南寧至友誼關公路工程膨脹土路塹垮塌邊坡

1、張建（中國水利水電第七工程局六分局南友路工程部）摘要：廣西寧明縣是世界上典型的膨脹土地段，南寧至友誼關公路寧明段路塹邊坡塌方特別嚴重。采用土工格柵柔性擋墻處治路塹塌方邊坡顯的極為重要，對下步穩(wěn)定邊坡，保障路基行車安全奠定了堅實的基礎。關鍵詞：膨脹土跨塌邊坡柔性擋墻1 概述影響膨脹土路塹邊坡穩(wěn)定性的因素很多，除了土體自身具有干縮濕脹的特性外，土的超固結性、水分的遷移及土體軟弱的結構構造是影響它的主要因素。由于超固結性，在膨脹土邊坡的開挖過程中，隨著分級下挖，上覆土層重量逐漸的卸除，引起土體應力釋放，使得開挖土體產生膨脹變形，產生局部松動。同時在自然氣候和水的作用下，邊坡變形滑動多在上半部或坡頂開

2、始，然后逐漸向上發(fā)展，形成膨脹土的牽引式漸進破壞。因此，對膨脹土邊坡來說，開挖后的淺層牽引式破壞是邊坡失穩(wěn)的主要破壞形式。如果對膨脹土邊坡處理不及時，隨著時間的推移反復多次的淺層破壞必將導致工程結構的整體性破壞，造成無法挽回的損失。2 國內外膨脹土邊坡防護加固現狀在膨脹土孕育深厚的地區(qū)進行工程活動，隨著長期工程實踐經驗的積累，人們逐漸提出并總結多種多樣的邊坡支護措施和經驗，概括起來有以下的幾大類：（ 1）人工換土或摻石灰粘土護面。邊坡開挖自上而下，每2M 設作業(yè)平臺，并對邊坡適當超挖（ 30cm），用非膨脹性粘土回填或摻石灰粘土回填拍實，然后在邊坡上砌石防護。該法適用于H 10m 的中等或弱膨

3、脹土邊坡，必要時在邊溝外側設護腳矮擋土墻。此方法能及時對邊坡面封閉，保持膨脹土邊坡較好的原狀態(tài)，但邊坡土體中存在軟弱夾層、強膨脹土層或節(jié)理較發(fā)育的裂隙時易被忽略，影響穩(wěn)定效果，這是一種以封閉為主的防護措施。（ 2）挖孔樁加固。高邊坡、強膨脹土、軟弱夾層、界面清楚的裂隙面等狀況可用挖孔樁加固，再輔以其他防護措施加以處治，挖孔樁的設計（直徑、間距）可通過圓弧滑動面或直線滑動面法計算而確定，考慮實際邊坡情況后決定采取哪種計算方法。（ 3）土工格柵支護。將膨脹土邊坡超挖一定寬度（能夠容納壓路機行走即可），在水平方向分層鋪設土工格柵并回填土層，分層壓實到坡頂面筑做柔性當墻。邊坡表面可用預制塊防護，預制塊

4、最好預留栓孔通過纖維與格柵相連，也可采用鋪草皮等其他坡面防護形式。格柵層間間距可參照已有經驗確定。一般當邊坡高度小于8m 坡體土為中等或強膨脹時可考慮此方法。（ 4）人工草坡。網狀格柵撒上粘土、種子，待長草后移到要防護的開挖邊坡上，此方法能及時對邊坡面封閉，僅用于邊坡高度小于6m 的弱膨脹土邊坡防護。（ 5）坡體排水綜合防護。膨脹土邊坡存在著較發(fā)育的裂隙面，可在邊坡上埋入一定數量的塑料排水管，上方開小孔排除裂隙逢里的水，排除降低土體C、 值的因素，坡面采用砌石封閉從而達到防護目的。（ 6）化學加固。膨脹土主要礦物成分為伊利石、蒙脫石、高嶺石，可用化學方法使之與NH4+ 、Mg2+ 、Ca2+

