4.1 概述
路基长期暴露在自然环境中,很容易受到破坏。铁路路基主要是堆积和开挖而成,边坡易受损害。路基边坡常见的破坏形式有:
(1)降雨尤其是强降雨引起的路基边坡冲刷坍塌;
(2)风沙对路基边坡的风蚀以及对路基的沙埋。
4.2 路基边坡对降雨的防护
路基边坡破坏最主要的原因是水的影响。路基边坡的表面并不是绝对平整的,而总是有一些凹槽,水在边坡上流动时会使之逐渐冲成小沟,水流也随之更加集中,造成小沟的加深和扩大,最后导致边坡的破坏。此外,在温度和湿度的交替变化作用下,再加上风吹日晒的影响,也会造成坡面的风化、剥落及坍塌等破坏。因此,应及时进行坡面防护。降雨对路基边坡的影响很大。当降雨强度小于土壤的入渗能力时,降雨完全入渗;当降雨强度大于土壤入 渗能力时,降雨不能完全入渗,会产生降雨径流。降雨入渗对边坡稳定性影响较大,降雨入渗将会引起近坡面土体强度急剧下降,路肩和坡脚是路堤的薄弱部位,由于降雨量大或降雨延时较长,雨水下渗使路堤土体饱和,表层软化;或路堤坡脚受浸泡而软化失稳,引起路肩或边坡溜塌。另外,降雨量具有明显的季节性,因此路基边坡破坏也具有季节性。
当降雨强度大时,雨水水流顺坡面而下,坡面不平顺造成水流分异,合并形成许多小径流后,冲刷能力增强,沿坡面薄弱处形成沟槽,并逐渐向路肩和坡脚发展。路堤越高,这种冲刷越严重(一般在边坡高5m左右为界)。在边坡冲沟集中发育地段,路堤边坡被切割破坏,严重的造成道碴流失,轨枕悬空。
4.2.1 问题分析
造成这种现象的一般原因有:路基填筑土主要为为粘土、砂粘土、粉质黏土、粉黏土等,并且夯实不密,遇到降雨后,土颗粒遇水后强度迅速下降,粘结力也迅速下降,土质软化。造成边坡冲刷,路肩或边坡溜塌等现象。干旱时,土壤表层水分蒸发,孔隙体积增大,易受风蚀。土粒结构疏松而不紧密,很难抵御暴雨的袭击,可见这类土遇水后内部结构破坏,强度降低,致使路基因遇水作用形成大量土质流失而遭到破坏。
4.2.2 防护措施
坡面防护主要就是保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减小温度及湿度变化的影响,防止或延缓软弱岩土表面的风化、剥落等演变过程,从而保护路基边坡的整体稳定性。坡面防护设施本身不承受外力作用,必须要求坡面岩土整体牢固。此外,坡面防护还应与排水设施相配合,以便雨水能尽快排出路基范围。坡面防护应根据路基边坡的土质、岩性、水文地质条件、边坡坡度与高度等,选用适宜的防护措施。
路基边坡防护主要有绿防护和工程防护两种:绿防护指的是在边坡上种植植物,达到巩固边坡的目的,具有绿化环境消除噪音等功能、工程防护指的是在边坡上砌筑石块混凝土等来达到维护边坡稳定目的的措施。具体采取什么样的措施,要根据不同的情况而定。路基边坡坡面防护工程常用类型及适用条件如表4-1 所示。
4.2.2.1 绿防护
绿防护是指人工培植边坡植被,使植物的根系产生加固边坡表层土的作用,同时利用植物的枝叶保护坡面,防止或减少降水尤其是暴雨对边坡的冲刷以保护边坡。植物防护又可以改善环境。
(1)基本规定
铁路路基边坡绿防护,按植物生长的气候条件可分为一般地区路基边坡绿防护和特殊地区路基边坡绿防护。
①年平均降水量600mm及以上,最冷月月平均气温高于或等于~5℃的温暖、湿润地区可定为一般地区。
②特殊地区可分为干旱地区和寒冷地区。年平均降水量小于600mm的地区可定为干旱地区;最冷月月平均气温低于~5℃的地区可定为寒冷地区。
③路基边坡绿防护应具有保护路基稳定、水土保持、改善生态环境等作用。根据路基工程所处的人文环境,宜考虑绿防护的景观效果。
(2)植物防护的方法
主要有种草、铺草皮、液压喷播植草和种植灌木几种措施。
表4-1 路基边坡坡面防护工程常用类型及适用条件
防 护 类 型 | 结构形式 | 适用条件 | 注意事项 |
植 物 防 护 | 种草或喷植草 | 土质边坡,坡度缓于 1:1.25 | 当边坡较高时,可用土工网,土工网垫与种草结合防护 |
铺草皮 | 土质和强风化、全风化的岩石边坡。坡度不陡于 1:1 | 草皮可为天然草皮,亦可为人工培植的土工网草皮 |
种植灌木 | 土质和全风化的岩石边坡。坡度不陡于1:1.5 | 树种应为根系发达枝叶茂盛适合当地迅速生长的低矮灌木 |
