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铁路路基防护施工技术
2020-01-15 09:38:20    点击:

铁路路基工程作为铁路工程的重要组成部分,路基防护对铁路运行安全性起重要性作用。针对路基防护工程,本文介绍常几种用防护技术及最新的绿色防护技术。


1. 引言
        人口、资源、环境问题作为当今人类社会可持续发展的三大制约因素,已为世界各国人民所共识,是21世纪人们面临的最严峻的挑战。项目开发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题,对工程建设来说,合理利用资源,保护资源,保护环境,美化环境,是我们必须正视和认真对待的问题。
        铁路路基与资源和环境密切相关, 路堑开挖、路堤填筑、取土弃土、边坡防护、水土保持、地面排水等的设计与施工都涉及到合理利用资源、保护资源、保护环境、美化环境的问题。而边坡绿色防护工程则是边坡保护和绿化的有机结合, 是生态恢复的一种有效手段, 可保护边坡, 预防和抑制崩塌、防止水土流失、保护生态环境、修饰景观等。
 
        2. 边坡防护类型
        2.1  传统的边坡防护类型
        对于路基土质边坡,传统的边坡防护技术有,草皮护坡、干砌片石护坡、浆砌片石骨架草皮护坡和浆砌片石护坡等。这些护坡形式各有其适用条件和特点。
        (1) 草皮护坡:指人工铺贴草皮、栽种灌木或播种草籽,是目前铁路工程常用的边坡防护措施,多用于草皮来源较易、边坡坡度不高且坡度较级的土质路堤边坡防护工程;其施工简便、工程造价较低,但成活率低,见效慢,工程质量难以保证,往往达不到满意的边坡防护效果,而造成坡面冲沟、表土溜滑等边坡病害, 导致大量的边坡病害整治、修复工程;同时,大量移植草皮易造成新的环境破坏和水土流失。
        (2) 干砌片石护坡:多用于当地缺少草皮、而石料来源充足、边坡较缓的土质路堤边坡防护工程;其边坡防护效果较好, 但施工速度慢, 工程造价高, 缺乏景观效果,且不能满足“绿色环保”的要求。
        (3) 浆砌片石骨架草皮护坡:浆砌片石骨架草皮护坡是草皮和浆砌片石相结合的一种边坡防护措施,效果较好,但施工较复杂。
        (4) 浆砌片石护坡:多用于当地石料来源充足、而边坡较陡的边坡防护工程浆砌片石护坡基本上可以达到一劳永逸,但其工程造价高,且缺乏景观效果。
        此外,尚有岩质边坡的锚杆挂网喷混凝土护坡技术等
        2.2  绿色边坡防护
        (1) 液压喷播植草护坡:该技术是利用液态播种原理,将草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂和色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀,通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的绿化技术。它是一种集机械、化学、生物、土壤学等为一体的先进综合技术。[1]
        (2) 土工合成材料与植草综合防护:是利用土工合成材料对路基边坡进行加筋补强和防护,代替传统的施工防护,并结合液压喷播技术进行的一种综合防护技术,可达到既稳定边坡,又美化环境的效果。近年来在国内得到越来越广泛的应用。土工格栅与植草护坡,对填料土质不良的路堤,采用土工格栅对路堤边坡进行加筋补强,保证了路堤的稳定性,同时对坡面采用液压喷播植草。可防止雨水冲刷。
        (3) 蜂巢式网格植草护坡:是一项类似于干砌片石骨架护坡的边坡防护技术,是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框,形成蜂巢式网格后,在网格内铺填种植土。该技术所用的混凝土框可在预制场批量生产,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长,施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护、绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石骨架护坡,该技术多用于填方边坡的防护。
        (4) 喷混凝土植生护坡:是在软质岩、风化岩路堑边坡进行绿色防护的一项新技术。它是利用锚杆与镀锌网对坡面进行加固,以达到边坡稳定的目的,然后用喷浆机将植生混合料喷布在敷设机编网的岩石坡面上,使植生混合料全面包覆整个岩石坡面。喷混凝土后的坡面能很快地达到植生绿化的目的。并且,由于采用两次不同拉剥目标的喷护,喷护后的坡面具有抗冲刷、水土保持的功效。
 
