第八章膨胀土路基病害与防治ppt课件.ppt

主讲教师：杨平第八章　膨胀土路基病害与防治四川交通职业技术学院道桥系路基病害整治 课程内容一、膨胀土的定义及基本特征二、膨胀土地区路基的变形与破坏三、膨胀土路堑的设计与施工四、膨胀土路堤的设计与施工五、膨胀土边坡的综合治理技术 第一节膨胀土的定义及基本特征1、膨胀土的定义：膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土。其矿物成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主。主要特征有胀缩性、裂隙性和超固结性； 第一节膨胀土的定义及基本特征2、膨胀土的基本特征：膨胀土中的黏土矿物成分主要是由亲水性矿物（蒙脱石、伊利石的有效成分）组成的，所以这一类土对湿度状态的变化就特别敏感。膨胀土同时具有吸水膨胀和失水收缩两种变形特性，而且，这种变形是可逆的。膨胀土吸水膨胀及失水收缩的过程当中常帮有裂隙的产生膨胀土一般具有高液限、低塑限以及塑性指数较高的特性 第一节膨胀土的定义及基本特征3、膨胀土的判别方法：判别原则：采用宏观结构特征、黏土矿物成分，以及土体特征指标作为判别膨胀土的三要素；指标选择：界限含水量特征值；涨缩总率；黏粒含量指标。 第一节膨胀土的定义及基本特征3、膨胀土的判别方法：1)根据膨胀土特征指标判别：采用现场定性和室内试验指标相结合的方法初判：根据地形地貌、土的天然结构特征、膨胀土具有的裂隙性、胀缩性等特征，进行初步判别。详判：①国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》(GDJ112-1987)评判标准②交通部《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)标准 第一节膨胀土的定义及基本特征3、膨胀土的判别方法：2)根据膨胀土宏观结构特征判别①地貌特征②土体结构③土质特性④土的颜色⑤自然地质作用3)根据黏土矿物成分判别 第一节膨胀土的定义及基本特征4、膨胀土主要工程性质及其对路基稳定性的影响1）涨缩性与收缩性(1)初始含水量的影响：膨胀土的膨胀量与含水量成反比，收缩量与含水量成正比(2)压实度的影响：压实度越大，膨胀量有所增加，而压实度对收缩量影响很小(3)附加荷重的影响：土体膨胀量受附加荷重(压力)控制，压力越大，膨胀量越小，当压力为0-0.05MPa时，影响最显著 第一节膨胀土的定义及基本特征4、膨胀土主要工程性质及其对路基稳定性的影响2）抗剪强度特性(1)膨胀土涨缩等级的影响：(2)含水量的影响：(3)上覆压力的影响：(4)填筑条件的影响3）渗透特性膨胀土的体积变化主要是土中水分变化引起的，了解土的渗透性对分析已成路基和边坡水分变化的原因有重要意义。 膨胀土涨缩性与收缩性造成裂隙发育 第二节膨胀土地区地基的变形与破坏1、路堑变形破坏类型1）剥落：剥落是路堑边坡表层受大气物理风化作用，使土块碎解成细粒状、鳞片状，在重力作用下沿坡面剥落的现象。2）冲蚀：冲蚀是坡面松散表土在大气降雨或地表径流的集中水流冲刷侵蚀作用下，沿坡面形成的沟状冲蚀现象。3）泥流：泥流是坡面松散土粒与坡脚剥落堆积物在雨季被水流裹带搬运形成。4）溜塌：边坡表层强风化层内的土体，吸水膨胀软化，处于过饱和状态，在重力与渗透压力作用下，沿坡面向下产生塑流状塌移的现象。5）坍滑：边坡浅层膨胀土体沿一定滑面整体滑移并伴有局部坍落的现象。6）滑坡：边坡土体结构受到破坏，强度衰减，在水的促滑作用下，使边坡土体丧失稳定平衡，沿一定滑面整体向下位移滑动。 第二节膨胀土地区地基的变形与破坏2、路堤变形破坏类型1．沉陷2．纵裂3．坍肩4．溜塌5．坍滑6．滑坡 膨胀土造成路基路面开裂 第二节膨胀土地区地基的变形与破坏3、膨胀土滑坡1)膨胀土滑坡的一般特征由于膨胀土属于黏性土范畴，所以，膨胀土滑坡首先具有与一般黏土滑坡相似的特征。