風(fēng)蝕環(huán)境下膨脹性泥巖路塹邊坡防護(hù)措施應(yīng)用研究

辛文棟

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 工程概況

新建鐵路蘭新第二雙線新疆段位于新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)，膨脹性泥巖路塹長(zhǎng)度57.6 km，占路基長(zhǎng)度的23.0%。泥巖廣泛分布于鹽池北、哈密、吐魯番盆地西北緣、鹽湖等一帶，為第三系、白堊系和侏羅系泥巖，成巖作用差，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，易風(fēng)化剝落，巖體遇水易崩解，脹縮性大，具弱～中等膨脹性，具有吸水膨脹軟化的特性，吸水膨脹時(shí)對(duì)路基擋護(hù)工程產(chǎn)生膨脹力，尤其有地下水時(shí)，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度大大降低，易導(dǎo)致路塹邊坡失穩(wěn)［1］。同時(shí)泥巖路塹邊坡分布于4個(gè)大風(fēng)區(qū)(煙墩風(fēng)區(qū)、百里風(fēng)區(qū)、三十里風(fēng)區(qū)、達(dá)板城風(fēng)區(qū))，風(fēng)力強(qiáng)勁，路塹邊坡遭受強(qiáng)風(fēng)蝕的破壞。

2 路塹邊坡防護(hù)研究的必要性

(1)線路穿行于4大風(fēng)區(qū)，其風(fēng)蝕對(duì)路基邊坡影響很大，需研究膨脹性泥巖區(qū)滿足風(fēng)蝕條件的邊坡防護(hù)工程措施。

(2)研究戈壁干旱區(qū)膨脹性泥巖路塹邊坡坡率及邊坡分級(jí)高度，突破《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035—2006)關(guān)于膨脹巖路塹邊坡邊坡坡率及分級(jí)高度的限制，減少土石方及防護(hù)圬工工程數(shù)量，節(jié)省工程投資。

(3)研究戈壁干旱區(qū)膨脹性泥巖工程特性，選取能夠保證邊坡穩(wěn)定、抗風(fēng)蝕、節(jié)省工程投資以及美觀、適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境特點(diǎn)的防護(hù)形式。采用數(shù)值計(jì)算與工程實(shí)際相結(jié)合的方法，參照既有蘭新鐵路，采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，勇于創(chuàng)新。

(4)以技術(shù)方案攻關(guān)為依托，研究新疆戈壁干旱區(qū)膨脹性泥巖路基工程的邊坡防護(hù)方案，為設(shè)計(jì)積累成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)可為規(guī)范修編提供參考依據(jù)。

3 膨脹巖路塹邊坡防護(hù)現(xiàn)狀

膨脹巖中含有親水礦物，具有吸水膨脹、軟化的特點(diǎn)［2］，根據(jù)《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035—2006)及結(jié)合多條鐵路膨脹巖的路塹邊坡防護(hù)，基本按以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

(1)膨脹巖地區(qū)路基應(yīng)嚴(yán)格控制邊坡高度，避免高路堤及深長(zhǎng)路塹。路堤邊坡高度不宜超過(guò)10 m，路塹邊坡高度不宜超過(guò)15 m，并應(yīng)加強(qiáng)穩(wěn)定邊坡措施。

(2)膨脹巖邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)遵循緩坡率、寬平臺(tái)、加固坡腳和適宜的坡面防護(hù)相結(jié)合的原則。邊坡高度不超過(guò)10 m時(shí)，邊坡坡率及平臺(tái)寬度可根據(jù)邊坡的高度和土質(zhì)按表1設(shè)計(jì);邊坡高度大于10 m時(shí)，邊坡坡率及形式應(yīng)結(jié)合穩(wěn)定性分析計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性檢算宜采用圓弧法，安全系數(shù)不小于1.25［3］。

表1 膨脹巖路塹邊坡坡率和平臺(tái)寬度

(3)路塹邊坡防護(hù)和加固可依據(jù)工程地質(zhì)條件、環(huán)境因素和邊坡高度按表2及表3進(jìn)行設(shè)計(jì)。骨架凈間距不宜大于3.0 m，寬度不小于0.5 m，深度不應(yīng)小于0.6 m。

