路基是承受轨道和列车荷载的基础 ,是铁路工程的重要组成部分 ,其稳定与否直接影响列车运行的安全。 路基裸露在大气中 ,风霜雨雪、气温变化和流水冲刷等都会对路基产生有害影响。 为保证路基具有足够的强度和稳定性 ,一般设计均采用对边坡进行防护。

在运营线路技术状态的调查中发现 ,个别线路和路段不同程度地存在着路基边坡病害。 因此 ,有必要研究边坡病害的成因及其发生规律 ,进而对路基边坡防护的设计提出优化措施。

一般发生在路堑边坡下部 ,或构成边坡软硬互层的松软层 ,在节理发育的变质岩坡面尤为严重。 该部位受风化作用的影响显著 ,边坡表面破碎 ,呈薄片状或小颗粒状 ,沿坡面向下滚落 ,往往造成侧沟堵塞。

在土质为黄土质砂粘土或其它粘性土的边坡 ,经较长时段的连阴雨后 ,其表层厚 110 m 以内的土体松软、失稳 ,而向坡脚溜下。 由于在边坡基岩上面覆盖有黄土或其它粘性土层 ,在雨后流水量加大、地表水不断渗透而使土层失稳 ,或因基岩面有地下水出露 ,促使覆盖层沿基岩面溜方。

在高大的土质边坡上或风化严重的石质坡面下部发生坡面冲刷 ,由于地表径流的冲蚀搬运作用明显 ,表面形成条状鸡爪沟或冲坑 ,这不但破坏了坡面的完整 ,在暴雨时还时常造成泥流漫道现象。

多发生在的变质岩地段路堑边坡中上部 ,该部位岩石节理发育 ,风化严重 ,或者路堑边坡的粘性土层和蓄水砂石层分层蕴藏 ,且有倾向路堑方向的斜坡层理存在。 发生过程时间较长 ,先在边坡上部张开裂缝 ,逐渐发展扩大 ,周围岩石错动 ,进而坍塌体下缘凸起并局部坍塌或落石 ,随之即顺边坡大面积滑坡。 特征是整个边坡不稳定 ,而且一直破坏到边坡坡度小于相应的天然休止角为止。

气候因素有气温、降水、风速、风向、最大冻土深度等。 在大面积裸露的土质或风化岩质坡面上 ,由于温差对地表的影响 ,加上雨水直接冲刷坡面 ,极易风化剥落 ,导致堑坡水土大量流失 ,或坡面产生裂缝 ,发生浅层溜方。

水文因素如地表水的排泄 ,河流常水位、洪水位 ,有无地表积水和积水时间长短 ,河岸淤积情况 ;水文地质因素有地下水埋深、移动规律 ,有无层间水、裂隙水、泉水等。 在土质路基边坡上因受雨水冲刷导致表层坑洼积水 ,地表水顺裂缝向下渗透而浸泡边坡 ;全封闭边坡防护层材料的水稳定性差 ,出露的地下水无法疏导使边坡内积水 ,或整个边坡结构排水不畅 ,引发堑坡局部溜方和浅层滑坡。

沿线地质因素 ,如岩石的种类、成因、节理、风化程度和裂隙情况 ,岩石走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度 ,有无夹层或遇水软化的夹层 ,以及有无断层或其它不良地质现象。 在人工开挖的岩质坡面 ,尽管山体本身稳定 ,但岩层节理发育 ,长时间日晒雨淋 ,表面风化严重 ,经常发生坡面剥落和零星掉石流碴。 若堑坡地层岩性为岩质较软的砂土、页岩和变质岩 ,且节理发育、风化严重 ,或粘性土层和蓄水的砂石层分层蕴藏 ,特别是有倾向路堑方向的斜坡层理存在时 ,易造成路堑滑坡。

土是建筑路基及边坡的基本材料 ,不同的土类具有不同的工程性质。 砂粒土的强度构成以内摩擦力为主 ,强度高 ,受水的影响小 ;粘性土的强度形成以粘聚力为主 ,强度随密实程度的不同变化较大 ,并随湿度的增大而降低 ;粉土类土毛细现象强烈 ,强度和承载力随着毛细水上升和湿度的增大而下降。 对于黄土质砂粘土或其它粘土质土 ,因其透水性弱、崩解性强、经雨水浸泡后土体表层含水量达到饱和状态时 ,易使边坡失稳而溜方 ;若路堤填料不合格 ,又没有进行土质改良 ,将导致边坡结构层断裂破坏。

1) 地质勘察不准确。 例如对边坡土体地下水位的勘探不到位 ,未发现基岩面出露的地下水 ,引发边坡溜方 ;勘察获得的土体内摩擦角、粘聚力、密度及承载力等数据不准确 ,导致设计出错 ,而引发坍塌滑坡。

2) 边坡设计不合理。 在设计当中 ,为减少初期工程投入 ,忽视了气候及地质因素的长期影响 ,对干燥少雨地区、岩层节理发育的坡面未采取护坡措施 ,致使坡面发生风化剥落 ;缺乏对不同土的水稳定性的认识 ,选择防护设备不当 ,未设排水设施 ,引发流动水冲刷边坡 ;设计选择的边坡坡度过陡 ,大于岩层本身所能维持的天然休止角 ,每级台阶高度与天然岩土层次的性质又不适应 ,而设计过程中对边坡稳定性的检算又不够准确 ,导致部分土体在重力作用下沿边坡内某一滑动面发生滑移。

