铁路既有线重力式挡土墙病害分析及防治措施

谢涛

摘 要：重力式挡土墙是一种常见的防止边坡坍塌的人工建筑物，其各类病害的发生将对加固工程的质量造成很大影响。本文通过对昆明、南宁、南昌、西安、成都铁路局的铁路既有线重力式挡土墙病害进行调研，分析了病害的主要类型及成因，并针对不同的病害类型，提出了相应的防治措施。

关键词：铁路既有线;重力式挡土墙;病害;防治措施

中图分类号：TU476+4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0138-02

0 引言

铁路既有线重力式挡土墙是保证铁路路基稳定的常用支挡构造物，是路基的重要组成部分，其工程质量的好坏对整个铁路建设工程的质量及边坡的稳定有着至关重要的影响。随着重力式挡土墙在铁路建设工程中大量应用，由此而带来的工程病害也逐渐趋向于多样化和复杂化。在铁路既有线挡护结构病害调研中发现，重力式挡土墙的病害种类与比例最高，且较为严重，常影响铁路的正常使用，因此迫切需要对此进行专项研究。

有关挡护结构病害的问题，国内外许多学者早有关注。李彦武针对黄土地区挡护工程病害进行了研究，并提出了黄土地区路基防护与支挡工程设计中可供选择的与防护支挡方式及关键技术[1]。丁乾鼎针对具体工点实例，对重力式路堤挡墙变形形态及其损坏原因进行了探讨[2]。杨建国等人针对山区公路刚性挡土墙的常见病害类型进行了介绍，分析了各类病害的成因机制，提出了针对不同病害的加固补强措施[3]。罗缵锦、樊沁香等人对石砌挡土墙常见质量通病产生原因进行了分析，提出了相应的防治措施[4-5]。

鉴于当前挡护结构形式及其工程病害的多样性，本次研究先后对昆明、南宁、南昌、西安、成都五个铁路局进行了调研，收集到了的各路局近年来相应管段内的铁路既有挡护结构病害及加固资料，归纳总结了在铁路既有线挡护结构中出现的主要工程病害及成因。本文在此基础上，重点开展对铁路既有线重力式挡土墙的病害分析，提出相应的防治措施，以期为相似工程的建设提供参考。

1 病害特征及产生原因

1.1 病害特征

铁路既有线重力式挡土墙的主要荷载是土压力和相关的外荷载，在自然环境的影响下，尤其是存在施工缺陷的情况下，其稳定性会随时间的增长而降低，严重危及行车安全。对以上五个铁路局的调研资料的分析，其病害特征可归纳为以下几种。

（1）挡土墙伸缩缝错动、墙体裂缝。伸缩缝上下、水平错动说明挡土墙已经失稳，如果错缝已暂时稳定，则说明挡土墙已处在极限稳定状态;墙体裂缝是挡土墙破损的主要特征，属于挡土墙失稳破坏的前兆，由G.S.Bjorkman和R.Richards提出的理论，挡土墙的裂缝中，以水平裂缝危害最大。其中挡土墙裂缝的宽度和长度是反映挡土墙危害程度的关键指标。主要破坏特征如图1所示。

（2）挡土墙局部坍塌、外倾。墙背有积水、挡墙泄水孔的功能未得到充分发挥，或是雨季时易出现局部坍塌;调查发现，墙面外鼓是挡土墙坍塌前的主要特征，应监测控制挡土墙墙面外鼓的发展程度和产生的面积。主要破坏特征如图2所示。

（3）挡土墙墙背空洞。调研发现部分挡土墙墙背超挖严重，出现挡墙上大下小，易导致挡护结构破坏。超挖回填部分挡土墙与原土体分离，不能有效发挥整体性作用，且在雨季容易积水成灾。主要破坏特征如图3所示。

（4）挡土墙墙面风化。部分支挡护坡采用易风化的泥质灰岩、页岩做砌筑石料，风化严重。主要破壞特征如图4所示。

（5）挡土墙泄水孔失效、局部渗水。挡土墙排水不畅，在无其它病害特征时，其危害是隐含的;当出现其它病害特征并伴随下雨时，其危害就会大大增加，甚至会引起挡土墙的垮塌，如图5所示。

