胡东波 上海铁路局阜阳工务段

阜阳工务段管内京九铁路K718+300-K742+000属粉质黏土路基地段，每逢汛期，路基边坡冲刷、坍塌等病害频频发生，病害发生速度快，严重危及行车安全。

1 粉质黏土路基边坡的病害特点及分析

1.1 粉质黏土路基边坡病害的特点

该地区粉质黏土内摩擦角11°～32°，内聚力16kPa～38kPa，土体的渗透系数约 2×10-3cm/s。

主要病害有边坡冲蚀、坍塌等。边坡冲蚀、坍塌是指受降雨影响造成坡面冲刷成鸡爪沟或表面溜坍，进而发生大面积塌方的现象。

其特点：（1）均在汛期集中暴雨而发生；（2）病害发展速度快、分布范围广，对行车威胁大；（3）因病害点多面广，整治费用高；（4）在新线设计和既有线病害整治时，由于未考虑粉质黏土的特殊性，常规加固方案不能根治病害。

1.2 粉质黏土的病害成因分析

1.2.1 坡面冲蚀

路基边坡抗冲刷性与许多因素有关，决定因素是颗粒间联结强度，联结强度决定于水胶作用力和分子作用力。因粉质黏土中决定颗粒内聚力大小的蒙脱土、水云母等黏粒含量低，致使土颗粒间联结强度较低，抗冲刷极差。当汛期雨强达某值时，首先雨滴冲击破坏土颗粒间脆弱的联结，降雨在坡面形成的水流也会冲击并带走土颗粒，坡面形成道道冲沟。综合影响粉质黏土冲刷性的内外因素，可以下式表示：

D=f（C，tgα，L，I，P）

式中：D-冲刷程度；C-内聚力；α-坡度；L-坡长（m）；I-雨强（mm/min）；P-植被覆盖率。

根据土壤学研究，土体冲刷与边坡坡率（tga）的立方成正比。坡面流量（Q=0.006LI）则决定于坡长和雨强。当坡面长降雨大时，汇集的水量越大，水流的末速度相应大，故冲刷力就强。当坡面有较好的植被时，则可减缓雨水对坡面的冲刷作用。

1.2.2 渗透破坏

水对土的渗透作用可分为静水压力和动水压力两部分，其中静水压力所产生的浮力虽不直接破坏土体，却使土体有效重量减轻而降低土体抵抗渗透的能力，是一种消极破坏力，单位土体的浮容重：γb=γ（1-n）（G-1）

其中：G=γs/γw；γs，γw 分别为砂、水的容重；n为孔隙率。

动水压力所产生渗透力与渗透破坏程度直接相关，是积极破坏力，渗透力f=γ/J（J为水力坡度）。

土体受渗透力顶托，土粒一经松动，土粒间摩擦力和内聚力可忽略不计，当背水路堤坡脚发生流土时，坡脚首先软化失稳，从而导致路堤坍塌。

1.2.3 潜蚀破坏

边坡坍塌是粉质黏土路基在汛期雨季易发生的的水害，它是集中水流、土的动强度衰减和振动液化的结果。

基床表层中单元土体的强度在列车荷载作用下衰减，而动应力因列车提速而升高，当抗剪强度小于剪应力时，导致基床中单元土体发生剪切破坏，裂隙产生，为水在基床表层中下渗提供了通道。发生振动液化的自由水具有较高的水压力，对周围土颗粒有渗透和劈裂作用，从而破坏了土颗粒间联结。同时，承压水在寻找出水路径以消散空隙水压力。当出水路径形成后，自由水流出路堤边界，并带出粉质黏土颗粒时，自由水在路堤中渗流的通路逐渐形成，潜蚀破坏开始。

2 粉质黏土路堤边坡病害的整治措施

2.1 干砌片石护坡

在京九线上行K738+500-K739+500地段，采用干砌片石护坡，下加碎石、渗滤布垫层，该方案主要在高度大于5.0m的路基。

渗滤布具有强度高，耐酸碱，尺寸稳定性好，抗冲击，抗老化，隔离土体，排水和反滤作用。

2.2 级配碎石护坡

在京九线 K721+900～K729+800地段，采用级配碎石整治路基边坡冲刷、坍塌等病害，该方案主要在高度小于5.0m的路基。

级配碎石来自采石厂生产的石灰岩道碴，经分筛设备系统加工而成的。其石灰岩的物理力学性能要求如表1。

级配碎石的要求和作用机理：覆盖厚度不小于50cm，粒径小于2～5cm的颗粒重量占总重的69.4%～71.9%左右，含灰量（粒径＜0.1mm）占总重的 9.9%～20.0%，坡度1:1.5～1:1.75。碎石在自重作用下与坡面、地面土体形成平衡体，当降雨时，雨水直接作用在碎石体表面，大大减少雨水对边坡土体表面的直接冲蚀，雨水与坡面以渗透方式接触；而石灰岩碎石中的CaCO3粉末遇水与碎石颗粒形成一层反滤、渗水的柔性保护壳，使路基面和渗入的雨水，沿坡面反滤地流出坡脚。

