路基邊坡坡面防護的探討

填料良好的工程性質是維持路基狀態完好和保持其穩定的基礎，目前鐵路路基修建過程中，更多的采用碎石類填料，其黏性顆粒少，受環境變化影響比較小，可壓實性強、壓縮性低、氣候靈敏性弱、靜動力學性能比較好，作為基床填料其力學性能基本能夠滿足要求，在鐵路建設大量使用，尤其是礫石類填料。

路基邊坡雖然不承受基床部位那樣顯著的動力荷載作用，但受氣候環境影響顯著，坡面土體在長期干濕循環和列車振動作用下，密實度將會降低，滲透性增強，在雨滴擊濺和坡面水流的沖刷作用下，容易產生濺蝕、沖刷和沖蝕，導致坡面水土流失，進而影響路基坡面的幾何形狀，破壞嚴重時將威脅路基的穩定。隨著路基工程的發展，邊坡防護也越來越被重視。碎石類土因黏性顆粒少，坡面土體基本成散粒體狀態，在水流的影響下，其穩定性比較差，容易帶來坡面的穩定問題。

1坡面沖刷

缺乏黏聚力的填料，抵抗水流沖刷的能力弱，一旦坡面部分土體飽和，在滲透壓力作用下，土體幾乎不能保持穩定，增大了坡面土體流失的機率。若遇到級配不良、粒組缺失的填料，由于填料自身反濾性能的降低，還容易發生沖蝕，這些因素都直接影響路堤邊坡坡面完整和土體穩定。

坡面沖刷與填料性質、氣候環境、坡比、坡高、植被的狀態、降雨量的大小、滲流速率、徑流速度、徑流水層的厚度等因素有關。具有一定動能的雨滴對坡面土體產生擊濺作用，使土體結構破壞，土顆粒分散和躍移。當降雨強度大于土的入滲能力后，坡面開始產生徑流，在水流運動方向上對土體產生沖刷力。當徑流沖刷力大于土的抗沖力時，則會引起土粒分散、搬運，產生土體侵蝕，出現坡面沖刷現象。坡面沖刷主要表現為坡面土體在水流作用下的剝落、流失，隨著坡面土體的減少，將侵蝕至坡面土體，導致坡面破壞。

關于最大降雨強度對于坡面上需要保護的填料粒徑范圍的研究表明，在降雨條件下，坡上土體顆粒需要有效的保護，見圖11?？梢钥闯?，容易受水流沖刷影響的主要為缺乏粘聚力的粉粒和砂粒及部分礫粒。

圖11  水上坡面防沖要求[ 1 ]

無粘性或者少黏性的填料在我國西北地區和內蒙古自治區的部分戈壁沙漠地區普遍存在，而且這些地區的降水往往比較集中，容易帶來坡面穩定的一些問題。

圖12和圖13為既有蘭新鐵路路基邊坡的狀況。

圖12  既有蘭新線邊坡狀態

圖13  既有蘭新線邊坡狀態

當坡面防護局部受損，將不再能夠發揮坡面防護的整體作用，水流將直接侵蝕坡面土體，圖14、圖15、圖16、圖17和圖18為連霍高速公路甘肅段和內蒙某新建高速公路的坡面防護情況。

圖14  連霍高速路堤坡面六棱磚防護

圖15  連霍高速路堤坡面六棱磚

圖16  連霍高速路堤坡面六棱磚防護

實際上高速公路路基已經設置了相關結構防止路面匯水沖刷邊坡，但仍然發生了較為嚴重的沖刷現象。

圖17  連霍高速路堤邊坡

圖18  內蒙古某新建高速路堤坡面六棱磚防護

2坡面變形破壞

坡面土體流失，坡面沖刷加劇，路基侵蝕后，一方面將使鄰近土體的受力狀態發生改變，加大土體流失的范圍。對于上述六棱磚坡面防護體系，當六棱磚保持自身穩定時，路基坡面土體與六棱磚分離，成為無防護的坡面，造成坡面的持續沖刷，如圖21；另一方面，土體流失后使坡面防護失去承載體，導致其產生位移甚至翻轉，如圖22所示。類似于六棱磚的柔性坡面防護在單塊磚損壞或者失效后將帶來連鎖反應，即坡面防護局部失效后，坡面土體失去防護，發生沖刷，侵蝕大面積的路基本體，或者使六棱磚失去承載體，防護體方式變形破壞，失去防護能力，如圖23。

圖21  連霍高速路堤坡面六棱磚防護

圖22  內蒙古某新建高速路堤坡面六棱磚防護

圖23  內蒙古某新建高速路堤坡面六棱磚防護

故在六棱磚坡面防護作用下，坡面的穩定是以坡面防護的完整為前提的，當六棱磚及其填充土體在雨、水和外力的作用下不能保證其自身的完整性時，坡面穩定是無法保證的。

目前路基坡面防護中，路基表面的大量水流及拱形骨架的截流都通過設置在骨架上的截水槽排走，所以應加強骨架自身的整體性、穩定性和長期的抗滲漏能力，防止因骨架自身差異沉降使其接縫處斷裂、漏水，導致流水沖刷、沖蝕路堤內部土體，使土體沉陷，造成坡面防護變位進而整體失穩，如圖28。

圖28  內蒙古某新建高速路堤坡面六棱磚防護

骨架護坡結合六棱磚的防護方式目前在高速鐵路和城市市政工程中應用非常廣泛，其中以六棱磚結合植被的坡面防護最為常見，上述破壞形式應引起設計人員的注意。針對上述類似六棱磚的坡面防護結構，在植被不能起到防護作用的情況下，磚內應充填不宜被沖刷的土體，以發揮防護體的作用。當使用礫石等不宜沖刷的土體填充六棱磚時，坡面土體在水流的作用下，很容易飽和，還需考慮沖蝕的影響。

3良好的坡面防護

圖24、圖25、圖26和圖27為高速公路的菱形骨架和拱形骨架填石邊坡防護的狀態，其沖刷沖蝕的現象不明顯，在路肩處存在一些下沉變形，可見坡面防護的完整性對于整個坡面的穩定起到至關重要的作用。

圖24  連霍高速路堤坡面菱形骨架填石防護

圖25  連霍高速路堤坡面菱形骨架填石防護

圖26  連霍高速路堤坡面拱形骨架填石防護

圖27  連霍高速路堤坡面拱形骨架填石防護

因此從坡面防護的角度來看，暴露的坡面土體應為不易分散，抗沖刷能力強的土體，確保坡面土體不受雨滴擊濺、水流沖刷影響。黏聚性差、抵抗侵蝕能力弱、易流失、粒組缺失、反濾性能差的土體不宜與環境直接接觸。

4結論

1.無粘性或粘聚性差的填料應進行坡面防護的有效設計。

2.保持邊坡坡面的長期完整性是路基邊坡防護設計的基本原則。

3. 類似的柔性防護結構宜發生連鎖破壞，設計中應充分考慮。

4.對于易受雨水侵蝕的路堤邊坡土體，不宜直接暴露于環境之中，應進行針對性防護，可采用水穩定性較好的中、粗礫組填料填充，防止沖刷沖蝕導致土體流失。

5.拱形骨架和菱形骨架干砌石護坡，在降雨量不大的地區，可以起到很好的坡面防護效果，在低降雨量、石料充足地區，采用該種防護結構。

參考文獻：

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