鐵路路基邊坡合成樹(shù)脂纖維土防護(hù)技術(shù)研究

王亮

摘 要：作為鐵路路基的主要構(gòu)成成分，路基邊坡長(zhǎng)期在重載裂縫及暴雨等不良天氣的作用下，極易產(chǎn)生裂縫，從而改變邊坡內(nèi)應(yīng)力水平、分布狀態(tài)及作用方式等，最終將影響列車(chē)的運(yùn)行安全。為此，如何合理、有效地防治路基邊坡病害，做好邊坡防護(hù)工作顯得尤為重要。本文先分析了鐵路路基邊坡病害成因，隨后提出了利用樹(shù)脂纖維土防護(hù)鐵路路基邊坡，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)合成樹(shù)脂纖維土護(hù)坡機(jī)理、抗沖刷性能進(jìn)行了分析，最后結(jié)合新建線(xiàn)路與既有線(xiàn)路實(shí)際工程進(jìn)行了纖維土防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)探討。

關(guān)鍵詞：鐵路工程;路基邊坡;合成樹(shù)脂纖維土

0 引言

在保證列車(chē)運(yùn)行安全方面，路基邊坡防護(hù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因填挖方式不同，邊坡類(lèi)型也有所不同，如路塹式、路堤式或路塹—路堤式。當(dāng)前雨水沖刷是造成鐵路路基邊坡病害的直接原因，如雨水沖刷勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)滑坡等病害，甚至?xí)?dǎo)致邊坡后退、變陡等，進(jìn)而對(duì)邊坡穩(wěn)定性、耐久性造成不利影響。目前，局部地區(qū)鐵路邊坡多采用滿(mǎn)鋪混凝土的方式進(jìn)行路基邊坡防護(hù)，但這種方式，土體水蒸發(fā)難度大，很容易引發(fā)凍融、凍脹等問(wèn)題。在動(dòng)荷載等因素作用下，往往會(huì)產(chǎn)生坡面裂縫，從而導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。

1 合成樹(shù)脂纖維土護(hù)坡機(jī)理

作為一種連續(xù)性材料，合成樹(shù)脂纖維土粘聚力良好，且具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度及抗老化性能，同時(shí)使用時(shí)間長(zhǎng)。為此，在鐵路路基邊坡加固中采用纖維土進(jìn)行處理，可有效改善土體的物理、力學(xué)性能。

纖維截面纖細(xì)，1m3土體內(nèi)包含千萬(wàn)條單絲，分散均勻后，可構(gòu)成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的空間網(wǎng)絡(luò)，從而形成纖維骨架結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)土體比例，減少自由土體。當(dāng)雨水沖刷土體時(shí)，纖維可有效粘結(jié)原土體，從而避免因雨水沖刷導(dǎo)致土體流失。在雨水不斷蒸發(fā)的過(guò)程中，在纖維土體內(nèi)因纖維所占體積很小，往往不會(huì)對(duì)雨水蒸發(fā)造成任何影響。因此，可認(rèn)為纖維土護(hù)坡結(jié)構(gòu)屬于一個(gè)干濕呼吸的結(jié)構(gòu)，水分蒸發(fā)較快，可起到防沖刷的效果，從而穩(wěn)定鐵路路基邊坡。此外，纖維還具備模量高及良好的柔韌性，可大大降低沖刷裂縫，而裂縫的減少勢(shì)必會(huì)大幅提升土體的抗沖刷能力，為此，可實(shí)現(xiàn)邊坡防護(hù)的目的。

2 合成樹(shù)脂纖維土的抗沖刷性能分析

本文通過(guò)自制全自動(dòng)人工降雨裝置，對(duì)鐵路路基邊坡受雨水沖刷情況進(jìn)行模擬，分析合成樹(shù)脂纖維土的抗沖刷性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，不同纖維種類(lèi)、不同邊坡坡率、不同壓實(shí)度均會(huì)對(duì)邊坡抗沖刷性能造成影響，具體如下：

