摘　要  青藏高原强烈的环境温度变化和特定的地质条件会引起路堤边坡冻胀融沉，使边坡表层土的强度下降而导致表层流坍甚至边坡滑塌。为保证高原冻土地区人工边坡在一定时期保持稳定，在北麓河厚层地下冰段设计并开展了预制拼装式骨架护坡路基现场实体工程的试验研究。大面积的坡面被骨架护坡分成菱形窗格后，形成的塌滑体的范围和厚度减小，杆件与坡面牢固的连接为一体，增强了边坡的整体性，提高了土体的抗剪切能力，从而加强了土体的抗冲刷能力。此外，两节杆件垂直于坡面搭接，组成菱形窗格的一条边，垂直于坡面方向可以有少许的位移，适当释放窗格内土体的冻胀力。锚杆、杆件实现了以点带线、以线带面的平面防护形式。分析观测资料表明，路堤骨架变形呈现寒季冻胀、暖季融沉的一般特点，且融沉和冻胀变形逐年趋于稳定，骨架护坡对维持边坡坡面稳定起到了较好的作用。
关键词  铁道工程；青藏铁路；冻胀；护坡；变形
 
1  引  言
    青藏铁路格拉段通过多年冻土区的长度约为550 km，长期工程实践表明，修筑青藏铁路成败的关键在于路基工程，而路基工程关键是冻土问题[1]。在高原冻土区修筑铁路路基后，多年冻土地基温度场及其稳定性会发生变化，其结果通常是下伏多年冻土温度升高、多年冻土融化而引起路基变形[2~6]。
    保护多年冻土是青藏铁路多年冻土路基设计的基本原则[7~9]。青藏高原气温变化强烈，路基边坡表层寒季冻胀、暖季融沉，伴随冻胀和融沉，引起边坡表层土的强度下降，可能造成表层流坍甚至边坡滑塌。一般地区路基边坡防护常采用浆砌片石护墙、护坡等刚性结构物，但传统结构物在寒季和高海拔地区施工存在很多困难且不能适应冻融循环变形。
    拼装式骨架护坡属柔性防护结构，通过混凝土杆件将坡面划分为小菱形土块，菱形空窗内土体的冻胀力可基本释放，同时杆件、锚杆可允许有少许位移，这也释放了锚杆、杆件所承受的冻胀力，锚杆将混凝土杆件与边坡土体牢固联结为一体，增强了边坡土体的整体强度，提高了土体抗剪能力，加强了土体的抗冲刷能力。通过锚杆、混凝土杆件实现以点带线、以线带面的平面防护。
    由于目前尚缺少冻土地区路基边坡上设拼装式骨架护坡防护的工程实例，缺少专项研究和可以借鉴的资料，因此，在北麓河厚层地下冰段设计并开展了路基拼装式骨架护坡的试验研究，根据试验工程的效果调整设计，这对今后在高原冻土区进行类似工程设计和施工具有重要指导意义。
2  试验工程概况
    2.1  工程设计
    2.1.1 自然情况
    试验工程位于风火山北麓河洪积高平原区，地形平坦开阔，地势左低右高，地震烈度为7度。
里程.DKll37+450~DKll37+550左侧路堤拼装式骨架护坡长100 m，路堤填土高度为3~6 m，边坡高为6~7 m，地温分区属高温不稳定区。
    2.1.2 预制拼装式骨架护坡设计
    预制拼装式骨架护坡由混凝土杆件、短锚杆及上下左右侧镶边的混凝土块板构成(见图1~3)。混凝土杆件的埋深和宽度均设计为0.15 m，路堤骨架间距为1.50 m，采用8根杆件围成的菱形空窗面积为2.25 m2。杆件为预制厂预制，能保证杆件的质量，为便于在高原地区施工人员搬运、定位安装和降低人工劳动强度，混凝土杆件采用0.75 m，2根杆件对接，质量为37.5 kg；护坡四周镶边的混凝土块板的尺寸为0.42 m×0.30 m×0.15 m(长×宽×高)，质量为43.5 kg[10]。

图1  路堤骨架护坡法向视图

图2  杆件拼装剖面图(单位：cm)

图3  路基拼装式骨架护坡
    2.1.3 预制拼装式骨架护坡施工
    路堤护坡自下而上实施，所挖沟槽与路基坡面垂直，埋放混凝土杆件后周围的土体均夯填密实。施工完的路基拼装式骨架护坡见图3。
    2.2  测试方案
    2.2.1 测试断面
    选取DKll37+478，DKll37+493，DKll37+528三个测试断面(图4)，在各断面左侧路肩、路肩下1.5 m、护道平台中部、路肩下5.5 m、左侧坡脚处埋设冻胀板，测试其沉降、在横向骨架接头锚杆端制作标记，测试变形。

