塹邊坡柔性擋墻對(duì)公路膨脹土路的作用
導(dǎo)語(yǔ)：膨脹巖土又叫脹縮土是一種特殊土，它是在地質(zhì)作用下形成的一種主要由親水性強(qiáng)的粘土礦物組成的多裂隙并具有顯著膨脹性的地質(zhì)體。
一、工程概況
南寧至友誼關(guān)高速公路是廣西公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，也是我國(guó)通往越南乃至東南亞地區(qū)最便捷的陸路國(guó)際通道。該路線全長(zhǎng)220km，在穿越廣西寧明盆地邊緣時(shí)，遇到第三系始新統(tǒng)那讀組(Ny)粘土巖及其風(fēng)化殘積形成的厚層粘土，普遍具有膨脹性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣的特征并結(jié)合工程勘察的資料表明：在挖方邊坡剖面上分布有兩層膨脹土，第一層為灰白色高含水量的膨脹土，具有中等的膨脹性;第二層為灰黑色弱膨脹泥巖。膨脹土是一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。在這種地區(qū)修建公路，常出現(xiàn)公路路基開(kāi)裂、邊坡滑坡、失穩(wěn)等一系列質(zhì)量問(wèn)題或事故，國(guó)際上視其為公路施工的“癌癥”。據(jù)報(bào)道，美國(guó)高等級(jí)的公路每年因膨脹土變形所造成的損失，平均就在10億美元以上，我國(guó)前幾年因膨脹土造成的直接損失也在億元級(jí)之?dāng)?shù)。
膨脹土邊坡失穩(wěn)是膨脹土地區(qū)一種最常見(jiàn)的斜坡變形現(xiàn)象，無(wú)論是膨脹土自然斜坡還是人工開(kāi)挖的.邊坡，失穩(wěn)現(xiàn)象都十分普遍，常常形成區(qū)域性災(zāi)害，而且具有反復(fù)性和長(zhǎng)期潛在的危害性，修復(fù)極為困難。因此，膨脹土邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題已是巖土工程中迫切需要解決的難題之一。過(guò)去治理這種路塹“腫脹癥”，一般采用放緩邊坡處理或砌筑片石、砌筑混凝土預(yù)制塊護(hù)坡或砌筑片石擋墻。但從現(xiàn)有工程路塹坡度的調(diào)查結(jié)果看，膨脹土邊坡失穩(wěn)不一定在邊坡較陡的區(qū)段發(fā)生，坡度比從1：2～1:3的邊坡，也都出現(xiàn)不穩(wěn)定，特別是在有軟弱夾層時(shí)，邊坡緩至1：5～1：8也不一定完全穩(wěn)定。因此，放緩邊坡并非解決膨脹土路塹邊坡穩(wěn)定的良策，甚至作用不大，而且損失還會(huì)持續(xù)發(fā)生。本文抓住膨脹土路塹邊坡失穩(wěn)的主要特點(diǎn)和規(guī)律，以“土工格柵柔性擋墻”的方案處理南友公路K133+830～K134+120段坍塌路塹邊坡為例子探討適合膨脹土路塹邊坡處治的防護(hù)方案，為其他同型路段施工摸索經(jīng)驗(yàn)。
二、膨脹土路塹邊坡失穩(wěn)的主要特點(diǎn)和規(guī)律
與其它土質(zhì)的滑坡相比，膨脹土邊坡的失穩(wěn)形式有其特殊的規(guī)律。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外膨脹土開(kāi)挖邊坡滑動(dòng)現(xiàn)象的分析，可以將其最基本的特征和共同規(guī)律歸納如下：
親水性：膨脹土中成分中含有較多的親水性強(qiáng)的蒙脫石(微晶高嶺土)、伊利石(水云母)、硫化鐵等膨脹性物質(zhì)，土的細(xì)顆含量較高，具有明顯的濕脹干縮效應(yīng)。
淺層性：發(fā)育深度同裂隙發(fā)育深度及大氣風(fēng)化影響深度基本一致，通常小于6米;
逐級(jí)牽引性：先在坡腳局部破壞，然后向上牽引發(fā)展，形成多層次滑動(dòng)面;
緩坡滑動(dòng)：邊坡的穩(wěn)定坡角比一般土質(zhì)的邊坡緩;
季節(jié)性：邊坡失穩(wěn)絕大多數(shù)發(fā)生雨季，降雨是主要的外部誘發(fā)因素;
開(kāi)挖后有較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間：很多膨脹土邊坡穩(wěn)定數(shù)年后才失穩(wěn)。
上述特點(diǎn)使得膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)方法不能簡(jiǎn)單采用一般土質(zhì)邊坡的設(shè)計(jì)方法，而需要探索適合其特點(diǎn)的防護(hù)措施。
三、膨脹土路塹柔性邊坡?lián)鯄?/strong>
(一)膨脹土路塹柔性邊坡?lián)鯄υO(shè)計(jì)原理
根據(jù)上述分析，膨脹土路塹邊坡防護(hù)，一是為了預(yù)防含水量的變化可能產(chǎn)生的邊坡變形破壞，二是對(duì)已產(chǎn)生變形破壞的邊坡進(jìn)行治理。因此，邊坡防護(hù)措施的選擇，應(yīng)針對(duì)膨脹土的工程特性，結(jié)合路塹邊坡穩(wěn)定性來(lái)分析。膨脹土路塹柔性邊坡?lián)鯄褪腔诖嗽瓌t提出的。
