边坡(全)

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，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 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。

【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( )。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，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、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1～2m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，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。