黄土路堑边坡在铁路与公路规范中的应用

刘斌 张太雄 石旭东

摘 要：本文以黄土路堑边坡为研究对象，对黄土路堑边坡的形式、坡率及稳定性进行研究，以得到黄土路堑边坡随着时间变化在铁路、公路规范中的演化规律，为以后相应工程提供参考。

关键词：黄土路堑边坡;边坡形式;铁路;公路

中图分类号：U416.16 文獻标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）18-0085-03

Abstract： Taking the loess cutting slope as the research object， this paper studied the slope form， slope rate and stability analysis of the loess cutting slope， so as to obtain the evolution law of the loess cutting slope in railway and highway specifications with time， and provide basis and reference for the corresponding engineering practice in the future.

Keywords： loess cutting slope;slope form;railway;highway

1 黄土路堑边坡在铁路规范中的演化

1.1 黄土路堑边坡的边坡形式及坡率

表1对1985—2018年施行铁路规范中各个黄土路堑边坡形式的边坡适用高度进行了归纳总结。从表1可以看出，边坡形式由早期的直线形逐渐完善为直线形（一坡到顶）、折线形（上缓下陡）、阶梯形（小平台）和阶梯形（大平台）等形式。其中，折线形边坡适用范围较小，只适用于非均质土层且坡高度（[H]）不大于15 m的边坡;直线形（一坡到顶）与阶梯形（大、小平台）边坡适用范围较广，在相应的边坡高度下，均质土层与非均质土层边坡均能应用，且在相同的边坡形式下，非均质土层边坡最大高度小于均质土层下的边坡最大高度。在各个时期施行的规范中，新施行的规范与原规范相比，在边坡形式不变的情况下，边坡适用高度最大值出现适当减小的趋势。

1985—2018年施行的铁路规范在确定黄土路堑坡率时，在以10 m界限将边坡高度划分为[H]≤10 m、10 m<[H]≤20 m、20 m<[H]≤30 m区间的基础上，根据黄土成因规定相应区间的坡率，且规定高度大的区间坡率缓于高度小的区间坡率。在同一高度区间下，老黄土（Q2、Q1）土层坡率要陡于新黄土（Q3、Q4）土层的边坡坡率。表2对以上施行规范中de边坡坡率变化范围进行了总结。从表2可以看到，1985—2018年施行的规范中，黄土路堑边坡坡率变化范围出现变缓的趋势。

1.2 黄土路堑边坡稳定分析

在对黄土路堑边坡进行稳定性分析时，各个时期所施行的铁路规范提出检算方法宜为圆弧法，且安全系数不小于1.25。对于设有大平台的深路堑，除必须对全高边坡作稳定检算外，还应对大平台毗邻的上下分段边坡作局部稳定检算。

2 黄土路堑边坡在公路规范中的演化

2.1 黄土路堑边坡的边坡形式及坡率

与铁路规范演化规律类似，现行公路规范中黄土路堑的边坡形式分为直线形（一坡到顶）、折线形（上缓下陡）和台阶形（大、小平台）三种类型，且各种边坡形式下的适用高度数值范围与铁路规范相近。同样，1995—2019年施行的公路规范中同一边坡形式适用高度也出现了适当减小的变化。但是，由于公路的道路等级不同，公路规范中建议高速公路、一级公路黄土路堑边坡宜采用台阶形。需要注意的是，《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）、《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）及《黄土地区高速公路路基设计规范》（DB 62/T 2991—2019）规定，黄土路堑边坡高度超过30 m时，应与隧道方案进行比较。

在公路规范中，边坡高度被划分为[H]≤6 m、6 m<[H]≤12 m、12 m<[H]≤20 m、20 m<[H]≤30 m四个区间，然后在考虑黄土分区、新老黄土分类及成因的情况下对相应区间内的边坡坡率给出了规定值。其坡率演化规律符合上陡下缓的设计思想，新黄土土层坡率缓于老黄土土层的边坡坡率，与铁路规范设计思想一致。

2.2 黄土路堑边坡稳定分析

公路规范中，边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法和数值分析法。边坡稳定性计算应在正常工况、非正常工况Ⅰ及非正常工况Ⅱ下进行。由于公路等级（高速公路、一级公路;二级及二级以下公路）不同，路堑边坡安全系数在1.02～1.30变化。在以上条件下，高等级道路安全系数高于低等级道路安全系数，且在同一道路等级形式下，正常工况、非正常工况Ⅰ、非正常工况Ⅱ情况下的安全系数依次减小。

3 黄土路堑边坡在铁路、公路规范中的应用比较

3.1 边坡形式与坡率

通过对黄土路堑边坡在铁路、公路规范中的演化规律进行对比分析可以发现，边坡形式在两种规范中均由早期的直线形单一形式完善为直线形、折线形、阶梯形等形式，且两种规范各个形式的高度适用范围也较一致。对比30年来铁路、公路施行规范，在同一边坡形式下，路堑边坡形式的最大适用高度出现逐渐减小的情况，在铁路规范中，同一边坡高度范围下，坡率出现也越来越缓的变化。近年来，随着技术发展的进步，车辆行车速度大幅度提高，列车荷载显著增加，加之由于环境演变造成部分地区降雨量增大、地震等地质灾害频发，使得黄土地区路堑边坡建设标准更高，以保证线路运行的稳定性与安全性。而规范中边坡高度减小、坡率减缓的变化，有利于提高边坡的稳定性，与以上建设标准变化需求是相一致的。

