顺畅
地由路基上方流至下方。
【例题
10
】
在以下各种排水设施中，属于泄水构造物
的是
(
)
。
A
、边沟；
B
、明沟；
C
、渗沟；
D
、桥梁；
E
、涵洞；
答
案：<
/p>
D
、
E
具体布置时，一般可按下列步骤进行：
(1
)
把主要流向路基的天然沟和排水沟规划成横向排水系统
(
垂直路线方向
)
；
(2
)
为拦截山坡水流，
作成纵向排水系统，
并汇集而排入横向排水系统，
或者拦蓄山坡水
流，作成纵向蓄
水系统；
(3)
在横向和纵向排水沟渠之间
的山坡上，
根据面积大小和地形，
确定是否需要设置支沟
和各种排水沟渠以构成排水网络；
(4)
在路基两侧设置边沟、排水沟等，或利用取土坑排水，以保证路基经常干燥；
(5)
选定桥涵的位置，并使这些沟渠同桥涵联成网；
(6)
考虑是否需要设置地下排水系统。
路基排水系统的设计，应按一般路段和特殊路段区别对待。在一般路段上，水流的危害
较小，
排水设计可简单些，
仅须拟定一些主要
原则，
并分别在横纵断面图上和工程数量表上注明，
交由施工单
位具体掌握。
而对地质和水文条件复杂的或者已产生严重路基病害的路段，
则应单独
进行排水设计，
在平面图上具体布置排水系
统，
确定各项排水设备的平面位置、
排水方向、
构造、
出入口、纵坡等。路基排水系统的设计参见有关规范。
< br>
6
坡面防护与加固措施
防护工程包括坡面防护和冲刷防护
(1)
坡面防护
路堤和路堑边坡的坡面暴露在大气中，受自然因素
(
水、温、风
)
的反复干
湿、冻融、冲
刷和剥蚀等作用，使路基坡面有时出现各种病害。
因此，
对于易受破坏的土石结构边坡，在其基
身施工完毕后，应
及时进行坡面防护。
常用的坡面防护措施有以下几种类型：
1)
植物防护
在边坡上种草或铺草皮
，
既可阻止地表水对坡面的冲刷和风对坡面的吹蚀，
又可绿化路
线，
增加
美观，
在冲刷不严重的较缓而
不高的土质坡面上，
可选择适合于当地土壤和气候条件的草籽直接
播种于其上。
在冲刷较严重的较陡
(
但不能陡于
1
：
1)
< br>和较高的土质坡面上，
则可采用满铺草皮
(
平
铺或竖铺
)
。如果草皮来
源困难，则可把草皮铺成方格状，在方格内种上草籽。植物防护是一种
经济有效的防护措
施，特别在气候潮湿、草皮易于生长的地区，但采用时必须注意保证其成活。
在不利于植
物生长的边坡上
(
如碎石类土等
)
，若要采用植物防护，则可在其上先铺一层厚约
10~20cm
的黏性土，而后再铺草皮。
2)
砌石护坡
对于较陡的土质边坡
(1
：
0.75
～
1
：
1)
和易风化或破碎的岩石边坡，可采用砌石护坡。
砌
石有干砌和浆砌片石两种，
前者适用于边坡坡度较缓或经常有
地下水渗出坡面的情况。
干砌片石
厚度一般不少于
0.2~0.3m
，片石下设厚度不少于
0.1m<
/p>
的垫层，由碎石或砂砾材料组成。护坡的
基础应选用较大的石块砌
筑，其顶宽不少于
0.5m
并深埋至边沟底部。浆砌片石护坡的
厚度视边
坡高度和陡度而异，一般为
0.3~0.4m
。为防止不均匀沉陷和收缩引起过大的内应力，每隔
10
～
20m
设伸缩缝一道，缝隙宽
2cm
，缝内填塞沥青麻筋或沥青木板。每隔
2~3m
交错设置孔径
0.1m
的泄水孔。对于土质边
坡，为防止泄水孔淤塞护坡背后应设置反滤层，或仅在泄水孔后面
0.5m×0.5m<
/p>
范围内设置。
护坡施工前应将边坡表面松散的土、石清除掉。
3)
抹面
在夹有易于风化的软质岩层的路堑
坡面上，由于软质岩层风化较快常常剥蚀而成凹坑，
引起上部具有节理的硬质岩层的崩塌
和落石等病害。
对此，
可采用抹面的措施，
防止开挖后软质
岩层的继续风化。抹面的混合料有石灰—炉渣
(
体积比
1
：
5~1
：
2)
、水泥—石灰—炉渣<
/p>
(
重量比
约
1<
/p>
：
1
：
8)
、
水泥—砂—炉渣
(
重量比
1
：
3
：
2
或
1
：
2
：
3)
和水
泥砂浆等几种。
其厚度为
3
～
5cm
。
抹面不宜在严寒季节和雨天施工。
4)
护墙
由浆砌
片石组成，用以防护坡度较陡的土质边坡或易风化剥落和节理发达的岩石路堑边
坡，
避免进一步风化而出现崩塌和剥落等病害。
护墙不承受墙后的侧压力
，
故所防护的边坡坡度
应符合稳定坡度的要求，一般不陡于
1
：
0.3
。护墙
断面可分等截面和变截面两种。边坡高度不
大时，可采用等截面的护墙。一般情况下，边
坡坡度为
1
：
0.3~1
：
0.5
，不宜超过
1
：
1
；墙高不
宜超
过
l0m
，墙厚一般为
0.4~0.5
m
。墙高时，宜采用变截面护墙，顶宽一般为
0.4m
，底宽随墙
高和坡度而定。边坡陡于
1
：
0.5
时，底宽为顶宽加墙高的
1
／
10
；
1
：
0.5
～
1
：
0.75
时，为顶宽
加墙高的
1
／
20
。护墙的垂直高度小于
10~15m
时
，可采用单级式；超过此高度时，宜采用双级
或多级式，每级最大高度为
10~12m
，各级之间设宽度不小于
1.0m
的平台，平台厚度均为
0.4m
。
护墙的基础应置于冰冻线以下，基底承载力小于
0.3MPa
时应采取加固措施。伸缩缝和泄水孔的
布置与浆砌片石护坡相同。
(2)
冲刷防护
沿河路
堤的边坡和坡脚易遭受流水的冲刷和淘刷作用而破坏。对于沿河路堤的坡面应根
据河流特
性
(
水流方向和流速大小
)
采取各种防冲刷措施。
常用的
冲刷防护措施有，植物防护、片石防护、抛石、石笼和浸水挡土墙等。
1)
植物防护
铺草皮
或种植树木，适用于水流方向与路线平行，不受洪水主流冲刷的季节性浸水的路
堤边坡。
植物防护的不冲刷
(
容许
)
流速为
1.2
～
1.8m
／
s
。
2)
干砌片石护坡
可按流
速大小分别采用单层或双层铺砌。单层干砌厚度一般为
25
～<
/p>
35cm
；双层干砌上层
厚
25
～
35cm
，下层厚<
/p>
25cm
。砌石下设垫层。这种措施适用于水流方向较平顺的河岸
滩地边缘或
不受主流冲刷的路堤边坡。容许流速为
2
～
4m
／
s
。
3)
浆砌片石护坡
受主流
冲刷和波浪作用较强烈的路堤边坡，可采用浆砌片石，厚
30~60cm
。容许流速可
达
4
～
8m
／
s
。
4)
抛石
适用于
水流方向较平顺无严重局部冲刷而已被水浸的路堤边坡。所抛石块的尺寸根据流
速和波浪