表2 膨脹巖路塹邊坡防護(hù)加固措施

表3 膨脹巖路塹邊坡支擋加固措施

4 風(fēng)蝕邊坡防護(hù)工程措施研究

4.1 路塹邊坡風(fēng)蝕的特點(diǎn)

路塹邊坡風(fēng)蝕為風(fēng)對(duì)路塹邊坡的吹蝕和磨蝕作用。風(fēng)吹過(guò)路塹邊坡時(shí)，產(chǎn)生紊流，使邊坡細(xì)粒土離開，從而使路塹邊坡遭受破壞，稱為吹蝕作用;風(fēng)緊貼路塹邊坡遷移時(shí)，沙礫對(duì)路塹邊坡的沖擊、摩擦的作用，稱為磨蝕作用。風(fēng)蝕作用在風(fēng)日多、風(fēng)速大的干燥區(qū)極為盛行。在泥巖邊坡上，經(jīng)風(fēng)蝕形成大小不等、形狀各異的小洞穴和凹坑［4］。路塹邊坡風(fēng)蝕特點(diǎn)如下。

(1)路塹內(nèi)風(fēng)向變化比較紊亂。紊亂程度與路塹邊坡坡率、邊坡高度以及風(fēng)向與線路交角大小等有關(guān)。如邊坡坡率陡于1∶4的情況，則于塹內(nèi)出現(xiàn)順線路方向的拉溝風(fēng)，或稱“順槽風(fēng)”，邊坡愈高，拉溝風(fēng)愈大;風(fēng)向與線路的交角愈小，拉溝風(fēng)愈大。塹頂順風(fēng)向?qū)又晾瓬巷L(fēng)向?qū)又g有一層渦流層(圖1)。如邊坡坡率緩于1∶4，尤其是在1∶7～1∶8時(shí)，氣流流線比較平順(圖2)，且產(chǎn)生滑移沖力(由壓力差產(chǎn)生的上升力)，路塹邊坡遭受吹蝕、磨蝕作用的影響。

(2)邊坡坡率愈陡，邊坡高度愈高，風(fēng)速降低愈多。當(dāng)邊坡高2～3 m，邊坡坡率1∶0.75，背風(fēng)坡坡腳30 cm高的風(fēng)速比遠(yuǎn)方2 m高的風(fēng)速降低80%(圖3)，路塹邊坡遭受吹蝕、磨蝕作用的影響。

圖1 路塹風(fēng)向示意之一

圖2 路塹風(fēng)向示意之二

圖3 路塹風(fēng)速增減率等值線

4.2 風(fēng)蝕邊坡防護(hù)工程措施

從路塹邊坡防護(hù)措施防風(fēng)蝕的角度考慮，路塹邊坡宜采用全坡面的漿砌片石或混凝土的防護(hù)措施，徹底阻斷風(fēng)對(duì)泥巖邊坡的風(fēng)化及風(fēng)蝕作用［5］。但對(duì)于膨脹巖路塹邊坡必須考慮以下問(wèn)題。

(1)既有蘭新線防護(hù)現(xiàn)狀

既有鐵路風(fēng)區(qū)路基邊坡并不是全坡面采用混凝土或漿砌片石防護(hù)，其防風(fēng)蝕在路堤地段于路肩下設(shè)置了2 m高混凝土塊板進(jìn)行防護(hù)，路塹泥巖邊坡大多數(shù)地段設(shè)置了擋土墻，擋土墻以上坡面大多數(shù)地段未采用坡面防護(hù)措施。結(jié)合多年既有線運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，路基邊坡未因風(fēng)蝕出現(xiàn)坍塌等事故，但絕大多數(shù)泥巖路塹邊坡風(fēng)蝕嚴(yán)重，路塹邊坡多出現(xiàn)風(fēng)蝕凹坑、泥巖風(fēng)化形成的細(xì)粒土下滑至路肩，形成沙害，增加了大量的養(yǎng)護(hù)工作量。

