柔性支護(hù)技術(shù)在百色大道（一期）工程滑坡處治中的應(yīng)用

左虹俊　龔文宗　查俊

摘要：文章以百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡為工程背景，通過采用GeoStudio SEEP軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分析膨脹土在非正常工況下持續(xù)降雨入滲時(shí)邊坡土體含水量變化和膨脹力的影響，提出了一種改進(jìn)的滑坡處治柔性支護(hù)方案。結(jié)果表明，改進(jìn)的柔性支護(hù)方案在膨脹土滑坡處治中效果良好，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：滑坡;SEEP;柔性支護(hù);滲溝;土工格柵

中國(guó)分類號(hào)：U418.5+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

膨脹土是富含親水性礦物，有明顯的吸水膨脹、失水收縮特性的高塑性土[1]。膨脹土因其獨(dú)特的礦物成分、晶格構(gòu)架和顆粒組分，呈現(xiàn)出明顯的脹縮性、裂隙性和超固結(jié)特性[2]。膨脹土特殊的工程地質(zhì)特征往往給工程建設(shè)項(xiàng)目帶來較大的災(zāi)害[3]，是一種“問題多的特殊土[4]”。特別是在鐵路、公路工程建設(shè)中，路塹邊坡往往出現(xiàn)邊坡剝落、沖蝕、結(jié)構(gòu)物破壞、溜塌以及滑坡等病害，常常使鐵路、公路建設(shè)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5-6]。針對(duì)膨脹土的性質(zhì)和工程治理問題，已有許多學(xué)者進(jìn)行了研究[7-10]，特別是在公路工程中，“膨脹土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究”“膨脹土路基設(shè)計(jì)、加固與施工技術(shù)研究”“山區(qū)高速公路膨脹土綜合利用研究”等科研專項(xiàng)課題研究已成功結(jié)題并取得了很好的研究成果[11-12]。其中，柔性支護(hù)作為一種膨脹土滑坡治理的技術(shù)，因其有效利用開挖土石方，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，在膨脹土地區(qū)公路路塹邊坡、滑坡治理中應(yīng)用效果良好[13-14]。

本文結(jié)合百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡治理實(shí)例，介紹一種改進(jìn)的滑坡處治柔性支護(hù)方案，并考慮膨脹土受雨水作用時(shí)邊坡土體含水量變化和膨脹力的影響，提出具體柔性支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)，供相關(guān)工程參考。

1 工程概況

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段沿舊路往兩側(cè)拓寬成66 m的城市主干道，形成左挖右填的邊坡。其中，左側(cè)邊坡原設(shè)計(jì)坡率為1∶1.5，采用一級(jí)坡，左側(cè)邊坡最大挖方高度約12 m，挖方段長(zhǎng)度約100 m，邊坡采用植草防護(hù)。2014年7月底，此段邊坡按設(shè)計(jì)坡度開挖成型后，大部分路段出現(xiàn)塌方。2015年5月，塌方體被清理，邊坡坡率放緩為1∶2.3～1∶3。2015年6月初，該地段已放緩的邊坡又出現(xiàn)局部塌方，2015年7月中旬產(chǎn)生大面積塌方。

滑坡主滑方向長(zhǎng)度約100 m，寬度約30 m，滑動(dòng)面積約3 000 m2，厚度為1.50～6.50 m，平均厚度約3 m，垂直于路線方向，滑動(dòng)體積約0.9×104 m3，屬牽引式小型滑坡。

邊坡土層主要為殘坡積黏土層，主要由下伏第三系泥巖、半成巖的風(fēng)化物經(jīng)地表引力作用堆積形成，厚度一般為0.7～1.2 m，其下為泥巖。其中，殘坡積黏土層及下伏第三系泥巖均具有膨脹性，屬中等膨脹性巖土。本段邊坡土體土層結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，降雨入滲極易形成局部上層滯水。泥巖及其風(fēng)化黏土層具有中等膨脹性，吸水膨脹、崩解軟化、失水收縮，在降雨和暴曬等自然干濕循環(huán)作用下，橫向裂隙發(fā)育，縱向延伸，進(jìn)一步加劇了邊坡土層浸水軟化，雖然后來邊坡開挖坡率很緩，仍然發(fā)生了漸進(jìn)式淺層滑坡。