大小确定，
一般为
30
～
50cm
；
抛石的厚度不应小于石块尺寸的
2
倍。
容许流速为
3m
／
s
。
5)
浸水挡土墙
在峡谷
急流、水流冲刷严重地段，可采用挡土墙防护。容许流速可达
5
～
8m
／
s
。
各种护坡工程的高度应按路基设计洪水位加壅水高度、波浪侵
袭高度和安全高度
(0.5m)
后确定。
为防止淘刷，冲刷防护工程应加强基础处理。当冲刷深度小于
1.0m
，可采用墁石铺砌基础；冲
刷深度在
3.5m
以内时，可采用浆砌片石墙脚基础。埋置在冲刷线以下不小于
0.5
～
1.0m
处。
【例题
11
】
在以下路堤的各种防护措施中，既作为坡面防护，又可作为冲刷防护的是
(
)
。
A<
/p>
、
植物防护；
B
、
抛石护坡；
C
、
抹面；
D
、
砌石护坡；
答
案：
A
、
D
【例题
12
】<
/p>
对于流速可达
4
～
8m/s
，
受主流冲刷和波浪作用较强烈的路堤边坡，
可采用哪种防护
措施
(
)
。
A
、砌石护坡；
B
、浆砌片石护坡；
C
、
干砌片石护坡；
D
、
植物防护；
答案：
B
9.2
路基的稳定性计算方法
1
直线滑动面法
由渗水材料
(
如砂、砾石、卵石、碎石、片石等
)
填筑的路堤，边坡坍塌时破裂面的形状近似于平
面，可按直线滑动面法验算
边坡的稳定性。验算时，先通过坡脚或变坡点，假设一直线滑动面，
如图
9.2-1(a)
按式
(9.2-1)
计算填土沿此滑动面下滑的稳定系数
K
上述计
算可列表进行，
对每一个假设的滑动面均可算得相应的稳定系数。
为寻找最危险的滑动面
位置，需假设数个滑动面逐个计算，而后求得最小的稳定系数，
据以判定路堤是否稳定。
(3)
最危险滑弧圆心位置的确定
<
/p>
根据计算的经验，最危险滑动圆弧的圆心，
是近似在一条辅助线上
，辅助线的位置，
可按下述方
法绘出
(
图
9.2-4)
：
上述借助辅助线求最危险滑
弧圆心位置的方法只是一种近似方法，
还有其他的求解方法。
由
于计
算机计算技术的飞速发展，
对滑弧圆心进行大量的、
高精度的搜索，
其巨大计算量已不再成为阻
力
。因此编制计算软件，用程序方法求解最危险滑弧圆心位置，
已十分流行，
既快速方便又提高
了计算精度和准确性。
【例题
13
】
对于用下
列材料填筑的路堤，
可用直线滑动面法进行边坡稳定性验算的是
(
)
。
A
、砾石；
B
、砂；
C
、粉质粘土；
D
、粉
土；
答案：
A
、
B
【例题
14
】由黏性土填筑的路堤在滑
坍时的破裂面形状为
(
)
。
A
、
一直线；
B
、
一平面；
C
、
一圆弧；
D
、
一曲面；
答
案：
D
【
例题
15
】对高路堤的边坡稳定性验算应
(
)
。答案：
C
A
、只对整个路堤边坡进行稳定验算；
B
、只对上层边坡进行稳定验算；
C
、对整个路堤边坡进行稳定验算，还应对上层边坡进行稳定验
算；
D
、视具体情况而定；
【例题
16
】在边坡稳定性验算时可采用瑞典条分法或毕肖普法，二者的根本
区别是
(
D
)
。
A
、
瑞典条分法属直线滑动面法，而毕肖普法属圆弧滑动面法；
B
、
瑞典条分法按总应力法计算，而毕肖普法按有效应力法计算；
C
、
瑞典条分法计算结果偏于安全，而毕肖普法则接近实际；
D
、
瑞典条
分法不考虑各土条间的侧向力作用，而毕肖普法则考虑到各土条间的侧向力作用；
(4)
强度参数选用：分析土工构筑
物边坡稳定，是保证边坡在土的自重、坡顶荷载、土体内渗
流力及其他外荷载
(
如地震力
)
作用下的稳
定性。
由于土颗粒间连接强度远低于颗粒本身强度，
因
此土体边坡破坏是一部分土体相对另一部分土体，
沿某一面产生相对移动
，
即土体破坏是剪切破
坏。
分析边坡稳
定将会遇到土的抗剪强度指标选取、
剪切滑动面形状、
位置及稳
定安全系数选择
方法等一系列问题，
只有在解决上述基本问题的
基础上，
才能进一步讨论如何考虑土体在渗流力、
地震力等作用
下的稳定性分析方法。
在分析土工结构边坡稳定时有两种计算思路。
一种是有效应
力法，另一种是总应力法。当计算中将土体中孔隙水压力、
渗流压力，
作为土体剪切滑动面上的
作用力进行稳
定分析，
这就是有效应力分析方法。
而总应力分析则是不考虑上
述两种压力在滑动
面上的作用。对于重要的饱和填土土坡，如挡水堤坝等土工构筑物，应
采用有效应力分析；
对于
一般土工构筑物，
为了免去计算土体孔隙水压力分布、
消散过程及分析土体渗流流网等较繁工作，
使计算简化，
也可使用总应力法。
有效应力
法与总应力法的实质差别，
在于计算中前者引用的是
颗粒间实际
存在的有效应力，
而后者分析的却是土颗粒及水两相集合体单位面积上总和应力，
它
不能区分在单位面积上有多少力是由土颗粒承担，有多少力是由水压
力平衡。
与上述两种分析思路相对应，
在进行土的抗剪强度指标测定上，
也分为按土颗粒间有效应力计算
和只考虑试样单位面积上总应力的两种测试指标。
前者为有效应力指标，
后者为总应力指标。
对
于饱和黏性土，
有效应力指标黏聚力用
C/
表示，
内摩角用
φ
/
表示。
可以用三轴固结排水剪
(CD)
方法测定，
或者用量测剪切过程中孔隙水压力的固结不排水剪
(CU)
方法测定。
土的抗剪强度总应
力指标习惯上用<
/p>
C
、
φ
表示。<
/p>
用三轴仪测定总应力指标，
在不固结不排水条件下
(UU)
测定的指标
常用
Cu
、
φ
u
表示，
此时试样上的有效应力仅为固结前初始应力，
试验过程中所加固
结压力及垂
直压力，均由孔隙水压力平衡，土的抗剪强度组成仅为黏聚力
Cu
，
理论上
φ
u=0
。
用不测孔压的
三轴
固结不排水剪条件
(CU)
测定的指标用
Ccu
、
φ
cu
表示。
试验过程中所加周压力已转化成粒间
有效应力，而所
加垂直压力转化为粒间有效应力，土的抗剪强度是由黏聚力
Ccu
及摩阻力
σ
tan
φ
cu
组成，
σ
为法向总应力。
土的抗剪强度指标大小，与土的颗粒矿物组成，颗粒形状、尺
寸，粒径级配，孔隙比，干重
力密度及土中含水量等许多因素
有关，
但是对于同一种土，
由于采用不同试验条件，
所得到的抗
剪强度指标，如内摩擦角可以不相同。对于三轴试验有，
φ
/>
φ
cu>
φ
u
的关系。
<
/p>
在三轴试验方法和条件下，所获的不同含意的抗剪强度指标
C
、
φ
汇总于表
9.
