高速公路膨脹土路塹邊坡防護(hù)方案研究

孫曉欣

（深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東　深圳　518094）

高速公路膨脹土路塹邊坡防護(hù)方案研究

孫曉欣

（深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東深圳518094）

針對(duì)清遠(yuǎn)至連州高速公路膨脹土路塹邊坡防護(hù)實(shí)例，通過(guò)對(duì)其病害進(jìn)行分析，并對(duì)原路塹邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了修改，提出了相應(yīng)的防護(hù)措施方案，在實(shí)際工程中成功應(yīng)用，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)以后類(lèi)似工程實(shí)踐有一定的參考價(jià)值。

高速公路；路塹邊坡；膨脹土；防護(hù)

0　引言

清（遠(yuǎn)）連（州）一級(jí)公路升級(jí)改造（高速）工程連州至鳳埠段土建J5合同段線路總長(zhǎng)為4.57 km，新建半幅路基。合同段所轄范圍內(nèi)沿線地勢(shì)高低起伏，溝壑縱橫，多數(shù)地段屬于高填深挖路段，路基清表后發(fā)現(xiàn)原地表土質(zhì)為紅黏土。為進(jìn)一步驗(yàn)證路基土質(zhì)情況，自J5合同段進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行路基清表后，連南段項(xiàng)目管理處中心試驗(yàn)室組織承包人對(duì)其沿線土質(zhì)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了逐段取樣、逐段試驗(yàn)，最終結(jié)果表明J5合同段挖方段棄土均為弱膨脹性高液限紅黏土，相應(yīng)路段的路塹邊坡防護(hù)應(yīng)作為施工重點(diǎn)，需認(rèn)真對(duì)待。

1　膨脹土路塹邊坡病害特征［1］

1.1剝落

膨脹土路塹邊坡經(jīng)風(fēng)化后，坡面表層土質(zhì)形成細(xì)粒狀、鱗片狀形態(tài)，受自重影響沿坡面向下滑落。剝落現(xiàn)象多發(fā)生在干旱季節(jié)，干旱時(shí)間越長(zhǎng)，土體內(nèi)水分蒸發(fā)越強(qiáng)烈，相應(yīng)的剝落現(xiàn)象也越嚴(yán)重。

1.2沖蝕

膨脹土路塹邊坡坡面的松散土層在雨水或徑流的地表水流沖刷作用下，沿坡面將形成溝狀沖蝕，破壞了坡面的完整性，同時(shí)也不利于坡面植物的生長(zhǎng)。

1.3泥流

雨季，膨脹土邊坡坡面的松散土粒以及坡腳的剝落堆積物經(jīng)水流裹帶搬運(yùn)形成泥流，在坡面風(fēng)化剝落嚴(yán)重且地表徑流匯集處較易發(fā)生。常造成道路排水系統(tǒng)的堵塞，路面的污染，嚴(yán)重時(shí)可將路基毀壞、路面掩埋。

1.4溜塌

風(fēng)化嚴(yán)重的膨脹土邊坡表層內(nèi)土體在吸收水飽和后，由于自身重力與滲透壓力的共同作用，沿坡面向下產(chǎn)生塑流狀的塌移。此現(xiàn)象是膨脹土邊坡表層最為常見(jiàn)的病害。

1.5坍滑及滑坡

膨脹土邊坡的淺層土體在濕脹干縮效應(yīng)、風(fēng)化作用的共同影響下，由于裂隙切割與水的作用，嚴(yán)重衰減了土體的強(qiáng)度，土體失穩(wěn)后沿滑動(dòng)面整體滑移并伴隨有局部的坍落；膨脹土邊坡的滑坡外貌呈弧形，滑床明顯，滑床后壁較為陡直，前緣相對(duì)平緩，主要由土體裂隙控制。

2　路塹邊坡原設(shè)計(jì)方案

2.1邊坡分級(jí)高度

對(duì)于土質(zhì)邊坡，按8～10 m進(jìn)行分級(jí)，不足12 m時(shí)一坡到頂；對(duì)于石質(zhì)邊坡，按15 m進(jìn)行分級(jí)，不足20 m時(shí)一坡到頂。

2.2邊坡防護(hù)方案

對(duì)于坡高小于4 m的土質(zhì)邊坡，采用客土直播進(jìn)行防護(hù)；對(duì)于坡高在8～12 m范圍內(nèi)的土質(zhì)邊坡，采用人字骨架植草防護(hù)。

3　膨脹土路塹邊坡建議防護(hù)措施

3.1總體原則

通過(guò)對(duì)J5合同段挖方段的土質(zhì)取樣試驗(yàn)，結(jié)果表明土質(zhì)具有弱膨脹性。邊坡防護(hù)因結(jié)合膨脹土遇水時(shí)膨脹、失水后收縮的特性進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

