謝濤

摘 要：重力式擋土墻是一種常見的防止邊坡坍塌的人工建筑物，其各類病害的發(fā)生將對(duì)加固工程的質(zhì)量造成很大影響。本文通過對(duì)昆明、南寧、南昌、西安、成都鐵路局的鐵路既有線重力式擋土墻病害進(jìn)行調(diào)研，分析了病害的主要類型及成因，并針對(duì)不同的病害類型，提出了相應(yīng)的防治措施。

關(guān)鍵詞：鐵路既有線;重力式擋土墻;病害;防治措施

中圖分類號(hào)：TU476+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0138-02

0 引言

鐵路既有線重力式擋土墻是保證鐵路路基穩(wěn)定的常用支擋構(gòu)造物，是路基的重要組成部分，其工程質(zhì)量的好壞對(duì)整個(gè)鐵路建設(shè)工程的質(zhì)量及邊坡的穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響。隨著重力式擋土墻在鐵路建設(shè)工程中大量應(yīng)用，由此而帶來的工程病害也逐漸趨向于多樣化和復(fù)雜化。在鐵路既有線擋護(hù)結(jié)構(gòu)病害調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，重力式擋土墻的病害種類與比例最高，且較為嚴(yán)重，常影響鐵路的正常使用，因此迫切需要對(duì)此進(jìn)行專項(xiàng)研究。

有關(guān)擋護(hù)結(jié)構(gòu)病害的問題，國內(nèi)外許多學(xué)者早有關(guān)注。李彥武針對(duì)黃土地區(qū)擋護(hù)工程病害進(jìn)行了研究，并提出了黃土地區(qū)路基防護(hù)與支擋工程設(shè)計(jì)中可供選擇的與防護(hù)支擋方式及關(guān)鍵技術(shù)[1]。丁乾鼎針對(duì)具體工點(diǎn)實(shí)例，對(duì)重力式路堤擋墻變形形態(tài)及其損壞原因進(jìn)行了探討[2]。楊建國等人針對(duì)山區(qū)公路剛性擋土墻的常見病害類型進(jìn)行了介紹，分析了各類病害的成因機(jī)制，提出了針對(duì)不同病害的加固補(bǔ)強(qiáng)措施[3]。羅纘錦、樊沁香等人對(duì)石砌擋土墻常見質(zhì)量通病產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的防治措施[4-5]。

鑒于當(dāng)前擋護(hù)結(jié)構(gòu)形式及其工程病害的多樣性，本次研究先后對(duì)昆明、南寧、南昌、西安、成都五個(gè)鐵路局進(jìn)行了調(diào)研，收集到了的各路局近年來相應(yīng)管段內(nèi)的鐵路既有擋護(hù)結(jié)構(gòu)病害及加固資料，歸納總結(jié)了在鐵路既有線擋護(hù)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的主要工程病害及成因。本文在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開展對(duì)鐵路既有線重力式擋土墻的病害分析，提出相應(yīng)的防治措施，以期為相似工程的建設(shè)提供參考。

1 病害特征及產(chǎn)生原因

1.1 病害特征

鐵路既有線重力式擋土墻的主要荷載是土壓力和相關(guān)的外荷載，在自然環(huán)境的影響下，尤其是存在施工缺陷的情況下，其穩(wěn)定性會(huì)隨時(shí)間的增長而降低，嚴(yán)重危及行車安全。對(duì)以上五個(gè)鐵路局的調(diào)研資料的分析，其病害特征可歸納為以下幾種。

（1）擋土墻伸縮縫錯(cuò)動(dòng)、墻體裂縫。伸縮縫上下、水平錯(cuò)動(dòng)說明擋土墻已經(jīng)失穩(wěn)，如果錯(cuò)縫已暫時(shí)穩(wěn)定，則說明擋土墻已處在極限穩(wěn)定狀態(tài);墻體裂縫是擋土墻破損的主要特征，屬于擋土墻失穩(wěn)破壞的前兆，由G.S.Bjorkman和R.Richards提出的理論，擋土墻的裂縫中，以水平裂縫危害最大。其中擋土墻裂縫的寬度和長度是反映擋土墻危害程度的關(guān)鍵指標(biāo)。主要破壞特征如圖1所示。

（2）擋土墻局部坍塌、外傾。墻背有積水、擋墻泄水孔的功能未得到充分發(fā)揮，或是雨季時(shí)易出現(xiàn)局部坍塌;調(diào)查發(fā)現(xiàn)，墻面外鼓是擋土墻坍塌前的主要特征，應(yīng)監(jiān)測控制擋土墻墻面外鼓的發(fā)展程度和產(chǎn)生的面積。主要破壞特征如圖2所示。

（3）擋土墻墻背空洞。調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分擋土墻墻背超挖嚴(yán)重，出現(xiàn)擋墻上大下小，易導(dǎo)致?lián)踝o(hù)結(jié)構(gòu)破壞。超挖回填部分擋土墻與原土體分離，不能有效發(fā)揮整體性作用，且在雨季容易積水成災(zāi)。主要破壞特征如圖3所示。