3) 施工方法不当。 施工时未严格按照设计文件进行边坡开挖 ,未清除边坡基岩上面覆盖的粘性土层 ;或者未严格按照施工规范的要求进行路基填方 ,填土的层次安排不合理 ,密实度不够等。

气候在一年之中有季节性的变化 ,也随地理位置的不同存在差异。 同时 ,还受地形的影响 ,例如山顶与山脚、山南坡与山北坡 ,其气候有很大的差别。 根据气候特点的不同 ,对土质或风化岩质坡面应采用适宜的植被防护。 若当地气温较高 ,降水量适中 ,且适宜草木生长 ,可设计种植紫穗槐等灌木植物进行坡面防护 ;若夏季炎热干旱 ,冬季寒冷干燥 ,降水较少、但降水较集中 ,应采用浆砌片石拱型防护骨架 ,在骨架内种植草皮。 种草植树造价低廉、维护费用少 ,既可稳定路基边坡 ,又美化了沿线环境。

线路经过黄土高原地区 ,土质以黄土为主。 老黄土的直立性相当好 ,挖方边坡可设计为 1∶ 015 ,甚至更陡 ;但对于填方 ,砂质黄土粘性较差 ,易产生冲沟 ,可改善土质、采用片石护坡。 此外 ,为提高路基稳定性 ,使路基填土成为一个整体 ,在高路堤设计中应采用土工格室技术。 路基填筑时分层铺设单层的土工格室 ,小室内填充种植土并均匀撒播草籽 ,能使边坡充分绿化 ,带孔的格室还能增加坡面的排水性能。

对岩质路堑边坡的设计 ,首先做稳定性检算 ,确保边坡本身稳定 ,然后选择防护类型。 若路堑边坡仅岩面节理发育 ,可采用浆砌片石护坡 ;若是岩质较软的砂土、页岩和风化严重的变质岩堑坡 ,可设浆砌片石护墙。 在人工开挖的岩质坡面 ,若山体稳定但岩层节理发育 ,坡面风化剥落和零星掉石流碴 ,可采用水泥砂浆喷盖技术 ,费用比片石护墙节约近 70 %。 施工时 ,先铲除风化表层 ,上部每隔 5 m 交叉预设两排渗水管 ,然后把 1∶ 315 的水泥砂浆喷盖在清理过的岩面上 ,厚约 5mm。 采用水灰比 014～015 ,选用不低于 425 硅酸盐水泥和中粗砂。 加适量填充剂 ,砂浆变为绿色 ,似可起到美化的效果。

在具体设计中 ,考虑节约土地资源、尽量减少路基的占地面积 ,或根据沿线不同的地形地貌 ,对防护类型进行合理选择和灵活组合。 如路基边坡处于河岸或冲沟的一侧 ,上部防雨水冲蚀 ,下部防河流冲刷 ,可采用护坡加挡墙的防护 ;有时由于路基自然放坡占地太宽或要能侵入既有建筑物限界 ,也采用这种防护方式 ,既经济又合理。 若在边坡设计中防护类型有多种选择的余地 ,应结合当地建材资源 ,选择防护类型 ,在没有片石的地方 ,只有选用混凝土 ;而在片石多的地方 ,尽量少采用混凝土 ,可运用当地的建材资源 ,以降低工程造价。

为保持路基稳定 ,边坡防护是一个主要手段 ,但辅之以排水设备也是不可缺少的。 沿线地形地势不同 ,路基的水位状况也不同。 平原地势平坦 ,地表易积水 ,

地下水位较高 ,路堤边坡防护层应选择水稳定性良好的材料 ;丘陵、山区地势起伏较大 ,路堑边坡排水设计至关重要。 对于土质路基 ,应夯填边坡裂缝 ,填平积水坑洼 ,铺设不透水土工纤维截留地表水 ,防止向下渗透 ;设拱形或方格形边坡渗沟 ,用纵横盲沟或加深侧沟 ,可疏导地下水 ;对全封闭护坡、片石拱型骨架护坡做好泄水处理 ,疏干和巩固坡面。 不管采用哪一种边坡防护措施 ,必须保证路基的排水通畅。

路基边坡的稳定性在很大程度上决定于当地的自然条件 ,而我国幅员辽阔 ,铁路行经地区的自然条件差异性大。 从总体到局部 ,从大的区域到具体路段 ,只有深入调查研究铁路沿线的自然情况 ,掌握其规律及对路基边坡稳定性的影响 ,才能因地制宜地采取有效的工程措施 ,以确保路基边坡具有足够的强度和稳定性。路基边坡防护在铁路线路中的应用十分广泛。 对于一项具体的工程 ,选择的边坡防护形式不同 ,取得的防护效果也不同 ,其工程投资也有很大差别。 因此 ,在设计实践中设计人员对每一项具体设计都应反复比选 ,精心设计 ,做到技术合理、经济可行。