2.1 不同纖維種類(lèi)對(duì)邊坡抗沖刷性能的影響

根據(jù)纖維土力學(xué)性能研究表明，當(dāng)纖維量為5%時(shí)，其抗剪強(qiáng)度最佳，若含量高于5%，極易產(chǎn)生纖維分布不均現(xiàn)象，或出現(xiàn)聚團(tuán)、成束等問(wèn)題，對(duì)壓實(shí)土體極為不利。為檢測(cè)纖維是否為最佳值，制定了不同纖維含量的試驗(yàn)分析，即1%、3%、5%、7%。經(jīng)試驗(yàn)分析可知，當(dāng)纖維摻加到土體內(nèi)，邊坡抗沖刷能力開(kāi)始逐步提升，纖維含量在1%～5%之間時(shí)，土體抗沖刷性能成上升趨勢(shì)，纖維含量在5%～7%之間時(shí)，纖維的抗沖刷性能逐步下降，也就是說(shuō)隨著纖維量的不斷增加，土體的抗沖刷能力呈先上升后下降的趨勢(shì)，究其原因在于纖維含量過(guò)多，影響其土體分布均勻性，從而出現(xiàn)土體壓實(shí)不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。當(dāng)強(qiáng)降雨來(lái)臨，部分纖維聚團(tuán)的土體將被沖刷，從而影響護(hù)坡效果，甚至產(chǎn)生更大危害。以5%為纖維含量，針對(duì)不同纖維種類(lèi)進(jìn)行分析，本文選擇4類(lèi)：素土、普通纖維、波浪形纖維、異性纖維，橫向?qū)Ρ确治龈黝?lèi)纖維形成的邊坡沖刷量，結(jié)果如圖1所示。

通過(guò)分析研究表明，在4.5mm/min最大降雨強(qiáng)度下，相比素土，異性纖維抗沖刷能力最強(qiáng)，按照抗沖刷能力高低排列，為異性纖維>波浪形纖維>普通纖維。

2.2 不同邊坡坡率對(duì)邊坡抗沖刷性能的影響

按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范分析，不同坡度下，可選擇不同的纖維土厚度，因鐵路路基邊坡采用削坡實(shí)現(xiàn)，因位置、壓力傳遞等均會(huì)影響壓實(shí)度。故對(duì)不同坡率下邊坡抗沖刷性能進(jìn)行分析。

（一）坡率1：1.75的條件下，纖維土厚度需達(dá)到2cm以上，邊坡沖蝕沖溝現(xiàn)象不存在，僅有輕微泥漿濺散濺蝕問(wèn)題。

（二）坡率1：1.5的條件下，纖維土厚度需達(dá)到2cm以上，邊坡沖蝕沖溝現(xiàn)象不存在，但泥漿濺散濺蝕問(wèn)題加重，且出現(xiàn)少量片蝕問(wèn)題。

（三）坡率1：1的條件下，纖維土厚度為2cm，邊坡已形成沖蝕沖溝現(xiàn)象，基本上為小沖溝，長(zhǎng)度多集中于2～3cm，未見(jiàn)大沖溝（8～10cm長(zhǎng)）。

2.3 不同壓實(shí)度對(duì)邊坡抗沖刷性能的影響

在路基邊坡抗沖刷性能研究中，壓實(shí)系數(shù)影響較大，為此，本文針對(duì)不同壓實(shí)系數(shù)，即80、90、95進(jìn)行了邊坡試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如表1所示。

結(jié)果表明，當(dāng)壓實(shí)度不斷提升，邊坡抗沖刷性能也得到了有效增強(qiáng)。當(dāng)壓實(shí)系數(shù)為95時(shí)，相比80壓實(shí)系數(shù)增加了42.2%，相比90壓實(shí)系數(shù)增加了31.75%，為此，在施工中必須嚴(yán)格控制路基邊坡壓實(shí)質(zhì)量。

3 合成樹(shù)脂纖維土護(hù)坡技術(shù)要點(diǎn)

在鐵路路基邊坡防護(hù)中，一般可分為2類(lèi)，即新建線(xiàn)路邊坡施工防護(hù)與既有線(xiàn)路病害的整治，為全面掌握防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為可從下述兩種施工類(lèi)型進(jìn)行分析。

3.1 新建線(xiàn)路邊坡技術(shù)要點(diǎn)

嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)要求進(jìn)行新建線(xiàn)路邊坡施工。首先，要做好地質(zhì)勘查和室內(nèi)土工試驗(yàn)，也就是說(shuō)，要按照室內(nèi)土工試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行地層情況、土的物理力學(xué)性能的準(zhǔn)確確定，特別是粘聚力或內(nèi)摩擦角，隨后根據(jù)工程勘查結(jié)果進(jìn)行邊坡強(qiáng)度等計(jì)算，最后進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的分析與驗(yàn)證。針對(duì)本次施工，決定采用纖維土進(jìn)行護(hù)坡施工。施工工藝如下：

