預(yù)防路基的隆起、下陷、滑移、坍塌或崩潰,預(yù)防鐵路路塹兩側(cè)的山坡變形以及土石掩埋路基和侵入行車(chē)限界等病害所采取的措施。在地質(zhì)條件不良的山區(qū),路基在雨季易發(fā)生崩坍、滑坡,并易遭泥石流和河流沖刷等危害;在易溶巖地段及采礦區(qū),路基常因下部有巖溶和坑洞而發(fā)生突然下陷;在多雨和凍溶地區(qū),路基易產(chǎn)生道碴陷槽、翻漿冒泥和凍害等??偟恼f(shuō)來(lái),常見(jiàn)路基病害有崩塌、錯(cuò)落、滑坡、下陷、坍塌和邊坡滑坍坡面病害、基床病害、岸邊沖刷、泥石流等。公路、鐵路沿線地形、地質(zhì)、水文、氣候、土質(zhì)等條件十分復(fù)雜,產(chǎn)生路基病害的因素很多,因此在修建新線和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)中,必須采取病害的防治措施,以保證行車(chē)安全。
崩塌及其防治多組裂面穿插分割的破碎巖體組成的高陡山坡,其近坡面處的破碎巖土變形脫落,致使破碎巖土所支頂?shù)膸r體失穩(wěn)而倒塌的現(xiàn)象;以及巖體下伏為軟巖的斜坡,軟巖變形而引起上覆巖體發(fā)生巖崩的現(xiàn)象,都稱(chēng)為崩塌。崩塌的特點(diǎn)是:先兆不明,發(fā)生突然;每次崩塌都沿新裂面發(fā)生,且崩體多脫離崩床堆于坡腳;崩落后的巖體,其內(nèi)部各巖塊間的相對(duì)關(guān)系發(fā)生了變化。圖1[崩塌斷面示意圖]
崩塌防治主要是:在可能發(fā)生大型崩塌和中型崩塌的地段,在線路選線時(shí)應(yīng)盡可能繞避,否則在修筑線路時(shí)應(yīng)按工程地質(zhì)比擬原理對(duì)山坡進(jìn)行刷坡和減重。在基礎(chǔ)確實(shí)穩(wěn)定地段,可修建明洞或棚洞抗御倒塌。在地形和地質(zhì)條件允許時(shí),可采用明洞式支墻支擋山坡,或修建漿砌圬工墻、混凝土墻等剛性建筑物防止底部軟巖變形或破碎巖土變形,以增強(qiáng)對(duì)上覆巖體的支頂作用。此外,也可用水泥沙漿灌注金屬錨桿或錨索,以錨固中部不穩(wěn)定的巖體和巖塊。
錯(cuò)落及其防治巖土山坡的底層是由一個(gè)向外緩傾斜的、松散破碎巖土所組成的軟層為底層,在久雨或暴雨的雨水作用下,軟層上覆荷載增大,或底層巖土的強(qiáng)度降低,致使軟層產(chǎn)生壓縮為主的變形,并進(jìn)而引起上覆巖土沿后緣向外陡立的裂面整體下挫,這種現(xiàn)象稱(chēng)錯(cuò)落。發(fā)生錯(cuò)落現(xiàn)象的軟層又稱(chēng)錯(cuò)動(dòng)帶,一般依附于斷層破碎帶生成。每當(dāng)軟層上覆巖土后緣與穩(wěn)定山體之間的下錯(cuò)裂縫貫通和錯(cuò)壁呈現(xiàn)后,即完成一次錯(cuò)落(圖2[錯(cuò)落斷面示意圖]
錯(cuò)落一般不像崩塌那樣突然發(fā)生,但錯(cuò)落可發(fā)展為崩塌和滑坡。松散的錯(cuò)落體也可能在連續(xù)大雨中發(fā)展成為泥石流。
錯(cuò)落防治主要是:在可能產(chǎn)生大型錯(cuò)落的地段,線路選線時(shí)應(yīng)盡可能繞避;在基礎(chǔ)穩(wěn)定的地段,線路可修支擋明洞通過(guò),必要時(shí)將洞頂及外邊墻全部用土石掩埋,作為山體的一部以支撐山坡。