即路堑开挖、边坡临空、土体膨胀。 第二节膨胀土地区地基的变形与破坏3、膨胀土滑坡2)滑坡的特性规律(1)牵引性(2)结构与构造性(3)浅层性(4)多次滑动性(5)成群分布规律(6)时间规律 第二节膨胀土地区地基的变形与破坏3、膨胀土滑坡3)滑坡稳定性分析(1)地层成因分析(2)土体结构分析(3)土性分析(4)水文地质条件分析(5)微地貌条件分析(6)变形形迹分析(7)力学计算分析 膨胀土滑坡 第三节膨胀土路堑的设计与施工1.路堑设计2.膨胀土路堑施工 1.路堑设计膨胀土路堑设计主要包括边坡型式、边坡坡度等内容。由于影响膨胀土路堑边坡变形的因素较多，膨胀土工程性质特殊而复杂，对路基工程的潜在破坏性十分严重。因此，在进行路堑边坡设计以前，应充分进行外业工程地质与环境地质调查、既有建筑物调查、搜集当地气候资料，并在此基础上通过技术经济比较，确定合理的路堑边坡形式和边坡坡度。 1.路堑设计1．路堑边坡形式一般常用的边坡形式，主要有直线式、折线式、平台式三种类型a)直线式；b)折线式；c)平台式 1.路堑设计2．路堑边坡坡度膨胀土路堑边坡设计参考值膨胀土类型边坡高度（m）边坡坡度边沟平台宽度（m）弱膨胀土＜66-10＞101：1.51：1.5－1：2.01：1.75－1：2.01.0中等膨胀土＜66-10＞101：1.5－1：1.751：1.75－1：2.01：1.75－1：2.52.0强膨胀土＜66-10＞101：1.751：1.75－1：2.51：2.0－1：2.52.0 2.膨胀土路堑施工由于膨胀土的特殊性质，膨胀土路堑边坡的处理不是简单的坡比设计，或常规的稳定性验算就能解决问题，在处理时需要充分了解膨胀土的特性、工程地质条件、大气风化作用层深度及土体的结构性能，才能得出满意的处理方案。 2.膨胀土路堑施工1．一般原则路堑施工应尽量选在旱季进行，并遵循先排水后主体、集中力量、连续快速开挖、及时防护、自上而下、分层逐级施工的原则，详见图8-2。图8-2路堑施工顺序示意图①-⑦为施工顺序 2.膨胀土路堑施工2．膨胀土地区路堑开挖方法1)挖方边坡不要一次挖到设计线，沿山坡预留30-50cm一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并立即浆砌护坡封闭。(2)膨胀土地区的路堑、高速公路、一级公路的路床应超挖30-50cm，并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性膨胀土回填，按规定压实。(3)膨胀土边坡宜采用台阶形，这样把高边坡降低为矮边坡的组合形式，不仅减轻了高边坡土体对坡脚的压力，而且，减弱了地面水对坡面的冲蚀，同时，平台对坡脚有一定支撑作用。(4)沿线弃土堆应设置在路堑顶部10m以外，弃土堆可堆成梯形横断面，边坡不应陡于 2.膨胀土路堑施工3．边坡坡度的选择1)对于弱膨胀土挖方边坡，按设计坡比或以1：1.5的坡比修整即可。2)对于中一强膨胀土边坡坡度，以工程地质比拟法为主，以1：2的自然坡度为主，坡度的变化范围在1：1.5-1：2.5之间，视土质状况及坡体地质结构具体而定。4．零填及路堑路床的处理与压实膨胀土地区的零填及路堑路床挖到设计高程后，对于高速公路、一级公路的路基应超挖1-1.2m，随即用粒料、非膨胀土或改性土回填，并按规定压实。 2.膨胀土路堑施工5．防渗排水设施(1)所有排水设施均应精心设计，以使危害路基稳定的地面水、地下水能顺畅排走，防止积水浸泡路基、地下水侵入路基为目的。(2)边沟应比一般地区适当加宽、加深。路堑的边沟深度不得小于80cm，外侧应设平台，以保护坡脚免遭水浸，并且防止边坡剥落物堵塞边沟。(3)堑顶设截水沟，以防水流冲蚀坡面和渗入坡体。(4)台阶式高边坡，应在每一级平台内侧设截水沟，以截排上部坡面水，并宜在截水沟与坡脚之间设一定宽度的平台，以利坡脚稳定。 