岩质路堑边坡绿色防护技术在京张高铁的应用研究

2019-02-20宣立华

铁道勘察 2019年1期

宣立华

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

目前岩质边坡生态防护技术在铁路、高速公路、城市建设等领域应用较为广泛。芦建国[1]等总结概括了TBS技术，三维植被网，客土喷播，土工格室植草，喷混植草等18种生态护坡的形式、施工工艺、使用范围及优缺点，提出在边坡工程建设中，应对生态效果及自然植被的恢复给予考虑，并根据不同地区、不同降雨量等气候条件选择适合的生态防护技术；谭远发[2]针对铁路路基边坡绿色防护技术的发展现状，提出了液压喷播植草护坡、土工合成材料与植草综合防护、OH液植草护坡、行栽香根草护坡、蜂巢式网格植草护坡及喷混植生护坡技术的工程造价及使用范围，以宝兰铁路、京九铁路及长荆铁路路基边坡绿色防护工程为实例，详细介绍了设计参数指标及防护效果。石贞峰[3]等在宜万铁路岩质边坡防护中采用了喷混植生技术，该技术可以起到对岩石边坡生态进行修复的作用，是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术，能使植物在短时间内快速生长覆盖；洪伟[4]等以喷混植生技术取代传统的喷锚防护、片石护坡防护等圬工防护措施，快速改善了建设场地的生态环境，美化了工程景观；倪海满[5]提出绿色混凝土生态防护技术，通过岩质边坡表面再造植物生存土壤环境，实现岩质边坡绿化的目的，既能有效的保护岩体，又能达到绿化环境的效果；叶彩娟[6]在青藏铁路安多车站路基边坡绿色防护工程生态袋护坡研究中，通过对一定时间袋体植物的生长记录、生态袋袋体强度及结构稳定性的研究，发现植物根系可以穿透袋体进入工程的基层土壤中，实现永久稳定边坡的作用。

1 工程概况

1.1 线路概况

京张高铁位于北京市西北、河北省北部境内，东起北京市，途经北京市海淀、昌平两区和延庆县，由延庆县康庄镇入河北省境内，跨官厅水库，经怀来县、下花园区、宣化区，西迄张家口市，呈东西走向。技术标准为350 km/h无砟轨道铁路。

1.2 场地概况

DK72+275～DK72+445段岩质路堑生态与景观试验段位于八达岭5A级国家风景区内，地势相对较高，海拔高程560 m左右，群峰叠嶂，地势险要，试验段路堑边坡最大高度为38 m，场地周围山体植被茂密，主要以松、柏树为主。

1.3 自然气候特征

场地位于北京市延庆区大浮坨村东，属暖温带大陆性半湿润-半干旱气候，受季风影响，春季干旱多风、秋季秋高气爽、夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥，四季分明，多年平均气温9.5℃，最冷月平均气温-8℃，平均风速2.1 m/s；多年平均降雨量431.8 mm，年最大降雨量624.5 mm。

1.4 地层岩性

场地工程范围内主要为白垩系下统熔结角砾凝灰岩，强-弱风化，紫红色，强-弱风化状态，节理不发育，岩体总体上较完整，节理走向多与线路方向大角度相交，倾角近垂直，且未发现贯通性张节理，不存在倾向线路的结构面。

1.5 水文地质条件

受大气降水及地表径流的补给，场地内地下水形式主要为基岩裂隙水，对混凝土无侵蚀。

2 路堑边坡设计方案

2.1 混凝土结构客土植生防护方案

路堑坡脚设置桩板墙收坡，桩截面为2.0 m×2.25 m，桩间距6 m，桩长12 m，悬臂段长6 m。桩顶以上边坡按高度每8 m分级，边坡坡率为1∶1.25，每级之间设置2.0 m平台，平台上设置截水沟。坡面采用锚杆框架梁防护，纵梁间距3.6 m，横梁间距4.0 m，梁体截面0.5 m×0.6 m，格梁内为客土植草。

2.2 边坡绿色防护技术方案

(1)绿色防护技术

铁路路基边坡绿色防护技术无论是生态(植生)袋固土，还是土工材料辅助喷播再造土壤技术，其技术核心均为如何重建植物生长所需的土壤环境，还要兼具良好的抗冲刷能力及耐久性。目前，工程建设中主要采用的新技术、新工艺有:三维网植草技术[7]、土工格室生态防护[8]、喷混植生[9]、三维植被垫[10]、三维土工网垫植草[11]，三联生态护坡[12]、三维生态护坡[13-14]等。

