樊耀武

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)公司吉林分公司，吉林吉林 132001)

寒冷地區(qū)鐵路路塹邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。凍融作用產(chǎn)生的邊坡滑塌為寒冷地區(qū)常見的一種自然地質(zhì)災(zāi)害，可以產(chǎn)生大量的水土流失，破壞沿線景觀，直接或間接影響鐵路的運(yùn)營安全與使用功能。所以，位于挖方段的鐵路路塹邊坡坡面的穩(wěn)定性是鐵路工程建設(shè)需要考慮的重要內(nèi)容之一。

1 路塹邊坡凍融滑塌的表現(xiàn)形式與原因分析

受凍融作用的影響，吉林省東部地區(qū)鐵路路塹邊坡在每年4～5月間產(chǎn)生大量的淺層滑塌，滑塌的深度距坡面為20～100 cm，并且集中在20～70 cm之間。按滑塌的部位可以分為以下幾種。

①上部滑塌式:這種滑塌在坡面頂部或接近頂部產(chǎn)生，一般與邊坡頂部天溝失去作用或地表水的滲入或圬工防護(hù)失穩(wěn)有關(guān)。主要表現(xiàn)滑塌土體堆積在坡面上或滑到坡腳，或坡面圬工防護(hù)出現(xiàn)隆起、破裂甚至滑塌?；疃容^淺，多為20 cm左右。

②中部滑塌式:這種滑塌位于邊坡的中部，具體的發(fā)生部位與地表水的滲入和層間水的富集部位有關(guān)，一般滑塌要延伸至坡腳附近。主要表現(xiàn)為滑塌破壞面積較大，坡面拱形骨架或砌石防護(hù)遭到嚴(yán)重破壞?；疃榷嘣?0～50 cm。

③整體滑塌式:這種滑塌多與層間水大面積富集或圬工防護(hù)失穩(wěn)有關(guān)，主要表現(xiàn)為滑塌范圍基本涵蓋整個路塹邊坡，寬度可達(dá)數(shù)十米，滑塌的深度一般較大，多數(shù)超過50 cm。

寒冷地區(qū)產(chǎn)生此類滑塌的主要原因是邊坡土層的凍脹與融解。在寒冷地區(qū)，春融期寒溫天氣持續(xù)時間長，如果農(nóng)歷為閏三月或閏四月，則加大了寒溫天氣持續(xù)時間，氣溫回升較慢，晝夜溫差在0℃上下循環(huán)。

寒冷地區(qū)的凍融作用:白天氣溫升至0℃以上，地表的積雪和表層的凍土逐漸融化，水分滲入下層，夜間氣溫降至0℃以下，重新產(chǎn)生凍脹。在反復(fù)的融解凍脹地凍融作用下，在表層土間形成冰土夾層，使冰雪融水難以下滲，形成包氣帶水。邊坡表層土質(zhì)在包氣帶水作用下，天然含水量增大使土質(zhì)軟化，白天時，表層凍土融化，在重力作用下沿著其下形成的冰土滑面產(chǎn)生滑塌。

沿線遭凍融作用破壞的塹坡多數(shù)為陰坡，坡上積雪融化慢，凍融作用時間長，對邊坡的破壞比較明顯。對有拱形骨架護(hù)坡或砌石護(hù)坡防護(hù)坡面土層的凍融作用可導(dǎo)致圬工防護(hù)結(jié)構(gòu)的隆起及破碎脫落，在坡面圬工附加荷載作用下極易產(chǎn)生淺層滑塌。

由于寒冷地區(qū)降雪量大，春季冰雪融水量大，持續(xù)時間長，融水滲入邊坡土體從裂隙發(fā)育處涌出。涌水多為點(diǎn)狀涌水，局部為線狀涌水，涌水處土體受滲流作用產(chǎn)生滲透變形，造成塹坡的淺層滑塌。

2 凍融作用下影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素

2.1 地質(zhì)條件

由巖土體的工程地質(zhì)性質(zhì)所決定。土質(zhì)邊坡的巖土體密度較低，孔隙較大，抗沖蝕能力低。在地質(zhì)構(gòu)造上容易造成表水滲入，產(chǎn)生流水侵蝕面和冰凍夾層面。

2.2 水文地質(zhì)條件

邊坡的失穩(wěn)往往與地下水的活動有密切關(guān)系，而層間水的富集程度又與氣候條件、土質(zhì)條件相關(guān)。凍融作用造成水文地質(zhì)條件發(fā)生改變，邊坡土體的力學(xué)性質(zhì)受水的影響很大，增加了土質(zhì)邊坡土體的下滑力，也降低了土體的抗剪強(qiáng)度。

2.3 氣候因素

氣溫的變化是侵蝕高含冰量凍土路塹邊坡土體結(jié)構(gòu)和影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素。春融期的氣候特點(diǎn)就是白天融化，夜間凍脹，這種反復(fù)長時間的凍融作用對路塹邊坡造成強(qiáng)力破壞。所以，往往在春融期可見大量的邊坡滑塌現(xiàn)象。