但是,防治錯(cuò)落的有效措施是在錯(cuò)落體后部采取減重措施和在前部修筑支擋建筑物。同時(shí),要修筑地表排水系統(tǒng)和安裝必要的排水設(shè)備,必要時(shí)應(yīng)有疏干錯(cuò)落體前部的措施。錯(cuò)落體后部減重措施是指在錯(cuò)落體自身的后部挖去一塊巖土的工程,目的是減少錯(cuò)體的荷載。在錯(cuò)落體前部修筑支擋建筑物的基礎(chǔ)應(yīng)埋置于錯(cuò)動(dòng)帶以下,目的是平衡發(fā)生錯(cuò)落的推力。這種支擋建筑物一般采用剛性圬工墻。剛性圬工墻后應(yīng)有足夠厚度的軟隔層,以減少錯(cuò)動(dòng)時(shí)對(duì)圬工墻的應(yīng)力。
滑坡及其防治斜坡上的巖土沿坡內(nèi)的軟弱帶或軟弱面向前和向下發(fā)生整體移動(dòng)的現(xiàn)象,稱(chēng)為滑坡。發(fā)生滑坡的軟弱帶又稱(chēng)滑動(dòng)帶?;瑒?dòng)帶在重力作用下,或在其他外力作用下使其剪切應(yīng)力大于強(qiáng)度,或因震動(dòng)液化、溶蝕潛蝕、自燃、人為開(kāi)采等因素的作用下,使其結(jié)構(gòu)破壞和巖土性質(zhì)改變而喪失強(qiáng)度,就會(huì)引起滑動(dòng)帶上覆巖體或土體發(fā)生滑動(dòng)(圖3[ 滑坡斷面示意圖})
滑坡一般從地表上呈現(xiàn)的裂縫等跡象的變化可大致劃分出蠕動(dòng)、擠壓、微動(dòng)、滑動(dòng)、大動(dòng)和滑帶固結(jié)六個(gè)階段。在發(fā)生滑坡的地方,常出現(xiàn)環(huán)狀后緣、月牙形凹地、滑坡臺(tái)階和垅狀前垣等獨(dú)特的地貌景觀。但巖體滑坡由于其界面的生成多依附于巖體內(nèi)既有的構(gòu)造裂面,因此其后緣和分塊裂縫一般呈直線或折線狀。
滑坡按其特點(diǎn)可進(jìn)行各種不同的分類(lèi)。中國(guó)鐵路按滑體的物質(zhì)組成及其成因,把滑坡分為粘性土滑坡、黃土滑坡、堆填土滑坡、堆積土滑坡、破碎巖石滑坡和巖體滑坡等六類(lèi)。
滑坡防治主要是:對(duì)規(guī)模過(guò)大的滑坡或滑坡成群的地區(qū),線路選線時(shí)應(yīng)盡可能避開(kāi)。中國(guó)曾對(duì)多處數(shù)百萬(wàn)立方米規(guī)模的大型滑坡進(jìn)行整治,整治投資大,應(yīng)與繞避方案作經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選?;路乐我话闶菍?duì)有滑動(dòng)征象的邊坡,把地表水排出,并經(jīng)常把排水溝養(yǎng)護(hù)好。對(duì)滑動(dòng)帶富集流動(dòng)水的滑坡,以用盲溝、泄水隧洞或用仰斜鉆孔結(jié)合灌注化學(xué)漿液的隔墻、集水井等建筑物截排滑動(dòng)帶的一層水為根治措施,也可采用滲水支垛、支撐滲溝和仰斜鉆孔等疏干滑坡前部的措施治理。在滑坡前部筑抗滑堤、墻或樁等支擋建筑物也是滑坡防治的有效措施。圖4[圖貴昆線大海哨車(chē)站巖石順層滑坡的處理工程圖]