(2)泥巖膨脹力的釋放問(wèn)題

泥巖膨脹性的存在使得泥巖邊坡在遇水后產(chǎn)生膨脹力，在新疆干旱少雨區(qū)，雖然天然降雨量很小，但局部暴雨強(qiáng)度很大，暴雨歷時(shí)很短，邊坡易被水沖破壞，尤其泥巖路塹邊坡。泥巖遇水后其膨脹力的釋放易造成混凝土或漿砌片石等全面防護(hù)工程的開裂損壞。而設(shè)置成網(wǎng)格狀坡面防護(hù)，如空心磚、骨架護(hù)坡、空窗式護(hù)墻、框架梁等，可使泥巖的膨脹力在網(wǎng)格內(nèi)有效釋放，不會(huì)損壞坡面防護(hù)工程。也就是說(shuō)，膨脹力的存在使得泥巖路塹邊坡不適用全坡面的防護(hù)措施。

(3)規(guī)范相關(guān)規(guī)定的問(wèn)題

根據(jù)鐵建設(shè)［2009］172號(hào)《鐵路邊坡防護(hù)及防排水工程設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》第二十一條規(guī)定:邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)不得采用全坡面混凝土或漿砌片石防護(hù)［6］。

(4)邊坡種植植物的問(wèn)題

因新疆戈壁干旱荒漠區(qū)平均降雨量很小，除烏魯木齊市外其余地段年平均降雨量為16.6～63.2 mm，年平均蒸發(fā)量為2 164～4 803 mm，植物存活困難，絕大部分段落邊坡均無(wú)種植植物的條件，同時(shí)泥巖邊坡其土質(zhì)條件也不具備種植植物的條件。

5 邊坡坡率及分級(jí)高度的研究

膨脹巖路塹邊坡的破壞形式多種多樣，但從破壞的深度區(qū)分，大體可歸納為淺層破壞和深層破壞兩類［7］。淺層破壞是指發(fā)生在氣候影響層內(nèi)的邊坡變形，超過(guò)這層厚度的邊坡變形便是深層破壞。在考慮邊坡的穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)針對(duì)這2種破壞類型分別對(duì)待。由于淺層破壞是受氣候變化、風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度等因素的影響，其抗剪強(qiáng)度明顯低于深部的強(qiáng)度。因此，對(duì)于整體邊坡(包括淺層和深層)的穩(wěn)定，如果不考慮邊坡防護(hù)加固，則需按淺層土質(zhì)特征考慮邊坡坡率。如果考慮邊坡防護(hù)加固，則淺層的工程地質(zhì)問(wèn)題已基本得到解決，只需按深部的地層強(qiáng)度決定邊坡坡率，如采用支擋加固工程時(shí)也可以用較陡的邊坡坡率。對(duì)膨脹巖路塹邊坡，除考慮膨脹巖本身特性以外，還必須考慮構(gòu)造環(huán)境對(duì)膨脹巖結(jié)構(gòu)的影響。

5.1 抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選用

在路塹邊坡穩(wěn)定分析中，選用抗剪強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)膨脹巖性泥巖的特性、埋藏條件(有無(wú)浸水、夾層等)及邊坡破壞的性質(zhì)分別采用不同的設(shè)計(jì)參數(shù)。其參數(shù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)取得，其強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)采用低于峰值強(qiáng)度值，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可采用反算和經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。

5.2 路塹邊坡整體穩(wěn)定性的計(jì)算

膨脹性泥巖路塹邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算可采用工程類比法、圓弧法、簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)方法［8］3種計(jì)算辦法進(jìn)行計(jì)算比較，以確定邊坡坡率、分級(jí)高度以及邊坡平臺(tái)寬度。

(1)工程地質(zhì)比擬法

在調(diào)查統(tǒng)計(jì)既有塹坡的基礎(chǔ)上，對(duì)塹坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并作為新設(shè)計(jì)塹坡的依據(jù)之一。另外，還可用數(shù)學(xué)地質(zhì)中判別分析方法，建立判別函數(shù)，從而對(duì)邊坡進(jìn)行定量的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并用于邊坡設(shè)計(jì)。

