鐵路既有線重力式擋土墻病害分析及防治措施

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，其各類病害的發生將對加固工程的質量造成很大影響。本文通過對昆明、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行調研，分析了病害的主要類型及成因，并針對不同的病害類型，提出了相應的防治措施。

關鍵詞：鐵路既有線;重力式擋土墻;病害;防治措施

中圖分類號：TU476+4 文獻標識碼：A 文章編號：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定的常用支擋構造物，是路基的重要組成部分，其工程質量的好壞對整個鐵路建設工程的質量及邊坡的穩定有著至關重要的影響。隨著重力式擋土墻在鐵路建設工程中大量應用，由此而帶來的工程病害也逐漸趨向于多樣化和復雜化。在鐵路既有線擋護結構病害調研中發現，重力式擋土墻的病害種類與比例最高，且較為嚴重，常影響鐵路的正常使用，因此迫切需要對此進行專項研究。

有關擋護結構病害的問題，國內外許多學者早有關注。李彥武針對黃土地區擋護工程病害進行了研究，并提出了黃土地區路基防護與支擋工程設計中可供選擇的與防護支擋方式及關鍵技術[1]。丁乾鼎針對具體工點實例，對重力式路堤擋墻變形形態及其損壞原因進行了探討[2]。楊建國等人針對山區公路剛性擋土墻的常見病害類型進行了介紹，分析了各類病害的成因機制，提出了針對不同病害的加固補強措施[3]。羅纘錦、樊沁香等人對石砌擋土墻常見質量通病產生原因進行了分析，提出了相應的防治措施[4-5]。

鑒于當前擋護結構形式及其工程病害的多樣性，本次研究先后對昆明、南寧、南昌、西安、成都五個鐵路局進行了調研，收集到了的各路局近年來相應管段內的鐵路既有擋護結構病害及加固資料，歸納總結了在鐵路既有線擋護結構中出現的主要工程病害及成因。本文在此基礎上，重點開展對鐵路既有線重力式擋土墻的病害分析，提出相應的防治措施，以期為相似工程的建設提供參考。

1 病害特征及產生原因

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的外荷載，在自然環境的影響下，尤其是存在施工缺陷的情況下，其穩定性會隨時間的增長而降低，嚴重危及行車安全。對以上五個鐵路局的調研資料的分析，其病害特征可歸納為以下幾種。

（1）擋土墻伸縮縫錯動、墻體裂縫。伸縮縫上下、水平錯動說明擋土墻已經失穩，如果錯縫已暫時穩定，則說明擋土墻已處在極限穩定狀態;墻體裂縫是擋土墻破損的主要特征，屬于擋土墻失穩破壞的前兆，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鍵指標。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揮，或是雨季時易出現局部坍塌;調查發現，墻面外鼓是擋土墻坍塌前的主要特征，應監測控制擋土墻墻面外鼓的發展程度和產生的面積。主要破壞特征如圖2所示。

（3）擋土墻墻背空洞。調研發現部分擋土墻墻背超挖嚴重，出現擋墻上大下小，易導致擋護結構破壞。超挖回填部分擋土墻與原土體分離，不能有效發揮整體性作用，且在雨季容易積水成災。主要破壞特征如圖3所示。

（4）擋土墻墻面風化。部分支擋護坡采用易風化的泥質灰巖、頁巖做砌筑石料，風化嚴重。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，其危害是隱含的;當出現其它病害特征并伴隨下雨時，其危害就會大大增加，甚至會引起擋土墻的垮塌，如圖5所示。

（6）擋土墻墻面勾縫脫落。擋土墻內部結構不密實，墻體厚度不夠、墻趾埋深不足，水泥砂漿松散，勾縫脫落。施工監管不嚴、偷工減料等施工缺陷的存在，會加速擋護結構的破壞。主要破壞特征如圖6所示。

1.2 病害產生的原因

通過段既有線重力式擋土墻病害的調研發現，病害的產生的外部原因有外力因素、環境因素及人為因素;內部原因有建筑材料劣化、混凝土劣化等。此外，擋土墻的施工質量不合要求也是產生擋土墻病害的重要原因。

1.2.1 外力因素

（1）不良地質現象：受巖層產狀、不利節理發育影響而產生的崩塌，以及在雨季雨水的作用下，土體吸水飽和，在自重作用下易產生滑坡等不良地質現象，對重力式擋土墻造成極大危害。