5、離子進行交換，改變膨脹土的性質，從而達到防護目的。（ 7）石灰改良或石灰土包圍法。在膨脹土邊坡上打入一定數量的孔，孔內裝入石灰，利用膨脹土與石灰的離子交換，改變膨脹土性質?；蛘邔⑦吰掠檬彝涟鼑欢ê穸龋马斆嬉欢▽挾纫灿檬彝僚膶?，然后植草皮或預制塊防護。（ 8）高溫改性處治。邊坡頂面寬6m 深 3m 范圍內為大氣影響層范圍，在此范圍內土體受大氣影響，含水量變化，干縮循環(huán)，強度衰減，C、 值下降，是邊坡最初破壞的地方，該處的失穩(wěn)常引起邊坡整個破壞。針對此情況，在此范圍，打入一定數量連通的垂直孔與水平方向孔，利用點火燃燒加熱使之溫度達到一定程度時，膨脹土將失去膨脹性質，土體 C、 值得以提高，

6、并在坡頂面用石灰土拍實植草皮，從而起到防護與加固的目的。（ 9）人工填土坡面封閉法。邊坡超挖一定寬度（能夠容納小型施工機械工作即可）超挖部分用石灰土或用 CNS（非膨脹性粘土）材料回填，分層壓實到坡頂，坡頂面一定寬度用石灰土拍實，坡面用預制塊防護，并在坡頂面植草皮。（ 10）支撐滲溝加抗滑擋墻處治。在坡面上按一定的間距設置縱向支撐滲溝，石砌滲溝采用較大斷面，利用溝體重量支撐邊坡并疏干和排除坡體水，坡腳采用抗滑擋墻抵抗由于邊坡開挖面土體產生的超固結力和膨脹力。此外還有礦渣復合土、石灰土護面法以及錨桿框架加擋墻和土釘加擋墻支護法。3 剛性和柔性支護的比較從上述膨脹土邊坡處治現時所采用的方式來看，防

7、護加固措施大體上可分為柔性支護及剛性支護兩大類：剛性支護是指以圬工結構為主，輔以其他必要的綜合處理措施相結合的處理方案，剛性支護主要依靠所用的圬工結構具有的自身重量，抵消部分膨脹土超固結性在開挖過程中所造成的影響，對膨脹土塹坡進行的支護，應該說該法是有一定效果的。但是剛性支護不允許土體產生變形，而在干濕循環(huán)、水的作用下膨脹土必然發(fā)生干縮濕脹，當土體的脹縮變形較大而得不到釋放時，則會使剛性支護產生破壞。柔性支護是指采用如化學改良、土工織物為主，輔以其它必要的綜合處理措施相結合的處理方案。柔性支護，尤其采用有一定厚度且較緩坡率的柔性擋墻時，可依靠墻身自重穩(wěn)定路塹邊坡，其優(yōu)點在于它能改善膨脹土表層的

8、大氣影響深度，防止雨水對坡面的直接沖刷，減少雨水滲入土體引起強度的大幅度衰退，同時能有效排泄坡體內的裂隙水，保持土體含水量的相對穩(wěn)定，此外，柔性支護最大的優(yōu)點在于它允許坡體產生一定的脹縮變形，無形中降低了邊坡超固結性和土體濕脹時所產生的膨脹力，從而大大減少因脹縮變形而造成支護措施的破壞。根據實踐經驗的調查，對膨脹土進行剛性加固，一是支護工程量大，支護效果不理想，結構破壞后的修復工程量也大，而柔性支護工程量相對較少，施工快捷，支護效果較理想，目前得到了越來越多的應用。同時根據膨脹土邊坡的破壞特點，在應力不足或須彌補強度的地方局部采用半剛性的支護，剛柔結合，效果更好。土工格柵加筋擋墻屬于柔性防護加

9、固結構，即按一定的間距加鋪土工格柵逐層回填土并壓實構成柔性擋墻，利用加筋土體的整體性和自重，抵抗邊坡土體的卸荷變形和土體水分變化后的膨脹量（膨脹力），同時足夠的墻體厚度可阻止干濕循環(huán)作用對邊坡膨脹土的風化，起隔離作用，從而減少邊坡侵蝕。通過大量的方案分析比選，結合南友路膨脹土路塹邊坡破壞的實際狀況，并從性能價格比出發(fā)，采用土工格柵柔性擋墻進行南友路膨脹土路塹邊坡的處治是最佳方案，不但施工簡便快捷、成本低廉、安全可靠，而且可以減少因棄方和過度削坡挖方造成的環(huán)境破壞。4 方案設計及說明根據南友路膨脹土的土性特征、地質水文特點、邊坡破壞現狀的分析，提出土工格柵擋柔性墻邊坡設計方案。方案說明如下：（