2-2
。对该表进行
分析、总结可以看出，土的抗剪强度指标虽
可有不同试验条件的含意，
并表示出不同参数值，
但
真正反映材料本质特征的参数，仅为有效应力指标
C/
、
φ
/
，而其他的参数，既总应力
条件下的
参数，
是在不考虑土体中可能出现的最大孔隙水压力，
或忽略其中一部分孔隙水压力条件下，
计
算出的土的强度指标，如
Cu
、
φ<
/p>
u
或
Ccu
、<
/p>
φ
cu
等。从力学的理论分析角度出发，
土坡稳定性计
算应当采用有效应力方法。
虽然在实际工作中，<
/p>
测量土的有效应力指标并非难事，
但是困难在于
< br>如何能准确计算出土体各点孔隙水压力，以及消散过程，特别是在复杂断面形状、边界条件下，
< p>计算出的结果能否完全符合实际情况也不易进行验证，
因而定性考虑土体孔
隙水压力影响，
使用
不同条件下的总应力抗剪强度指标，计算土
坡稳定的方法，目前在一般工程中也得到广泛应用。
【例题
17
】在对边坡采用有效应力法分析时
，抗剪强度指标应由
(
C
)
三轴试验确定。
< br>A
、不固结不排水剪；
B
、不测
孔压固结不排水剪；
C
、测孔压固结不排水剪；
D
、固结排水剪；
【例题
18
】在由三轴试验确定的
φ
/
、
φ
cu
、
φ
u
，三者的关系为<
/p>
(
A )
。
A
、
φ
/><
/p>
φ
cu>
φ
u<
/p>
；
B
、
φ
/<
φ
cu<
φ
u
；
C
、
φ
cu>
φ
/>
φ
u
；
D
、
φ
cu>
φ
u>
φ
/
9.1.3
特殊条件下的土工结构：
在工程建设
中，有些土工结构物是在特殊条件下修筑的。这些特殊条件通常指特殊的地质
地貌条件或
特殊的气候环境，
在设计土工结构时，
必须考虑这些特殊条件下
对土工结构物稳定性
和使用安全的影响。
例如：
浸水路堤和滨海路堤或岸堤设计时必须考虑水流冲刷、
管涌和波浪力
对上述土工结构物稳定性影响；
崩塌、
滑坡、
泥石流等不良地质灾害多发地段修筑的土工结构物
如何进行防治；软
土地区和泥沼地区、黄土地区、冻土地区、膨胀土地区、岩溶地区以及盐渍土
地区等区域
修建的土工结构物，
如何进行地基处理；
风沙、
雪害等自然灾害频发地区修建的土工
结构设计时，
如何
进行防治的问题等。
这些特殊条件下的土工结构物的设计可参见有关专业设计
规范。
边坡的类型
1
按成因分类
边坡按其成因可分为天然边坡和人工边坡。
天然边坡是指自然形成的山坡和江河湖海的岸坡；人工边坡是指人工开挖基坑、基槽、
路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡。
2
按组成边坡的土性或岩性分类
按组成边坡的岩土性质，边坡可分为：
(1)
黏性土类边坡；
(2)
碎石类
边坡；
(3)
黄土类边坡；
(4)
岩石类边坡。
【例题
1
】按组成边坡的岩性对边坡进行分类，可分为
(
)
。
A
、黏性土类边坡；
B
、碎石类边坡；
C
、黄土类边
坡；
D
、岩石类边坡；
E
、无黏性土边坡；
F
、砂类边
坡；
答案：
A
、
B
、
C
、
D
边坡稳定分析，
其目的在于根据工程地质条件确定合理的边坡容许坡度和高度，
或验算拟定的尺
寸是否稳定、合理。
10.2
边坡稳定的影响因素、破坏类型及特征
1
影响边坡稳定的因素
(1)
岩土的性质：包括岩土的坚硬
(
密实
)
程度、抗风化和抗软化能力，
抗剪强度，颗粒大
小、形状以及透水性能等。
(2)
岩层结构及构造：包括节理、劈理、
裂隙的发育程度及分布规律，
结构面胶结情况以
及软弱面、破碎带的分布与斜坡的相互关系，下伏岩土面的形态和坡
向、坡度等。
(3)
水文地质条件：地下水埋藏
条件，流动、潜蚀情况以及动态变化等。
(4)
地貌因素：斜坡的高度、坡度和形态是影响斜坡稳定性的重要因素。
(5
)
风化作用：风化作用使岩土的强度减弱，
裂隙增加，
影响斜坡的形状和坡度，使地面
水易于侵入，
改
变地下水的动态等。
同时，
沿裂隙风化时，
可使岩土体脱落或沿斜坡崩塌、
堆积、
滑移等。
(6)
气候作用：
岩土风化速度、<
/p>
风化层厚度以及岩石风化后的机械变化和化学变化，
均与
气候有关。此外气候引起的降水作用也是影响边坡稳定的重要因素。
(7
)
地震作用：
地震作用除了岩土体受到地震加速度的作用而增加
下滑力外，
在地震作用
下，岩土中的孔隙水压力增加和岩土体强
度降低都对斜坡的稳定不利。
(8)
人为因素：如路堑或基坑开挖、路堤填筑或坡顶堆载等。
【例
题
2
】下列属于影响边坡稳定的因素为
(
)
。
A
、岩土性质；
B
、地下水动态变化；
C
、坡度；
D
、大气降水；
答案：
A
、
B
、
C
、
D
2
边坡失稳的原因
虽然影
响边坡稳定的因素较多，但导致边坡失稳的原因不外乎二类：
(1)
外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态。
如路堑或基坑的开挖，
路堤的填筑
或土坡顶面上作用外荷载，
以及土体内水的
渗流力、
地震力的作用时，
也都会改变土体内原有的
应力平衡状态，促使土坡坍塌。
(2)
土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，
促使土坡失稳破坏。
如由于外界
气候等自然条件的变化，使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等，
从而使土变松，强度降低；
土坡内因雨水的浸入使土湿化，强度降低；土坡附近因施工引
起的震动，如打桩、爆破等，以及
地震力的作用，引起土的液化或触变，使土的强度降低
。
【例题
3
】对于边坡失稳，下列说法不正确的是
(
)
。答案：
C
、
D
A
、外界力的作用破坏了土体内原来的应力平衡状态，导致边坡失稳；
< br>B
、土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏；
C
、土的抗剪强度由于受到外界各种因素
的影响而增大，促使土坡失稳破坏；
D
、土的抗剪强度在外界各种因素的影响下不会产生变化，土坡不会因此而产生失稳破坏；
3
边坡的破坏类型与特征
边坡在自然与
人为因素作用的破坏形式主要有：滑坡、塌滑、崩塌、剥落几种，其主要特征见表
10.
