中国铁道科学研究院基础设施检测研究所 北京 100081
摘要：当前我国铁路建设取得了巨大成就，极大推动了我国各领域经济建设。而在铁路建设及运营中，铁路边坡的稳定性直接关系铁路线路安全。由此铁路边坡防护日趋得到重视，并且边坡防护相关工程技术也在不断进步。本文阐述了铁路膨胀土路堑边坡的破坏机理，并结合工程实例提出了膨胀土路堑边坡防护措施。
关键词：铁路；边坡；膨胀土；破坏机理；防护措施
我国国土面积辽阔，不良地质和特殊岩土区域分布广泛。其中膨胀土对于铁路修建及运营过程中因产生的病害引发事故几率较高，同时因为膨胀土边坡变形破坏通常较为严重，会为后期的整修带来一定难度，因此分析铁路膨胀土边坡变形破坏机理和有针对性的防护措施是非常有必要。
1.破坏机理
膨胀土是土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。控制膨胀土胀缩时能大小的物质成分主要是土中伊利石、蒙脱石的含量、离子交换量，以及粒径小于0.002mm的黏粒含量。这些物质成分本身具有亲水特性，是膨胀土具有较大胀缩变形的物质基础。除了亲水性外，物质本身的结构构造是很重要的，从电镜试验证明，膨胀土的微观结构属于面-面叠聚体，它双团粒结构有更大的吸水膨胀和失水收缩的能力。
由于膨胀土具备吸水膨胀及失水收缩性特点，在铁路路堑边坡施工过程中，如果处于雨季施工，如果开挖后缺少及时的防护措施造成坡体、坡脚位置排水不顺畅，容易使大量雨水存在于堑底，在雨水的长期浸润下，造成土体快速膨胀，再经过后期的暴晒，膨胀土就会出现失水缩。并且膨胀土的变形有着重复性，经过长期反复的干缩湿胀，土地的连续性会遭到破坏，从而降低土体强度，为变形创造了条件。
膨胀土前期受到过固结压力作用，土体体经常处于超固结状态，在超固结状态下，容易使路堑边坡及坡脚均受到较大的剪应力，出现应变软化，这对保持边坡稳定非常不利。
不良施工也是膨胀土边坡变形的一个诱因。开挖路堑边坡以后，大量石料、土随意堆放在坡顶处或者坡面上，增加了堑坡本身压力，随着推积加重，土的自重增大，从而使土体的下滑推力也随之增大，促使变形形成。
由此可见，膨胀土边坡破坏主要由土体本身成分、水的浸润及渗透、排水不畅和不良施工等造成。
2.膨胀土边坡破坏表现
路堑边坡初期滑动出现，有数条裂缝在浅表滑塌区同时产生，这些裂缝分布在前缘一带，完全解体下滑的变形体外侧，并促使一级滑动面由此形成；在此基础上，后部滑体张拉开始下错，这是因前缘滑塌继续发展而造成的，使得中部发育大量错坎，下错裂缝发育完全，使第二级贯穿变形区错壁形成。裂缝在不同部位形成，表现的下错性质与张拉程度会存在一定差异，说明变形区已经产生，并且是强烈变形。依据地表变形情况，可以发现两级贯通滑塌壁已经形成，滑面总体呈现出后牵引包络线形状。（见图1）
图1 路堑边坡地质平面图
3.边坡路堑变形破坏防护整治措施
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，必须针对边坡的土质特性、环境的影响等，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。
3.1排水处理
膨胀土边坡变形的主要原因是膨胀土本身具有吸水膨胀、失水收缩特征，由此，膨胀土变形整治能否成功最关键的就是水的处理是否到位。以往成功的经验是：天沟、侧沟、排水沟紧密相连，三沟汇水齐归涵。同时，要求所有排水系统，应一律浆砌，随时检查维修，防止积水或淤塞，保证排水畅通。防护的目的是要截排坡面水流，不使表面水渗入土体和冲蚀坡面。
3.2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；对于已发生滑动的边坡进行治理支挡措施，使工程运行正常。关于支挡结构物类型的选择，要根据边坡计算滑动推力和滑动面或软弱结构的位置而定。或者说，按照地形地貌、土层结构与性质、边坡高度、滑体的大小与厚度，以及受力条件和危害程度而采取相应的形式进行治理措施。
3.3坡面防护加固
膨胀土边坡因开挖而产生的施工效应特别明显，挖方使原来处于稳定的膨胀土裸露在边坡表面或大大降低了上覆压力。由于膨胀土边坡比其他土质边坡更易风化、易胀缩变形，由此引起的边坡变形危害就更加普遍而严重。因此，对膨胀土坡面的防护加固显得特别重要，坡面防护的类型很多，主要应根据边坡膨胀土类别及风化程度等特性合理选择。
1.骨架护坡。主要是用以防止坡面表土风化，同时加强风化层土体的支撑稳固作用，实际上这是一种将长大坡面分割为由若干骨架支撑的小块土坡，进行分而治之的有效措施。在膨胀土边坡防护加固中，常用的骨架护坡形式主要有方格架护坡和拱形骨架护坡，此外还有人字形骨架护坡等。
2.片石护坡。主要用于整治边坡膨胀土体已产生局部溜塌等变形的措施护坡和浆砌片石护坡两类。
3.植被护坡。常见有种草、撒草籽、铺草皮和种树等。可以通过植被蓄储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，增加坡面防冲刷、防变形能力。
4.工程实例
4.1工程概况
某铁路K45+510-K46+010路段进行边坡开挖，该路段经过实地勘察，得到了岩土分布特点：黏土自由膨胀率为30%-67%，平均为48.5%，液限为42.7%0-55.3%，蒙脱石含量M=11.45%-22.35%，对土体中的物质含量进一步检测，发现内部含有粒度成分、矿物成分及交换性阳离子成分等，综合判断为弱-中等膨胀土。
4.2膨胀土边坡综合防护
根据膨胀土吸水膨胀软化、失水收缩开裂、反复变形及强度衰减等特性及其结构面产状、地面横坡、路堑边坡高度、降水量等来确定开挖方法和边坡的防护与处理措施。
在路基附近低洼处每间隔20m设置一个主排水沟，主排水沟是沿着滑动方向布置，总共布设了6条主排水沟；坡面上的排水沟、主排水沟与排水支沟三条排水沟连接，总共布设10条。在坡脚设置重力式路堑桩间挡土墙，桩间距为5.5m，靠近线路的一侧边缘距离线路中桩距离为15.8m，共设置有35根锚固桩，桩长为9.8m。施工过程中，设置梅花状泄水孔，目的是避免发生地面水渗透到边坡的情况；通过泄水孔可以将水排到边坡外侧，从而使土壤保持原有稳定性。进行全面修整，整平膨胀土边坡，保证坡面的平整度符合要求，然后开挖一道纵深为5cm的沟，间隔距离为15-20cm，然后洒水在坡面上，将准备好的草籽浆播撒在修整好的断面上，可以有效防范膨胀土地段水流的冲刷造成水土流失。
结束语
综上所述，膨胀土路堑边坡由于浸水、渗水、排水不畅及施工方式不当容易出现坡体失稳破坏。关键是要把握膨胀土的特性，合理地利用当地的资源，因地制宜采取有效的工程措施。膨胀土边坡不宜采取单一的防护措施，植被防护与工程防护相结合防护效果好。工程结束以后，需要定期观测，对于存在的漏洞及问题及时处理，保证边坡防护达到预期效果。
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论文作者:王兆宁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/14
标签：防护论文; 护坡论文; 铁路论文; 措施论文; 排水沟论文; 机理论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第7期论文;