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摘 要:首先阐述了边坡防护的分类,分析了朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡的基本情况,探究了朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的成因,提出了朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的对策。
关键词:边坡防护;护坡病害;对策
一、边坡防护的分类
“边坡”这个名词的出现已经有很长时间了(至少有上百年),但是,各种出现的相关论文、专著都没有人试图对它进行定义。笔者认为这个专业名词的准确且能被各工程领域接受的定义是非常重要的,因为它是进行边坡科学分类的基础。“边坡”是由工程活动或自然形成的,位于建筑物附近,其位移和变形对建筑物有影响的斜坡。这个定义给出了边坡的三个本质特点:(1)有一定坡度;(2)临近人工建筑物;(3)它的位移和变形对建筑物可能有影响。这个定义可以涵盖上述的所有工程领域:矿山、铁路、铁路,工用民用建筑、水利工程中所有边坡。它也有明确的范畴,离建筑物远,其位移和变形对建筑物没有影响的山体山坡,农业坡地,都不属于“边坡”范畴。这里位移和变形是指滑坡、泥石流、崩落、蠕动等。
边坡本质特征(1)和(2)决定边坡的特征(3)。有坡度的斜面位于建筑物近,它的位移和变形对建筑物的安全和正常功能的发挥造成了潜在威胁。为减轻这个威胁,人们利用力学、地质学、测量学、土木工程施工技术等等开展了边坡的稳定分析、位移和变形观测,并且对于有失稳倾向的边坡,研究采取防护加固措施。传统的边坡书籍、论文都是关于这方面的内容。除易发生上述的位移和变形外,边坡倾斜的表面,还会发生另一种破坏,那就是土壤流失。倾斜的无植被覆盖的边坡常常是发生严重水土流失的场所,而这在工程中,又是经常见到的。如果不采取措施,所有的挖方土质边坡几乎都会在开挖后发生严重水土流失(限于篇幅,本文不讨论边坡土壤流失危害)。传统上,边坡水土流失的研究是在农业科学中进行的。工程建设中,由于边坡土壤流失的危害远没有边坡的位移和变形对临近建筑物大,一般不做专门考虑,只在进行防护时兼顾土壤流失防治问题。
目前,土质边坡有两种防护方法,一类单独利用植物对边坡进行防护绿化,如栽植植物篱笆、植物桩、植树、栽草皮等;另一类采用植物和护坡建筑物或土工材料配合对边坡进行防护和绿化,如绿化墙(包括栅墙)、土工格栅、三维植被网、土工网、阶梯墙、带孔砖(或砌块)等。对于石质边坡则有钢筋水泥框格法、客土植生带法、纤维绿化法、生态多孔混凝土绿化法、厚层基材喷射绿化法等。与植被护坡的现场应用技术相比,其理论研究发展缓慢,已经严重影响了这一领域的创新和发展。特别是由于我国幅员广阔,各地区气候条件不同,土壤条件各异,路基基础材料、工程结构、稳定状态又都有区别,如何选择植被护坡模式和植物树种以发挥最佳的护坡效果,需要对绿色植被的护坡理论进行更进一步的深入研究。
二、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡的基本情况
在近几年运营期间,护坡发生许多病害,我们积极地采取措施加以整治。2008年春融检查时发现:朔黄铁路上行K33+065~K33+180段既有三级护坡大面积损坏严重。其原因如下:
(1)地质条件差,降雨量大。经开挖调查,山体表层为黄褐色新黄土,厚1~5 m,以粉粒为主,含碳酸钙及少量易溶盐,具有大孔隙、抗水性能差、易崩解和潜蚀、具有自重湿陷性等特征;下为石灰岩,浅灰色,轻微风化,含有易溶性的碳酸钙,易风化、易溶解;山体有部分断层,断层内充填角砾及少量断层泥,结构松散,裂隙发育且有渗水现象,断层泥遇水成泥状,极不稳定。地下水为第四系上更新统Q3新黄土层中孔隙潜水,土壤最大冻结深度1. 5 m。该边坡土体遇水稳定性差,易产生湿陷。虽然片石覆盖在开挖土体上,但土体与片石间由于冻胀,使铺砌产生变形。该地区气候属温带大陆性气候, 6~9月防洪期降雨量为250 mm左右。从10月到次年5月平均气温在0℃以下,长达8个月,最冷月低于零下30℃。这样的气象条件和地質、地下水条件造成该地区雨季降水进入土壤,裂隙水不断深透补充,且长期滞留处于饱和,土壤含水率较大,冬季冻胀, 夏季沉陷,反复作用,造成护坡的鼓胀、开裂、沉陷、坍塌。