2-1
<
/p>
【例题
4
】边坡破坏的形式主要有
(
)
。
A
、崩塌；
B
、滑坡；
C
、泥石流；
D
、剥落；
E
、塌滑；
F
、沉陷；
答案：
A
、
B
、
D
、
E
【例题
5
】
在基坑土方开挖过程中，
由于土方堆载于基坑边缘，
引起边坡滑动，
称为
(
)
。
A
、滑坡；
B
、塌滑；
C
、崩塌；
D
、剥
落；
答案：
B
【
例题
6
】对边坡进行稳定性分析，其目的是
(
)
。
A
、确定土坡的下滑推力；
B
、确定采取何种支护措施；
C
、根
据工程条件确定合理的边坡容许坡度和高度；
D
、判断边坡的破坏类型；
答案：
C
1
工程地质类比法
(1)
方法原理
1)
然斜坡的外形受地质结构、岩性、气候条件、地下水赋存状况、坡向等多因素影响。
2)
影响斜坡的重力、岩性、岩体结构构造、气候条件、
坡向相同时，人工边坡较自然斜坡可维持
较陡的坡度。
4)
将同一种斜坡调查所得
H
、
L
数对绘于双对数
坐标纸上，可得到一条斜率为
b
的直线。对于不
同斜坡调查的结果所绘制的各直线有会聚的趋势，据经验该会聚点坐标为
H=3050m
和
L=22800m(
图
10.3-1)
(2)
调查统计方法
1)
在详细踏勘的基础上，从
地形图上选取与设计的边坡在坡向、岩性、构造以及地下水赋存
状态等条件相同或相近的
天然斜坡。
2)
将选出的天然斜坡划分成若干档次，在各段坡高的较陡区段量取其相应的坡面水平投影长< p>
度进行筛选，
找出该档次坡高的最小坡面投影长度，
此坡高与其相应的最小坡面水平投影长度即
为所获取的一对数据。如此进行，可获得对
应不同档次坡高的一系列数对。
3)
将这些数对标在双对数坐标纸上，
绘出曲线
(
常为直线
)
，
参照和利用前述经验会聚点的位置，
由最高数据点附近曲线上的一点到经
验会聚点连线的外插结果，
可用以估计更高的自然坡的稳定
坡度
。
2
查表法
在保证边坡稳定的前提下编制了各类岩、土的边坡容许值表。在实际工作中，可以根据工程
< br>地质条件参照下列各表确定边坡的容许坡度值：
(1)
岩、土
(
包括黄土、填土
)
边坡容许坡度值可按表
10.3-1~10.3-5
确定，但凡遇下列情况之一
时
，不得采用表中数值，应另作稳定性计算：
1)
开挖土质边坡高度大于
10m
，岩石、黄土或填土边
坡高度大于
15m
时；
2)
坡体中地下水比较发育或有软弱结构面的倾斜地层时；
3)
层面或主要结构面的倾向与边坡开挖面的倾向一致或两者走向的交
角小于
45°时。
【例题
8
】对土坡安全系数的计算，其可靠程度在很大程度上取决于<
/p>
(
)
。
A
、计算方法选用得当；
B
、计算结果的准确性；
C
、土的抗剪强度指标的选用；
D
、土的重度的选用；
答案：
C
、
D
(1)
岩石类边坡的稳定性计算
由于岩石类边坡的破坏有各种各样的原因，其破坏形态与特征也各不相同。一
般来说、
常见的破坏形式可分为崩塌、平移滑动、旋转滑动、岩块流动和岩层曲折五
类。
这里仅将平滑移
动和旋转滑动的岩石边坡稳定计算方法作简
单介绍。
【例题
9
< br>】岩石类边坡的破坏形式一般可分为哪几类
(
)
。
A
、崩塌；
B
、平移滑动；
C
、旋转滑动；
D
、岩块流动；
E
、岩层曲折。
答案：
A
、
B
、
C
、
D
、
E
1)
沿单个平面剪切滑动的稳定性计算
图
10.3-2
为一岩坡，坡角为
β
，坡内具有倾角为
α
的软弱面，形成岩坡的破坏面，楔形岩体
沿此软弱面呈剪切下滑，设岩体的容重为<
/p>
γ
，楔体高度为
h
，长度为
L
，质量为
W
【例题
11
】某砂质边坡，砂土的内摩擦角为
45
°，边坡倾角为
30
°，该边坡的稳定系数为
(
)
。
A
、
1.7
；
B
、
0.6
；
C
、
1
；
D
、
1.35
；
答案：
A
(3)
黏性土类边坡的稳定性计算
<
/p>
黏性土类边坡的稳定性计算可采用泰勒图解法
(
< br>稳定数分析法
)
和圆弧滑动法，
图解法可参考有关
书籍。圆弧滑动分析法参见土工结构中的“路堤稳定分析”方法。
(4)
基岩上覆盖土层稳定分析
在山区山麓
地段平整建筑场地时，常常沿坡脚走向开挖，如图
10.3-8
所示。场地未平整前，在
较陡倾斜面
DEF
上覆盖土层，虽有不平衡下滑力，但因斜面
BD
坡度缓，其
上土体起阻挡作用及
坡脚处被动土压力作用，使得基岩面上覆盖土层整体处于平衡状态。
当场地平整沿
AC
挖方，可
能导致
BDEF
基岩面上土体失稳，产生土滑。因此需分析
BD
面上土体在不平衡力
F
n
作用下，在
BD
斜面上土体阻挡及坡脚
处被动土压力共同
【例题
12
】对于基岩上覆盖土层稳定分析中，如利用《建筑地基基础设计规范
》推荐的公
式
F
< br>n
=F
n-1
φ
n-1
+K
t
G
nt
-G
nn
tanφ
-c
nn
、
φ
n-1
=cos(β
n-1
-
β
n
)-
< br>sin(β
n-1
-
β
n
)tanφ
n
计算边
坡的滑动推力时，如
F
n
小于零，则表
明
(
)
。
A
、边坡的阻滑力大于下滑力，基岩上覆盖土层稳定；
B
、边坡的阻滑力小于下滑力，基岩
上覆盖土层不稳定，需设置挡土墙；
C
、边坡的阻滑力大于下滑力，基岩上覆盖土层不稳定，需设置挡土墙；
D
、边坡的阻滑力小于下滑力，基岩上覆盖土层稳定；
答案：
A
(5)
边坡安全系数的取值
1)
对于新设计的边坡