(2)圓弧法

膨脹巖塹坡的穩(wěn)定計(jì)算，可按圓弧法，選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)進(jìn)行計(jì)算;此外，還可采用中鐵西北科研院裂土塹坡破壞類型及穩(wěn)定性分析方法的研究建立的數(shù)學(xué)函數(shù)式。該函數(shù)式建立在按強(qiáng)度分區(qū)的基礎(chǔ)上，在一般情況下，該式可以簡(jiǎn)化為

式中 Kf——安全系數(shù)，采用Kf≥1.25;

Wi——i塊土條的重力，kN;

ui——i塊土條的空隙水壓力(在土層中有空隙水存在時(shí)才計(jì)算);

PX——靜水壓力，PX=0.5yW·h2W，kN;

Li——土塊長(zhǎng)度，m;

d——PX至圓心的距離，m;

R——破裂圓的半徑，m;

n——C 的折減系數(shù)(n=0.6 ～0.8)，這是考慮膨脹土(巖)的三性(裂隙性、超固結(jié)性、膨脹性)對(duì)強(qiáng)度影響的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

(3)簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法

中鐵西北科研院建立的經(jīng)驗(yàn)公式為

式中 Hc——塹坡的臨界高度，m;

β——塹坡的坡角，(°);

γ——膨脹土(巖)的重度，kN/m3;

c'——膨脹土(巖)的黏聚力，kN/m2;

φ'——膨脹土(巖)的內(nèi)摩擦角，(°)。

對(duì)于漿砌片石全封閉的塹坡，采用非浸水條件下的抗剪強(qiáng)度參數(shù);對(duì)于無(wú)封閉的塹坡(含骨架護(hù)坡)采用浸水條件下的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

當(dāng)路塹邊坡高度H＞HC時(shí)，表示邊坡不穩(wěn)定;當(dāng)H＜HC時(shí)表示邊坡穩(wěn)定。

5.3 邊坡坡率及分級(jí)高度的確定

針對(duì)新疆段膨脹性泥巖的特點(diǎn)，用穩(wěn)定和力學(xué)分析膨脹巖強(qiáng)度指標(biāo)，采用低于峰值強(qiáng)度值，同時(shí)采用試驗(yàn)、反算、經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)或綜合分析進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，確定路塹邊坡坡率、分級(jí)邊坡高度及邊坡平臺(tái)寬度。經(jīng)過(guò)工程類比、理論計(jì)算比較研究按以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)對(duì)于無(wú)地下水影響的泥巖地段，弱膨脹巖路塹地段，邊坡坡率采用1∶1.5，邊坡分級(jí)高度10.0 m;中等膨脹巖地段，邊坡坡率采用1∶1.75，邊坡分級(jí)高度10.0 m;邊坡平臺(tái)寬度2.0～2.5 m。

(2)對(duì)于地下水發(fā)育地段，其邊坡坡率、分級(jí)高度及邊坡平臺(tái)寬度按照《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035－2006)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)于路塹邊坡高度大于20 m或基巖順層地段，根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算方法逐點(diǎn)計(jì)算后確定邊坡坡率及分級(jí)高度。

6 邊坡防護(hù)形式的研究

膨脹性泥巖路塹邊坡防護(hù)形式的選擇需滿足膨脹性的要求，且本線地處四大風(fēng)區(qū)，風(fēng)力強(qiáng)勁，風(fēng)蝕破壞邊坡嚴(yán)重，氣候干燥，缺水，混凝土養(yǎng)護(hù)困難等諸多因素影響邊坡防護(hù)形式的選擇，同時(shí)還應(yīng)考慮膨脹巖在含水量極低的情況下特別堅(jiān)硬，路塹邊坡防護(hù)實(shí)施需開槽時(shí)，施工難度很大，采用人工開槽費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題。針對(duì)以上特點(diǎn)，需研究不同形式的邊坡防護(hù)措施。通過(guò)分析收集到國(guó)內(nèi)外邊坡防護(hù)形式，對(duì)初步選擇的方案進(jìn)行討論，以力學(xué)分析及綜合經(jīng)濟(jì)比選為基礎(chǔ)，對(duì)初步方案進(jìn)一步深化、篩選，然后選定適宜的邊坡防護(hù)形式。

