鐵路路基邊坡合成樹脂纖維土防護技術研究

王亮

摘 要：作為鐵路路基的主要構成成分，路基邊坡長期在重載裂縫及暴雨等不良天氣的作用下，極易產生裂縫，從而改變邊坡內應力水平、分布狀態及作用方式等，最終將影響列車的運行安全。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，隨后提出了利用樹脂纖維土防護鐵路路基邊坡，并在此基礎上，對合成樹脂纖維土護坡機理、抗沖刷性能進行了分析，最后結合新建線路與既有線路實際工程進行了纖維土防護技術要點探討。

關鍵詞：鐵路工程;路基邊坡;合成樹脂纖維土

0 引言

在保證列車運行安全方面，路基邊坡防護發揮著至關重要的作用。因填挖方式不同，邊坡類型也有所不同，如路塹式、路堤式或路塹—路堤式。當前雨水沖刷是造成鐵路路基邊坡病害的直接原因，如雨水沖刷勢必會出現滑坡等病害，甚至會導致邊坡后退、變陡等，進而對邊坡穩定性、耐久性造成不利影響。目前，局部地區鐵路邊坡多采用滿鋪混凝土的方式進行路基邊坡防護，但這種方式，土體水蒸發難度大，很容易引發凍融、凍脹等問題。在動荷載等因素作用下，往往會產生坡面裂縫，從而導致坡體失穩。

1 合成樹脂纖維土護坡機理

作為一種連續性材料，合成樹脂纖維土粘聚力良好，且具有較強的抗拉強度及抗老化性能，同時使用時間長。為此，在鐵路路基邊坡加固中采用纖維土進行處理，可有效改善土體的物理、力學性能。

纖維截面纖細，1m3土體內包含千萬條單絲，分散均勻后，可構成一個錯綜復雜的空間網絡，從而形成纖維骨架結構，提高結構土體比例，減少自由土體。當雨水沖刷土體時，纖維可有效粘結原土體，從而避免因雨水沖刷導致土體流失。在雨水不斷蒸發的過程中，在纖維土體內因纖維所占體積很小，往往不會對雨水蒸發造成任何影響。因此，可認為纖維土護坡結構屬于一個干濕呼吸的結構，水分蒸發較快，可起到防沖刷的效果，從而穩定鐵路路基邊坡。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，而裂縫的減少勢必會大幅提升土體的抗沖刷能力，為此，可實現邊坡防護的目的。

2 合成樹脂纖維土的抗沖刷性能分析

本文通過自制全自動人工降雨裝置，對鐵路路基邊坡受雨水沖刷情況進行模擬，分析合成樹脂纖維土的抗沖刷性能，試驗結果表明，不同纖維種類、不同邊坡坡率、不同壓實度均會對邊坡抗沖刷性能造成影響，具體如下：

2.1 不同纖維種類對邊坡抗沖刷性能的影響

根據纖維土力學性能研究表明，當纖維量為5%時，其抗剪強度最佳，若含量高于5%，極易產生纖維分布不均現象，或出現聚團、成束等問題，對壓實土體極為不利。為檢測纖維是否為最佳值，制定了不同纖維含量的試驗分析，即1%、3%、5%、7%。經試驗分析可知，當纖維摻加到土體內，邊坡抗沖刷能力開始逐步提升，纖維含量在1%～5%之間時，土體抗沖刷性能成上升趨勢，纖維含量在5%～7%之間時，纖維的抗沖刷性能逐步下降，也就是說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，究其原因在于纖維含量過多，影響其土體分布均勻性，從而出現土體壓實不達標現象。當強降雨來臨，部分纖維聚團的土體將被沖刷，從而影響護坡效果，甚至產生更大危害。以5%為纖維含量，針對不同纖維種類進行分析，本文選擇4類：素土、普通纖維、波浪形纖維、異性纖維，橫向對比分析各類纖維形成的邊坡沖刷量，結果如圖1所示。

通過分析研究表明，在4.5mm/min最大降雨強度下，相比素土，異性纖維抗沖刷能力最強，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 不同邊坡坡率對邊坡抗沖刷性能的影響

按照相關設計規范分析，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現，因位置、壓力傳遞等均會影響壓實度。故對不同坡率下邊坡抗沖刷性能進行分析。

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

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

（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象，基本上為小沖溝，長度多集中于2～3cm，未見大沖溝（8～10cm長）。