10、1）加筋邊坡以及回填邊坡的坡比土工格柵加筋體的邊坡均采用1： 1.5 的坡比。（ 2）超挖的寬度為了實現加筋體邊坡需超挖一定的寬度。其值主要取決于壓路機的輪寬和抵抗墻后土壓力的要求。根據目前的施工水平，光輪壓路機的輪寬一般為 2.32.4m，因此超挖的底層寬度為以上為 3.2m，保證壓路機有一定的工作空間。3.5m ，第二層（ 3）土工格柵的長度及間距水平鋪設的土工格柵的長度及上下層的間距根據初步計算及參考有關工程經驗，采用每兩層填土（壓實厚度50cm）鋪一層土工格柵，為保證反包需要，考慮到與上一層的搭接長度（0.60cm），每層土工格柵的裁剪長度為柔性擋墻的設計寬度4m+反包和搭接長度的1.

11、5 m。（ 4）填料的要求為了減少借棄土方的數量，充分利用邊坡超挖的膨脹土且節(jié)省工程費用，除柔性擋墻基礎1.5m 高采用土工格柵包碎石土填料外，其余部位的加筋土體均采用就近開挖的膨脹土作為柔性擋墻的填料。要求每層填料的虛鋪厚度不超過30cm，同一層要用一種土填筑，盡可能不混填。壓實度要求達到90%以上。（ 5）柔性擋墻頂部的處理在距坡頂 5m 位置處設置 7.5 號漿砌片石截水溝，此范圍內，采用天然邊坡頂部的紅粘土直接填筑，無需加筋，但要保證充分夯實，為防止暴雨天水流對坡面的沖刷，同時對邊坡有效隔水保護，在回填土上部及天然邊坡一定范圍（至截水溝）鋪設 “兩布一膜 ”，并在坡頂及坡面上填鋪 30

12、cm 耕植上層后植草綠化，既減少天氣對格柵和膨脹土的作用且美化道路景觀。（ 6）排水要求柔性擋墻6m 高平臺處設置矩形截水溝的形式進行排水。坡頂要用漿砌片石做好截水溝，保證溝底的有效封閉。擋墻背與開挖邊坡面這間做好滲水層。滲水層用碎石土填筑。柔性擋墻墻趾處設一縱向排水滲溝，溝底排水通道采用上部帶孔的 PVC 管，主要用于排除墻背滲水層內的水和排除路床內地下水，滲溝內填碎石。5 施工工藝（ 1）邊坡超挖：邊坡超挖按 1： 1.5 的坡率進行，超挖寬度以原設計邊坡坡腳為起點，按設計擋墻寬度 4m+0.5 m （墻后排水層寬度）計算，挖出的膨脹土放于附近路床的指定位置，以備柔性支護回填使用。（ 2）

13、基礎開挖及碾壓：將基礎（ 1.5m 高）開挖至原路基換填部位標高并整平，采用輕型壓路機對基礎進行靜壓；（ 3）滲溝開挖及防水層布設：根據設計圖紙，采用挖掘機開挖縱向滲溝，溝頂部位于路床換填碎石土底部，在溝底部鋪設土工膜以防滲漏。（ 4）排水管布置以及溝內碎石的填筑：在滲溝底部布置縱向10cm帶孔 PVC 排水管作為縱向排水通道，并用機械結合人工將碎石填于溝內。（ 5）放線：每層格柵攤前，按照設計圖紙進行測量放線，并用石灰粉標出邊坡線和土工格柵包邊線。以保證邊坡的順直以及設計坡率的實現。（ 6） U 形釘、格柵張具及連接棒的準備：在專用廠家購置連接棒，將6鋼筋裁斷成50cm 長，彎成U 形釘（尺