(2)锚拉式岩质边坡绿色防护技术

设计思路源于生态袋固土技术理论，结合工程的地质条件、气候特征等因素，提出锚拉式岩质边坡绿色防护技术，核心结构主要由采锚杆、镀锌立体钢丝网、生态袋、钢绳格栅网、灌木及灌溉设备构成。结构设计见图1、图2。

①边坡锚杆加固

采用主锚杆加固边坡[15-16]，锚杆直径、锚固深度及沿坡面布置间距根据路堑边坡岩层结构面倾向，节理裂隙，风化程度等因素综合确定。该生态试验段选用锚杆直径为32 mm，锚杆长度为9.0 m，锚杆设计锚固力为130 kN。

②边坡锚杆加固

在锚杆锚头封闭前，边坡坡面铺设立体钢丝网(网孔间距5 cm)。

③锚杆外露部分封闭

为防止渗水造成外露部分锚杆腐蚀，丧失强度，需要对其进行封闭。首先将预制好的钢护筒(直径30 cm)对中套入锚杆(嵌入坡面不小于8 cm)；然后于钢护筒内灌入C30混凝土；待混凝土强度达到设计强度的70%时，于外侧铺设锚垫板(厚4 mm)，并采用双面焊对锚杆与锚垫板进行焊接；锚垫板外侧焊接部分采用C30混凝土进行封闭。

图1 锚拉式岩质边坡绿色防护技术设计

图2 坡面结构加强设计

④码砌生态袋

生态袋以聚丙烯为主要原料，其规格为830 mm×440 mm，袋体常用成型规格为600 mm×330 mm×150 mm，其质量≥120 g/m2，力学参数及等效孔径指标:纵向≥4.5 kN/m、横向≥4.5 kN/m、断裂延伸率≥52%，抗破强力≥120 N，CBR顶破强力≥800 N，等效孔径O/95为0.07～0.20 mm，其抗紫外线能力应不低于80%@500 hrs，即规定强度的紫外线光照500 h，抗拉强度保持率不低于80%。

袋体填充时，采用的填充料必须和添加物均匀拌和，并且应保证装满装实，及时封住袋口。码砌时应从最低点开始纵向铺设，并且确保第一层生态袋铺设在刚性结构上，采用砂浆、黏合剂或锚钉等材料固定。每层生态袋内侧局部坡面坑凹处采用黏性土填充并夯实。两层袋体间对称骑缝处设置联结扣，使联结扣位于该生态袋的中腹，再将该生态袋夯实，使联结扣的棘爪能有效穿透生态袋，确保牢固联结，形成整体稳定结构，码砌示意见图3，现场实施情况见图4。

图3 袋体码砌示意

图4 生态袋码砌现场照片

⑤钢绳格栅网加固

码砌完毕后，为避免个别袋体破坏造成整体坡面垮塌，整个袋体坡面均采用GPS2型主动网结构中的钢绳格栅网加固[17]。该网的钢丝绳直径为14 mm，采用高热镀锌处理，在抗腐蚀及耐久性方面均比同类产品有大幅提高。

⑥种植灌木

生态袋袋体坡面形成后，采用扦插方式种植灌木，可选用喜光，稍耐荫，耐干旱、耐瘠薄、耐寒冷，地区适应性强的卫矛与金叶女贞，以绿篱形式“品”字形种植，每平方米种植13～16株。

⑦灌溉系统

为确保植物生长效果，保证绿色生态路堑边坡在铁路全寿命周期内的安全稳定，实现绿色防护技术的防冲刷功能，配套设置了智能灌溉养护系统，系统主要由气象站、电磁阀、传感器、智能喷头、无线采集控制器和控制系统组成。其主要工作原理是利用传感器和气象站采集空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、风向、风速、雨量、气压等气象数据，同时对土壤墒情进行实时监测，出现异常情况可自动报警。

系统还可以自动保存各类气象数据，将多种历史数据进行统计对比，分析预测未来土壤墒情和气象变化，方便管理者使用。可设定土壤湿度或土壤温度阈值，根据传感器和气象站提供的各类数据，到达阈值自动开启电磁阀，超出阈值即关闭，实现智能灌溉。使用者还可通过无线采集控制器接收和发送信息，利用手机APP远程控制电磁阀开关，实现智能喷灌，现场情况见图5。