2.膨胀土路堑施工6．路堑边坡防护与加固坡防护与加固措施的选择，应根据影响膨胀土边坡稳定性的工程地质与环境地质条件、地区气候条件以及边坡变形破坏类型，通过技术经济比较，合理选择。1)边坡防护原则2)边坡防护加固措施(1)表水防护(2)坡面防护加固 第四节膨胀土路堤的设计与施工一、路堤设计1．膨胀土路堤边坡形式：直线式、折线式2．坡度：边坡坡度按下表确定：3．路基高度膨胀土路堤不宜过高，一般宜控制在3m以内，如超过3m则须考虑沉降稳定问题，如超过6m还须考虑预留沉降量和路基加宽。 第四节膨胀土路堤的设计与施工4．填料要求路基填料最小强度要求 第四节膨胀土路堤的设计与施工二、膨胀土路堤施工1．一般原则(1)膨胀土路基施工应避免在雨季施工，并同时加强现场排水，以保证地基和填筑的土方工程不被水浸泡。(2)膨胀土路基开挖后，各道工序必须紧密衔接，连续作业，分段完成，路基填筑后，其边坡防护等不能间隔时间过久以免边坡长期暴露，或越冬再做路面，做好膨胀土路基的防水、保湿、防风化工作。(3)膨胀土路堤施工前，应就地按规定做试验路段。 第四节膨胀土路堤的设计与施工2．路堤基底处理要点3．路堤填筑与压实要点4．路堤排水与边坡防护(1)路堤排水(2)路堤边坡防护 第五节膨胀土边坡的综合治理技术一、概述针对膨胀土边坡具有“逢堑必滑、无堤不塌”的极端特殊性与严重性，防治膨胀土滑坡必须贯彻“先发治坡、以防为主”的总原则。实践证明，相对稳定的坡率还必须与其他工程项目相结合，相辅相成，共同作用，才能维持好一个稳定的边坡，必须针对边坡的特性(膨胀土的胀缩性，裂隙发育情况，软弱结构层面，坡高坡长，坡率等)、环境的影响(大气降雨量与蒸发量，地下水下地表径流方式等)，结合边坡各部位可能产生的应力种类和大小，采取相应的处理、预防措施，进行综合治理。 第五节膨胀土边坡的综合治理技术二、膨胀土滑坡预防1．一般原则①防水②防风化③防反复胀缩循环④防强度衰减2．膨胀土滑坡预防预防膨胀土的滑坡的产生，必须立足于“先发治坡”的原则基础上，从勘察选线与选址开始，通过设计、施工和养护维护等等各个阶段，层层设防，最终实现。 第五节膨胀土边坡的综合治理技术三、膨胀土边坡工程防护与加固膨胀土路堑边坡防护与加固措施，可以分为表水防护、坡面防护和支挡防护三类1．表水防护设置各种排水沟，建立地表排水网系，截排坡面水流，使表水不致渗入土体和冲蚀坡面。2．坡面防护加固(1)骨架护坡(2)片石护坡(3)植被护坡(4)土质边坡轻型防护——水泥土护坡 综合治理：下部为挡墙，上部为网格骨架植草护坡 植被护坡 工程措施－挡墙护坡 第五节膨胀土边坡的综合治理技术四、支挡结构支挡结构是为了防止边坡的坍塌失稳，确保边坡稳定的构筑物。其主要应用于两方面：对于开挖的强膨胀土或中等膨胀土的边坡采取的预防支挡措施，以便防止滑坡的发生1．挡土墙2．加筋档土墙3．土钉墙部分组成4．抗滑桩5．锚杆、钢筋网、喷射混凝护坡 第五节膨胀土边坡的综合治理技术五、膨胀土边坡植被建植技术实践证明，植被防护不仅仅是绿化美观的问题，重要的是可以通过植被，储蓄和蒸发水分，调节坡中土的湿度，减少和降低干湿循环作用效应，增加坡面的防冲刷、防变形能力。1．植被种类的选择2．植被生长基盘的改良3．种植工艺4．植被防护的时机 第五节膨胀土边坡的综合治理技术六、植被与膨胀土边坡综合防护1．膨胀土边坡不宜采取单一的防护措施由于膨胀土干缩湿胀的特殊性，单一地采用刚性防护措施如浆砌片石护坡，在雨水的作用下，坡面上的保护层会发生鼓肚、开裂、变形、外挤等现象。植被防护的作用也有其局限性，由于植物根系一般较浅，只能防止坡面冲蚀和表面溜塌，在边坡本身不稳定或存在集中水流的情况下，仍可能发生塌滑和水毁现象2．植被防护与工程防护相结合防护效果好(1)坡比是膨胀土边坡稳定的重要因素(2)在拱形骨架内植草护坡效果好(3)膨胀土用少量石灰土改性后可进行植被防护(4)膨胀土边坡防护应在稳定的基础上进行