花崗巖殘積土路堤邊坡水毀病害成因分析及處治措施

舒彪

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510000）

花崗巖殘積土路堤邊坡水毀病害成因分析及處治措施

舒彪

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510000）

花崗巖殘積土是一種由花崗巖高度風(fēng)化形成的特殊土壤，用于填筑的路堤邊坡。在傳統(tǒng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)形式下，難以經(jīng)受連續(xù)強(qiáng)降雨的沖刷作用，容易產(chǎn)生水毀病害。結(jié)合廣佛肇高速公路花崗巖殘積土路堤邊坡水毀病害情況，分析病害形成原因，提出處治措施并進(jìn)行施工實(shí)踐，總結(jié)出行之有效的施工方法。

花崗巖殘積土；邊坡；水毀；成因分析；處治措施

0 引言

廣佛肇高速公路肇慶大旺至封開江口段項(xiàng)目K107＋800～K121+140.55 路段位于德慶縣境內(nèi)，沿線為低緩丘陵夾山間洼地地貌，地形較緩，山體渾圓；基巖為燕山晚期花崗巖，風(fēng)化層厚，工程地質(zhì)分區(qū)屬于Ⅲ區(qū)。路基工程路堤填料均就地取材，主要利用花崗巖殘積土在正常氣候條件下按規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí)填筑。

2016 年 1 月 26—28 日期間，受厄爾尼諾災(zāi)害性氣候影響，德慶縣出現(xiàn)了連續(xù)高強(qiáng)度降雨，24 h降雨量達(dá) 85 mm。此時(shí)，廣佛肇高速 K107＋800～K121+140.55 段已完成路基填筑的路堤邊坡發(fā)生了嚴(yán)重的水毀病害，主要表現(xiàn)為邊坡大范圍出現(xiàn)淺層滑塌，坡面人字骨架損毀嚴(yán)重以及出現(xiàn)多道沖蝕溝。

1 病害成因分析

1.1 土壤特性

根據(jù)項(xiàng)目地勘X射線衍射礦物分析成果可知，花崗巖風(fēng)化發(fā)育而成的土壤主要礦物成分為石英、高嶺石、伊利石等，具有親水性，是高液限及膨脹性的前提。土壤粒徑大于 0.025 的含量高達(dá) 50%以上，主要為中砂，結(jié)構(gòu)松散；孔隙率和吸水率小，膨脹系數(shù)不一，保水性及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)差；容易產(chǎn)生層狀裂隙和剝蝕，層間內(nèi)摩擦角小，吸水后的黏結(jié)力幾乎為 0，抗蝕性和抗沖性小。

1.2 病害成因

采用花崗巖殘積土填筑的路堤，透水系數(shù)接近砂性土。而水對砂土邊坡穩(wěn)定性起著兩方面的作用：

（1）增加坡體的重力，對土體產(chǎn)生動水壓力，改變邊坡的極限平衡條件。

（2）改變邊坡土體的強(qiáng)度指標(biāo)，隨著含水量增大，抗剪強(qiáng)度下降。

風(fēng)化土層不同含水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1。

表1 風(fēng)化土層不同含水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)表

短時(shí)間持續(xù)降雨，容易在路堤路肩及平臺產(chǎn)生積水，同時(shí)在坡面形成強(qiáng)烈的徑流沖刷作用；在降雨作用下，雨水滲入，路堤坡面淺表土體形成連續(xù)飽和層，水在短時(shí)間內(nèi)往往來不及向深處滲透，使土的稠度劇變、強(qiáng)度聚降，導(dǎo)致坡面發(fā)生局部坍滑，為沖刷作用提供基本條件[1]。

當(dāng)坡面淺表層被沖刷后，植被遭受破壞，土層暴露，沖刷作用進(jìn)一步加劇，進(jìn)而導(dǎo)致路堤坍肩、淺層滑坡、沖溝等嚴(yán)重路堤水毀病害的發(fā)生。

2 病害處治措施

2.1 病害處治總體方案

根據(jù)水毀病害形成過程及影響因素分析，主要從以下三個(gè)方向制定預(yù)防和治理病害的方案：

（1）增加土體強(qiáng)度，增強(qiáng)邊坡整體穩(wěn)定性；

（2）降低雨水侵蝕作用，疏排結(jié)合；

（3）提高生物措施，以生物保工程。

2.2 病害處治實(shí)施方法

2.2.1 填筑玻璃纖維格柵加筋土

2.2.1.1 作用機(jī)理

玻璃纖維格柵具有很高的抗拉強(qiáng)度，抗變形能力強(qiáng)；網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，土體可以貫穿其中形成機(jī)械嵌鎖，增強(qiáng)格柵與土體的摩擦咬合力；同時(shí)涂覆了特殊處理劑，具有很高的耐磨性、抗侵蝕性（見表2）。

