柔性擋土墻在膨脹土邊坡治理中的應(yīng)用

鄭仲康

摘要：文章結(jié)合膨脹土邊坡治理實(shí)例，介紹了膨脹土邊坡的病害原理，并通過膨脹土邊坡治理的方案比選，提出了柔性擋土墻應(yīng)用于該邊坡治理的設(shè)計(jì)方案與施工工藝，為類似膨脹土路基的邊坡治理提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：膨脹土;邊坡治理;柔性擋土墻

中圖分類號(hào)：U416.1+4A230833

0 引言

膨脹土在我國(guó)分布廣闊，其膨脹性的親水礦物主要是伊利石、高嶺石、蒙脫石等黏土礦物，其特征表現(xiàn)為吸水膨脹、失水收縮、吸水膨脹后強(qiáng)度降低、濕化崩解等，可見膨脹土是一種高液限的高塑型黏性土，對(duì)公路工程具有相當(dāng)大的危害性，如能在我國(guó)已建公路中做好膨脹土邊坡的治理，必將減少公路病害，延長(zhǎng)公路壽命。本文通過一個(gè)具體的膨脹土邊坡治理實(shí)例，詳細(xì)地闡述了柔性擋土墻技術(shù)在膨脹土邊坡治理中的應(yīng)用，為膨脹土路基工程的建設(shè)提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)某省道路段，路基全寬12 m，路面全寬9 m，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土路面。該路段屬于丘陵地帶，其地層表面覆蓋著較厚土層，路基左側(cè)為挖方路段，右側(cè)為填方路段，路基邊坡經(jīng)常在雨后出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。塌方病害如圖1所示，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）填方段邊坡受雨水影響向外滑移，引起路基浸水與下沉，并破壞了路基原擋土墻;

（2）挖方段邊坡土方受雨水影響滑塌，堆積到路面上并堵塞邊溝;

（3）填方段邊坡受雨水影響向外滑移，導(dǎo)致邊坡填土與路肩脫離，波形護(hù)欄向外傾斜。

2 膨脹土病害原理

膨脹土的顯著特點(diǎn)就是吸水膨脹失水收縮，在干濕交替作用下，不僅產(chǎn)生了強(qiáng)大的膨脹張力，還會(huì)對(duì)路基及其附屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，同時(shí)也不斷地加大了土體孔隙，使得土體更易受濕與干燥，不斷地吸濕溶解和風(fēng)化開裂，更進(jìn)一步地瓦解了土體自身的凝結(jié)力，也就形成了吸水膨脹后強(qiáng)度降低、濕化崩解、高液限流體等現(xiàn)象。在膨脹土顆粒大量吸收了進(jìn)入土體的水分后，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，變成軟塑狀黏性土，當(dāng)土體含水量超過某極限時(shí)，在重力作用下，土體沿滑動(dòng)面向坡腳滑移或流動(dòng)，既會(huì)使得邊坡土體剝離路基，強(qiáng)大的向下推力破壞了路基原有擋土墻，也使得波形護(hù)欄向外傾斜甚至倒塌。

本路段邊坡的病害基本符合膨脹土病害原理，邊坡土體滑移、邊坡土體剝離路基、原有擋墻移位斷裂、波形護(hù)欄外傾等病害的根源均在于其路基填土為膨脹土這一點(diǎn)上。本路段不良地質(zhì)土層為膨脹土層，主要由蒙脫石、伊利石等風(fēng)化后形成坡積土，具有很強(qiáng)的親水性，有著顯著的吸水膨脹和失水收縮而往復(fù)變形的特性，脹縮總率約3%，屬中等脹縮土。液限約60%，大氣影響急劇層深度2～3 m。