通過(guò)查閱原設(shè)計(jì)方案，J5合同段土質(zhì)邊坡坡率設(shè)計(jì)為1∶1.25，坡度較緩，能減輕部分土體下滑力，對(duì)膨脹土邊坡較為有利。邊坡防護(hù)采用客土直播植草防護(hù)或普通的人字骨架植草防護(hù)能夠起到封閉坡面的作用，但由于一般的草種根系深入土層深度較淺，即使個(gè)別根系能夠深入較深的土層，但由于植物根系之間難以形成有效的咬合，無(wú)法形成整體受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)膨脹土遇水膨脹失水收縮時(shí)無(wú)法起到支撐固定、穩(wěn)定坡面的作用；同樣，采用普通的人字骨架植草防護(hù)，由于骨架嵌入土層深度較淺，難以起到穩(wěn)固坡面的作用，雨季到來(lái)時(shí)，對(duì)膨脹土邊坡的吸水飽和膨脹的特性難以及時(shí)起到疏干坡體積水的作用［2，3］。

3.2對(duì)于坡高小于4 m的路塹邊坡防護(hù)方案

建議采用盲溝+草灌混噴進(jìn)行防護(hù)，沿邊坡坡面每隔6～8 m設(shè)置垂直于坡面的縱向盲溝（盲溝尺寸適當(dāng)加大，四周采用滲水土工布包裹，頂面采用黏土進(jìn)行回填封閉），并與路基底部的縱向盲溝相通，另可以考慮與主盲溝之間設(shè)置支盲溝（尺寸比主盲溝?。痪G化主體采用灌木，草種僅在前期起保持水土作用。利用灌木根系固持能力強(qiáng)，根系深入土層，同時(shí)由于根系發(fā)達(dá)，相互之間形成緊密咬合的整體受力結(jié)構(gòu)，能夠較好地避免膨脹土坡面受雨水沖蝕，并能利用植物平衡土體內(nèi)含水量，對(duì)坡體穩(wěn)定起到一定的效果。

3.3對(duì)于坡高小于12 m的路塹邊坡防護(hù)方案

3.3.1柔性擋墻支護(hù)方案

推薦使用柔性擋墻支護(hù)方案，具體如下：柔性支護(hù)主要采用土工織物對(duì)邊坡土體進(jìn)行加筋處理，同時(shí)輔以其他必要的綜合處理措施。主要特點(diǎn)是支護(hù)體在滿足承受土體壓力的同時(shí)還能允許土體發(fā)生一定變形，并且能夠吸收膨脹土因含水量變化而產(chǎn)生的膨脹力以及因超固結(jié)引起的應(yīng)力釋放。

柔性支護(hù)體系主要由以下三個(gè)系統(tǒng)組成：

（1）柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)體

首先對(duì)路塹邊坡進(jìn)行超挖處理，超挖深度控制在3.5 m左右（邊坡坡度采用1∶1.25～1∶1.5），超挖部分的回填同樣采用膨脹土，回填過(guò)程中采用土工格柵分層鋪設(shè)并將土包裹起來(lái)，以此類(lèi)推，形成柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（2）排水系統(tǒng)

柔性支護(hù)體系的排水系統(tǒng)包括墻趾處排水滲溝、墻底排水墊層、墻背滲水層、坡頂塹頂截水溝及截水滲溝，具體可參照?qǐng)D1。

圖1　土工格柵鋪設(shè)大樣圖（單位：cm）

（3）坡表防護(hù)系統(tǒng)

柔性支護(hù)體系坡表防護(hù)系統(tǒng)由坡面植被防護(hù)層與坡頂土工布防水封閉層組成。

3.3.2邊坡支撐滲溝防護(hù)方案

建議采用邊坡支撐滲溝防護(hù)方案，具體如下：采用大骨架支撐滲溝應(yīng)用于膨脹土邊坡上，并通過(guò)分隔成小塊方式將邊坡整體膨脹力加以削弱。同時(shí)由于大型骨架嵌進(jìn)坡面一定深度，破壞原巖體結(jié)構(gòu)面，阻斷裂縫貫通，防止形成大滑體，分散塊體下滑力，起到對(duì)邊坡進(jìn)行分隔支擋的作用。當(dāng)雨季來(lái)臨時(shí)，通過(guò)已連成一個(gè)整體的支撐滲溝排水骨架，有效地將坡內(nèi)積水進(jìn)行疏排并降低濕脹干縮對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