对工程安全等级为一级的边坡工程宜采用
1.30~1.50
；工程安全等级为二级的边坡工程宜采用
1.15~1.30
< br>；工程安全等级为三级的边坡工程宜采用
1.05~1.15
。当采用峰值抗剪强度参数设计边
坡时，
Fs
值取大值；采用残余抗剪强度参数设计时，
Fs
值取
小值。
【例题
13
< br>】某边坡工程安全等级为二级，在对该边坡设计时如采用残余抗剪强度参数，该边坡
的边坡安全系数宜为
(
)
。
A
、
1.30
；
B
、
1.50
；
C
、
1.15
；
D
、
1.05
；
答案：
C
2)
验算已有边坡的稳定性时，
Fs<
/p>
值可采用
1.10~1.25
。当需对边
坡加荷、增大坡角或开挖坡角
时，应按新设计的边坡选用
Fs<
/p>
值。
4
边坡形式的选择
(1)
直线形
(
即一坡到
顶
)
：适用于垂直高度小于
10m
的一般均质土坡及小于
15m
的黄土边坡；
岩石边坡一般亦采用直线形。
(2)
折线形：适用于边坡较高，且上、下土层稳定性有差别的
土质边坡。
1)
当上部土质较好，下部较差时，采用上陡下缓形。此种形式对黄土边坡不适宜。
2)
当上部土层较差，
下部较好时，采用上缓下陡形。
(3)
台阶形：当边坡较高或地层不均，应根据降雨量大小或土石分界处分段设置平台作为台形。
平台上一般设置排水明沟。平台宽度为
1.50~3.00m
。
【例题
14
】对于设置成折线形的边坡，当上部土质较好，下部较差时，可采用上陡下缓形，此
种边坡不适宜于
(
)
。
A
、
粘性土类边坡；
B
、碎石类边坡；
C
、黄土类边坡；
D
、岩石类边坡。
答案：
C
11.1
边坡防护中的排水工程
水是造成滑坡的重要原因，从某
种意义讲，无水不滑坡。因此，为防止地表水浸入坡体
造成坡体失稳，
< br>应在边坡潜在的塌滑区后缘设置截水沟，
边坡表面应设地表排水系统，
必要时还
应在坡体内部设内部排水系统。
11.1.1
地表排水系统
1
截水沟：或称天沟，设置在被保护
易失稳的边坡上方，用以拦截流向边坡的地面水，
以防浸湿和冲刷边坡。
2
边沟：
设置于被保护边坡外侧，或被保护路堤边坡的两侧，用以汇集坡上方截水沟及
坡面、路肩
表面、路堑边坡面及坡脚的水，以减轻坡面、路堤基的浸湿程度。
3
排水沟：把截水沟和边沟内汇集的水排引到附近的桥涵、河
谷和低洼地去。
【例题
1
】边坡的地表排水系统包括
(
)
。
A
、天沟；
B
、边沟；
C
、涵洞；
D
、排水
沟；
答案：
A
、
B
、
D
11.1.2
内部排水系统
1
泄水孔：边坡工程应设泄水孔，对
岩质边坡，其泄水孔宜优先设置于裂隙发育、渗水
严重
的部位。泄水孔的大小可根据渗水量大小决定。泄水孔边长或
直径不宜小于
50mm
，外倾
坡度不宜
小于
5
％，
间距宜为
< br>2~3m
，
并宜按梅花形布置，
最下的排泄水孔应高于地面或排水沟底
面不小于
200mm
。对于浆砌石或混凝土防护地段施工中可预留排水孔，无防护的岩质边坡，内部
排水可用风钻打孔形成泄水孔。当潜在破裂面渗水严重时，泄水孔宜深入至潜在滑裂面内。
2
渗沟：
或称暗沟，
设在边坡坡体或山坡上，
用以疏干或引
排坡体内的地下水，
使其不渗入
潜
在滑裂面内。
【例题
2
】坡体内部排水系统包括
(
)
。
A
、天沟；
B
、边沟；
C
、泄水孔；
D
、渗
沟；
答案：
C
、
D
【例题
3
】关于在坡体内设置的最下排
泄水孔，下列说法正确的是
(
)
。
A
、<
/p>
应低于地面；
B
、
应与排水沟底面平齐；
C
、
应低于地面或排水沟底面不小于
20cm
；
D
、应高于地面或排水沟底面不小于
20cm
；
< br>
答案：
D
11.1.3
边坡防护中排水工程的设计
一般可按下列步骤进行：
1
把主要
流向边坡的天然沟和排水沟规划成横向排水系统，
把为拦截山坡水流的截水沟作为纵
向排水系统，并汇集而排入横向排水系统。
2
在横向和纵向排水沟渠的山坡上
，
根据面积大小和地形，
确定是否需要设置支沟和各种排水
沟渠以构成排水网络。
3
在边坡底部或路基两侧设置边沟、
排水沟等，并选定桥涵位置，使沟渠同桥涵河谷联成
网。
4
沟渠断面设计。
< br>截水沟、
排水沟的断面一般因地制宜开挖成梯形或矩形断面，
渗漏严重地段，
应考虑浆砌石或混凝土护面护砌，
断面大小
主要根据可能最大截留的流量，
确定沟渠底宽和深度。
一般按明
槽均匀流水力计算公式通过试算和查计算图表确定。
明槽均匀流基本公式为谢才公式：
11.2
边坡防护中的加固措施
为使边
坡确保稳定，发挥边坡的自承能力，采取的封闭岩石裂缝防止渗水及岩壁风化进
行的护面
防护、
锚杆
(
索
)
加固措施称为边坡防护中的加固措施。
常用的有混凝土护面
、
喷混凝土
防护、喷锚支护、桩锚结构等，都是属于柔性支护形
式。
11.2.1
岩石坡面的喷锚支护
喷锚支护是一种
“刚”、
“柔”适度的薄层支护，
既有抑制边坡岩面有害变形的
一面，
又有适应
边坡变形的一面。
【例题
4
】关于喷锚支护，下列说法正
确的是
(
C
)
。
A<
/p>
、喷锚支护是一种刚性支护措施，主要靠其自身的强度来抑制边坡岩面的有害变形；
B
、喷锚支护是一种刚性支护措施，它不能
适应边坡的变形；
C
、
喷锚支护是一种柔性支护，
它有抑制边坡岩面有害变形的一面，
又有适应边坡变形的一面；
D
、
喷锚支护是一种柔性支护，不能抑制边坡岩面有害变形，但能适应边坡变形；