(2)施工及设计概况。施工中该段护坡由于坡高,倒运片石不便,铺砌用的片石尺寸偏小,铺砌厚度不足。该护坡的病害频发,说明设计时缺乏对该段地质情况的调查,防护措施针对性不强,选择的防护形式缺乏工程技术比较,未能因地制宜。
三、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的成因
影响边坡稳定的因素很多,总的归纳起来可分为两大类,即:自然因素和人为因素。
(1)自然因素。铁路是特殊的带状结构物。每条铁路都要穿越很多地区,由于受地质构造的地形条件等因素的影响,每一个小区域都有不同的地质和气候条件。所以,影响边坡稳定的自然因素主要包括下列几个方面,即:地带类型、地质、水文、气候及筑路材料等。该处为严重风化的泥岩,夹杂部分湿陷性土体结构,存在不稳定的地质因素。护坡后土体有滑移的可能性。从拆除护坡后的现场来看,该处局部泥岩中含水率较大,容易造成土体的不稳定。原护坡厚度为0.5米,而该处最大冻深为1.3米。冬季护坡后水分结冰产生冻胀,护坡不足以抵抗冻胀力,因而造成护坡外鼓。(2)人为因素。一条铁路的建设和使用管理,都是由人去实现的,根据建设程序和内容,并结合已建铁路的情况看,影响边坡稳定的人为因素可归集为下列三个方面,即:设计因素、施工因素和养护管理因素。
四、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的对策
(一)边坡植物保护。①直接种草法。就是在边坡上面种草等绿化的方式,施工方便、操作简单、成本低,但大面积的种植覆盖率低,适宜缓坡等边坡。②种植草皮法。施工单位用购买的300mm×300mm的草皮块,将路基边坡修正好,铺好优质浮土后压实,表层略湿润,然后由边坡底部往上铺设,达到要求线即可,这种方法成活率高。③种植树木法。施工单位施工完路基边坡后,为了更好地加固边坡,力争恢复周边生态环境,还需要在路边两侧种植树木,这样做即可美化环境又可净化汽车尾气对周边空气的污染,还可防止水土流失。树种的选择要根据南、北方地区不同而选择。
(二)工程防护。工程防护适用于不易于草木生长的岩石面上。一般采用框格、抹面、捶面和喷浆、坡面护墙、护坡等框格防护。用混凝土、浆砌片(块)石等材料,在边坡上形成骨架,提高边坡表面粗糙度系数,减缓了水流速度。根据美观需要,框格可做成六角形混凝土块、浆砌片石拱形、浆切片石或预制块做成的麦穗形等各种造型。除对路基边坡有一定的防护作用外,还为重要景点附近使用。在施工前,应将坡面上的杂质、浮土、松动石块及表层风化岩体等清除干净。抹面、捶面防护由于使用年限短,现在的高速铁路很少使用。护面墙防护是为了覆盖各种软质岩层和较为破碎的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡,免受大气影响而修的墙。可有效的防止边坡冲刷,防止三类坍塌,是最常用的一种防护形式。护面墙除自重外,不担负其他荷载,也不承受墙后土压力。护面墙有实体护面墙、孔窗式护面墙、拱式护面墙等。实体护面墙用于一般土质及破碎岩石边坡;孔窗式护面墙用于坡度缓于1:0.75边坡,孔窗内可捶面或干砌片石;拱式护面墙用于下部岩石较完整而需要防护上部边坡者。用护面墙防护的挖方边坡不宜陡于1:0.5。护面墙是采用较多的形式,而且多为实体护面墙。根据边坡高度,岩石风化程度以及岩体的地质特性,采取半防护和全防护形式。在半防护措施中,有时采用坡脚护面墙。因为自然降水从坡顶沿坡面下流,流至坡脚时,速度最大,冲刷最严重。因此,在坡脚处设置护面墙是最起码的防护措施。护坡防护是目前最常用的路基边坡防护形式。在稳定边坡上铺砌(浆砌或干砌)片石、块石或混凝土预制块等材料,防止地表径流或坡面水流对边坡冲刷。铺砌方式一般采用浆砌。冲刷轻微时,软土地基上的土质路堤防护可采用干砌片石护坡,以适应地基不均匀沉降引起的路基变形。