（4）擋土墻墻面風(fēng)化。部分支擋護(hù)坡采用易風(fēng)化的泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖做砌筑石料，風(fēng)化嚴(yán)重。主要破壞特征如圖4所示。

（5）擋土墻泄水孔失效、局部滲水。擋土墻排水不暢，在無其它病害特征時(shí)，其危害是隱含的;當(dāng)出現(xiàn)其它病害特征并伴隨下雨時(shí)，其危害就會(huì)大大增加，甚至?xí)饟跬翂Φ目逅?，如圖5所示。

（6）擋土墻墻面勾縫脫落。擋土墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實(shí)，墻體厚度不夠、墻趾埋深不足，水泥砂漿松散，勾縫脫落。施工監(jiān)管不嚴(yán)、偷工減料等施工缺陷的存在，會(huì)加速擋護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。主要破壞特征如圖6所示。

1.2 病害產(chǎn)生的原因

通過段既有線重力式擋土墻病害的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，病害的產(chǎn)生的外部原因有外力因素、環(huán)境因素及人為因素;內(nèi)部原因有建筑材料劣化、混凝土劣化等。此外，擋土墻的施工質(zhì)量不合要求也是產(chǎn)生擋土墻病害的重要原因。

1.2.1 外力因素

（1）不良地質(zhì)現(xiàn)象：受巖層產(chǎn)狀、不利節(jié)理發(fā)育影響而產(chǎn)生的崩塌，以及在雨季雨水的作用下，土體吸水飽和，在自重作用下易產(chǎn)生滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)重力式擋土墻造成極大危害。

（2）地震：當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，擋護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)連同其墻后的填土一起隨著地震加速度產(chǎn)生振動(dòng)。重力式擋土墻與填土組成的體系受到一個(gè)與地震加速度方向相反的慣性力的作用，這個(gè)慣性力就是地震力。當(dāng)擋土墻受到地震力的沖擊后，墻后土體的剪應(yīng)力會(huì)相應(yīng)的增大，土體的變形也會(huì)增大，導(dǎo)致作用在擋土墻上的總荷載增大。當(dāng)作用力增大到一定程度后，就會(huì)造成擋土墻的滑動(dòng)、傾覆失穩(wěn)或剪切破壞。

（3）河岸沖刷：因緊臨線路路基附近的溝渠、水塘、匯水堰塘、沖溝等防排洪、消能、防沖刷的系統(tǒng)工程不完善，或橋涵下游被堵塞，導(dǎo)致水流直接沖刷路基，沖毀路基擋土墻。此原因其實(shí)是水害的一種，因其破壞程度嚴(yán)重，但又容易被設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)所忽視，應(yīng)予以特別關(guān)注。

1.2.2 環(huán)境因素

（1）特殊土路基：因地基下覆軟土、松軟土等特殊土土層，或存在巖溶空洞、煤礦采空區(qū)、人工洞穴等導(dǎo)致路基下沉，影響擋土墻的穩(wěn)定，擋墻出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、外傾、開裂，護(hù)坡護(hù)墻出現(xiàn)開裂變形等現(xiàn)象。

（2）水害：雨季集中降雨是凸顯擋護(hù)病害較為集中的時(shí)段，究其主因，主要與路基的地面排水附屬工程、土質(zhì)特性等密不可分。此外，地下水的存在也對(duì)路基擋土墻也有很大的危害。地下水發(fā)育地段的擋墻排水不暢時(shí)，浸濕軟化墻背巖土，降低墻背巖土強(qiáng)度，并產(chǎn)生靜水和動(dòng)水壓力，增加對(duì)擋墻的推力，對(duì)擋墻的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，墻背反濾層不符合要求或無反濾層時(shí)，地下水的潛蝕作用將帶走墻后土體中的細(xì)顆粒，破壞土體結(jié)構(gòu)，甚至可能形成空洞，引起墻背土體坍陷、沉陷或引發(fā)其他不良地質(zhì)病害。

1.2.3 人為因素

人為因素是指與人有關(guān)的任何因素，包含類型較多，如路基邊坡附近修路、棄碴等活動(dòng);濱河路基地段，因?yàn)榈胤胶笃谛藿ㄋ畮焓购影兜乃簧仙?，使濱河路基的非浸水下?lián)豕こ淌艿缴仙蟮暮铀莺蜎_刷，擋墻基礎(chǔ)出現(xiàn)懸空吊腳，嚴(yán)重影響擋墻的使用安全（如昆河線）。

1.2.4 材料因素

擋土墻建筑材料劣化，是指擋土墻原材料，如混凝土、石料、水泥砂漿等遭受日照、水、空氣和生物等作用而發(fā)生的物理和化學(xué)變化，出現(xiàn)墻體風(fēng)化剝落、破損及裂紋，水泥砂漿灰縫脫落、開裂等，特別是漿砌片石擋護(hù)結(jié)構(gòu)。經(jīng)分析認(rèn)為材料劣化原因有：