3 土質(zhì)邊坡凍融作用滑塌機(jī)理分析

土質(zhì)邊坡凍融滑塌機(jī)理主要包括兩個方面，凍融循環(huán)作用下的重力侵蝕蠕動與凍結(jié)面下降形成滑床作用。

3.1 凍融循環(huán)作用下的重力侵蝕蠕動

重力侵蝕是沿坡向下運(yùn)動的一系列現(xiàn)象，這種運(yùn)動是一種固結(jié)或半固結(jié)物質(zhì)的運(yùn)動，可以快速運(yùn)動，也可以緩慢不易察覺地移動或蠕動。土質(zhì)路塹邊坡土體在凍融作用的反復(fù)作用下發(fā)生向下的蠕動，這種蠕動變形運(yùn)動很緩慢，蠕動的土體在慢慢破壞土體的層間結(jié)構(gòu)并積蓄重力，當(dāng)重力達(dá)到或超過土體抗剪的臨界值就會沿滑動面產(chǎn)生大的滑塌(如圖1所示)。

3.2 凍結(jié)面下降形成的滑床現(xiàn)象

圖1 凍融滑塌滑床

進(jìn)入春融季節(jié)，路塹邊坡坡面上的積雪開始融化并向地表下滲入或沿坡面向下流淌沖刷坡面。邊坡的凍結(jié)土層也由表及里的逐漸融化。冰融化使凍結(jié)面以上形成飽和或高含水量的解凍土體，在凍結(jié)面以下是不易透水的凍結(jié)冰土層。隨著凍融作用的時間增長，凍結(jié)面的下降，在凍結(jié)面附近集聚的層間水逐步增加，在未融化的凍結(jié)土層表面形成單一坡度的冰土平面滑床。由于層間水的富集致使邊坡表層凍結(jié)面以上的土體抗剪強(qiáng)度和摩擦力明顯下降而發(fā)生淺層滑塌，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)生滑塌以后可以看到冰土滑床的存在。

一般來講，坡度越陡邊坡越容易失穩(wěn)，而坡高越大也越容易失穩(wěn)，放緩邊坡有利于邊坡穩(wěn)定，所以鐵路路基設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定均質(zhì)黏性土邊坡坡率為1∶1～1∶1.5(TB10001—2005 8.2.2)。通過對哈大線、長圖線、和白線等鐵路，以及長吉線、吉圖線高速公路調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路塹邊坡坡率在1∶1～1∶1.5時發(fā)生凍融滑塌比較多，在邊坡坡率達(dá)到1∶1.75時也有凍融滑塌，如果繼續(xù)放緩邊坡在經(jīng)濟(jì)比較中又得不償失。放緩邊坡坡度對提高鐵路路塹邊坡的穩(wěn)定性有一定的效果，但不能有效地防治凍融滑塌的發(fā)生，所以說邊坡凍融滑塌與邊坡坡率關(guān)系不大。防治凍融滑塌的措施應(yīng)該從滑塌的原因、影響因素和滑塌機(jī)理上入手。

(1)排除層間水

層間水是引發(fā)凍融滑塌的主要，所以排除層間水是必要的防治措施之一，設(shè)置豎向與斜向淺層排水溝結(jié)合土工濾排水材料是很好的選擇。土工濾排水材料的埋置深度應(yīng)根據(jù)層間水的深度確定，一般不小于0.5 m，主溝槽間距根據(jù)層間水的水量可設(shè)為5～15 m，周圍可回填砂卵石土，基本能夠滿足邊坡層間水的排水要求。

(2)坡面植被防護(hù)

為增加邊坡坡面的抗剪強(qiáng)度與抑制凍脹作用，坡面應(yīng)種植根系發(fā)達(dá)的植物護(hù)坡:草本植物以馬藺、無芒雀麥為主，灌木植物以紫穗槐為主。馬藺為多年生草本宿根植物，耐鹽堿、耐踐踏，根系發(fā)達(dá)，草根可深達(dá)1.0 m以上;無芒雀麥屬多年生牧草，根系發(fā)達(dá)，可防沙固土，對氣候條件適應(yīng)性廣，特別適于寒冷干燥地區(qū)。紫穗槐是耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙的灌木植物，根部比較發(fā)達(dá)，根部長有根疣。以上是邊坡防護(hù)的良好植物。

(3)坡面圬工防護(hù)

因凍融作用坡面砌體圬工經(jīng)常發(fā)生防護(hù)結(jié)構(gòu)隆起或松散，導(dǎo)致坡面支撐失效而成為路塹邊坡坡面的附加荷載，對坡面的淺層穩(wěn)定產(chǎn)生不同程度的不利影響。為了減輕坡面的附加荷載，建議采用輕型圬工坡面防護(hù)，例如骨架護(hù)坡、設(shè)置輕型預(yù)制空心混凝土塊或土工合成材料防護(hù)。

(4)坡腳支擋結(jié)構(gòu)

在坡腳處設(shè)置矮擋土墻對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定也有一定的作用，擋土墻高度以2.0～3.0 m為宜，墻體適當(dāng)加厚可以防止滑塌體的推力。

以上工程措施應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合運(yùn)用，可以起到很好的防治效果。

4 結(jié)論

寒區(qū)鐵路路塹邊坡凍融滑塌是一種特殊的自然地質(zhì)災(zāi)害問題，邊坡坡度不是決定的因素，主要因素是層間水的富集，所以不易采用大面積降低坡度來解決邊坡的穩(wěn)定性問題。應(yīng)盡量地排除淺層層間水，并種植根系發(fā)達(dá)的植物進(jìn)行護(hù)坡。

坡面附加荷載對寒區(qū)鐵路路塹邊坡凍融滑塌有明顯的不利影響，所以寒區(qū)鐵路路塹邊坡不建議采用砌體圬工護(hù)坡，應(yīng)采用輕質(zhì)的防護(hù)結(jié)構(gòu)如:骨架護(hù)坡、輕型預(yù)制空心混凝土塊或土工合成材料等。

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