表2 玻璃纖維格柵性能指標(biāo)表

采用玻璃纖維格柵對花崗巖殘積土做加筋處理，格柵與土體產(chǎn)生相互嵌固作用，使土體強(qiáng)度遠(yuǎn)高于無筋土，極大地提高了邊坡土層整體性和抗剪能力。當(dāng)加筋土受雨水沖刷作用時(shí)，咬合鑲嵌的摩擦阻力制約了土體變形，同時(shí)格柵分擔(dān)了部分拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，有效地防止淺表土層發(fā)生局部坍塌、滑坡和沖蝕[2]。

2.2.1.2 施工方法

根據(jù)圖1，水毀邊坡采用玻璃纖維格柵加筋土填筑的具體施工方法如下：

（1）按典型斷面圖開挖線要求進(jìn)行測量放樣，然后由坡腳至坡頂?shù)捻樞蚍旨夐_挖；坡面挖好后，每一級邊坡底部先鋪設(shè)防滲土工膜（采用二布一膜），根據(jù)平臺面積設(shè)置 1～2 道直徑 10 cm 的軟式透水管，再采用 50 cm 厚的 8%水泥攪拌土進(jìn)行壓實(shí)填筑，見表3。

圖1 花崗巖殘積土路堤邊坡水毀病害治理典型斷面（單位:m）

表3 防滲土工膜性能指標(biāo)表

（2）邊坡底部壓實(shí)后，先鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵，并預(yù)留出足夠的寬度，然后立即填筑土層，再利用預(yù)留的土工格柵將第一層填土進(jìn)行反包。根據(jù)邊坡情況，每層土工格柵反包土的厚度按 50 cm控制，填土采用挖掘機(jī)進(jìn)行拍實(shí)。

（3）第一層土壓實(shí)、反包后，接著進(jìn)行 20～30 cm厚的土層填筑、壓實(shí)，將反包的土工格柵固定，然后再鋪設(shè)第二層土工格柵，回填 50 cm 厚的第二層填土并壓實(shí)、反包。按此填筑方式依次循環(huán)，最后將每級邊坡填筑至距離坡頂 50 cm 位置。

（4）采用多平臺邊坡結(jié)構(gòu)，每級邊坡填筑高度按 4～6 m 進(jìn)行控制，降低整體坡率，提高邊坡整體穩(wěn)定性。

2.2.2 設(shè)置平臺及邊溝復(fù)合防排水結(jié)構(gòu)

利用加筋土技術(shù)填筑邊坡后，在每級坡頂預(yù)留 50 cm 厚位置處，設(shè)置平臺及邊溝復(fù)合防排水結(jié)構(gòu)，采用防滲土工膜 +8%水泥攪拌土 + 軟式透水管方式進(jìn)行處理，做到疏排結(jié)合。

2.2.2.1 作用機(jī)理

（1）通過對花崗巖殘積土進(jìn)行改良，摻 8%水泥與花崗巖殘積土進(jìn)行拌合形成一種半封水、不易開裂、強(qiáng)度高的水泥改性土，再利用改性土進(jìn)行平臺和平臺邊溝修筑，平臺和邊溝在地表氣候變化條件下干縮變形保持一致，可避免設(shè)置變形縫，確保結(jié)構(gòu)整體性，提高防排水結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量和防排水效率[3]。

（2）設(shè)置小滲溝、放置防滲土工布和軟式透水管排滲，在修筑排水邊溝和封水平臺前完成平臺小滲溝施工，保持在一定的微裂狀況下仍具有良好的防排水功能，避免因地表水沿裂縫下滲而造成路堤局部破壞，進(jìn)一步減少降雨入滲路堤邊坡引起的不利影響，如圖2所示。

圖2 路堤平臺及邊溝復(fù)合防排水結(jié)構(gòu)

2.2.2.2 施工方法

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，采用全站儀進(jìn)行放樣，測定路堤平臺的中樁、邊樁及路堤邊坡坡度線；水準(zhǔn)測量標(biāo)記坡面標(biāo)高及平臺標(biāo)高，明確平臺邊溝、小滲溝的開挖線。

（2）從下級坡頂預(yù)留位置處，填筑反向坡率為3%的臺階，并在距臺階外邊緣 2m 處開挖一道寬30 cm、深 20 cm 的 倒 三 角 滲 溝 ，人 工 清 理 、平 整 ；然后在小滲溝開挖面上鋪設(shè)一層防滲土工膜，將4根直徑 5 cm 的軟式透水管置于小滲溝底部。小滲溝基槽開挖按每段5m逐段連續(xù)進(jìn)行。