14、雨見設計圖），用10鋼筋自制格柵張拉工具，以備固定和張緊土工格柵之用。（ 7）土工格柵裁剪：將成捆的土工格柵按柔性擋墻的設計寬度4m+1.5m長進行裁剪備用。（ 8）格柵搭接：為了保證格柵沿路中線方向的整體性，兩幅格柵間需搭接，搭接寬度為5cm；并用 U 形釘在搭接部位固定，在尾部固定后，中間部位U 形釘的間距為1.5m 。（ 9）膨脹土填料的準備：按照就近取料的原則，將邊坡開挖出來的膨脹土在指定位置堆放，并用推土機履帶將其壓碎，嚴格控制填料的塊度不大于20cm。（ 10）滲水層的填筑：采用人工或機械按寬 50cm×高 25cm 將開挖的碎石土填筑于柔性擋墻墻背與超挖邊坡面之間以形成

15、墻背滲水層，也可采用待下一層土工格柵鋪設前，用挖掘機在天然邊坡一側開挖深 50cm 的溝，然后填碎石土層形成墻背滲水層，注意開挖深度應保證與下一層的透水碎石土層相接。（ 11）基礎的填筑：基礎 1.5m 高范圍內全部采用滲水良好的碎石土填料進行回填，壓實度要求達到 90%，壓實厚度按 25cm 一層進行控制。（ 12）上第一層填料：用裝載機或挖掘機將備好的膨脹土料置放于土工格柵上。（ 13）填料的攤鋪及碾壓：采用推土機將碎石土填料沿邊坡縱向推平，達到平整性要求后用推土機履帶進行碾壓；碾壓遍數應根據實際情況作及時調整。注意，施工機械不得直接在土工格柵上行走。（ 14）上第二層填料：直接在第一層已

16、壓實的土層上上第二層填料并進行碾壓。（ 15）放線：按設計圖紙規(guī)定的坡率進行測量放線。（ 16）修坡：采用人工將填筑并碾壓后的兩層土修成1： 1.5 的坡比。（ 17）第一層土工格柵反包：將預留的把格柵段沿修好的邊坡反包上并初張。（ 18）第二層土工格柵的攤鋪：預留 1.5m 的長度，將已準備好的一段的土工格柵沿橫斷面方向自包邊線處往路基邊坡方向展開。（ 19）格柵連接與搭接：將下層格柵的端部與上層格柵的適當位置用連接棒連接（以上層格柵張昆后其端部在包邊線附近為宜），為了保證格柵沿路中線方向的整體性，兩幅格柵間需搭接（格柵的寬度為 1.6 和 1.7M ），搭接寬度為5cm。（ 20）張拉及固

17、定：用連接棒將上下兩層的土工格柵連接，用一帶排鉤的工具拉住格柵，沿垂直路中線方向人工拉昆格柵產生1%-2% 的伸長率，連接棒必須被上下兩層土工格柵牢牢夾緊，并立即用“ U型”釘將格柵固定土層上。為防止格柵因倒土產生變形或褶皺，需在搭接處沿垂直路中線方向的中部加釘 “U”形釘（要求見設計圖）。（ 21）施工便道的修建：當邊坡填筑高低于 6m 時，可在柔性擋墻前方修筑便道，以便于填筑上土；當邊坡填高于 6m 時，采用通過邊坡側翼修便道的方式滿足上填料土和碎石土的要求。（ 22）重復（ 13）至（ 21）步驟，直到邊坡完工。上土機械及其操作采用運土車與裝載機或挖掘機相結合的方式進行。（ 23）坡頂回填土：按設計圖紙執(zhí)行。土層夯實可采用機械或小型壓路機。（ 24）邊坡封頂：在回填土上方以及膨脹土邊坡頂部鋪設“兩布一膜 ”，鋪設寬度（坡頂距離截水溝距離）不低于5m，頂部處理按設計圖紙執(zhí)行。（ 25）坡面反包格柵的保護：在反包邊坡表面培植30cm 非膨脹土，并隨著施工進程由下而上填土并拍實。以防止紫外線對格柵壽命的影響。（ 2