為貴昆線大海哨車(chē)站巖石順層滑坡的處理工程圖。對(duì)粘性土滑坡和滑體呈塑性的滑坡,用支撐滲溝或山坡切溝的方法可疏干滑體,但滑坡通常在地表植被生長(zhǎng)茂盛之后才穩(wěn)定下來(lái)。對(duì)滑坡前緣坡高而坍塌,或有上層滑動(dòng)的滑坡,在條件允許時(shí)也可做抗滑明洞通過(guò);將洞頂及外邊墻全部掩埋,既可支撐滑動(dòng),也可攔截坍塌的土石,防護(hù)行車(chē)安全。對(duì)滑動(dòng)帶是新生的滑坡,防治的有效措施是在滑體的后部減重和在前部支擋,并相應(yīng)地采取地表排水和疏干前部的潮濕部分的措施。
在治理鐵路滑坡中采用的剛性抗滑建筑物類(lèi)型較多,其中有各種圬工的抗滑擋墻、預(yù)應(yīng)力錨桿抗滑擋墻、沉井抗滑擋墻、挖孔鋼筋混凝土抗滑樁、剛架抗滑樁排和多種形式樁墻結(jié)合的建筑物等。在治理土質(zhì)滑坡中可用焙燒法和化學(xué)漿液灌注法。不論采取什么防治措施,對(duì)已破壞變形的坡面都要修整和種栽植物,以鞏固坡面和穩(wěn)定邊坡。
路基下陷及其防治路基下坑道、礦洞、溶溝、溶洞等沉陷而引起的路基病害。通常發(fā)生在一些地下采礦區(qū)、易溶巖層(如石灰?guī)r和石膏)地區(qū)和黃土地區(qū)。地下坑道和礦洞一般是人類(lèi)開(kāi)鑿的,也有一些是由煤層自燃形成的;溶溝和溶洞是易溶巖土在地下水的長(zhǎng)期作用下生成的。分布傾向臨空的坑道和礦洞易轉(zhuǎn)化為崩坍、滑坡;范圍大、埋藏淺而頂板巖石破碎者,易陷落。
路基下陷防治主要是:采礦形成的礦洞應(yīng)研究開(kāi)采與回填采空區(qū)的布置、方法和順序,礦柱的分布與尺寸,以及礦洞中的地質(zhì)構(gòu)造和地下水的情況等,以便分析沉落及其危害。一般布置礦洞的走向,應(yīng)同巖體分塊中貫通性好的陡立裂面的走向相垂直或斜交;在平行巖體分界面上可多留礦柱,以減少沉陷;及時(shí)回填采空區(qū)和截排礦洞中地下水,可避免采礦后產(chǎn)生大面積陷落。此外,通過(guò)已陷落地區(qū)的研究可從陷落過(guò)程、采空區(qū)范圍和各種地質(zhì)與水文地質(zhì)等條件中推斷其發(fā)展和危害,從而為鐵路、公路通過(guò)的可能性和路基加固方法提供科學(xué)依據(jù)。
溶溝和溶洞常沿構(gòu)造裂面發(fā)育。老溶洞的分布受當(dāng)時(shí)侵蝕基準(zhǔn)面對(duì)地下水活動(dòng)的限制,在高程上有一定規(guī)律。一般可從易溶巖土及其頂板巖石的巖性、厚度、分布和產(chǎn)狀,巖體中地質(zhì)構(gòu)造及構(gòu)造裂面的組數(shù)、產(chǎn)狀、性質(zhì)、分布和彼此穿插,底板的巖性和隔滲條件,以往地下水的活動(dòng)規(guī)律及溶洞、溶溝的性狀和洞內(nèi)充填物,特別是當(dāng)前地下水的活動(dòng)規(guī)律等等與溶溝和溶洞發(fā)展的關(guān)系上判斷發(fā)生沉陷的可能與危害。有的路基由于大量開(kāi)采地下水或長(zhǎng)期干旱,以致地下水位下降,引起覆蓋層塌陷。這種地方應(yīng)控制地下水開(kāi)采或?qū)β坊扇〖庸檀胧?br />