(1)空心磚護(hù)坡

空心磚護(hù)坡適用于泥巖路塹邊坡高度較小地段，對(duì)于邊坡高度較高地段空心磚護(hù)坡因其厚度很小，易脫落，不宜采用。邊坡滿鋪混凝土空心磚，底部設(shè)置M10漿砌片石護(hù)腳加固，路堤坡腳設(shè)置片石混凝土腳墻基礎(chǔ)，塹頂設(shè)置M10漿砌片石鑲邊。施工前應(yīng)修整好坡面。砌筑基礎(chǔ)按設(shè)計(jì)要求掛線放樣，基礎(chǔ)頂面應(yīng)平順。自下而上鋪設(shè)混凝土空心磚，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)拿橡皮錘擊打，不得使用鐵錘等重物。見(jiàn)圖4。

圖4 空心磚護(hù)坡正面(單位:m)

(2)拱形骨架護(hù)坡

拱形骨架護(hù)坡適用于泥巖路塹邊坡高度較高的地段。骨架、鑲邊、護(hù)腳均采用M10漿砌片石砌筑，截水槽采用混凝土預(yù)制塊砌筑。骨架下部設(shè)置1 m高腳墻基礎(chǔ)，骨架內(nèi)鋪設(shè)六角混凝土空心磚等防護(hù)措施。截水槽需與漿砌片石同時(shí)施工，并保證其栽砌牢固，埋入土中深度10 cm。施工前應(yīng)修整好坡面。施工時(shí)應(yīng)自上而下布置放線、自下而上逐條砌筑骨架，間距不足時(shí)調(diào)整拱間間距在下部增加設(shè)拱一道。砌筑基礎(chǔ)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求掛線放樣，基礎(chǔ)頂面應(yīng)平順。見(jiàn)圖5。

圖5 拱形骨架護(hù)坡正面(單位:m)

(3)空窗式護(hù)墻

空窗式護(hù)墻適用于泥巖路塹邊坡高度較高的地段。與拱形骨架護(hù)坡相比，空窗護(hù)墻施工不需開挖溝槽，對(duì)于泥巖非常堅(jiān)硬，開槽難度較大的路塹邊坡，降低了施工難度，但其工程投資高于拱形骨架護(hù)坡?？沾笆阶o(hù)墻采用M10水泥砂漿砌片石砌筑，空窗內(nèi)鋪設(shè)預(yù)制混凝土空心磚，空窗縱向間距5.0 m。石料應(yīng)選用不易風(fēng)化的硬石，其極限抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa。每級(jí)護(hù)墻空窗設(shè)置原則:當(dāng)護(hù)墻高度H＜4 m時(shí)，不設(shè)置;4 m≤H＜9 m時(shí)，設(shè)置1排空窗;H≥9 m時(shí)，設(shè)置兩排空窗。為增強(qiáng)護(hù)墻的穩(wěn)定性，當(dāng)墻高大于8 m時(shí)，于墻背設(shè)置耳墻1道;當(dāng)墻高大于13 m時(shí)，于墻背設(shè)置耳墻兩道。頂級(jí)護(hù)墻墻頂應(yīng)嵌入邊坡20 cm，以防雨水灌入墻背。護(hù)墻的埋置深度路肩高度以下不小于1.0 m，并不應(yīng)低于側(cè)溝砌體底面;當(dāng)?shù)鼗鶠閮雒浲習(xí)r，應(yīng)埋置于凍結(jié)深度線以下不小于0.25 m。施工前必須清刷坡面松動(dòng)土層，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)。如有松動(dòng)巖石，應(yīng)先行清除，然后砌筑墻體。護(hù)墻漿砌前應(yīng)將石料表面泥土沖洗干凈。施工時(shí)應(yīng)分層砌筑，要求灰滿縫嚴(yán)，砌縫交錯(cuò)。為了保證質(zhì)量和外觀整齊，施工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)的坡度，厚度掛線。墻背必須與坡面密貼，局部超挖或凹陷應(yīng)先挖臺(tái)階，并采用M10漿砌片石砌筑。見(jiàn)圖6。

