铁路路基边坡合成树脂纤维土防护技术研究

王亮

摘 要：作为铁路路基的主要构成成分，路基边坡长期在重载裂缝及暴雨等不良天气的作用下，极易产生裂缝，从而改变边坡内应力水平、分布状态及作用方式等，最终将影响列车的运行安全。为此，如何合理、有效地防治路基边坡病害，做好边坡防护工作显得尤为重要。本文先分析了铁路路基边坡病害成因，随后提出了利用树脂纤维土防护铁路路基边坡，并在此基础上，对合成树脂纤维土护坡机理、抗冲刷性能进行了分析，最后结合新建线路与既有线路实际工程进行了纤维土防护技术要点探讨。

关键词：铁路工程;路基边坡;合成树脂纤维土

0 引言

在保证列车运行安全方面，路基边坡防护发挥着至关重要的作用。因填挖方式不同，边坡类型也有所不同，如路堑式、路堤式或路堑—路堤式。当前雨水冲刷是造成铁路路基边坡病害的直接原因，如雨水冲刷势必会出现滑坡等病害，甚至会导致边坡后退、变陡等，进而对边坡稳定性、耐久性造成不利影响。目前，局部地区铁路边坡多采用满铺混凝土的方式进行路基边坡防护，但这种方式，土体水蒸发难度大，很容易引发冻融、冻胀等问题。在动荷载等因素作用下，往往会产生坡面裂缝，从而导致坡体失稳。

1 合成树脂纤维土护坡机理

作为一种连续性材料，合成树脂纤维土粘聚力良好，且具有较强的抗拉强度及抗老化性能，同时使用时间长。为此，在铁路路基边坡加固中采用纤维土进行处理，可有效改善土体的物理、力学性能。

纤维截面纤细，1m3土体内包含千万条单丝，分散均匀后，可构成一个错综复杂的空间网络，从而形成纤维骨架结构，提高结构土体比例，减少自由土体。当雨水冲刷土体时，纤维可有效粘结原土体，从而避免因雨水冲刷导致土体流失。在雨水不断蒸发的过程中，在纤维土体内因纤维所占体积很小，往往不会对雨水蒸发造成任何影响。因此，可认为纤维土护坡结构属于一个干湿呼吸的结构，水分蒸发较快，可起到防冲刷的效果，从而稳定铁路路基边坡。此外，纤维还具备模量高及良好的柔韧性，可大大降低冲刷裂缝，而裂缝的减少势必会大幅提升土体的抗冲刷能力，为此，可实现边坡防护的目的。

2 合成树脂纤维土的抗冲刷性能分析

本文通过自制全自动人工降雨装置，对铁路路基边坡受雨水冲刷情况进行模拟，分析合成树脂纤维土的抗沖刷性能，试验结果表明，不同纤维种类、不同边坡坡率、不同压实度均会对边坡抗冲刷性能造成影响，具体如下：

2.1 不同纤维种类对边坡抗冲刷性能的影响

根据纤维土力学性能研究表明，当纤维量为5%时，其抗剪强度最佳，若含量高于5%，极易产生纤维分布不均现象，或出现聚团、成束等问题，对压实土体极为不利。为检测纤维是否为最佳值，制定了不同纤维含量的试验分析，即1%、3%、5%、7%。经试验分析可知，当纤维掺加到土体内，边坡抗冲刷能力开始逐步提升，纤维含量在1%～5%之间时，土体抗冲刷性能成上升趋势，纤维含量在5%～7%之间时，纤维的抗冲刷性能逐步下降，也就是说随着纤维量的不断增加，土体的抗冲刷能力呈先上升后下降的趋势，究其原因在于纤维含量过多，影响其土体分布均匀性，从而出现土体压实不达标现象。当强降雨来临，部分纤维聚团的土体将被冲刷，从而影响护坡效果，甚至产生更大危害。以5%为纤维含量，针对不同纤维种类进行分析，本文选择4类：素土、普通纤维、波浪形纤维、异性纤维，横向对比分析各类纤维形成的边坡冲刷量，结果如图1所示。