2.3 不同壓實度對邊坡抗沖刷性能的影響

在路基邊坡抗沖刷性能研究中，壓實系數影響較大，為此，本文針對不同壓實系數，即80、90、95進行了邊坡試驗。試驗條件如表1所示。

結果表明，當壓實度不斷提升，邊坡抗沖刷性能也得到了有效增強。當壓實系數為95時，相比80壓實系數增加了42.2%，相比90壓實系數增加了31.75%，為此，在施工中必須嚴格控制路基邊坡壓實質量。

3 合成樹脂纖維土護坡技術要點

在鐵路路基邊坡防護中，一般可分為2類，即新建線路邊坡施工防護與既有線路病害的整治，為全面掌握防護技術要點，結合多年工作經驗，筆者認為可從下述兩種施工類型進行分析。

3.1 新建線路邊坡技術要點

嚴格按照施工設計要求進行新建線路邊坡施工。首先，要做好地質勘查和室內土工試驗，也就是說，要按照室內土工試驗的結果進行地層情況、土的物理力學性能的準確確定，特別是粘聚力或內摩擦角，隨后根據工程勘查結果進行邊坡強度等計算，最后進行邊坡穩定性的分析與驗證。針對本次施工，決定采用纖維土進行護坡施工。施工工藝如下：

第一，第一層施工過程中，需鋪滿纖維土和路堤填料，隨后進行壓實，保證壓實度滿足相關規范要求。

第二，根據壓實標準進行每層壓實施工，可在0.3m以下控制各層厚度。

第三，當達到路堤設計標高要求，可根據邊坡規定，多填筑0.5m，隨后進行削坡處理，同樣需按照鐵路路基設計規范合理確定削坡坡度。

第四，完成上述施工之后，可進行混凝土護坡骨架施工，每隔20m在框架進行一道2cm寬通長伸縮縫，并采用瀝青麻筋在伸縮縫內進行全斷面填滿。若有特殊情況，可等距離設階梯性踏步，尺寸為0.2m厚、0.6m寬。根據施工要求，需將鋼筋設于混凝土護坡骨架內，并用錨桿、錨索等在節點位置進行固定。

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，確保坡面密實度良好，且平整。通過C25混凝土預制六棱磚，且選擇相對應的預制模具。相比常規六棱磚，纖維土所使用的六棱磚內壁需具有一定粗糙度，且在內壁加孔洞。在六棱磚鋪筑過程中，可按照從下到上的順序進行施工，保證鋪設緊密、美觀、整齊。此外，還要和坡面、相鄰骨架密切連接，保證協調統一。此外，不允許采用鐵錘等重物進行敲打，需采用橡皮錘處理。

第六，根據要求，將纖維土夯填到六棱磚內部，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，保證壓實度滿足設計要求。

3.2 既有線路病害整治技術要點

在既有病害整治中，合成樹脂纖維土的技術要點為先初步勘察施工現場，掌握病害實際情況、產生原因等，隨后通過室內土工試驗進行粘聚力、內摩擦角等參數的確定。待確定病害原因之后，可根據原因確定處治措施，經決定此次采用纖維土護坡技術進行病害處治。

受雨水長期沖刷影響，既有線路路堤邊坡被破壞，出現較為嚴重的土體流失、坡體變形現象，目前，路堤坡體屬于不穩定狀態。為此，決定先剝離掉原有病害區域內的表層土，先構成一個穩定層，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。針對路塹部位，當填筑至坡頂位置時，需做六棱轉砌筑。

4 結束語

綜上所述，伴隨鐵路建設規模的不斷擴大，大量病害問題日益突顯，如邊坡沖刷、裂縫等，將對鐵路邊坡穩定性造成嚴重影響，甚至會威脅鐵路運行的安全穩定性。在雨量充足的南方地區，若采用坡植方法進行邊坡防護，極易在植草未長成型前遭受雨水沖刷。而在少雨干旱的西北地區，因雨量不足，若采用植被防護，由于植被生長及維護管理水平等存有問題，往往會出現邊坡裸露現象。為此，如何防治鐵路路基邊坡成為了研究的重點。合成樹脂纖維土作為一種連續性的材料，粘聚力良好，且具有較強的抗拉強度及抗老化性能，同時使用時間長。為此，應用合成樹脂纖維土進行鐵路路基邊坡防護施工具有良好的效果。

參考文獻：

[1]張季如，朱瑞賡，夏銀飛，等. ZZLS綠色生態護坡材料的強度試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報，2003，（09）.