圖6 空窗式護(hù)墻正面(單位:m)

(4)錨桿框架梁護(hù)坡

錨桿框架梁護(hù)坡適用于泥巖路塹邊坡高度大于20 m的膨脹巖路塹邊坡，以及存在順層、滑坡等路塹邊坡穩(wěn)定存在安全隱患的地段。既可以解決坡面表層問(wèn)題，也可以處理較深層的邊坡問(wèn)題?？蚣芰翰捎谜叫尾贾茫蚣芰杭胺忸^混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)一致，一般環(huán)境下采用 C30，現(xiàn)場(chǎng)立模施工。梁截面尺寸為0.5 m×0.5 m，埋深0.4 m，外露0.1 m。在進(jìn)行框架梁的施工時(shí)，在泥巖邊坡必須采用人工開槽的方式嵌入坡面中，嵌入深度0.4 m。錨桿采用φ32HBR400螺紋鋼制作，錨桿間距4.0 m，正方形布置，長(zhǎng)度6～10 m，錨桿體與水平面的夾角為20°～25°，錨桿配合框架梁使用，錨頭采用彎鉤與框架梁主筋焊接或綁扎牢固，支架與錨桿采用焊接連接。錨桿錨孔直徑70 mm，注漿材料一般環(huán)境下采用M30水泥砂漿或水泥漿，注漿壓力不小于0.2 MPa。一般環(huán)境和碳化環(huán)境下，框架梁和注漿材料所用水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥;氯鹽環(huán)境、化學(xué)侵蝕環(huán)境下，根據(jù)環(huán)境作用等級(jí)注漿材料選用M35水泥砂漿或水泥漿，并摻入水泥質(zhì)量一定比例的粉煤灰?？蚣軆?nèi)鋪設(shè)混凝土空心磚。路塹頂設(shè)鑲邊，路塹坡腳設(shè)護(hù)腳，起迄點(diǎn)采用M10漿砌片石鑲邊加固，寬0.5 m，厚0.6 m。錨桿施工前在同一標(biāo)段范圍內(nèi)應(yīng)選擇有代表性、與錨桿錨固段地層相同，環(huán)境類似的相鄰地段進(jìn)行抗拔試驗(yàn)及開挖試驗(yàn)，試驗(yàn)孔數(shù)均不少于3孔，以驗(yàn)證錨桿砂漿的握裹性和錨固段的設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定施工工藝及參數(shù)，其相關(guān)參數(shù)在同一標(biāo)段內(nèi)相同地層通用［9］。見(jiàn)圖7。

(5)路塹擋土墻

路塹邊坡坡腳位置由于脹縮最大，又屬于應(yīng)力集中區(qū)，是最容易破壞的位置，對(duì)邊坡較高或膨脹性較大的路塹，宜在該處設(shè)置路塹擋土墻。膨脹巖路塹擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:基礎(chǔ)埋入深度不宜小于氣候劇烈影響層［10］，一般認(rèn)為在路肩或邊坡平臺(tái)以下不宜小于1.5 m(還要考慮路塹側(cè)溝的深度)、滑動(dòng)面以下不小于1.0 m;墻背頂端至邊坡應(yīng)有一定寬度的平臺(tái)，一般不宜小于2.0 m。加厚墻背反濾層。這不僅可加強(qiáng)排水能力，而且可抵消一部分卸荷膨脹力，反濾層的厚度應(yīng)≥0.5 m。