1
喷锚支护所用材料
喷锚支
护所用材料有水泥、砂、石，配制喷射混凝土的速凝剂、填加剂和减水剂以及锚
杆锚索和
相应的各种锚夹具。
水泥应选择早期强度高，抗冻性好
并与速凝剂相容性好的水泥。一般情况下，应选用普
通
硅酸盐水泥。
砂的性能应符合普通混凝土用砂标准。在喷射混凝土中一般以选用中砂或粗中混合砂为
好，细度模数以
2.5~2.85
为宜。如果
采用过细的砂，会增加水泥用量，
使喷射混凝土产生收缩，
而且
强度也大大降低。砂的含泥量不应大于
3
％
(
重量比
)
，砂中的含水量对喷射
混凝土的质量影
响很大，因此必须给予重视。当采用干喷时，其含水量应控制在
5
％
~7
％；在采用潮
料掺浆法或
水泥裹砂法时，在计算裹砂或裹石含量时，应计人砂中含水量。
喷射混凝土的骨料采用卵石、碎石均可，但应优先选用卵石。
目前国内生产的喷射机可
使用骨料最大粒径为
25mm
，
但为了减少回弹，
易于施工，
减少堵管，
骨料最大粒径不宜大于
15mm
。
为了取得喷射混凝土较为理想的力学性能，砂、骨料必须有较好的级配。
骨料要质地坚硬，
其湿
抗压强度应高于
喷射混凝土本身强度
l.5
倍以上，一般骨料强度不应低于
60MPa
。
速凝剂
的主要作用是加快喷射混凝土的凝结和硬化，提高其早期强度，从而达到及时支
护
之目的，在选择速凝剂时应选择对喷混凝土后期强度影响小的速凝剂
。常用掺量为
1.5
％～
4
％，常用速凝剂有红星一型速凝剂。喷射混凝土中掺入减水剂后，可在保持流动度的情况下显
著降低水灰比，从而提高喷射混凝土的强度，其掺量为
0.5
％
~1
％，减水剂的减水率一般在
5
％
~15
％左右，常用的
有木质素减水剂和硫化煤焦油减水剂。其他的掺加剂还有早强剂，常用的有
铁道科学院建
研所研制的
TS
早强剂，主要的化学成分是硅酸钙、铬酸钙，在
水泥中掺入
6
％
TS
< br>剂能使喷射混凝土
5min
内初凝，
8min
内终凝。
喷射混
凝土中用水一般应符合混凝土施工用水的要求，水的
pH
值小于
4
的酸性水不得
使
用，水中
SO
4
的含量超过
1
％时，不宜使用。锚杆材料常用
3
号钢
(A
3
直径
6~40mm)
、
16
锰
(16Mn
直径
8~25mm)
、
20
锰硅<
/p>
(20Mnsi
直径
< br>28~40mm)
、
5
号钢
(A5
直径
10~40mm)
、
25
锰硅
(25Mnsi
直径
6~40mm)
，预应力锚索材料
主要有高强钢丝、钢铰线
(
由
7
根或
12
根或
19<
/p>
根高强钢丝铰合
而成
)
< br>和精轧螺纹钢筋。
【例题
5<
/p>
】在喷锚支护所用的喷射混凝土配制时，一般需添加的外加剂有
(
)
。
A
、
早强剂；
B
、
缓凝剂；
C
、
减水剂；
D
、
防冻剂；
答
案：<
/p>
A
、
C
2
岩石坡面的喷锚支护构造设计
(1)
岩石护层可采用喷射混凝土层，
也可采用现浇混凝土板或格构梁等形式。
喷射混凝土
的设计强
度不应低于
C20
，
喷射混凝土
1d
龄期抗压强度不应低于
5Mpa
。
喷射混凝土与岩石的粘
结力对整体状和块状
岩体不应低于
0.7MPa
，对于碎裂状岩体不应低于
0.4MPa
。
喷射混
凝土面板厚度不应小于
50mm
，含水岩层的喷射混凝土面板厚
度和钢筋网喷射混
凝
土面板厚度不应小于
l00mm
，Ⅲ类岩体边坡钢筋
网喷射混凝土面板厚度和钢筋混凝土面板
厚度不应小于
150m
m
，钢筋直径
6
～
12mm
，钢筋间距宜为
150
～
300mm
，宜采用双层配筋，钢筋保
护层厚度不小于
25mm
。
(2)
锚杆设置要求
①锚杆倾角宜为
10°～20°；
②锚杆布置宜采用菱形排列，也可采用行列式排列；
③锚杆间距宜为
1.25
～
3m
，且不应大于锚杆长度的一半；对
I
、Ⅱ类岩体边坡最大间距
不得大于
3m
，对Ⅲ类岩体边坡最大间距不得大于
2m
；
④应采用全粘结锚杆。
(3)
锚杆的灌浆要求
①灌浆前应清孔，排放孔内积水；
②注浆管宜与锚杆同时放入孔内，注浆管端头到孔底距离宜为
l00
mm
；
③灌浆材料为水泥砂浆，浆体配置
的灰砂比宜为
0.8
～
1.5
，水灰比宜为
0.38
～
0.5
。浆
体材料
28d
的无侧限抗压强度，用于全粘结型锚杆时不应低于
25MPa
，用于锚索时不应低于
30MPa
；
④根据工程条件和设计要求确定灌浆压力，应确保浆体灌注密实；
⑤锚杆外露段
(
外锚头
)
可采用外涂防腐材料或包在喷混凝土中。
【例题
6
】锚杆的灌浆材料为
< br>(
)
。
<
/p>
A
、
水泥砂浆；
B
、
细石混凝土；
C
、
水泥浆；
D
、
混合砂浆；
答
案：
A
【
例题
7
】在岩石坡面的喷锚支护构造设计时，对于全粘结型锚杆
，其浆体材料
28
天的无侧限
抗压强度
不应低于
(
)Mpa
。
2-
A
、
15
；
B
、
20
；
C
、
25
；
D
、
30
；
答案：
C
11.2.2
土体边坡喷锚支护—土钉墙
锚拉式
、内撑式和悬臂式等挡土支护结构，均以挡土支护结构承受其后的侧压力，以防
止土体整
体稳定性破坏，属于被动制约机制。
土体的抗剪强度较低，
抗拉强度几乎可以忽略，
但土体本身具
有一定的结构整体性，
当开挖
边坡时，
土体存在使边坡保持直立的临界高度，
当超过这一深度或者在地面超载及其他因素作用<
/p>
下，
将发生突发性的整体破坏。
所采用传