柔性邊坡?lián)鯄μ幹渭夹g(shù)是利用“土工格柵”的塑料工程材料，將公路邊坡表層“包”起來(lái)，充分利用土工網(wǎng)格的抗拉強(qiáng)度、土與網(wǎng)格的相互咬合摩擦作用來(lái)控制路基塌陷，圖1為南友公路K133+820～K134+120柔性邊坡?lián)鯄Ψ雷o(hù)圖。
1.柔性邊坡?lián)鯄猛凉じ駯诺纳炖�，通過(guò)土中鋪設(shè)網(wǎng)格吸收部分土體因干燥失水收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，抑制邊坡土體開(kāi)裂的寬度和深度，防止坡面產(chǎn)生嚴(yán)重開(kāi)裂為外界環(huán)境水分入浸提供通道，從而保持邊坡土體天然含水量狀態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定。
2.土中加網(wǎng)格可抑制因水分進(jìn)入坡面引起膨脹土體膨脹、松散，提高路基表面土體的整體性和抗剪強(qiáng)度，保證邊坡表面土體雨季飽水后，不至于強(qiáng)度降低過(guò)多，自重過(guò)大而失穩(wěn)。
(二)柔性擋墻施工技術(shù)
柔性擋墻的施工按以下步驟進(jìn)行：
1.首先對(duì)邊坡進(jìn)行清方，對(duì)未滑塌區(qū)域按設(shè)計(jì)擋墻寬度開(kāi)挖，滑塌區(qū)清至邊坡滑塌松方與未滑塌邊界止。
2.擋墻基礎(chǔ)開(kāi)挖及縱向滲溝設(shè)置：滲溝底、側(cè)面鋪防水兩布一膜，滲溝底部布置縱向Φ10有孔PVC滲管作為縱向排水通道，回填2～4cm碎石。
3.擋墻主體首先采用碎石土回填，單向拉伸土工格柵TL-35加筋，填筑一定高度后，填料采用邊坡清方膨脹土，用同種土工格柵進(jìn)行加筋，在清方邊坡一側(cè)填碎石土形成墻背滲水層，施工過(guò)程刷坡及清理塌方的膨脹土直接用于回填;土工格柵在按設(shè)計(jì)修整后的邊坡線上反包，并用土工連接棒與上一層土工格柵在預(yù)留反包格柵1.5m處搭接串聯(lián)，沿垂直路中線方向采用張具拉緊并產(chǎn)生1%～2%伸長(zhǎng)率，立即用“U”型釘將格柵固定在土層上，以提高擋墻的整體性及推箍作用。
4.回填至設(shè)計(jì)高程后,用兩布一膜封頂,回填種植土,同時(shí)進(jìn)行其他附屬工程的施工。
(三)柔性邊坡?lián)鯄Φ氖┕べ|(zhì)量控制
膨脹土路塹柔性邊坡?lián)鯄μ幚砑夹g(shù)應(yīng)抓好以下質(zhì)量控制要點(diǎn)：
1.確保膨脹土擋墻滲水層的寬度。為確保膨脹土擋墻滲水層的寬度，本施工路段在施工過(guò)程中，除用大型挖掘機(jī)清除大部分覆蓋在滲水層上的膨脹土外，靠近滲水層位置，改用小型挖掘機(jī)和人工清除邊角部位剩余的非適應(yīng)性填料，再用碎石土回填做墊層，并設(shè)隔水層。
2.為加強(qiáng)土工格柵的牢固性，U型釘按品字型布置，間距控制在80cm內(nèi)，同時(shí)在兩塊土工格柵搭接部位增加3～4枚U型釘。
3.為保證施工質(zhì)量，改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的施工安排：滲水層及土工格柵鋪設(shè)盡量安排白天施工，以便更清楚檢查滲水層的連續(xù)、貫通，同時(shí)由于白天溫度較高，土工格柵鋪設(shè)完成后當(dāng)溫度降低時(shí)可增加收縮張力，晚上安排膨脹土填筑施工進(jìn)行覆蓋，把溫差變化對(duì)工程質(zhì)量的影響減至最小。
四、結(jié)語(yǔ)
南友公路K133+830～K134+120柔性路塹邊坡?lián)鯄?004年11月上旬完工，歷經(jīng)了2005年提前到來(lái)雨季的洗禮，經(jīng)受了特大暴雨的考驗(yàn)，邊坡仍完好無(wú)沖刷和溜坍現(xiàn)象�？梢�(jiàn)利用柔性擋墻處治邊坡，能有效地防治邊坡的沖刷和溜坍，防治水土流失，使防護(hù)邊坡穩(wěn)定美觀，是膨脹土地區(qū)路塹邊坡防護(hù)一種切實(shí)可行的防護(hù)措施。它具有以下優(yōu)勢(shì)：
1.柔性邊坡?lián)鯄Ψ雷o(hù)由于受到土工格柵較好的彈塑性對(duì)土的阻尼作用，能夠消除膨脹土脹縮力的影響，可在設(shè)計(jì)和施工階段最大可能消除和抑制各類病害，防患于未燃，并且可以減少運(yùn)營(yíng)期的維修成本。
2.從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，可以節(jié)約大約30%或更高的造價(jià)。根據(jù)測(cè)量資料K133+830～K134+120段柔性擋墻邊坡回填膨脹土18804m3,使用土工格柵15000m2,根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際單價(jià)計(jì)算造價(jià)為43萬(wàn)元，與實(shí)際坍塌區(qū)坡率1:3放緩邊坡方案比較，能節(jié)約投資12萬(wàn)元。
3.與一般的漿砌片石或漿砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡相比，具有易掌握、易操作、工期短、效果好的特點(diǎn)，并且可以充分利用清出來(lái)的膨脹土。
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