（6）挡土墙墙面勾缝脱落。挡土墙内部结构不密实，墙体厚度不够、墙趾埋深不足，水泥砂浆松散，勾缝脱落。施工监管不严、偷工减料等施工缺陷的存在，会加速挡护结构的破坏。主要破坏特征如图6所示。

1.2 病害产生的原因

通过段既有线重力式挡土墙病害的调研发现，病害的产生的外部原因有外力因素、环境因素及人为因素;内部原因有建筑材料劣化、混凝土劣化等。此外，挡土墙的施工质量不合要求也是产生挡土墙病害的重要原因。

1.2.1 外力因素

（1）不良地质现象：受岩层产状、不利节理发育影响而产生的崩塌，以及在雨季雨水的作用下，土体吸水饱和，在自重作用下易产生滑坡等不良地质现象，对重力式挡土墙造成极大危害。

（2）地震：当地震发生时，挡护结构会连同其墙后的填土一起随着地震加速度产生振动。重力式挡土墙与填土组成的体系受到一个与地震加速度方向相反的惯性力的作用，这个惯性力就是地震力。当挡土墙受到地震力的冲击后，墙后土体的剪应力会相应的增大，土体的变形也会增大，导致作用在挡土墙上的总荷载增大。当作用力增大到一定程度后，就会造成挡土墙的滑动、倾覆失稳或剪切破坏。

（3）河岸冲刷：因紧临线路路基附近的沟渠、水塘、汇水堰塘、冲沟等防排洪、消能、防冲刷的系统工程不完善，或桥涵下游被堵塞，导致水流直接冲刷路基，冲毁路基挡土墙。此原因其实是水害的一种，因其破坏程度严重，但又容易被设计、施工、运营维护所忽视，应予以特别关注。

1.2.2 环境因素

（1）特殊土路基：因地基下覆软土、松软土等特殊土土层，或存在岩溶空洞、煤矿采空区、人工洞穴等导致路基下沉，影响挡土墙的稳定，挡墙出现错台、外倾、开裂，护坡护墙出现开裂变形等现象。

（2）水害：雨季集中降雨是凸显挡护病害较为集中的时段，究其主因，主要与路基的地面排水附属工程、土质特性等密不可分。此外，地下水的存在也对路基挡土墙也有很大的危害。地下水发育地段的挡墙排水不畅时，浸湿软化墙背岩土，降低墙背岩土强度，并产生静水和动水压力，增加对挡墙的推力，对挡墙的稳定产生不利影响。同时，墙背反滤层不符合要求或无反滤层时，地下水的潜蚀作用将带走墙后土体中的细颗粒，破坏土体结构，甚至可能形成空洞，引起墙背土体坍陷、沉陷或引发其他不良地质病害。

1.2.3 人为因素

人为因素是指与人有关的任何因素，包含类型较多，如路基边坡附近修路、弃碴等活动;滨河路基地段，因为地方后期修建水库使河岸的水位上升，使滨河路基的非浸水下挡工程受到上升后的河水浸泡和冲刷，挡墙基础出现悬空吊脚，严重影响挡墙的使用安全（如昆河线）。

1.2.4 材料因素

挡土墙建筑材料劣化，是指挡土墙原材料，如混凝土、石料、水泥砂浆等遭受日照、水、空气和生物等作用而发生的物理和化学变化，出现墙体风化剥落、破损及裂纹，水泥砂浆灰缝脱落、开裂等，特别是浆砌片石挡护结构。经分析认为材料劣化原因有：