统的支挡结构均基于被动制约机制，
即以支挡结构本身
强度和刚
度，承受其后的侧向土压力，以防止土体整体稳定性破坏。
而土钉墙则是在土体内设置一定长
度和密度的土钉构成的。土钉与土共同工作，形成了能
大大提高原状土强度和刚度的复合
土体，
土钉的作用就是基于这种主动加固的机制。
土钉与土相<
/p>
互作用，约束了土坡的变形和破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。
< br>
(4)
土钉墙的构造
土钉墙由土钉、面层和防水系统三部分组成。
土钉墙分为钻孔注浆土钉和
打入土钉两类。钻孔注浆土钉，是最常用的土钉类型。先在土中
钻孔，置入螺纹钢筋，然
后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔中心位置，有足够浆体保护，需沿
钉长每隔
2
～
3m
设对中支架。
土钉外露端宜做成螺纹，并通过螺母、钢垫板与钢筋喷射混凝土
面层相连，在注浆体硬结
后用扳手拧紧螺母使土钉产生约为设计拉力
10
％左右的预应力
。
打入土钉是在土中直接打入角钢、圆钢或螺纹钢筋，不再注浆
，由于打入式土钉与土体间
粘结摩阻力低，钉长又受限制，因而布置较密。
临时性土钉支护面层通常用
80
～
150mm
厚网喷混凝土做成，混凝土等级不宜低于
C
20
，一
般用一层钢筋网，钢筋直径
φ
6
～
φ
8
。
水久性土钉支护面层厚度至少取
l00
～
250mm
，且一般设两层钢筋网，分两次喷成。地面排水系
统是为了防止地表渗透水对混凝土面层
产生压力和降低土体与土钉之间粘结力而设，
地面排水系
统做法
可参见前面所述内容。
【例题
8
】在下列各种边坡支护结构中，属于主动制约稳定机制的是
(
)
。
A
、锚拉式；
B
、内撑式；
C
、悬臂式；
D
、土钉墙；
答案：
D
11.2.3
边坡防护中的桩锚结构
桩锚结构属柔性挡土支护结构，这种结构除自立
(
< br>悬臂
)
式外，
常与锚拉或支撑杆
件相结合，
以
维持在侧压力作用下的自行稳定。
11.2.3.1
悬臂式、单支和多支点档土桩支护结构
悬臂式挡土支护结构完全依靠嵌入土中桩的足够深度来
维持其稳定性，故嵌入深度是关键
(
有
关嵌入深度计算及结构要求，见以后相关内容
)
。这种结构对于
土的性质，荷载大小非常敏感。
适用于粘性土地区且地下水较深的竖直边坡防护，
防护边坡高度一般不大于
10m
，
否则将不经济。
当防护边坡
(
基坑
)
深度超过
6
～
10m
时，宜采用单支点和多支点的内支撑式围护结
构，以防止土
体整体稳定性破坏。如图
11.2-2
所示。
当边坡土质较好地下水位较低时，
可利用土拱作用，
以较稀疏的桩排支挡边坡。
必要时还可在桩
间加设挡板。
边坡较高且对边坡位移要求较高时
，
可将桩密排或采用双排桩共同受力的结构形式。
双排桩具有整
体刚度大、
水平位移小和受力合理的特点，
是一种有应用价值的
类型。
常用的桩排
有钢板桩
(U
形、
z
形、
H
形、一字形和组合型截面
)
、钻孔灌注桩、深
层搅拌水泥土桩等。
地下连续墙近来也应用到边坡
(
基坑
)
防护中，地下连续墙具有对周围环境
影响小、对地
层
< br>条件适应性强、防渗性能好、抗弯刚度大和整体性好的优点，目前已成为深基坑、高边坡
< br>主要挡
土支护结构之一，也
是依靠嵌入土中连续墙的足够深度来维持边坡
(
基坑
)
的稳定，为
了增强其
支档力，可在连续墙中放置钢筋笼。但如果将其单纯作为挡土
支护结构，则费用较
高，如施工后成为地下结构的组成部分就较为理想、经济。
11.2.3.2
锚杆档墙支护结构
根据挡墙的结构形式，可分为板肋式锚杆挡墙、格构式锚杆挡墙和排桩式锚杆挡墙；根据锚
杆的类型可分为非预应力锚杆挡墙和预应力锚杆挡墙。
1
适用范围
< br>《建筑边坡工程技术规范》
(GB50330
—
2002)
中
8.1.2
条款要求下列边坡宜采用排桩式锚杆
挡
墙支护。
(1)
位于滑坡区或切坡后可能引发滑坡的边坡。
(2)
切坡后可
能沿外倾软弱结构面滑动，破坏后果严重的边坡。
<
/p>
(3)
高度较大、稳定性较差的土质边坡。
(4)
边坡塌滑区内有重
要建筑物基础的Ⅳ类岩质边坡和土质边坡。
8.1.3
条款规定在施工期稳定性较好的边坡，可采用板肋式或格构式
锚杆挡墙。
8.1.4
条款指出高度较大的新填方边坡不宜采用锚杆挡墙方案。
2
构造要求
< br>锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙
(
< br>柱
)
联结，另一端锚固在地
基
的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拨力、倾侧力，
或支护结构的土压力、水压力，它
是利用地层的锚固力维持结构物的稳定。
锚杆挡墙支护体系由挡土构筑物
(
钢板桩、
预制板桩、
灌注桩、
旋喷桩、
挖孔桩、
地下连续<
/p>
墙
)
、
腰粱及托架
(
工字钢、槽钢形成的组合梁或
钢筋混凝土梁
)
、锚杆三个部分组成。
锚杆类型从不同工艺可分为简易灌浆锚杆、预压灌浆锚
杆、化学灌浆锚杆；从对控制变形要
求不同可分为预应力锚杆和非预应力锚杆；
从使用年限来说有临时性锚杆和永久性锚杆；
从其锚
固形式可分为端头锚固式、全粘接式、摩擦式、预应力式和混合式。
锚杆是由锚杆头部、拉杆及锚固体三个基本部分组成，详见图
11.
