“快、省、準(zhǔn)”突破膨脹土工程瓶頸

文/本刊記者 楚峰

供圖／湖北省路橋集團(tuán)有限公司

“晴天一把刀，雨天一團(tuán)糟”“工程癌癥”“隱藏的災(zāi)害”，這些都是對(duì)膨脹土的形容，膨脹土給公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)的危害不言而喻。而我國(guó)作為世界上膨脹土分布最廣的國(guó)家之一，膨脹土地區(qū)公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中的工程問(wèn)題十分突出。

“立足于我國(guó)公路建設(shè)最廣泛的平原、低丘地區(qū)，針對(duì)富水區(qū)膨脹土邊坡屢治屢滑、逢塹必滑的工程瓶頸，我們開(kāi)展了‘平原、低丘富水區(qū)膨脹土路塹邊坡處置技術(shù)’研究。”湖北省路橋集團(tuán)有限公司科研與創(chuàng)新負(fù)責(zé)人王佳宇在接受《交通建設(shè)與管理》雜志記者采訪時(shí)介紹，“該項(xiàng)目響應(yīng)了我國(guó)‘綠色低碳，安全可靠’的現(xiàn)代化高質(zhì)量公路建設(shè)需求，進(jìn)行了諸多技術(shù)和方法創(chuàng)新，成功入選2021年度交通運(yùn)輸重大科技創(chuàng)新成果庫(kù)入庫(kù)成果（交通運(yùn)輸科技成果推廣項(xiàng)目）?！?/p>

專攻膨脹土工程難題

在我國(guó)，膨脹土的分布面積約占陸地總面積的三分之一，26個(gè)省、自治區(qū)、直轄市分布有這種特殊土。目前，我國(guó)仍處于公路建設(shè)發(fā)展期，根據(jù)《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年—2030年）》數(shù)據(jù)顯示，國(guó)家高速公路網(wǎng)將由“7射、11縱、18橫”等路線組成，總規(guī)模達(dá)到約13.6萬(wàn)公里；普通國(guó)道網(wǎng)由“12射、47縱、60橫”等路線組成，總規(guī)模達(dá)到約26.5萬(wàn)公里，大量規(guī)劃的高等級(jí)公路要穿越膨脹土地區(qū)。

“平原、低丘富水區(qū)的膨脹土路塹邊坡滑坍問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了國(guó)家公路快速發(fā)展、安全穩(wěn)定的總體需求?！蓖跫延罘治?，“項(xiàng)目研發(fā)解決了平原、低丘富水區(qū)的膨脹土路塹邊坡的工程難題，給行業(yè)特殊土邊坡的防護(hù)與治理提供了一個(gè)新思路，特別是對(duì)于膨脹土工程，基于‘以柔治脹滑坍問(wèn)題’的處置思想，豐富了柔性結(jié)構(gòu)在公路領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展?！?/p>

在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，王佳宇他們也遇到了諸多難題，比如：膨脹土的“脾性”變化莫測(cè)，難以捉摸，在不同荷載作用下膨脹土側(cè)向膨脹特性與膨脹規(guī)律難以把控；現(xiàn)有規(guī)范的加筋設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮膨脹土的膨脹特性特別是側(cè)向膨脹作用的影響，加筋設(shè)計(jì)常偏于經(jīng)驗(yàn)而缺乏理論依據(jù)；現(xiàn)有公路膨脹土路塹邊坡處置技術(shù)仍大多按常規(guī)邊坡處置方法進(jìn)行處理，處理措施缺乏針對(duì)性，處理效果往往不盡如人意。

“為了解決上述難題，我們創(chuàng)新研制出多個(gè)技術(shù)和方法?！蓖跫延钤敿?xì)介紹，“通過(guò)側(cè)向膨脹力試驗(yàn)，揭示了不同豎向荷載影響下側(cè)向膨脹力及其隨側(cè)向膨脹變形的變化規(guī)律，并提出了相應(yīng)的理論公式；基于極限平衡法和筋土協(xié)調(diào)變形原理，提出了考慮側(cè)向膨脹影響的土工格柵加筋膨脹土邊坡設(shè)計(jì)方法；針對(duì)富水地區(qū)既有公路膨脹土滑坍邊坡特點(diǎn)，提出了公路膨脹土路塹邊坡土工格柵加筋修復(fù)施工技術(shù)。