3 膨脹土病害治理的方案比選

對(duì)膨脹土路基的治理，一般有卸載、繞避、排水、換土、砂石墊層、土性改良、植被防護(hù)、擋土墻、邊坡錨桿等方法。針對(duì)本路段的膨脹土路基治理，主要側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)膨脹土邊坡的治理，以防止膨脹土邊坡進(jìn)一步惡化，切斷危害路基土體的病害源。經(jīng)過病害分析，針對(duì)本路段的膨脹土邊坡情況，共提出5種治理方案：（1）片石混凝土擋土墻方案;（2）柔性擋土墻方案;（3）鉿菱形方格防護(hù)方案;（4）錨桿主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)方案;（5）抗滑樁防護(hù)方案。

本路段邊坡不高并已多次坍落，邊坡較緩，雨水期間極易導(dǎo)致土體體積膨脹，土重增加并具有一定的流動(dòng)性，故不采用方案三和方案四。鑒于抗滑樁支擋防護(hù)方案主要適用于高大陡峭的邊坡處理，故抗滑樁支擋防護(hù)方案對(duì)本路段的塌方邊坡并不適用，加之其造價(jià)的費(fèi)用較高、施工難度較大，故本路段不采用方案五。本邊坡塌方路段膨脹土較深、塌方量較大、坡腳處濕陷土較厚、地基承載力薄弱，高度較大的片石混凝土擋墻施工難、造價(jià)高，自身穩(wěn)定性難以保障，故不采用方案一。柔性擋土墻既可依靠自身重力抵擋邊坡，又可利用自身柔性來緩沖局部邊坡的不均勻受力與變形，避免擋土墻脆性斷裂而失效，同時(shí)，柔性擋土墻對(duì)地基承載力要求并不高，比較符合本路段的病害特征與工程實(shí)際。另外，經(jīng)估算，采用柔性擋土墻方案的建設(shè)費(fèi)用僅為43萬元，相比其他方案的造價(jià)都要低，屬于C類一般設(shè)計(jì)變更范疇，可見在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均適合采用方案二，即柔性擋土墻支擋方案。

4 柔性擋土墻的具體設(shè)計(jì)

本路段的柔性擋土墻支擋方案，其具體設(shè)計(jì)為：擋墻寬4～6 m，高3～12 m。分層外包土工格柵，內(nèi)填土分層壓實(shí)，填土坡比為1∶1.5，形成柔性擋土墻，支撐路基邊坡。具體如下：

（1）清理破損的漿砌片石舊擋墻。

（2）開挖基坑并進(jìn)行20 cm砂墊層及30 cm碎石基礎(chǔ)層的換填。

（3）在第一級(jí)邊坡高度內(nèi)，按柔性擋土墻寬度修挖塌方邊坡。

（4）在邊溝外側(cè)和邊坡之間，每50 cm鋪一層土工格柵，按25 cm一層進(jìn)行填土并壓實(shí)，壓實(shí)度≥90%。在挖方回填臨空面1 m、填方回填臨空面2 m范圍內(nèi)，采用非膨脹土填筑，其余用邊坡土回填。

（5）土工格柵對(duì)每層填土進(jìn)行反包，并使用U釘錨固，逐層實(shí)施直至形成柔性擋土墻。

（6）在坡頂和坡腳設(shè)置排水溝，在坡面及墻底設(shè)置排水盲溝。

（7）二級(jí)邊坡開挖臺(tái)階，回填砂性土并按坡比1∶2鋪設(shè)兩布一膜封層。

（8）墻面和坡面鋪30 cm普通土，并人工拍實(shí)，表面鋪草皮防護(hù)。

（9）持續(xù)養(yǎng)護(hù)草皮防護(hù)，并及時(shí)監(jiān)測(cè)柔性擋土墻的變形位移情況。設(shè)計(jì)圖如圖2、圖3所示。