鐵路上是從路基范圍內(nèi)每一坑道、礦洞和采空區(qū)、溶溝和溶洞的范圍、形狀、周壁的條件、頂板條件和發(fā)展趨勢(shì)等來(lái)分析對(duì)線路的危害。根據(jù)洞、坑等的分布和其他一些情況,經(jīng)過(guò)比選確定是否繞避和調(diào)整線路走向。在洞、坑、溝危害范圍不大的地方,可用鋼筋混凝土蓋板或橋渡跨過(guò);近地面的,可挖開(kāi)填實(shí);處于活動(dòng)中的溶洞、溶溝和暗河,在摸不清地下水活動(dòng)情況時(shí),或需建大跨度橋跨過(guò)時(shí),宜改線繞開(kāi)。
坍塌和邊坡滑坍及其防治山坡表層松弛帶內(nèi)的巖土,在重力和雨淋作用下往往會(huì)發(fā)生邊坡坍塌現(xiàn)象,甚至似泥石流狀坍瀉而下。雨季或連雨天在土質(zhì)不良或巖石風(fēng)化破碎嚴(yán)重的山地和丘陵地區(qū),這種現(xiàn)象尤其容易發(fā)生。在松弛帶的巖土幾乎全部被水浸濕時(shí),松弛部分巖土的抗剪強(qiáng)度就會(huì)降低,坡上巖土就從松弛帶內(nèi)強(qiáng)度與應(yīng)力比值最小面逐次坍下,直至坍到一定緩度后才穩(wěn)定,這種邊坡坍塌現(xiàn)象稱(chēng)為坍塌。在松弛帶的巖土只有某一向外傾斜層被水浸濕時(shí),傾斜層由于過(guò)濕而抗剪強(qiáng)度降低,發(fā)生巖土沿傾斜層滑動(dòng)現(xiàn)象,稱(chēng)為邊坡滑坍。
坍塌和邊坡滑坍防治主要是:在易發(fā)生坍塌和邊坡滑坍的地段做好地表排水系統(tǒng)和截排地表水的溝渠;在巖土水出口處修筑小盲溝等;在浸濕的巖土處修筑邊坡滲溝或支撐滲溝,以疏干巖土;在坡上種草植樹(shù),以利用植物疏干土體。此外,坍塌地段可采取刷緩邊坡和在坡面上做各種類(lèi)型護(hù)坡的措施,以保持邊坡的穩(wěn)定和防止雨水沖刷、風(fēng)蝕和風(fēng)化等對(duì)坡面的破壞;也可按土堆力修建各種護(hù)墻和擋墻。邊坡滑坍地段,可采取截?cái)嗷蚴韪伤沙趲拇胧蛟谄淝安啃拗螡B溝和按滑坡下滑力設(shè)計(jì)的抗滑擋墻。
面病害及其防治由巖性不一或破碎程度不同的巖土組成的斜坡面,因其分布不均,在自然營(yíng)力作用能及的厚度內(nèi),軟弱而破碎的巖土發(fā)生變形和坍落,并逐次擴(kuò)大形成危巖落石、碎落剝落、坡面流坍等病害。
坡面病害防治主要是:①做好地表排水和恢復(fù)坡面植被。②在一般塹坡碎落和剝落的地段,可在路基側(cè)溝內(nèi)留1~2米寬的清理護(hù)道;對(duì)嚴(yán)重者,需做帶骨架式的輕型護(hù)坡,保護(hù)格內(nèi)植物生長(zhǎng)。③對(duì)雨淋沖刷、碎落或一般落石、坡面流坍地段,可采取格式滿鋪片石或漿砌片石等坡面防護(hù)措施。④對(duì)裂面發(fā)育處的危巖落石,一般從坡底部開(kāi)始用漿砌圬工或用混凝土護(hù)墻等加固,必要時(shí)用金屬錨桿錨固個(gè)別大塊巖石;也可用水泥砂漿灌注和噴射膠結(jié)坡面破碎巖塊;或修攔擋工程,如修筑落石平臺(tái)、擋石墻、攔擋柵欄、明洞和棚洞。⑤對(duì)落石地段須組織定期檢查,及時(shí)處理。
在巖體裂面發(fā)育的地段,由于爆破方法不當(dāng),常出現(xiàn)塹坡上落石和塌巖??砂雌扑槌潭仍诰植克⑵潞颓謇砦J螅謩e使用灌漿、噴漿或建護(hù)墻等加固措施,甚至加建明洞。這樣可根治坡面病害,但費(fèi)用很高。