優(yōu)勢(shì)：“快、省、準(zhǔn)”

“與一般邊坡多采用的剛性支擋結(jié)構(gòu)或常規(guī)放緩邊坡、格柵支護(hù)技術(shù)相比，我們的優(yōu)勢(shì)可以歸納為三個(gè)字：快、省、準(zhǔn)?！蓖跫延罱榻B。

“快”是指施工速度快，由于工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，其治理滑坍邊坡時(shí)間遠(yuǎn)小于剛性支擋結(jié)構(gòu)、整體工程基本實(shí)現(xiàn)了一個(gè)月見(jiàn)成效。

“省”則包括兩個(gè)方面：一個(gè)是該技術(shù)能直接利用開(kāi)挖膨脹土進(jìn)行回填，節(jié)省了棄土占地；另一個(gè)是該技術(shù)建設(shè)成本相較于常規(guī)剛性結(jié)構(gòu)節(jié)省30%以上，極大提高了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

“準(zhǔn)”是基于研究成果對(duì)膨脹土邊坡膨脹性的準(zhǔn)確把控以及柔性支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的提出，做到了邊坡處置的精準(zhǔn)施策，避免了大鍋大灶的模板式設(shè)計(jì)方案，真正做到了一坡一策，按坡調(diào)控。

“同時(shí)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在生態(tài)性上，不僅施工過(guò)程低碳環(huán)保，施工技術(shù)也基本實(shí)現(xiàn)了坡面綠化率100%，體現(xiàn)了綠色公路發(fā)展的理念?！?/p>

目前，該項(xiàng)目已在湖北省安猇路K2+300—K9+500進(jìn)行了成果應(yīng)用。安猇路沿線約有4km路段處于膨脹土區(qū)域，在路基施工過(guò)程中，共有9處膨脹土路塹邊坡出現(xiàn)垮塌情況，涉及段落長(zhǎng)度1.7km(單幅)。針對(duì)邊坡垮塌情況，前期制定了兩種處理方案(緩坡處理、石灰改良)并組織實(shí)施，但效果不佳。為此，應(yīng)用了“平原、低丘富水區(qū)膨脹土路塹邊坡處置技術(shù)”研究成果，對(duì)膨脹土路塹邊坡采用了考慮側(cè)向膨脹影響的柔性支護(hù)加固方案，相對(duì)于傳統(tǒng)的擋土墻+拱形骨架加固方案，既利用柔性支護(hù)的消能作用確保了邊坡施工安全性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，又使造價(jià)降低17%，人工和工期均減少50%，坡面綠化增至100%。

憑借著良好的工程可靠性、施工便捷性和經(jīng)濟(jì)環(huán)保性，該項(xiàng)目成果分別在廣西、湖南、湖北、云南等省區(qū)市多條高速公路建設(shè)中得到了應(yīng)用?！霸趹?yīng)用過(guò)程中，我們?nèi)〉昧瞬诲e(cuò)的效果?！蓖跫延钕蛴浾吡谐隽艘幌盗兄笜?biāo)和數(shù)據(jù)：處理前膨脹土路塹邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不足1.0，處理后均提高到1.25以上；以往膨脹土路塹邊坡采用坡率均緩于1∶2，挖方大多廢棄，少量經(jīng)改良處理用于路堤填筑，挖方利用率不到10%，若采用該項(xiàng)目研究提出的處置技術(shù)，路塹邊坡坡率可用1∶1.5，大大減少開(kāi)挖量，且挖方直接填筑，膨脹土的利用率達(dá)60%以上；實(shí)體工程竣工驗(yàn)收表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1—2004）的要求。

“下一步，我們還將從工程實(shí)際出發(fā)，不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)創(chuàng)新，積極轉(zhuǎn)化應(yīng)用相關(guān)科技成果，為公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量?！蓖跫延钭詈罂偨Y(jié)道。