（3）按水泥與花崗巖殘積土比重為 8%的比例進(jìn)行攪拌，花崗巖殘積土含水量控制在軟可塑狀態(tài)，拌合后的水泥改性土以達(dá)到硬可塑狀態(tài)為準(zhǔn)；然后將花崗巖殘積土水泥改性土填筑在防滲土工膜上形成邊坡平臺，壓實(shí)厚度控制在 50 cm 左右。

（4） 在距平臺外邊緣 0.8～2 m 處反開挖一道深 30 cm 的平臺邊溝，開挖時(shí)保證邊溝底水泥改性土厚度不小于 20 cm；平臺與邊溝施工與小滲溝基槽開挖保持一致，每 5 m 一段，逐段連續(xù)進(jìn)行，每完成一段后，立即進(jìn)行平整、搗實(shí)及人工修整。

（5）采用水泥砂漿對平臺邊溝進(jìn)行抹面施工，水泥砂漿厚度不小于 3 cm，灑水養(yǎng)護(hù)不少于 7 d；坡面每間隔 20 m 設(shè)置一道水泥砂漿急流槽，并與平臺邊溝、坡腳排水溝連接。

2.2.2.3 植物防護(hù)

根據(jù)“上削、下堵、中間綠化”的原則，將生物措施與工程措施相結(jié)合，利用深根植物護(hù)坡，提高邊坡穩(wěn)定性。主要施工方法如下：

（1）先將種植土添加營養(yǎng)泥調(diào)制成泥漿，采用泥漿泵向平臺及坡面噴射泥漿，邊噴射邊人工搟壓，使泥漿完全覆蓋。施工中嚴(yán)格控制營養(yǎng)泥的稠度，不宜過稀或過干，確保不流失、不收縮開裂。

（2）選擇具有深根、耐瘠、快長特性的植被種子，采用液壓噴播機(jī)將種子與肥料、土壤改良劑、種子黏結(jié)劑、保水劑、水的混合物均勻噴灑在坡面上，然后覆蓋無紡布并灑水養(yǎng)護(hù)，無紡布單位面積質(zhì)量不小于 14 g/m2。

（3）分前、中、后三期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，前期養(yǎng)護(hù) 60 d，噴灌水為主，經(jīng)常保持土壤濕潤，以促進(jìn)種子發(fā)芽和快速生長覆蓋；中期靠自然雨水養(yǎng)護(hù)，遇旱，月噴 2～3 次水；后期養(yǎng)護(hù)每月噴水 2 次，并追施氮肥，促苗生長。發(fā)現(xiàn)病蟲害時(shí)及時(shí)噴藥，防止蔓延。

3 結(jié)語

根據(jù)廣佛肇高速公路項(xiàng)目邊坡水毀病害現(xiàn)場情況，經(jīng)研究分析，在花崗巖風(fēng)化程度高的地區(qū)利用殘積土填筑邊坡時(shí)，連續(xù)強(qiáng)降雨可直接造成土體自身強(qiáng)度破壞，易形成水毀病害。通過對土工格柵加筋土、水泥改性土、植物防護(hù)等技術(shù)的加強(qiáng)和改進(jìn)，用于治理邊坡的水毀病害，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，施工完成后的路堤邊坡經(jīng)歷雨季時(shí)不再有新的病害發(fā)生，治理效果顯著。

實(shí)踐證明，土工格柵加筋土增強(qiáng)了邊坡整體性，水泥改性土平臺及邊溝降低了雨水侵蝕作用，深根植物加強(qiáng)了邊坡穩(wěn)定性，為治理花崗巖殘積土路堤邊坡水毀病害提供了全新的思路；同時(shí)，也對特殊地質(zhì)條件的邊坡防護(hù)施工具有指導(dǎo)和借鑒作用，社會效益明顯，應(yīng)用前景廣闊。

[1] 李思平.廣東省崩崗侵蝕規(guī)律和防治的研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1992(3）：68-74.

[2] 趙志忠.土工格柵在路基填挖交界處的應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫，2007，36(1）：129.

[3] 王幸福. 公路工程水泥土的施工工藝及質(zhì)量控制[J]. 科技與企業(yè)，2013(6）：172.

U418.5+4

:B

:1009-7716（2017）05-0239-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.05.067

2017-02-16

舒彪（1987-），男，湖南懷化人，工程師，從事路橋施工及管理工作。