海洋铁路路基边坡防护及绿化优化方案的实践

2015-03-28范剑雄上海铁路局南京铁路枢纽工程建设指挥部

上海铁道增刊 2015年3期

范剑雄上海铁路局南京铁路枢纽工程建设指挥部

范剑雄上海铁路局南京铁路枢纽工程建设指挥部

路基防护工程，就是防治路基边坡病害，保证其稳定，并改善环境景观和生态平衡的重要措施。它虽然不属于路基的主体工程，但它却是路基安全的守护使者。本文以优化海洋铁路边坡防护和绿化设计，结合当地的生态环境为实例，实现了铁路融于自然，体现和谐，为今后的铁路边坡防护和绿化建设有一定的借鉴意义。

路基边坡；防护；绿化；优化；实践

1 概述

1.1 地理位置和地质情况

海洋铁路位于江苏省南通市海安县、如皋市、如东县镜内全长76.825 km。线路所经地区为长江入海口滨海平原，土质为低液限粉质粘土或砂粘土，C类土，液限WL29%～31.1%之间，塑性指数IP12.4～18.2，地下水位地表以下1 m～1.5 m，所取填料天然含水量28～37%。

1.2 当地气象条件

该地区属亚热带湿润季风气候区，历年平均降雨量为1 069 mm～1 078 mm，夏季降水为500 mm，最大年降雨量1 623.5 mm，最大日降雨量为383.5 mm。全年约55%的降水量集中在汛期6～9月份，台风、暴雨是本区主要灾害性气候。

2 土性特征

低液限粉质土或砂黏土属于细粒土范围，颗粒组成以小于0.075 mm为主。塑性指数低、粘性小、土粒径集中、松散且不稳定。干时扬尘较大，浸水后很快被湿透，极易形成流体状态。主要表现为：

2.1 粘聚力小

低液限粉质土或砂黏土土体不易形成团粒结构，施工中不宜压实，以其填筑的路基边坡在外力或雨水浸润的情况下易于失稳而坍塌。

2.2 保水性差

土中的水分易于蒸发和下渗，施工中会因晾晒时间长，土体失水而导致压实困难，而且压实的土层表面长时间放置会因失水而压实度降低，产生返松现象，从而边坡不宜稳定。

2.3 抗冲刷能力差

低液限粉质土或砂黏土填筑的路堤，其边坡破坏形式有冲沟和溜塌两种。遇水后一般自坡脚以上1 m~2 m开始溜塌，逐步向上发展，严重的引起路肩和路基面溜塌，溜塌面上大多形成较大的冲沟，其宽度大于0.5 m，小冲沟不发育，坡面和基床发育垂直的冲蚀洞，局部因边坡压实差异在路肩产生裂纹。

3 路基边坡防护及绿化原设计情况

海洋铁路主要以路堤形式通过，沿线路基占88.2%，填高多为4.5 m～6.5 m。路基除基床表层以外，其余部位均采用素土填筑，就近取土。

3.1 边坡防护

路基高度小于3.0 m，坡面采用C15混凝土排水骨架内置铺空心砖并撒草籽防护，排水骨架净间距4.0 m；高度大于3.0 m坡面采用M7.5浆砌片石拱型骨架，路基下部2 m高范围内铺设六棱空心砖。空心砖内喷播草籽防护，排水骨架净间距4.0 m，骨架、浆砌片石坡脚均设M7.5浆砌片石基础，基础宽0.6 m，高0.8 m（如图1）。

图1 原路基防护设计图

3.2 绿化

未做详细设计，只提供草籽、灌乔木数量和费用。

4 试验段建设情况

海洋铁路设有2.5 km长先期开工段，先期开工段内试验开工的边坡防护工程长度为800 m。通过对试验段施工，除浆砌片石工程施工遇到的砂浆标号、砌体内死缝及砂浆不饱满、通缝等通病外，还发现了以下几方面的不足：

4.1 进度外观控制难

南通地区不产片石，需从浙江或镇江运输而来，运来的片石大小参差不齐，多为“狗头石”，无面，感观质量差，施工时需要破石凿面，耗工，施工时进度慢。

4.2 成品保护难

施工时需要通过竣工的改良好路基面运输，卸料时将路基面砸成大坑小坑，破坏了路基面，为今后运输安全留下了隐患。

4.3 安全防护压力大

施工时需将路基面上片石搬抬至沟槽中，边坡陡，上下不便，不利于人身安全，同时还得搭设人工搬运支架通道，增加成本。

4.4 施工质量控制难

砌筑时坑槽内的片石与两侧的土体不能有机结合，存在缝隙，下雨时粉砂土极易受到冲刷，形成沟槽，不利于边坡稳定。

4.5 成本高

浆砌片石需要高水平的石工，由于劳力缺乏，好的石工更难找到，工费高。且片石均采用过磅计量，废弃材料多，需清理，找地方弃之，而不经济，增加成本。

4.6 绿色防护效果明显

绿色走廊采用高杆女贞、紫薇等，灌木采用木槿、海桐球等分2 m、3 m、4 m不同间距且为两排栽植。

边坡采用白三叶、狗牙根、高羊茅等分片试种。试验结果为：白三叶虽然四季常绿，但根系不发达，不耐旱不利于边坡防护；狗牙根根系发达，但冬季枯黄，达不到四季常绿效果；高羊茅多年生丛生草本，质地粗糙，呈疏丛状，须根发达，入土很深，建坪速度快，常年不枯，四季常绿，适宜于多种土壤和气候条件，喜温耐热，有强的抗热性和抗寒性，耐酸碱能力强，出芽率高达95%，有利于边坡防护。

