水浸路基整治工程施工设计

水浸路基整治工程施工设计

廖祎

重庆交通大学 重庆 400000

摘要：近年来，随着全球气候变暖，国内的异常天气也逐渐增多，去年夏季，河南地区突发暴雨，水位急速上涨，造成了公路铁路等路基遭受洪水冲刷，使得公路铁路等路基安全受到影响，本文选取受灾地区一处铁路路基对其整治工程进行数值模拟，并对路基破坏模式进行分析。

关键词：有限元计算、水浸路基、整治工程

浸水路堤常常由于长期的水体浸泡，使得土体力学性质下降，路堤往往会随着土体的软化出现不均匀沉降，路堤边坡也会出现滑动。河南地处黄土高原，境内被黄土大面积覆盖，由于黄土的力学性质，含水量对黄土的内摩擦角和黏聚力的影响巨大，进而影响黄土的抗剪切强度。随着降雨入渗，黄土边坡中的可溶盐溶滤流失，非饱和黄土抗剪强度、黏聚力呈明显非线性降低趋势，但内摩擦角变化量相对微弱。降雨入渗初始，黄土中的易溶盐、难溶盐同时分解；随入渗时间的增加，难溶盐停止分解，易溶盐缓慢分解和基质吸力减小的叠加效应使得黄土抗剪强度继续减小，直至趋于稳定。由此可知，降雨对黄土边坡稳定性的影响是明显的，降雨使得黄土的抗剪强度降低，从而造成边坡失稳。[1]

为了较好的反映黄土地区浸水路基边坡的破坏模式以及整治工程的效果，本文利用有限元计算软件对路基边坡进行模拟计算。

1.工程概况

某铁路位于河南省境内某地，地形地貌属伊河-洛河下游黄土丘陵区，多数丘陵起伏较小，呈岗丘形态，冲沟发育，切割强烈。线路左侧路堤边坡垂高约为5m，坡面植被稀疏发育，以灌木、杂草为主。该段地层为第四系上更新统冲洪积层（）黄土状粉土，土质较为松软，塑性，非自重湿陷。上下行线路路堤下方为公路，周边为农田，在经历暴雨之后，农田水位急速上涨，最大水位线超过桥底梁，路基泡水严重。对铁路路基以及铁路运行的安全造成廖严重影响。

2. 病害成因分析

某铁路线下行为路堤地段，边坡垂直高度约为5m。该段下行线路受地表水冲刷及坡脚积水浸泡引起出现路堤坍塌，路肩出现裂缝。

现场调查时发现此下行路段中某桥受7月19日份强降雨影响，最大水位线超过桥底梁，路基泡水严重。下行左侧拱涵护锥下错45cm，局部沟槽开裂，坡表混凝土破裂，内部岩土体裸露。病害产生原因为受地表水冲刷下渗及路基被水浸泡影响，路基软化而产生的路堤承载力不足引起护锥下沉。

某铁路段下行右侧路肩处无侧沟，路肩处积水易下渗及沿堤坡向坡脚排泄，路段下行处地势较高，大里程向右侧路堤下部积水无法排泄，形成较大范围的水塘，积水水位较高，淤泥较厚。

某铁路段下行路堤高约5m，积水浸泡软化堤坡坡脚并使下行右侧路肩处有下沉和侧移现象，路肩出现裂缝，路肩处裂缝最大张开2cm，最大下沉4cm，长约20m。受地表水冲刷影响，堤坡形成多道冲蚀沟槽。产生病害的原因为强降雨作用下黄土边坡冲蚀和地表径流对坡脚浸泡引起的路堤边坡坍塌。

3. 有限元计算分析

铁路路基边坡在浸水之前处于天然状态，同时在长时间浸水之后随着土体的软化，土体的粘聚力，内摩擦角等参数也相应降低，本文利用plaxis有限元计算软件对浸水状态下路基的破坏模式以及施加整治工程后路基的破坏模式与安全系数进行了计算，计算参数如下表所示。

根据工程勘察报告建立如下图所示计算模型，在计算模型中建立整治工程措施，并建立多个计算步骤，通过对模型参数的调整以及整治措施的是否激活来得到不同情况下的计算结果。建立模型如下图所示。

图 1 路基有限元计算模型

模型左右边界条件约束，下边界约束，计算过程分为两个阶段，分别对浸水状态下路基边坡以及整治工程状态下路基边坡进行计算，并得到如下图所示边坡计算结果。

图 2 浸水路基边坡破坏模式

如上图所示，路基边坡在浸水后，滑动面出现再边坡位置，沿坡顶铁路开裂，沿边坡坡脚靠上位置贯穿，边坡整体安全系数低于规范要求的最低安全系数，为0.79。可以发现此时边坡已经处于相当危险的地步，需要对边坡进行加固整治。

    如图一所示，对铁路路基边坡进行加固，通过贯入注浆以及锚杆的方式对边坡进行整治，通过有限元计算之后们可以发现边坡整体安全系数达到1.29，如下图计算结果所示。

图 3 整治后边坡有限元计算安全系数结果

通过计算可以发现，对铁路路基边坡进行整治加固后，整体安全系数以达到规范所需要求，路基边坡安全可以得到保证。

4. 结论

  本文借助有限元计算软件对路基边坡浸水后破坏模式与安全系数进行计算，发现浸水之后，边坡安全系数为0.79，可以发现此时边坡处于不稳定的状态，对于铁路路基与铁路运行的安全造成了影响。同时通过整治措施加固之后，有限元软件计算得到安全系数为1.29，因此可以发现整治措施是有效的，能够加固铁路路基边坡，保证铁路运行的安全。

参考文献

[1]尹小军. 降雨与地震耦合作用下黄土边坡稳定性研究[D].中国地震局工程力学研究所,2020.D

[2]任聪.浸水路堤边坡施工技术在公路工程中的应用[J].交通世界,2022(Z2):105-106.

[3]张雪娅. 降雨入渗条件下边坡稳定性研究及风险评价[D].昆明理工大学,2020.D

[4]安宏科.浸水对边坡支护的影响及FLAC 3D数值模拟分析[J].河南科技,2017(09):92-94.

[5]孙汉正. 浸水路基的最小势能稳定性分析[D].江西理工大学,2015.