2 滑坡治理方案

現(xiàn)場(chǎng)滑坡踏勘時(shí)初擬滑坡治理方案有卸載、錨索（桿）錨固、抗滑樁支擋、加筋土柔性支護(hù)體反壓支擋等。由于本滑坡規(guī)模不大，考慮完全卸載滑坡體的方案，對(duì)膨脹土邊坡的防護(hù)，采用“完全卸載+土工格柵柔性支護(hù)體”的方案。

柔性支護(hù)作為膨脹土路塹邊坡滑坍的柔性處治新技術(shù)，主要是指以土工格柵、土工格室等加筋體加固邊坡土體為主，輔以邊坡內(nèi)外截排水措施的邊坡加固技術(shù)方案。柔性支護(hù)方案典型斷面圖如圖1所示。

柔性支護(hù)體主要通過以下幾個(gè)方面發(fā)揮作用：

（1）土工格柵、土工格室加筋體抗拉、抗滑和咬合作用，將柔性支護(hù)體連成整體。

（2）柔性支護(hù)體寬度一般較大（一般≥3.5 m）：①為機(jī)械施工平臺(tái)考慮;②為了充分地消納路塹開挖土方，有效利用資源;③為了增大柔性支護(hù)體自重，起到重力式擋土墻、抵抗路塹開挖邊坡土壓力的作用。

（3）土工膜（兩布一膜）和滲溝截排水作用，通過阻斷柔性支護(hù)體與地表水的水力聯(lián)系，充分排出土體內(nèi)部地下水，將柔性支護(hù)體維持在非飽和狀態(tài)，從而從源頭上防止膨脹土的脹縮潛勢(shì)。

（4）柔性支護(hù)體通過分層回填，分層碾壓，土工格柵、土工格室包封，在充分壓實(shí)下，土體抗剪強(qiáng)度有較大提高，進(jìn)而提高整體穩(wěn)定性。

3 問題的提出

根據(jù)勘察報(bào)告，滑坡段巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1。脹縮性試驗(yàn)結(jié)果見表2。

通過對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：本滑坡段土體為百色地區(qū)典型膨脹土，其由平衡法試驗(yàn)得到的膨脹力高達(dá)141 [HTSS]kPa，遠(yuǎn)高于周邊其他膨脹土地區(qū)，需對(duì)柔性支護(hù)加筋體的筋帶軸力進(jìn)行分析判斷。另外，業(yè)主單位棄方處理困難，要求盡量利用邊坡開挖土方。加上該段滑坡體性質(zhì)較差，因此，需對(duì)柔性支護(hù)典型斷面進(jìn)行改進(jìn)。

4 柔性支護(hù)優(yōu)化方案

4.1 膨脹力

膨脹力是指黏性土在有側(cè)限條件下充分吸水，使其保持不發(fā)生膨脹變形時(shí)所需施加的最大壓力值[1]。按力學(xué)概念，是指增加含水率而保持體積不變產(chǎn)生的力，所以其大小是隨含水率增加而變化的。如本工程滑坡土體的膨脹力為141 [HTSS]kPa，說明只有當(dāng)其充分浸水時(shí)，要維持土體零變形，最大將產(chǎn)生141 [HTSS]kPa的力，該力若由土工格柵來承擔(dān)，常規(guī)土工格柵往往被拉壞。實(shí)際上，對(duì)柔性支護(hù)體而言，由于表層土工膜（兩布一膜）和碎石排水層、滲溝的作用，柔性支護(hù)體本身的含水量變化較小。為模擬柔性支護(hù)體在降雨過程中土體本身含水量的變化，本文采用Geostudio SEEP軟件模擬降雨入滲工況，土體滲流參數(shù)如表1所示，并假設(shè)滲透系數(shù)不隨孔壓、基質(zhì)吸力等改變，降雨強(qiáng)度按暴雨考慮，單位流量為q=50 mm/d。滲流計(jì)算結(jié)果見圖2。