表1 级配碎石的物理力学性能表

2.3 种植香根草护坡

香根草以其独特的生物特性，一般草本植物无法具备的工程特性以及许多草本植物不及的生态特性，成为优良的水土保持植物。同时由于其深根性，大大提高土壤的剪切强度，而且生态、经济效益显著。

香根草根庞大且深扎，剪切强度及穿扎能力强，犹如"土壤铆钉"，可有效地网络土体和聚合土体。香根草根的抗张强度是一般钢材的极限强度的六分之一即75MPa。耐极度干旱和洪涝，适应降雨量200mm～3000mm，适应温度-15℃～50℃，适应PH值3～11的范围。该方案主要应用于路基护道等其他方案施工困难的部位。

3 级配碎石颗粒组成的确定

稳定状态的概念：当降雨量大于常年汛期降雨量时，路基边坡的级配碎石护坡，经过2～3个汛期的暴雨冲刷作用，始终能保持相对稳定的状态。

我们在达到稳定状态的地段对级配碎石进行筛分试验，分析路基边坡碎石的颗粒组成，含灰量和容重，从而确定路基边坡稳定状态下，对碎石的级配要求。

碎石筛分结果见表2[1],[2]，稳定状态下的碎石级配曲线见图1，含灰量与容重的关系曲线见图2。

表2 碎石筛分结果表

图1 碎石级配曲线

图2 含灰量与容重的关系曲线

通过曲线图和现场稳定状态分析得出：（1）颗粒较大，含灰量较低，碎石边坡不能形成柔性保护壳，边坡处于较稳定状态；(2)颗粒较小，碎石边坡能形成柔性保护壳，但易局部产生较深的冲沟和坍塌现象，不利于稳定。

根据以上结果分析，得出最优的碎石级配为[3]：粒径＞5mm颗粒，占28.1%～31.6%；粒径5～2mm颗粒，占34.20%～43.3%；粒径2～0.5mm颗粒，占13.0%～15.0%；粒径0.5～0.1mm颗粒，占0.1%～0.2%；粒径组＜0.1mm颗粒，占9.9%～

22%，干容重平均在15.7kN/m3左右。这种级配易形成柔性保护壳，利于表面草皮、紫穗槐等植物生长，边坡处于稳定状态。

4 效果分析

从现场加固情况来看，用级配碎石覆盖方法对路基坡面进行防护处理,与其它路基坡面防护方法相比，有以下几方面优势：

4.1 施工简单

该方案用路用车装运，人工就地卸车，适当在坡面均匀、整形、夯拍，使坡面形成即可。为防止污染道床，可事先在卸料一侧道床边坡上覆盖聚乙烯塑料布，清理完碎石后再将塑料布收起，可多次使用。

4.2 成本低

级配碎石的主要材料是采石场生产片石或道碴的副产品，工程造价的主要因素是运杂费，是铁路内部运输收入。既降低成本，又解决采石场的后顾之忧。就施工情况来看,处理同样工作量的路基,该方案费用是干砌片石的36%，浆砌片石的30%[4]。

4.3 进度快、工期短

施工进度取决于路用车的编组数量和到达速度，通常每列可编组30～40辆车，根据路基高度情况，可采取一次或两次停车卸料，此方案在目前运量大的情况下更适合大范围，短工期的抢修工程。

4.4 对既有坡面植被破坏小

管内京九线两侧路基坡面已种植紫穗槐等灌木，用该方案施工不破坏灌木根系，仅在施工时除去植被上枝，一年后仍能长出枝叶。若用干砌片石或浆砌片石防护，既有绿化植被均要破坏。

4.5 后期维修投入少

级配碎石防护体是“柔性”的，片石防护体则是“刚性”的，它很容易随路基的下沉变形而破损，也容易被线路大中修时卸笨重材料砸坏，且日常维修成本也比其它砌体低得多。

5 结束语

采用以上三种方案整治粉质黏土路基冲蚀、坍塌等病害的目的是通过试验，与以往整治方案进行比较，从更有效、经济的方面确定整治粉质黏土路基病害的方法。

（1）当路基边坡高度小于5.0m时，采用级配碎石护坡（厚度≥0.5m）整治路基边坡冲刷、坍塌，优于干砌片石护坡和浆砌片石护坡，且经济效益和社会效益十分显著。

（2）当路基边坡高度大于5.0m时，采用干砌片石护坡（碎石垫层≥0.2m）整治路基边坡冲刷、坍塌病害，满足使用和技术的要求。

（3）粉质黏土分布广，病害种类多，对行车安全威胁大，建议将该土质纳入铁路特殊土路基设计规范，使工程技术人员对其特殊性有足够的认识。