圖7 錨桿框架梁護(hù)坡正面

通過(guò)對(duì)以上邊坡防護(hù)形式的研究，對(duì)于膨脹性泥巖路塹邊坡形式確定了以下原則:路基邊坡高度H＜3.0 m時(shí)，采用空心磚護(hù)坡防護(hù);路基邊坡高度3 m≤H＜10.0 m時(shí)，對(duì)于易開槽地段采用拱形骨架護(hù)坡防護(hù)，不易開槽地段采用空窗式護(hù)墻防護(hù);當(dāng)路塹邊坡高度10 m≤H＜20.0 m，采用重力式擋土墻+拱形骨架護(hù)坡(或空窗式護(hù)墻)的措施;當(dāng)路塹邊坡高度H＞20 m或存在基巖順層地段，結(jié)合穩(wěn)定性計(jì)算，采用抗滑擋土墻+錨桿框架梁或骨架護(hù)坡的措施。圖8～圖11為現(xiàn)場(chǎng)施工完成后的效果圖，可以看出，在不同路塹邊坡高度，不同地質(zhì)情況下選擇不同的防護(hù)措施，保證工程安全有效，邊坡防護(hù)視覺(jué)效果美觀。

圖8 空心磚護(hù)坡

圖9 拱形骨架護(hù)坡

圖10 錨桿框架梁護(hù)坡

圖11 空窗式護(hù)墻

7 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于膨脹巖地區(qū)的路塹邊坡防護(hù)，一般采用緩坡率(邊坡高度小于6.0 m時(shí)采用1∶1.5;邊坡高度在6.0～10.0 m采用1∶1.75)、寬平臺(tái)(邊坡平臺(tái)寬度不小于2.0 m)、邊坡分級(jí)高度6.0 m、坡腳采用支擋措施，此方案適用于降雨量較大的地區(qū)，如西南線、貴廣線等鐵路。對(duì)于新疆干旱區(qū)，采用以上的邊坡防護(hù)措施顯然過(guò)于保守，膨脹力的作用與該地區(qū)的降雨量有直接關(guān)系，從工程投資的角度考慮，可采用較陡一點(diǎn)的坡率、較高的邊坡分級(jí)高度、以及適宜的坡腳加固措施。

(2)結(jié)合既有蘭新線防風(fēng)蝕的經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)規(guī)范要求，可采用空心磚護(hù)坡、骨架護(hù)坡、錨桿框架梁、空窗式護(hù)墻等網(wǎng)格狀坡面防護(hù)方案?？紤]網(wǎng)格狀防護(hù)措施網(wǎng)格內(nèi)邊坡易遭風(fēng)蝕破壞，可于網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)混凝土空心磚，空心磚內(nèi)夯拍密實(shí)的戈壁土。為減少空心磚內(nèi)培土的風(fēng)蝕脫落，空心磚內(nèi)培土必須夯拍密實(shí)，同時(shí)培土頂面宜低于空心磚頂面2～3 cm。以上選擇的防護(hù)方案解決了膨脹性泥巖邊坡膨脹力釋放引起的破壞問(wèn)題，滿足了相關(guān)規(guī)范要求，同時(shí)有效解決了風(fēng)蝕破壞的問(wèn)題。

(3)干旱區(qū)膨脹性泥巖特殊的工程力學(xué)性能決定了路塹邊坡防護(hù)措施的特殊性。通過(guò)對(duì)其邊坡穩(wěn)定性及防護(hù)形式的研究，針對(duì)干旱區(qū)膨脹巖的特點(diǎn)，用穩(wěn)定和力學(xué)分析膨脹巖強(qiáng)度指標(biāo)，采用低于峰值強(qiáng)度值，同時(shí)采用試驗(yàn)、反算、經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)或綜合分析進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，選定路塹邊坡坡率及分級(jí)邊坡高度。其邊坡坡率及分級(jí)高度的選擇突破了《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035—2006)的相關(guān)規(guī)定，減少了大量的土石方及防護(hù)圬工數(shù)量。

(4)工程的成功實(shí)施可為新疆干旱區(qū)膨脹巖路基工程借鑒及參考，解決了新疆戈壁干旱荒漠區(qū)膨脹性泥巖路塹邊坡防護(hù)工程技術(shù)難題。

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