对于深路堑黄土边坡（[H]>20 m），由于阶梯形形式可以减小土体对坡脚的压力，较其他坡形稳定性好[1]，因此，在实际工程中，铁路、公路路堑边坡均广泛采用此种形式。在确定阶梯形坡形时，首先要确定综合坡率，因为综合坡率的选取对边坡稳定性与经济性具有直接影响。相关资料显示，黄土自然高边坡的综合坡率一般为1∶1.1～1∶1.05，陕西黄土地区坡率调查值缓于甘肃黄土地区，其中一部分原因是甘肃降雨量少于陕西地区[2]。综合坡率确定的影响因素主要是平台宽度与单级坡率（包括单级高度），由于地区之间降雨量等因素的差异，地区间（如甘肃、陕西地区）的设计思想难免会存在差异，但在设计时需要满足以下条件：①减轻坡脚压力，提高坡体的稳定性;②注意与坡体支挡防护、截排水一致;③人、车、路、环境有机统一。

在高速公路中，考虑到冲刷是黄土边坡破坏的决定性影响因素，一般采用“宽台陡坡”的设计思想[3]。在公路规范中，当路堑边坡高度大于30 m时，应与隧道方案进行比较，但在铁路规范中未有以上规定，也就是说，相较于公路路堑边坡工程，铁路建设中采用阶梯形边坡形式更加普遍。在铁路规范中，对于黄土地区的铁路路堑边坡，降雨量越大，其边坡坡率越缓。由此可见，对于黄土深路堑边坡，公路、铁路设计思想存在一定的差异。

由1.1、1.2小节可知，铁路规范在路堑边坡高度为[H]≤10 m、10 m<[H]≤20 m、20 m<[H]≤30 m范围内对坡率进行规定，公路规范路堑边坡坡率则在边坡高度[H]≤6 m、6 m<[H]≤12 m、12 m<[H]≤20 m、20 m<[H]≤30 m情况下取值。由此可见，在边坡高度相同的情况下，公路黄土路堑边坡分级更多，且公路相应分级边坡的坡率也更陡。

3.2 边坡稳定性分析

在邊坡稳定性分析方面，高速公路与铁路路堑边坡中稳定分析方法一般为极限平衡法[4-5]，结合1.2与2.2可以发现，铁路规范与公路规范中稳定性分析方法类似。在规定安全系数时，铁路路堑边坡安全系数不小于1.25。公路中边坡稳定性计算中，将其分成正常工况、非正常工况Ⅰ、非正常工况Ⅱ三种工况进行计算分析，又由于道路等级的不同（高速公路、一级公路、二级及二级以下公路），稳定安全系数呈现出在1.02～1.30变化的情况。由此可见，公路边坡稳定性分析情况更加复杂，安全系数变化范围更大。

4 结论

①铁路、公路规范中黄土路堑边坡形式均由直线形等单一形式演变为直线形、折线形和阶梯形等形式，且出现同一边坡形式下最大边坡适用高度逐渐变小、同一边坡高度下边坡坡率逐渐变缓的情况。以上变化与车辆行车速度提高，列车荷载增加，环境演变造成部分地区降雨量增大、地震等地质灾害频繁发生情况下建设标高提高的需要是一致的，能够有效提高边坡的稳定性，保证行车安全。

②深路堑黄土边坡广泛采用阶梯形边坡形式，在确定综合坡率时，要根据所在地的地质、降雨情况，在一定条件下合理确定平台宽度、单级坡率之间的组合关系。

③在公路设计规范中，当边坡高度大于30 m时，要与隧道方案进行比选，且在考虑降雨的情况下，高速公路设计中一般采取“宽台陡坡”的设计思想，而铁路设计中，对于降雨量大的地区，一般采取减缓坡率的措施。

④在边坡高度相同的情况下，公路黄土路堑边坡分级更多，相应分级边坡的坡率也更陡。

⑤在边坡稳定性分析方面，铁路黄土路堑边坡稳定检算方法宜为圆弧法，安全系数不小于1.25。由于道路等级等因素的影响，公路边坡稳定性分析情况更加复杂，安全系数变化范围较大。

参考文献：

[1]赵花丽.对黄土地区深路堑边坡合理断面形式的研究[J].路基工程，2008（2）：143-144.

[2]李炜，郑南翔，支喜兰，等.黄土路堑高边坡断面形式研究[J].公路交通科技（应用技术版），2007（10）：68-71.

[3]李晶.高速公路黄土边坡设计中应注意的几个问题[J].黑龙江科技信息，2015（9）：181.

[4]薛祖杰.高速公路路堑边坡稳定性分析方法对比及支护研究[J].山东交通科技，2020（4）：56-59.

[5]孙宏伟.铁路路堑高边坡稳定性分析和设计方案优化[J].铁道标准设计，2012（1）：26-29.