假設(shè)暴雨降雨時(shí)間為3 d，則在土工膜+滲溝排水和無土工膜+滲溝排水情況下，柔性支護(hù)體的含水量增量分別為1.3%和6.9%。參考文獻(xiàn)[15]可知，膨脹力的大小與初始含水率、干密度有關(guān)，如圖3所示。

以參考文獻(xiàn)[15]粗略估算，降雨入滲作用下，因含水率變化引起土體的膨脹力分別約為3.8 kPa和18 kPa（因含水率變化較小，兩種情況均假設(shè)土體增濕處于前期階段，自然膨脹力與增濕關(guān)系曲線未到達(dá)“拐點(diǎn)”[16]）。因此，可認(rèn)為選擇較低規(guī)格的土工格柵TGDG50即可滿足要求。

4.2 優(yōu)化方案

為響應(yīng)業(yè)主盡量消納開挖土方的要求，設(shè)計(jì)了三種型式的柔性支護(hù)體方案：（1）底寬12 m，坡率為1∶1.75;（2）底寬8 m，坡率為1∶2.25;（3）底寬6 m，坡率為1∶2.5。這三種柔性支護(hù)體方案，總體挖填方量相差不大，主要控制因素為邊坡穩(wěn)定性、施工工藝以及工程造價(jià)。經(jīng)比選分析，推薦采用坡率為1∶2.25的柔性支護(hù)方案，同時(shí)為了加強(qiáng)柔性支護(hù)體的抗滑穩(wěn)定，柔性支護(hù)體底部采用加筋的碎石墊層基礎(chǔ)，并設(shè)置了長(zhǎng)寬分別為50 cm×50 cm的縱向滲溝。見圖4。

柔性支護(hù)處治滑坡設(shè)計(jì)具體實(shí)施情況如下：

（1）坡頂截水溝及平臺(tái)排水溝：于坡頂線外5.0 m設(shè)置截水溝，并采用M7.5砂漿進(jìn)行抹面，以攔截坡頂以上的地表水。在每級(jí)邊坡平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置40 cm×40 cm平臺(tái)排水溝，并采用M7.5砂漿進(jìn)行抹面，順接坡頂截水溝，作用是匯集邊坡表面降水，由截水溝排出邊坡外。

（2）在柔性支護(hù)體頂部、柔性支護(hù)體基礎(chǔ)底部以及每級(jí)平臺(tái)下面鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜（兩布一膜）隔水，另回填30 cm的耕植土植草防護(hù)。

（3）在柔性支護(hù)體后設(shè)50 cm厚級(jí)配碎石排水層，以疏干巖土體內(nèi)裂隙水。在第1級(jí)坡體內(nèi)平臺(tái)設(shè)一道滲溝，墻底設(shè)一道滲溝，其尺寸均為50 cm×50 cm，滲溝排入預(yù)留的雨水井，并排出路基。

4.3 滑坡處治效果

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡處治施工總工時(shí)不到一個(gè)月，快速經(jīng)濟(jì)地解決了道路路塹滑塌影響正常市政主干道營(yíng)運(yùn)的問題，充分說明了柔性支護(hù)技術(shù)“以柔治脹”“保濕防滲”的效果。該滑坡路段至今非常穩(wěn)定。

5 結(jié)語

柔性支護(hù)是一種較新型的邊坡處治技術(shù)，其作為交通部《膨脹土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究》的課題成果之一，在各膨脹土地區(qū)公路項(xiàng)目中均已取得了成功的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合百色大道（一期）工程滑坡處治案例，通過對(duì)漸進(jìn)式淺層滑坡特殊地質(zhì)條件的分析，針對(duì)項(xiàng)目的特點(diǎn)和要求，改進(jìn)了柔性支護(hù)體處治方案。其良好的滑坡治理效果也進(jìn)一步驗(yàn)證了柔性支護(hù)技術(shù)的可行性與優(yōu)越性，值得類似工程借鑒。

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