图4  路基拼装式骨架护坡测试断面示意图
    2.2.2 测试内容、频率
    冻胀板采用尺寸为0.2 m×0.2 m×0.3 m(长×宽×高)的矩形块，中间固定直径为60 mm、长为0.5 m的钢管，外套PVC管保护，钢管顶端为测点，用于观测冻胀板下路基填料的位移；骨架接头锚杆端标记用于观测锚杆端头的位移。采用全站仪观测，分析边坡变形随冻融循环的规律。www.tmgc8.com
    变形观测每年的5~10月份为3次/月，11月~次年4月为1次/月。
3  预制拼装式骨架护坡特点及变形
    DKll37+478测试断面监测点竖直方向(以下同)变形时间曲线见图5，寒暖季变形曲线见图6。
    由图5，6可知，预制拼装式骨架护坡上部沉降较大，观测期内达0.20m，下部沉降较小，底部的沉降值为0.05m。骨架护坡各点体现出寒季冻胀、暖季融沉的一般特点。随着时间延续，各监测点冻胀趋势逐渐减小。
    DKll37+493和DKll37+528断面监测点变形时间曲线和寒暖季变形曲线见图7~10。
    由图7~10可知，DKll37+493断面路基边坡上部、中部和下部沉降较为一致，骨架护坡上部沉降量为0.19m，底部沉降量为0.16m。除路基上部，寒暖季呈现寒季冻胀、暖季融沉的特点，随时间持续，冻胀趋势减弱；DKll37+528断面骨架护坡上部沉降大于下部，上部最大沉降为0.19m，底部沉    降为0.11m。路基上部寒暖季变化呈现逐减趋势，路基下部寒季冻胀、暖季融沉明显，随时间增加冻胀趋势逐渐减弱。
    以上各断面沉降存在差异且沉降相对较大的原因是路基下分布有含土冰层，且地温分区属高温不稳定区。路堤高度超过6.0 m，大于路堤最小设计高度2.8 m，在该类型地段，采用满足最小设计高度的办法保护冻土不是很可靠，还需其他综合技术措施控制沉降。

图5   DKll37+478断面监测点变形时间曲线

图6  DKll37+478断面监测点寒暖季变形曲线

图7   DKll37+493断面监测点变形时间曲线

图8   DKll37+493断面监测点寒暖季变形曲线

图9   DKll37+528断面监测点变形时间曲线

图10   DKll37+528断面监测点寒暖季变形时间曲线
4  结语
    北麓河预制拼装式骨架护坡试验工程监测资料分析及现场观测结果表明：
    (1) 通过观察现场边坡宏观表面可知，路堤骨架护坡基本上完好，沉降变形较小，坡面基本保持稳定。
    (2) 现场监测数据表明预制拼装式骨架护坡监测断面呈现出暖季融沉、寒季冻胀的特点，但是变形趋势逐年降低，路堤趋于稳定。
 
参考文献
[1]  马巍，程国栋，吴青柏. 多年冻土地区主动冷却地基方法研究[J]. 冰川冻土，2002，24(5)：579—588.
[2]  温智，盛煜，吴青柏. 青藏铁路路基浅地表热状态动态监测初步分析[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(增2)：2 664—2 668
[3]  孙增奎，王连俊，白明洲，等. 青藏铁路高温细粒多年冻土路堤变形试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2004，23(24)：4 1904 194.
[4]  俞祁浩，程国栋，牛富俊. 自动温控通风路基应用效果分析[J]. 岩石力学与工程学报，2004，23(24)：4 221—4 228.
[5]  盛煜，马  巍，温智. 青藏铁路高填方路基对下伏多年冻土热状况的影响[J]. 铁道工程学报，2003，(4)：22—25.
[6]  马  巍，程国栋，吴青柏. 青藏铁路建设中动态设计思路及其应用研究[J]. 岩土工程学报，2004，26(4)：537—540.
[7]  余绍水，潘卫东，史聪慧，等. 青藏铁路沿线主要次生不良冻土现象的调查和机制分析[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(6)：1 082—1 085.
[8]  吴青柏，朱元林，刘永智. 工程活动下多年冻土热稳定性评价模型[J]. 冰川冻土，2002，24(2)：129—134.
[9]  程国栋. 用冷却路基的方法修建青藏铁路[J]. 中国铁道科学，2003，24(31：l一4.
[10]  铁道第一勘察设计院. “青藏铁路试验工程科研项目——青藏铁路路桥涵关键技术的研究”阶段成果报告[R]. 兰州：铁道第一勘察设计院，2004.
 
魏静1,2，许兆义1，葛建军2，  包黎明2
(1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京  100044；
2.铁道第一勘察设计院，甘肃兰卅I 730000)

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