5 柔性擋土墻的具體工藝

本路段治理采用柔性擋土墻的設(shè)計(jì)方案，其支擋施工的工藝流程與具體要求如下：

（1）邊坡超挖：以邊坡坡腳為起點(diǎn)按1∶1.5的坡率進(jìn)行超挖與修坡。

（2）基礎(chǔ)開挖：開挖至換填標(biāo)高并整平并碾壓密實(shí)。

（3）格柵放線：按圖放樣及標(biāo)出邊坡線和土工格柵包邊線。

（4）U釘制作：50 cm長(zhǎng)8 mm鋼筋彎成U釘。U釘按橫向1 m、縱向0.5 m的間距布設(shè)。

（5）格柵鋪設(shè)與搭接：鋪設(shè)格柵并要求兩幅間搭接寬度最少5 cm，再用U釘固定。

（6）上填料：分層將填料鋪設(shè)于土工格柵上，并沿邊坡縱向推平壓實(shí)。

（7）格柵反包：將預(yù)留的格柵沿修好的邊坡反包并初張。

（8）張拉與固定：用連接棒將上下層土工格柵連接，沿垂直路中線方向張拉格柵產(chǎn)生1%～2%的伸長(zhǎng)率，上下兩層格柵必須夾牢連接棒，并用U釘固定于土層上。

本路段柔性擋土墻嚴(yán)格遵照其工藝流程與工藝要求進(jìn)行施工，施工完成后其病害處理效果比較良好。經(jīng)過一段時(shí)間的變形監(jiān)測(cè)，特別是經(jīng)歷幾次大降雨影響后，柔性擋土墻整體滑動(dòng)與局部變形都非常小，路基與邊坡之間、邊坡坡面、柔性擋土墻坡腳等關(guān)鍵部位均未出現(xiàn)明顯裂縫，可見邊坡已趨于穩(wěn)定，原先由膨脹土所產(chǎn)生的病害也已根除。

柔性擋土墻在施工時(shí)，其所需材料及其相應(yīng)的性能要求可參照《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32-2012）等相關(guān)技術(shù)規(guī)范，更為詳細(xì)的施工技術(shù)要求可參照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）、《公路擋土墻設(shè)計(jì)和施工技術(shù)細(xì)則》（2008年3月版）等技術(shù)規(guī)范。同時(shí)，施工完畢后應(yīng)按行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，并加強(qiáng)運(yùn)管階段的養(yǎng)護(hù)與監(jiān)測(cè)。

6 柔性擋土墻的技術(shù)前沿

本路段邊坡治理采用的是較為傳統(tǒng)的土工格柵柔性擋土墻形式，在治理本段膨脹土邊坡上效果良好。隨著我國(guó)工程技術(shù)、工程材料的發(fā)展，傳統(tǒng)的柔性擋土墻也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了鋼絲網(wǎng)片柔性擋土墻、柔性生態(tài)加筋擋土墻、生態(tài)袋加筋擋土墻、石籠箱柔性擋土墻、柔性蜂巢土工格室擋墻等多種柔性擋土墻形式，也相繼在各類工程實(shí)踐中取得良好效果。同時(shí)，浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《柔性生態(tài)加筋擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DB33/T 988-2015）等相關(guān)規(guī)范的陸續(xù)頒布，以及中國(guó)公路學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《公路柔性擋土墻設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南》已于2019年完成征求意見稿，這些都對(duì)柔性擋土墻的發(fā)展與應(yīng)用提供了更為有力的保障。

7 結(jié)語

膨脹土路基工程中有很多病害來源于對(duì)膨脹土邊坡的處理不當(dāng)，對(duì)膨脹土邊坡進(jìn)行科學(xué)合理的病害治理，將會(huì)對(duì)整個(gè)路基工程起到保護(hù)作用，也將使得整條公路更加健康與長(zhǎng)壽。然而針對(duì)膨脹土邊坡的治理，其方法是多種多樣的，要如何才能做到科學(xué)合理，需要技術(shù)人員根據(jù)具體問題進(jìn)行具體分析，在“防水、控濕、防風(fēng)化”的大體原則下結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況，綜合考慮后才能得出最佳治理方案。本文以一個(gè)具體的膨脹土邊坡治理實(shí)例，闡述了柔性擋土墻在膨脹土邊坡治理中的具體應(yīng)用，以期為柔性擋土墻工藝在各類工程治理中得到廣泛應(yīng)用而提供參考。

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收稿日期：2020-04-17