（1）为节约成本，沿线就地取材，采用抗风化能力较低的石料砌筑挡护工程，导致挡护设备服役年限缩短，较早出现风化剥落、破损及裂纹。

（2）因设计理念的原因，早年的铁路设计对挡护结构的圬工和水泥砂浆等建筑材料的耐久性考虑不够，没有考虑铁路沿线气候、水质、土质等环境对结构材料的腐蚀作用等。

1.2.5 施工因素

存在严重施工质量的挡土墙常常因外因而一触即发，在各工务段的既有线挡土墙病害原因分析中，施工质量问题较为常见的有以下几种情况：

（1）挡墙尺寸未按设计尺寸施做，墙身厚度不够，上厚下薄呈倒三角情况;挡墙墙顶平台宽度不足;浆砌的墙体有空洞，不饱满;墙背泄水孔未按设计要求施做，泄水孔失效;墙背反滤层上下回填土处浸水。

（2）挡墙基础埋深不够，未构筑在满足要求的持力地层。

（3）个别地段因路堤本体填筑未达到一定的压实标准，经过一段时间的运营后，出现本体沉降变形。

1.3 防治措施

对挡土墙工程病害的防治，从设计和施工中就应采取针对性措施，如选择合理的挡护结构方式，保证工程质量等。对出现损坏的既有挡土墙，首先应查明原因，并观察其发展情况，对完全丧失结构稳定性、已经无法修复的的挡土墙应及时予以拆除重建，对还有一定结构稳定性的挡土墙，应在原加固工程适宜性评价及加固结构技术现状评价的基础上拟定加固方案，采取合理的措施进行修理加固。本文针对以上分析出的既有线挡土墙病害，提出常见的整治措施建议如表1所示。

2 结语

本文通过对国内五大铁路局进行调研，收集整理既有线挡土墙病害资料，分析病害成因，并制定合理的整治措施，得到以下结论：

（1）大量的既有线挡土墙病害资料显示，挡土墙浆砌材料劣化是极为普遍的现象，尤其是早期修建的铁路，设计标准低，施工采用易风化的石料做浆砌材料，尤其是挡土墙加护坡的高陡边坡，存在极大的安全隐患，进行全面的检测评估与治理，十分必要，且迫在眉睫。

（2）擋土墙反虑排水系统失效是挡土墙病害的一个重要原因。雨季应加强对挡墙地下水发育情况的调查，并对地下水发育地段的挡墙加强疏排地下水措施，如：对流泥、流砂的泄水孔和无流水痕迹的泄水孔，可采用疏通后插入带滤层的软式透水管或其他措施治理;对出水集中、水量较大或边坡潮湿地段，必要时增设斜孔排水。同时，在新建工程应进一步加强挡护反虑排水系统的设计。

（3）山区铁路，沿线高陡边坡潜在的落石危害，是影响铁路安全运营的重要杀手。为防治落石危害，工务部门实施的“山头、石头、人头的保卫战”，投入巨大，压力巨大。随着铁路的不断发展，工程免维修是我们设计、施工一直努力的方向，同样，既有线挡护结构的病害整治也应尽量一次性根治。在设计规范、施工规程不断提升的今天，作为一位普通的设计人员，用目前的设计规范和理念去审视我们曾经的设计对策和解决问题的方法，是极其有必要的。

（4）路基坡面的坡率应根据地质提供的设计坡率，结合地形、地面汇水、岩层情况、边坡高度和防护形式，合理采用设计坡率，有必要的地方应放缓设计坡率。

（5）在新线设计中，应进行深入调研，借鉴铁路既有线挡护结构病害研究成果及成功的防治措施经验，合理制定边坡防护的设计方案。

参考文献

[1] 李彦武.黄土地区路基防护与支挡工程病害及防治措施[J].公路交通科技，2009，09：53-58.

[2] 丁乾鼎.重力式路堤挡墙损坏原因的探讨[J].路基工程，1990，04：52-56.

[3] 杨建国，贾学明，王俊杰，等.山区公路刚性挡墙常见病害成因及加固方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2008，S1：952-955+1008.

[4] 罗缵锦，朱有元.石砌挡土墙常见质量通病及防治措施[J].中南公路工程，2002，04：29-31.

[5] 樊沁香.谈石砌重力挡土墙质量事故的原因及预防措施[J].山西建筑，2002（07）：119-120.