采用支撐滲溝的邊坡防護(hù)方案需注意以下三點(diǎn)：

（1）支撐滲溝主骨架

支撐滲溝主骨架的設(shè)置，一般間距6～10 m、寬度2 m、深度2 m，根據(jù)J5合同段實(shí)際情況，由于膨脹土邊坡產(chǎn)生坍塌的滑動(dòng)面平緩，支撐滲溝可以按臺(tái)階式進(jìn)行考慮，滲溝底部及頂部采用漿砌片石，溝壁設(shè)置碎石反濾層，滲溝頂部可回填種植土進(jìn)行綠化處理，如圖2所示。

圖2　支撐滲溝大樣圖（單位：cm）

（2）支撐滲溝支骨架

支撐滲溝支骨架也可按照主骨架形式進(jìn)行設(shè)置，若一級(jí)邊坡，結(jié)合J5合同段膨脹土的脹縮性進(jìn)行綜合考慮，可將主骨架的設(shè)置間距縮短，之間采用深人字骨架進(jìn)行防護(hù)后綠化、封閉坡面，如圖3所示。

圖3　支撐滲溝骨架布置圖（單位：cm）

坡高小于10 m的膨脹土邊坡：建議支撐滲溝主骨架的設(shè)置間距縮短，其主骨架之間采用深人字骨架進(jìn)行防護(hù)后綠化、封閉坡面。

坡高大于10 m的膨脹土邊坡：建議設(shè)置支撐滲溝主骨架后按照?qǐng)D3間距設(shè)置支撐滲溝支骨架，主骨架與支骨架相通，疏排坡體水及穩(wěn)固坡面，主、支骨架頂部均培土綠化。除此以外，坡面也進(jìn)行綠化，防止發(fā)生坍塌等膨脹土病害。

（3）坡腳擋墻的設(shè)置

配合支撐滲溝的設(shè)置坡腳應(yīng)相應(yīng)增設(shè)擋墻（可采用混凝土結(jié)構(gòu)或漿砌片石結(jié)構(gòu)），墻背設(shè)置碎石反濾層，擋墻預(yù)留支撐滲溝出水口，并聯(lián)通路基邊溝，如圖4所示。

圖4　坡腳擋墻大樣圖（單位：cm）

3.4坡高大于12 m的二級(jí)及二級(jí)以上路塹邊坡防護(hù)方案

建議采用盲溝+錨桿框架+坡面綠化的防護(hù)方案，也可以采用設(shè)置支撐滲溝的方案。盲溝+錨桿框架+坡面綠化的防護(hù)方案具體如下：

3.4.1盲溝［4］

設(shè)置盲溝的主要作用是分隔與排水，可以將膨脹土坡面分隔成若干小塊，對(duì)膨脹土濕脹干縮產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行分解與擴(kuò)散，類(lèi)似于“沉降縫”的作用；利用設(shè)置橫縱交錯(cuò)的盲溝作為排除坡體水的通道，形成暢通的排水系統(tǒng)，有利于將坡體積水排出路基以外。

3.4.2錨桿框架［5］

錨桿的主要作用是通過(guò)嵌固深層的膨脹土體，將框架梁予以固定；框架梁主要對(duì)邊坡土體起約束作用，防止坡面變形，并能阻止膨脹土邊坡的淺層滑動(dòng)；反之，土體擠壓框架梁，框架梁進(jìn)一步約束土體，并在錨桿錨固力的作用下約束邊坡變形，提高整體強(qiáng)度。

3.4.3坡面綠化

坡面綠化可以緩解膨脹土邊坡受雨水、氣候等的影響，使土地內(nèi)含水量達(dá)到一定程度的平衡，減弱膨脹土邊坡的濕脹干縮，同時(shí)起到景觀綠化的效果。

4　結(jié)　語(yǔ)

膨脹土路塹邊坡盡可能地利用旱季進(jìn)行邊坡的刷坡施工及防護(hù)施工，避免雨季對(duì)邊坡的影響。目前該項(xiàng)目已完成施工，實(shí)踐證明：膨脹土路塹邊坡得到了較好的處理，保證了膨脹土地區(qū)路塹邊坡施工質(zhì)量，減少了后期病害。

［1］杜英.高速公路膨脹土路塹邊坡的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)研究 ［J］.公路，2015（7）:118-121.

［2］吉光杰.膨脹土路基邊坡病害防護(hù)及其加固技術(shù)探析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013（5）:58-60.

［3］袁從華，周健，楊明亮.高速公路膨脹土邊坡整治［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（A01）:3073-3078.

［4］陳向波，陳靜曦，袁從華.植被措施在膨脹土地區(qū)邊坡整治中的應(yīng)用［J］.交通科技，2005（1）:30-32.

［5］潘忠良，代杰.高速公路膨脹土路基邊坡的綜合防治［J］.交通科技，2003（3）:52-55.

U417.1

B

1009-7716（2016）07-0079-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.023

2016-02-29

孫曉欣（1984-），男，甘肅蘭州人，路橋工程師，從事路橋工程管理工作。