5 方案优化思路

按照路局的要求，海洋铁路自开工伊始就明确提出了“精品海洋、安全海洋、和谐海洋、阳光海洋、绿色海洋”，争创普速铁路的示范线的建设目标。以该目标为出发点，思路如下：

5.1 确保防护效果，减少运营维护

按照前述的土性特征，认真调查研究，以固土稳定边坡为重点，最终确定采用全坡面防护的方案。

5.2 取材容易，施工方便，施工质量易于控制

相对浆砌片石来说，混凝土所用原材料比片石运输更为方便，材料需求数量很容易满足，且质量受控，同时混凝土施工技术更易掌握，方便组织大量人力大范围同步施工，质量也更易于控制。

5.3 控制建设投资

优化设计方案，在保证结构稳定的前提下，合理调整骨架结构尺寸，减少圬工量，从而达到控制投资。

5.4 环境与当地相得益彰，形成和谐统一

海洋铁路地处平原地区，该地区平坦开阔，植被绿化好，结合当地的生态环境，制定绿化方案，环境与当地相得益彰，形成和谐统一，达到建设目标。

6 具体优化方案

为了实现上述功能，实现建设目标，公司2010年6月组织设计院、施工、监理单位等进行了研究分析论证，结合当地生态，修改设计方案，具体方案如下：

6.1 坡面防护

坡面方案维持原设计，但主骨架截面由原设计的60 cm× 50 cm优化为50 cm×50 cm，拱圈截面由设计的50 cm×50 cm优化为37.5 cm×50 cm，挡水埂10 cm×10 cm优化为8 cm×7.5 cm（如图2）。

图2 优化后路基防护设计图

6.2 绿色防护

以不突破概算为原则，以四季常绿、灌乔结合、高矮分明、立体明显、简单明了、享受和谐为总体思路，制定绿化方案。通过先期开工段试验，考虑到铁路绿化的特殊性要求，在固坡、景观、安全和进度方面综合考虑最终坡面选择应用高羊茅。

由于试验段绿色走廊两排乔灌不够清晰明了，过于复杂，同时造价翻倍，大大超过概算，最后确定全线推广方案为马道采用乔灌一排，植于水沟和栅栏中间，间距为4 m，以高杆女贞、紫薇、木槿和海桐球为主，乔木直径不小于4 cm，地面采用高羊茅。

7 优化前后经济技术比较

7.1 边坡防护经济比较分析

7.1.1 全线边坡防护工程优化前后数量对比表（见表1）

表1 优化后设计数量增减表

7.1.2 全线边坡防护优化前后施工成本对比表（见表2）施工质量现场控制，同时，混凝土相对浆砌片石整体性更高，挡水埂和基层的连接质量也有了很大的改善。

7.2 绿化经济比较分析

乔木、灌木间距均为2 m，双侧每公里各需要500棵，乔木50元/棵（直径4 cm），灌木20元/棵，需35 000元双侧每公里，喷播草籽以5 m高路基为例，5×1.75×2+2×2（水沟平台）-2=19.5 m，双侧每公里19500 m2×2元/m2=39 000元，双侧每公里合计7.4万元，全线76.825 km，需费用568.5万元（不含税金和降造费），设计720万，不突破概算。

表2 施工成本对比

按当地的材料价格，进行工料分析，M10浆砌片石实际成本为285元/m3，C20混凝土骨架实际成本为430元/m3（含挡水埂），C10混凝土挡水埂成本为550元/m3，空心砖实际预制成本为550元/m3，依上表可知，优化后每公里边坡防护实际成本略高于优化前的实际成本，每公里边坡防护约高出2.2万元，但大大提高了效率、质量和外观，一定意义上说是节约了。

7.1.3 每公里边坡防护优化前后施工进度对比

优化后单位长度边坡防护圬工量减少，每公里边坡防护的圬工方优化前为3 044 m3，优化后为2 371 m3；浆砌片石每工每天可完成1.2m3，混凝土每工每天可完成2.0 m3，同等施工人员的施工进度较优化前有了明显的提高，每公里边坡防护变更前约需2 536个人工，优化后约需1 185个人工，可以减少用工约1 351个，因此投入同样多的劳力，施工进度明显提高。

7.1.4 优化前后边坡防护质量对比

质量的对比分感观质量和实体内在防护质量，由于浆砌片石施工的工艺特点，其施工质量现场控制难度大，主要体现在砂浆标号、砌筑砂浆饱满度、结构尺寸、平整度等，而混凝土由于拌合点集中，现场施工对工人技能要求低，更易于