关键词:边坡防护;护坡病害;对策
一、边坡防护的分类
“边坡”这个名词的出现已经有很长时间了(至少有上百年),但是,各种出现的相关论文、专著都没有人试图对它进行定义。笔者认为这个专业名词的准确且能被各工程领域接受的定义是非常重要的,因为它是进行边坡科学分类的基础。“边坡”是由工程活动或自然形成的,位于建筑物附近,其位移和变形对建筑物有影响的斜坡。这个定义给出了边坡的三个本质特点:(1)有一定坡度;(2)临近人工建筑物;(3)它的位移和变形对建筑物可能有影响。这个定义可以涵盖上述的所有工程领域:矿山、铁路、铁路,工用民用建筑、水利工程中所有边坡。它也有明确的范畴,离建筑物远,其位移和变形对建筑物没有影响的山体山坡,农业坡地,都不属于“边坡”范畴。这里位移和变形是指滑坡、泥石流、崩落、蠕动等。
边坡本质特征(1)和(2)决定边坡的特征(3)。有坡度的斜面位于建筑物近,它的位移和变形对建筑物的安全和正常功能的发挥造成了潜在威胁。为减轻这个威胁,人们利用力学、地质学、测量学、土木工程施工技术等等开展了边坡的稳定分析、位移和变形观测,并且对于有失稳倾向的边坡,研究采取防护加固措施。传统的边坡书籍、论文都是关于这方面的内容。除易发生上述的位移和变形外,边坡倾斜的表面,还会发生另一种破坏,那就是土壤流失。倾斜的无植被覆盖的边坡常常是发生严重水土流失的场所,而这在工程中,又是经常见到的。如果不采取措施,所有的挖方土质边坡几乎都会在开挖后发生严重水土流失(限于篇幅,本文不讨论边坡土壤流失危害)。传统上,边坡水土流失的研究是在农业科学中进行的。工程建设中,由于边坡土壤流失的危害远没有边坡的位移和变形对临近建筑物大,一般不做专门考虑,只在进行防护时兼顾土壤流失防治问题。
目前,土质边坡有两种防护方法,一类单独利用植物对边坡进行防护绿化,如栽植植物篱笆、植物桩、植树、栽草皮等;另一类采用植物和护坡建筑物或土工材料配合对边坡进行防护和绿化,如绿化墙(包括栅墙)、土工格栅、三维植被网、土工网、阶梯墙、带孔砖(或砌块)等。对于石质边坡则有钢筋水泥框格法、客土植生带法、纤维绿化法、生态多孔混凝土绿化法、厚层基材喷射绿化法等。与植被护坡的现场应用技术相比,其理论研究发展缓慢,已经严重影响了这一领域的创新和发展。特别是由于我国幅员广阔,各地区气候条件不同,土壤条件各异,路基基础材料、工程结构、稳定状态又都有区别,如何选择植被护坡模式和植物树种以发挥最佳的护坡效果,需要对绿色植被的护坡理论进行更进一步的深入研究。
二、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡的基本情况
在近几年运营期间,护坡发生许多病害,我们积极地采取措施加以整治。2008年春融检查时发现:朔黄铁路上行K33+065~K33+180段既有三级护坡大面积损坏严重。其原因如下:
(1)地质条件差,降雨量大。经开挖调查,山体表层为黄褐色新黄土,厚1~5 m,以粉粒为主,含碳酸钙及少量易溶盐,具有大孔隙、抗水性能差、易崩解和潜蚀、具有自重湿陷性等特征;下为石灰岩,浅灰色,轻微风化,含有易溶性的碳酸钙,易风化、易溶解;山体有部分断层,断层内充填角砾及少量断层泥,结构松散,裂隙发育且有渗水现象,断层泥遇水成泥状,极不稳定。地下水为第四系上更新统Q3新黄土层中孔隙潜水,土壤最大冻结深度1. 5 m。该边坡土体遇水稳定性差,易产生湿陷。虽然片石覆盖在开挖土体上,但土体与片石间由于冻胀,使铺砌产生变形。该地区气候属温带大陆性气候, 6~9月防洪期降雨量为250 mm左右。从10月到次年5月平均气温在0℃以下,长达8个月,最冷月低于零下30℃。这样的气象条件和地質、地下水条件造成该地区雨季降水进入土壤,裂隙水不断深透补充,且长期滞留处于饱和,土壤含水率较大,冬季冻胀, 夏季沉陷,反复作用,造成护坡的鼓胀、开裂、沉陷、坍塌。