2-3
。
立柱、
挡板和格构梁的混凝土强度等级不应低于
C20
，
立柱的截面尺寸除应满足强度、
刚
度
和抗裂要求外，
还应
满足挡板
(
或拱板
)
< br>的支座宽度、锚杆钻孔和锚固的要求。
肋桩截面宽度
<
/p>
不宜
小于
300mm
，截面高度不宜小于
400mm
。钻孔桩直径不宜小于
500mm
，
人工挖孔槽直径不宜小
于
800mm
。立柱基础应置于稳定地层内，
可采用独立基础、条形基础或桩基础等形式。格构梁
截面尺寸应按强度、
刚度和抗裂要求计算确定，
且格构梁截面宽度和截面高度不宜
< br>
小于
300mm
。
永久性锚杆挡墙现浇混凝土构件温度伸缩缝间距不宜大于
20
～
25m
。
【例题
9
】锚杆挡墙支护
体系由
(
)
三个部分组成。
A
、挡土构筑物；
B
、腰粱及托架；
C
、锚固体；
D
、锚杆；
答案：
A
、
B
、
D
【例题
10
】锚杆是由
(
)
三个基本部分组成。
A
、锚杆头部；
B
、挡土构筑物；
C
、拉杆；
D
、锚固体；
答案：
A
、
C
、
D
3
锚杆挡墙的设计内容
在工程设计开始前，首先应对工程所处地质条件，地层情况、土的参数、周围环境、施工
条件进行详细了解，并积极调研和吸取当地相似锚杆挡墙工程成功与失败的原因、经验和教训。
< br>具体设计内容应包括：侧向岩土压力计算，挡墙结构内力计算，主桩
(
桩
)
嵌入深度计算，锚杆根
数计算和构造设计，挡板、立柱
(
肋柱或排桩
)
及其基础设计，边坡变形控制设计，整体稳定性分
析
以及施工方案建议和监测要求等内容
(
可参见以后相关内容
)
。
11.2.4
边坡支护中的重力式挡土支护结构
重力式挡土支护结构是以其自身重力来维持在侧压力作用下的自身稳定。根据墙背倾斜<
/p>
情
况，重力式挡墙可分为俯斜式
挡墙、仰斜式挡墙、直立式挡墙和衡重式挡墙及其他形式挡墙。
按建筑材料又可分为：石砌挡土墙、钢筋混凝土挡土墙
(
悬臂
式、扶臂式挡墙
)
、砖砌挡土
墙、
加筋土挡土墙。
按结构形式又可分
为重力式挡土墙、
半重力式挡土墙、
衡重式挡土墙、
悬臂
式
挡土墙、
扶臂式挡土墙、空箱式挡土墙等，下面以重力式挡土墙为主进行介绍。
【例题
11
】
根据墙背倾斜情况，重力式挡墙可分为
(
)
等。
A
、俯斜式挡墙；
B
、直立式挡墙；
C
、衡重式挡墙；
D
、砖砌挡土墙；
E
、钢筋混凝土挡土墙；
F
、仰斜式挡墙；
答案：
A
、
B
、
C
、
F
11.2.4.1
设置重力式挡土墙一般规定
重力式挡土墙是一种很普遍的工程构筑物，广泛应用于道路、工业与民用房屋建筑工程、
水
利建设、铁路等工程的边坡防护中。从经济角度考虑，采用重力式挡土墙时，
土质边坡高度不宜
大于
8m
，岩质边坡高度不宜大于
10m
。超过以上高度边坡防护应
考虑更经济的桩式挡土墙、桩
锚结构挡土墙或其他结构形式挡土墙防护结构。
一般在下列情况可考虑修筑重力式挡土墙：
1
凡
地面横坡较陡，须修建挡土墙以保证路堤稳定或只有建造挡土墙才能填筑路基时。
2
高
填深挖工程，
当土石方数量很大，
建造挡土墙可以减少土石方工
程，
少占农田用地，
造
价
经济时。
3
沿河路堤，为了防止冲刷需建挡土墙起防护作用时。
4
建筑物处于陡坡地区，房屋周围需要填土平整场地时。
5
在粒状材料的储藏中，当设置挡土墙能减少较多场地时。
6
其他必须修建挡土墙的地方。
11.2.4.2
重力式挡土墙结构形式
重力式挡土墙材料可使用浆砌块石、
条石或素混凝土，
块石、
条石的强度等级应不低于
MU30
，
混凝土强度等级应不低于
C15
。
重力式挡墙基底
可作成逆坡。对土质地基，基底逆坡坡度不宜大于
0.1
：
1.0
；对岩质地基，基
底逆坡坡度不宜大
于
0.2
：
1.0
。
块条石挡墙顶宽度不
宜小于
400mm
，
素混凝土挡墙顶宽
度不宜小于
300mm
。
墙身底宽在方
案
设计阶段可按
(0.4
～
0.5)H(H
：墙高
)
考虑。
重力式挡土墙基础埋
置深度，应根据地基稳定性、地基承载力、冻结深度、水流冲刷情况和
岩石风化程度等因
素确定。土质地基基础埋置深度不宜小于
0.5
～
0.8m
，岩质地基基础埋置深度
不宜小于
0.3m
。
重力式挡土墙伸缩缝间距，浆砌石挡墙应采用
20
～
25m
，素混凝土挡墙应采用
10
～
15m
。在
地基形状和挡墙高度变化处应设沉降缝，
缝宽
20
～
30mm
，
缝中
应填塞沥青麻筋或其他有弹性的
防水材料，填塞深度不应小于
1
50mm
。
挡墙墙体应根据墙背渗水情况设置一定数目排水孔。挡墙后面填土，应优先选择透水性较强
的材料，以减小墙背土冻胀力和有利于积水排出。
挡墙地基纵向坡度大于
5
％时，基底应作成台阶形。
11.2.4.3
重力式挡土墙的稳定性验算
重力式挡
土墙结构设计除了结构选型和结构尺寸拟定外，需对挡土墙断面进行抗滑移稳定性验
算、
抗倾覆稳定性验算，地基软弱时还应进行地基承载力计算。
对于重要挡土墙，还要进行墙
身
应力验算。