喷 护 | 喷掺砂水泥土,厚度6~10cm,材料为砂、水泥、黏性土 | 易受冲刷的土质堑坡,坡度不陡于1:0.75 | 选好材料配合比和水灰比,一般应通过试喷 |
喷浆,厚度不小于5cm,材料为砂、水泥、石灰 | 易风化但未遭强风化、全风化的岩 石堑坡,坡度不陡于1:0.5 |
喷混凝土,厚度不小于8cm,材料为砂、水泥、砾石 | 易风化但未遭强风化、全风化的岩 石堑坡,坡度不陡于1:0.5 |
挂 网 喷 护 | 锚杆铁丝网(或土工格栅)喷混凝土或喷浆,锚固深度1.0~2.0m,网距20~25cm,其他同喷护 | 喷混凝土或喷浆防护的岩石边坡,当坡面岩体破碎时,为加强防护的稳定性而采用 | 锚孔深度应比锚固深度深20cm,其他同喷护 |
干砌片 石护坡 | 一般厚度30cm,,其下设不小于10cm, 厚的砂砾石垫层 | 土质路堤边坡,有少量地下水渗出的局部堑坡,局部土质堑坡嵌补,坡度不陡于1:1.25 | 基础应选用较大的石块,应自下而上地进行栽砌,接缝要错开,缝隙要填满塞紧 |
浆砌片 石护墙 | 厚度30~40cm,水泥砂浆砌筑 | 易风化的岩石边坡和土质边坡,坡度不陡于1:1 | |
浆砌 片石 或混 凝土 骨架 护坡 | 骨架宜用方格型,也可采用人字型、拱型。方格内铺种草皮、喷植草或干砌片石等 | 土质和全风化的岩石边坡,当坡面受雨水冲刷严重或潮湿时,坡度不陡于1:1 | 护坡四周需用浆砌片石镶边,混凝土骨架视情况在节点处加锚杆,多雨地区骨架宜做成截流沟式 |
浆砌片 石护墙 | 等截面厚度为50cm,变截面顶宽40cm,底宽视墙高而定 | 土质和易风化剥落的岩石边坡,坡度不陡于1:1.05 | 等截面护墙高不宜超过6cm,当坡度较缓时,不宜超过10cm,变截面护墙,单级不宜超过12cm,超过时宜设平台,分级砌筑 |
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①坡面种草如图 4-1 所示,适用于边坡坡度缓于1:1.25的土质。草籽可播撒或沟播、点播并应注意选用适宜生长的草种。当土质条件较差时,可补充适宜草子生长的种植土和肥料。
图4-1 种植草示意图 (单位:cm)
②铺草皮如图 4-2 所示,适用条件与坡面种草相同,其成活速度更快,抵抗水流冲蚀能力更强。但要求有适宜的成活草皮。铺设的方法可满铺,也可与方格骨架护坡结合使用。
图4-2 铺设草皮示意图 (单位:cm)
③液压喷播植草是一种现代植草技术,适用于草坪建值和不同坡率的图纸(包括碎石类土)边坡、全风化的岩质和强风化的软岩石边坡坡面绿防护。液压喷播植草技术是利用液压播种原理,将试验确认适用,生命力强且能满足各种绿化功能的植物种子经科学处理后与肥料、防土壤侵蚀剂、内覆纤维材料、保水剂、素及水等按一定比例放入喷播机混料罐内,通过搅拌至悬浮状后,喷播在边坡落地上,形成均匀覆盖层保护下的草种层,在铺设无纺布防护,而后进行养护,在坡面形成防护。 由于混合液中的纤维、防土壤侵蚀剂形成的半渗透覆盖层和表土粘合后,具有良好的固种保苗效果,加之外铺无纺布的防护作用,保证了刮风降雨时种子不会流失。液压喷播植草防护具有施工简单、适用性广、施工质量高、防护效果好、工程造价低等特点,近几年得到迅速推广。
④种植灌木树种应选择容易成活、根系发达的灌木。种植灌木亦可与种草同时配合进行。易风化的岩质边坡坡面常常发生风化剥落和坡面水流的侵蚀。为防止山区易风化岩质边坡产生变形,危及线路和运营的安全,可采用坡面补强及加固措施。补强及加固措施包括抹面、喷浆、勾缝和灌浆。
⑤抹面适于易风化的黏土岩类边坡,如图4-3所示。抹面材料可因地制宜,采用具有一定强度且具有良好防水性的三合土或其他材料。
图4-3 抹面 (单位:cm)
⑥对岩性不同的边坡,可采用锚杆铁丝网喷射混凝土防护,喷射混凝土厚8~10cm,混凝
土粗骨料粒径小于2.0cm。水泥:砂:石子比例为1:2:2~1:2.5:2.5,水灰比0.4~0.5,喷射护面设伸缩缝和泄水孔。应注意喷射混凝土护面适用于堑坡稳定、地下水不发育、边坡较干燥但陡峻的边坡。砂浆抹面与喷射混凝土护面相比,前者施工较简单,后者节省水泥用量,较可靠。