（2）地震：當地震發生時，擋護結構會連同其墻后的填土一起隨著地震加速度產生振動。重力式擋土墻與填土組成的體系受到一個與地震加速度方向相反的慣性力的作用，這個慣性力就是地震力。當擋土墻受到地震力的沖擊后，墻后土體的剪應力會相應的增大，土體的變形也會增大，導致作用在擋土墻上的總荷載增大。當作用力增大到一定程度后，就會造成擋土墻的滑動、傾覆失穩或剪切破壞。

（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、防沖刷的系統工程不完善，或橋涵下游被堵塞，導致水流直接沖刷路基，沖毀路基擋土墻。此原因其實是水害的一種，因其破壞程度嚴重，但又容易被設計、施工、運營維護所忽視，應予以特別關注。

1.2.2 環境因素

（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、人工洞穴等導致路基下沉，影響擋土墻的穩定，擋墻出現錯臺、外傾、開裂，護坡護墻出現開裂變形等現象。

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

1.2.3 人為因素

人為因素是指與人有關的任何因素，包含類型較多，如路基邊坡附近修路、棄碴等活動;濱河路基地段，因為地方后期修建水庫使河岸的水位上升，使濱河路基的非浸水下擋工程受到上升后的河水浸泡和沖刷，擋墻基礎出現懸空吊腳，嚴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生的物理和化學變化，出現墻體風化剝落、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結構。經分析認為材料劣化原因有：

（1）為節約成本，沿線就地取材，采用抗風化能力較低的石料砌筑擋護工程，導致擋護設備服役年限縮短，較早出現風化剝落、破損及裂紋。

（2）因設計理念的原因，早年的鐵路設計對擋護結構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、土質等環境對結構材料的腐蝕作用等。

1.2.5 施工因素

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

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

（2）擋墻基礎埋深不夠，未構筑在滿足要求的持力地層。

（3）個別地段因路堤本體填筑未達到一定的壓實標準，經過一段時間的運營后，出現本體沉降變形。

1.3 防治措施

對擋土墻工程病害的防治，從設計和施工中就應采取針對性措施，如選擇合理的擋護結構方式，保證工程質量等。對出現損壞的既有擋土墻，首先應查明原因，并觀察其發展情況，對完全喪失結構穩定性、已經無法修復的的擋土墻應及時予以拆除重建，對還有一定結構穩定性的擋土墻，應在原加固工程適宜性評價及加固結構技術現狀評價的基礎上擬定加固方案，采取合理的措施進行修理加固。本文針對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 結語

本文通過對國內五大鐵路局進行調研，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象，尤其是早期修建的鐵路，設計標準低，施工采用易風化的石料做漿砌材料，尤其是擋土墻加護坡的高陡邊坡，存在極大的安全隱患，進行全面的檢測評估與治理，十分必要，且迫在眉睫。

（2）擋土墻反慮排水系統失效是擋土墻病害的一個重要原因。雨季應加強對擋墻地下水發育情況的調查，并對地下水發育地段的擋墻加強疏排地下水措施，如：對流泥、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;對出水集中、水量較大或邊坡潮濕地段，必要時增設斜孔排水。同時，在新建工程應進一步加強擋護反慮排水系統的設計。

（3）山區鐵路，沿線高陡邊坡潛在的落石危害，是影響鐵路安全運營的重要殺手。為防治落石危害，工務部門實施的“山頭、石頭、人頭的保衛戰”，投入巨大，壓力巨大。隨著鐵路的不斷發展，工程免維修是我們設計、施工一直努力的方向，同樣，既有線擋護結構的病害整治也應盡量一次性根治。在設計規范、施工規程不斷提升的今天，作為一位普通的設計人員，用目前的設計規范和理念去審視我們曾經的設計對策和解決問題的方法，是極其有必要的。

（4）路基坡面的坡率應根據地質提供的設計坡率，結合地形、地面匯水、巖層情況、邊坡高度和防護形式，合理采用設計坡率，有必要的地方應放緩設計坡率。

（5）在新線設計中，應進行深入調研，借鑒鐵路既有線擋護結構病害研究成果及成功的防治措施經驗，合理制定邊坡防護的設計方案。

參考文獻

[1] 李彥武.黃土地區路基防護與支擋工程病害及防治措施[J].公路交通科技，2009，09：53-58.

[2] 丁乾鼎.重力式路堤擋墻損壞原因的探討[J].路基工程，1990，04：52-56.

[3] 楊建國，賈學明，王俊杰，等.山區公路剛性擋墻常見病害成因及加固方法[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2008，S1：952-955+1008.

[4] 羅纘錦，朱有元.石砌擋土墻常見質量通病及防治措施[J].中南公路工程，2002，04：29-31.

[5] 樊沁香.談石砌重力擋土墻質量事故的原因及預防措施[J].山西建筑，2002（07）：119-120.