（1）為節(jié)約成本，沿線就地取材，采用抗風(fēng)化能力較低的石料砌筑擋護(hù)工程，導(dǎo)致?lián)踝o(hù)設(shè)備服役年限縮短，較早出現(xiàn)風(fēng)化剝落、破損及裂紋。

（2）因設(shè)計(jì)理念的原因，早年的鐵路設(shè)計(jì)對(duì)擋護(hù)結(jié)構(gòu)的圬工和水泥砂漿等建筑材料的耐久性考慮不夠，沒有考慮鐵路沿線氣候、水質(zhì)、土質(zhì)等環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕作用等。

1.2.5 施工因素

存在嚴(yán)重施工質(zhì)量的擋土墻常常因外因而一觸即發(fā)，在各工務(wù)段的既有線擋土墻病害原因分析中，施工質(zhì)量問題較為常見的有以下幾種情況：

（1）擋墻尺寸未按設(shè)計(jì)尺寸施做，墻身厚度不夠，上厚下薄呈倒三角情況;擋墻墻頂平臺(tái)寬度不足;漿砌的墻體有空洞，不飽滿;墻背泄水孔未按設(shè)計(jì)要求施做，泄水孔失效;墻背反濾層上下回填土處浸水。

（2）擋墻基礎(chǔ)埋深不夠，未構(gòu)筑在滿足要求的持力地層。

（3）個(gè)別地段因路堤本體填筑未達(dá)到一定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營后，出現(xiàn)本體沉降變形。

1.3 防治措施

對(duì)擋土墻工程病害的防治，從設(shè)計(jì)和施工中就應(yīng)采取針對(duì)性措施，如選擇合理的擋護(hù)結(jié)構(gòu)方式，保證工程質(zhì)量等。對(duì)出現(xiàn)損壞的既有擋土墻，首先應(yīng)查明原因，并觀察其發(fā)展情況，對(duì)完全喪失結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、已經(jīng)無法修復(fù)的的擋土墻應(yīng)及時(shí)予以拆除重建，對(duì)還有一定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的擋土墻，應(yīng)在原加固工程適宜性評(píng)價(jià)及加固結(jié)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上擬定加固方案，采取合理的措施進(jìn)行修理加固。本文針對(duì)以上分析出的既有線擋土墻病害，提出常見的整治措施建議如表1所示。

2 結(jié)語

本文通過對(duì)國內(nèi)五大鐵路局進(jìn)行調(diào)研，收集整理既有線擋土墻病害資料，分析病害成因，并制定合理的整治措施，得到以下結(jié)論：

（1）大量的既有線擋土墻病害資料顯示，擋土墻漿砌材料劣化是極為普遍的現(xiàn)象，尤其是早期修建的鐵路，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，施工采用易風(fēng)化的石料做漿砌材料，尤其是擋土墻加護(hù)坡的高陡邊坡，存在極大的安全隱患，進(jìn)行全面的檢測評(píng)估與治理，十分必要，且迫在眉睫。

（2）擋土墻反慮排水系統(tǒng)失效是擋土墻病害的一個(gè)重要原因。雨季應(yīng)加強(qiáng)對(duì)擋墻地下水發(fā)育情況的調(diào)查，并對(duì)地下水發(fā)育地段的擋墻加強(qiáng)疏排地下水措施，如：對(duì)流泥、流砂的泄水孔和無流水痕跡的泄水孔，可采用疏通后插入帶濾層的軟式透水管或其他措施治理;對(duì)出水集中、水量較大或邊坡潮濕地段，必要時(shí)增設(shè)斜孔排水。同時(shí)，在新建工程應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)擋護(hù)反慮排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（3）山區(qū)鐵路，沿線高陡邊坡潛在的落石危害，是影響鐵路安全運(yùn)營的重要?dú)⑹帧榉乐温涫：?，工?wù)部門實(shí)施的“山頭、石頭、人頭的保衛(wèi)戰(zhàn)”，投入巨大，壓力巨大。隨著鐵路的不斷發(fā)展，工程免維修是我們設(shè)計(jì)、施工一直努力的方向，同樣，既有線擋護(hù)結(jié)構(gòu)的病害整治也應(yīng)盡量一次性根治。在設(shè)計(jì)規(guī)范、施工規(guī)程不斷提升的今天，作為一位普通的設(shè)計(jì)人員，用目前的設(shè)計(jì)規(guī)范和理念去審視我們曾經(jīng)的設(shè)計(jì)對(duì)策和解決問題的方法，是極其有必要的。

（4）路基坡面的坡率應(yīng)根據(jù)地質(zhì)提供的設(shè)計(jì)坡率，結(jié)合地形、地面匯水、巖層情況、邊坡高度和防護(hù)形式，合理采用設(shè)計(jì)坡率，有必要的地方應(yīng)放緩設(shè)計(jì)坡率。

（5）在新線設(shè)計(jì)中，應(yīng)進(jìn)行深入調(diào)研，借鑒鐵路既有線擋護(hù)結(jié)構(gòu)病害研究成果及成功的防治措施經(jīng)驗(yàn)，合理制定邊坡防護(hù)的設(shè)計(jì)方案。

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