通过分析研究表明，在4.5mm/min最大降雨强度下，相比素土，异性纤维抗冲刷能力最强，按照抗冲刷能力高低排列，为异性纤维>波浪形纤维>普通纤维。

2.2 不同边坡坡率对边坡抗冲刷性能的影响

按照相关设计规范分析，不同坡度下，可选择不同的纤维土厚度，因铁路路基边坡采用削坡实现，因位置、压力传递等均会影响压实度。故对不同坡率下边坡抗冲刷性能进行分析。

（一）坡率1：1.75的条件下，纤维土厚度需达到2cm以上，边坡冲蚀冲沟现象不存在，仅有轻微泥浆溅散溅蚀问题。

（二）坡率1：1.5的条件下，纤维土厚度需达到2cm以上，边坡冲蚀冲沟现象不存在，但泥浆溅散溅蚀问题加重，且出现少量片蚀问题。

（三）坡率1：1的条件下，纤维土厚度为2cm，边坡已形成冲蚀冲沟现象，基本上为小冲沟，长度多集中于2～3cm，未见大冲沟（8～10cm长）。

2.3 不同压实度对边坡抗冲刷性能的影响

在路基边坡抗冲刷性能研究中，压实系数影响较大，为此，本文针对不同压实系数，即80、90、95进行了边坡试验。试验条件如表1所示。

结果表明，当压实度不断提升，边坡抗冲刷性能也得到了有效增强。当压实系数为95时，相比80压实系数增加了42.2%，相比90压实系数增加了31.75%，为此，在施工中必须严格控制路基边坡压实质量。

3 合成树脂纤维土护坡技术要点

在铁路路基边坡防护中，一般可分为2类，即新建线路边坡施工防护与既有线路病害的整治，为全面掌握防护技术要点，结合多年工作经验，笔者认为可从下述两种施工类型进行分析。

3.1 新建线路边坡技术要点

严格按照施工设计要求进行新建线路边坡施工。首先，要做好地质勘查和室内土工试验，也就是说，要按照室内土工试验的结果进行地层情况、土的物理力学性能的准确确定，特别是粘聚力或内摩擦角，随后根据工程勘查结果进行边坡强度等计算，最后进行边坡稳定性的分析与验证。针对本次施工，决定采用纤维土进行护坡施工。施工工艺如下：

第一，第一层施工过程中，需铺满纤维土和路堤填料，随后进行压实，保证压实度满足相关规范要求。

第二，根据压实标准进行每层压实施工，可在0.3m以下控制各层厚度。

第三，当达到路堤设计标高要求，可根据边坡规定，多填筑0.5m，随后进行削坡处理，同样需按照铁路路基设计规范合理确定削坡坡度。

第四，完成上述施工之后，可进行混凝土护坡骨架施工，每隔20m在框架進行一道2cm宽通长伸缩缝，并采用沥青麻筋在伸缩缝内进行全断面填满。若有特殊情况，可等距离设阶梯性踏步，尺寸为0.2m厚、0.6m宽。根据施工要求，需将钢筋设于混凝土护坡骨架内，并用锚杆、锚索等在节点位置进行固定。

第五，砌筑六棱砖。施工前，需将坡面杂物清理干净，如大粒径卵石、浮土等，确保坡面密实度良好，且平整。通过C25混凝土预制六棱砖，且选择相对应的预制模具。相比常规六棱砖，纤维土所使用的六棱砖内壁需具有一定粗糙度，且在内壁加孔洞。在六棱砖铺筑过程中，可按照从下到上的顺序进行施工，保证铺设紧密、美观、整齐。此外，还要和坡面、相邻骨架密切连接，保证协调统一。此外，不允许采用铁锤等重物进行敲打，需采用橡皮锤处理。

第六，根据要求，将纤维土夯填到六棱砖内部，一般需在200mm以上控制填筑厚度，要求纤维土分层填筑、分层夯实，保证压实度满足设计要求。

3.2 既有线路病害整治技术要点

在既有病害整治中，合成树脂纤维土的技术要点为先初步勘察施工现场，掌握病害实际情况、产生原因等，随后通过室内土工试验进行粘聚力、内摩擦角等参数的确定。待确定病害原因之后，可根据原因确定处治措施，经决定此次采用纤维土护坡技术进行病害处治。

受雨水长期冲刷影响，既有线路路堤边坡被破坏，出现较为严重的土体流失、坡体变形现象，目前，路堤坡体属于不稳定状态。为此，决定先剥离掉原有病害区域内的表层土，先构成一个稳定层，随后按照“由下到上”的顺序沿着路堤边坡一层一层地填筑纤维土，且分层夯实。针对路堑部位，当填筑至坡顶位置时，需做六棱转砌筑。

4 结束语

综上所述，伴随铁路建设规模的不断扩大，大量病害问题日益突显，如边坡冲刷、裂缝等，将对铁路边坡稳定性造成严重影响，甚至会威胁铁路运行的安全稳定性。在雨量充足的南方地区，若采用坡植方法进行边坡防护，极易在植草未长成型前遭受雨水冲刷。而在少雨干旱的西北地区，因雨量不足，若采用植被防护，由于植被生长及维护管理水平等存有问题，往往会出现边坡裸露现象。为此，如何防治铁路路基边坡成为了研究的重点。合成树脂纤维土作为一种连续性的材料，粘聚力良好，且具有较强的抗拉强度及抗老化性能，同时使用时间长。为此，应用合成树脂纤维土进行铁路路基边坡防护施工具有良好的效果。

参考文献：

[1]张季如，朱瑞赓，夏银飞，等. ZZLS绿色生态护坡材料的强度试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2003，（09）.