        3. 绿色植被护坡的机理分析
        3.1  绿色植被对边坡坡面的冲刷防护
        (1) 植被对降雨的截留作用
        对于植物郁闭度良好的路基边坡来说,植物茂密的枝叶连成一片就像给边坡打了一把巨伞,一部分降雨在到达坡面之前就被植被的茂密茎叶截留并暂时储存在其中,或经过植物茎叶滑动到边坡以下,从而减少了降落到边坡地表的雨量。实践表明,对于郁闭度良好的阔叶植物林来说,植物树冠可以截留降水的10%,林下灌木、草本植物、苔藓、地衣被层等能够截留降水的20%~30%,另外植物的腐枝败叶可以吸收自身重量4倍的水,同等的降水情况下,植被良好的地表雨水量仅相当于空地的1/40。植物通过截留作用降低了到达坡面的有效雨量,从而减弱了雨水对坡面的侵蚀。
        (2) 植被对雨水溅蚀的抑制作用
        降雨时雨滴从高空落下,因其有一定的重量和加速度,下落时便产生一定的打击力量,裸露的表土在这种力量的打击作用下,土壤结构遭到破坏,发生分离、破裂并溅起,土颗粒能被溅到60cm高,160cm远的地方并在落地时向下滚动,造成水土流失。铁路路基边坡表面的土体材料一般较差,主要由较松散的砂土(如山皮土)和线路清筛清出的污土组成,其更容易受到雨水的溅蚀作用,造成表土结构的破坏,形成鸡爪沟,严重威胁边坡的安全。边坡植物的枝叶能拦截高速下落的雨滴,通过茎叶的缓冲作用,大大降低雨滴的速度,并使大雨滴分散成小雨滴甚至雨雾,从而大大降低了雨滴的能量,减小了雨滴对边坡表面土壤的冲击动能,可以明显的减弱甚至消除雨滴的溅蚀作用。
        (3) 植被对地表径流的抑制作用
        地表径流集中是坡面土体冲蚀的主要动力,土体冲蚀的强弱取决于径流的大小和流速。草本植物的分蘖多,丛状生长,能够有效的分散、减弱径流,而且可以阻截径流,改变径流的形态,降低径流的流速,使径流在草丛间迂回流动,并提高了雨水入渗率。径流减小,流速减缓,冲刷能量降低,从而对土体的冲蚀大大减弱,减少了水土流失。
        3.2  绿色植被对边坡坡面的冲刷防护
        (1) 植被对降雨的截留作用
        浅根类植物根系在边坡表土层中盘结缠绕,形成厚约30 cm的加筋复合体保护层,盘结于土中植物根系与土粒组成三维网状结构体。根系的加筋作用一方面表现为增加了土层的“粘聚力”,另一方面表现为对土粒的网兜包裹效应。“粘聚力”的增加在一定程度上阻止了坡面水流的剪切力破坏和表土层张裂缝的形成。网兜效应减弱了水流对土粒的解离作用。此外,植物根系在土中生长,为微生物的生长提供了必要的生存环境,微生物可分泌出一种多糖化合物的粘液质凝胶,这种多糖化合物分子将土壤颗粒有效地粘聚起来,减弱了坡面水流对土层的解离侵蚀作用。
        (2) 深根系的锚固作用
        木本植物的垂直根系的主根粗壮,深深扎入土层3 m~5 m。垂直深根穿过边坡的软弱层或滑动面,以锚固与桩侧阻的方式对边坡起到加固作用,其作用类似于锚杆或抗滑桩。
        3.3  植物根系的蒸腾排水效应
        绿色植被通过光合作用与蒸腾作用,对孔隙水施加张力,大部分植物在到达凋萎点之前,能够对孔隙水施加1 MPa~2 MPa的张力,植物根系源源不断地吸取土壤中的水分并通过蒸腾作用排到大气中,使得土壤中的水分减少,孔隙水压力降低,甚至为负值。孔隙水压力的降低增强了土体的抗剪强度,大大加强了边坡的稳定性。此外,植物的根系具有向水源丰富的部位生长的特性,这种向水性,特别是深根植物的向水性,还具有智能化、动态排水与加固效果。从这个角度来讲,植物深根在阻止边坡的渐进破坏方面还具有一定的预防意义。
 
        4. 结语
        铁路路基工程在铁路工程中所占比例较大,是铁路安全运输的最基本保障。近年来,铁路不断提速,运量不断加大,对铁路路基施工及防护提出了更高的要求。因此,按照铁路路基施工规范科学地组织施工,可有效减少铁路路基各种病害,确保铁路快速、安全运营,使铁路这条国民经济的大动脉更好地发挥经济效益和社会效益。

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