第一，第一層施工過(guò)程中，需鋪滿(mǎn)纖維土和路堤填料，隨后進(jìn)行壓實(shí)，保證壓實(shí)度滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。

第二，根據(jù)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行每層壓實(shí)施工，可在0.3m以下控制各層厚度。

第三，當(dāng)達(dá)到路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，可根據(jù)邊坡規(guī)定，多填筑0.5m，隨后進(jìn)行削坡處理，同樣需按照鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范合理確定削坡坡度。

第四，完成上述施工之后，可進(jìn)行混凝土護(hù)坡骨架施工，每隔20m在框架進(jìn)行一道2cm寬通長(zhǎng)伸縮縫，并采用瀝青麻筋在伸縮縫內(nèi)進(jìn)行全斷面填滿(mǎn)。若有特殊情況，可等距離設(shè)階梯性踏步，尺寸為0.2m厚、0.6m寬。根據(jù)施工要求，需將鋼筋設(shè)于混凝土護(hù)坡骨架內(nèi)，并用錨桿、錨索等在節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行固定。

第五，砌筑六棱磚。施工前，需將坡面雜物清理干凈，如大粒徑卵石、浮土等，確保坡面密實(shí)度良好，且平整。通過(guò)C25混凝土預(yù)制六棱磚，且選擇相對(duì)應(yīng)的預(yù)制模具。相比常規(guī)六棱磚，纖維土所使用的六棱磚內(nèi)壁需具有一定粗糙度，且在內(nèi)壁加孔洞。在六棱磚鋪筑過(guò)程中，可按照從下到上的順序進(jìn)行施工，保證鋪設(shè)緊密、美觀、整齊。此外，還要和坡面、相鄰骨架密切連接，保證協(xié)調(diào)統(tǒng)一。此外，不允許采用鐵錘等重物進(jìn)行敲打，需采用橡皮錘處理。

第六，根據(jù)要求，將纖維土夯填到六棱磚內(nèi)部，一般需在200mm以上控制填筑厚度，要求纖維土分層填筑、分層夯實(shí)，保證壓實(shí)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2 既有線(xiàn)路病害整治技術(shù)要點(diǎn)

在既有病害整治中，合成樹(shù)脂纖維土的技術(shù)要點(diǎn)為先初步勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，掌握病害實(shí)際情況、產(chǎn)生原因等，隨后通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)進(jìn)行粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)的確定。待確定病害原因之后，可根據(jù)原因確定處治措施，經(jīng)決定此次采用纖維土護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行病害處治。

受雨水長(zhǎng)期沖刷影響，既有線(xiàn)路路堤邊坡被破壞，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的土體流失、坡體變形現(xiàn)象，目前，路堤坡體屬于不穩(wěn)定狀態(tài)。為此，決定先剝離掉原有病害區(qū)域內(nèi)的表層土，先構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定層，隨后按照“由下到上”的順序沿著路堤邊坡一層一層地填筑纖維土，且分層夯實(shí)。針對(duì)路塹部位，當(dāng)填筑至坡頂位置時(shí)，需做六棱轉(zhuǎn)砌筑。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大量病害問(wèn)題日益突顯，如邊坡沖刷、裂縫等，將對(duì)鐵路邊坡穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，甚至?xí){鐵路運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。在雨量充足的南方地區(qū)，若采用坡植方法進(jìn)行邊坡防護(hù)，極易在植草未長(zhǎng)成型前遭受雨水沖刷。而在少雨干旱的西北地區(qū)，因雨量不足，若采用植被防護(hù)，由于植被生長(zhǎng)及維護(hù)管理水平等存有問(wèn)題，往往會(huì)出現(xiàn)邊坡裸露現(xiàn)象。為此，如何防治鐵路路基邊坡成為了研究的重點(diǎn)。合成樹(shù)脂纖維土作為一種連續(xù)性的材料，粘聚力良好，且具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度及抗老化性能，同時(shí)使用時(shí)間長(zhǎng)。為此，應(yīng)用合成樹(shù)脂纖維土進(jìn)行鐵路路基邊坡防護(hù)施工具有良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張季如，朱瑞賡，夏銀飛，等. ZZLS綠色生態(tài)護(hù)坡材料的強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，（09）.