(2)施工及设计概况。施工中该段护坡由于坡高,倒运片石不便,铺砌用的片石尺寸偏小,铺砌厚度不足。该护坡的病害频发,说明设计时缺乏对该段地质情况的调查,防护措施针对性不强,选择的防护形式缺乏工程技术比较,未能因地制宜。
三、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的成因
影响边坡稳定的因素很多,总的归纳起来可分为两大类,即:自然因素和人为因素。
(1)自然因素。铁路是特殊的带状结构物。每条铁路都要穿越很多地区,由于受地质构造的地形条件等因素的影响,每一个小区域都有不同的地质和气候条件。所以,影响边坡稳定的自然因素主要包括下列几个方面,即:地带类型、地质、水文、气候及筑路材料等。该处为严重风化的泥岩,夹杂部分湿陷性土体结构,存在不稳定的地质因素。护坡后土体有滑移的可能性。从拆除护坡后的现场来看,该处局部泥岩中含水率较大,容易造成土体的不稳定。原护坡厚度为0.5米,而该处最大冻深为1.3米。冬季护坡后水分结冰产生冻胀,护坡不足以抵抗冻胀力,因而造成护坡外鼓。(2)人为因素。一条铁路的建设和使用管理,都是由人去实现的,根据建设程序和内容,并结合已建铁路的情况看,影响边坡稳定的人为因素可归集为下列三个方面,即:设计因素、施工因素和养护管理因素。
四、朔黄铁路上行K33+065-K33+180护坡病害的对策
(一)边坡植物保护。①直接种草法。就是在边坡上面种草等绿化的方式,施工方便、操作简单、成本低,但大面积的种植覆盖率低,适宜缓坡等边坡。②种植草皮法。施工单位用购买的300mm×300mm的草皮块,将路基边坡修正好,铺好优质浮土后压实,表层略湿润,然后由边坡底部往上铺设,达到要求线即可,这种方法成活率高。③种植树木法。施工单位施工完路基边坡后,为了更好地加固边坡,力争恢复周边生态环境,还需要在路边两侧种植树木,这样做即可美化环境又可净化汽车尾气对周边空气的污染,还可防止水土流失。树种的选择要根据南、北方地区不同而选择。
(二)工程防护。工程防护适用于不易于草木生长的岩石面上。一般采用框格、抹面、捶面和喷浆、坡面护墙、护坡等框格防护。用混凝土、浆砌片(块)石等材料,在边坡上形成骨架,提高边坡表面粗糙度系数,减缓了水流速度。根据美观需要,框格可做成六角形混凝土块、浆砌片石拱形、浆切片石或预制块做成的麦穗形等各种造型。除对路基边坡有一定的防护作用外,还为重要景点附近使用。在施工前,应将坡面上的杂质、浮土、松动石块及表层风化岩体等清除干净。抹面、捶面防护由于使用年限短,现在的高速铁路很少使用。护面墙防护是为了覆盖各种软质岩层和较为破碎的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡,免受大气影响而修的墙。可有效的防止边坡冲刷,防止三类坍塌,是最常用的一种防护形式。护面墙除自重外,不担负其他荷载,也不承受墙后土压力。护面墙有实体护面墙、孔窗式护面墙、拱式护面墙等。实体护面墙用于一般土质及破碎岩石边坡;孔窗式护面墙用于坡度缓于1:0.75边坡,孔窗内可捶面或干砌片石;拱式护面墙用于下部岩石较完整而需要防护上部边坡者。用护面墙防护的挖方边坡不宜陡于1:0.5。护面墙是采用较多的形式,而且多为实体护面墙。根据边坡高度,岩石风化程度以及岩体的地质特性,采取半防护和全防护形式。在半防护措施中,有时采用坡脚护面墙。因为自然降水从坡顶沿坡面下流,流至坡脚时,速度最大,冲刷最严重。因此,在坡脚处设置护面墙是最起码的防护措施。护坡防护是目前最常用的路基边坡防护形式。在稳定边坡上铺砌(浆砌或干砌)片石、块石或混凝土预制块等材料,防止地表径流或坡面水流对边坡冲刷。铺砌方式一般采用浆砌。冲刷轻微时,软土地基上的土质路堤防护可采用干砌片石护坡,以适应地基不均匀沉降引起的路基变形。