基床病害及其防治在列車(chē)動(dòng)荷載作用下,路基基床部分因土質(zhì)不良或施工質(zhì)量不好和排水不暢等原因,致使路基產(chǎn)生下沉和隆起,引起道碴陷槽和翻漿冒泥。此外,在寒冷地區(qū),還可以產(chǎn)生冬季凍脹鼓道和春季融化下沉,導(dǎo)致線路不平順等。這些病害稱(chēng)為基床病害。
基床病害防治主要是:①在新建鐵路時(shí),為了防治基床病害,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶盍?保證填筑密度,做好排水設(shè)施;②在路基面鋪設(shè)砂墊層防止粘土粒擠入道床;③在軟巖路塹中可鋪設(shè)各種封閉層,以避免地面水滲入基床而引起路基面軟化成泥;④將有病害地段的基床部分置換成透水性填料。
近年來(lái),用土工織布鋪在路面上作為隔斷排水層的材料,它能滲水,又能隔斷粘土細(xì)粒,具有足夠的強(qiáng)度,又有延伸性,是整治基床病害的好材料,但這種材料造價(jià)較高,使用壽命尚有待測(cè)試。
岸邊沖刷及其防治河流、湖泊、海洋和水庫(kù)對(duì)岸邊路基造成的淘底、沖刷邊坡和地下水位上壅等危害稱(chēng)岸邊沖刷。其危害程度因水面寬、水深、流速、流向、旋流、水流含泥量等的不同而異,并同岸邊巖土的抗沖能力有關(guān)。
岸邊沖刷防治主要是:線路選線時(shí)應(yīng)盡可能避免與河流爭(zhēng)地。為了防止河岸路基遭受沖刷,可修各種路基擋土墻和圬工護(hù)坡,并將基礎(chǔ)埋置于淘刷線以下?;A(chǔ)埋深不足時(shí)應(yīng)按不同河床堆積物的情況在腳墻外修較寬的沉排、石籠,或堆壘大量漂礫或混凝土塊體,或砌筑圬工護(hù)墻;也可用改河和導(dǎo)流的辦法避免路基直接受激流沖刷。
泥石流及其防治在地質(zhì)不良、山坡陡峻和溝床縱坡較大的地區(qū),由于強(qiáng)大的降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的一種含有大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊洪流稱(chēng)泥石流。在地震烈度高的山區(qū),特別是在深大斷裂地區(qū),以及巖體破碎和巖性不良地段,由于坍塌、滑坡和水土流失嚴(yán)重,提供了豐富的固體擴(kuò)散物質(zhì)來(lái)源,泥石流往往容易發(fā)生。泥石流的危害主要是堵塞和破壞橋梁涵洞,掩埋和沖毀路基。
泥石流防治主要是:不讓土石下山,首先要在水土流失嚴(yán)重的山坡上筑水平溝,以保持水土和恢復(fù)植被,并對(duì)坍塌和滑坡等進(jìn)行治理,以減少產(chǎn)生泥石流的土石來(lái)源。例如在坍塌滑坡嚴(yán)重的支溝中修攔河的谷坊壩,制止溝床下切,以控制山坡病害的發(fā)展和停積泥石;在泥石流溝中選擇上游寬闊而出口狹窄處修壩攔淤;下游洪積扇地段改直溝道,以避免泥石堆積。
鐵路以在洪積扇以上泥石流輸送地段通過(guò)為上策,或以一孔橋跨過(guò),或以明洞自溝底以下而過(guò),也可在鐵路上方修渡槽將泥石送走。如必需經(jīng)過(guò)洪積扇,可順直河溝以壩束流,使泥石流通過(guò)橋孔不致堵塞橋涵、掩埋路基。沿泥石流群分布的河岸筑路時(shí),鐵路位置和路面標(biāo)高,要預(yù)計(jì)溝床淤高的速率。