塹邊坡柔性擋墻對公路膨脹土路的作用
導語：膨脹巖土又叫脹縮土是一種特殊土，它是在地質作用下形成的一種主要由親水性強的粘土礦物組成的多裂隙并具有顯著膨脹性的地質體。
一、工程概況
南寧至友誼關高速公路是廣西公路網主骨架的重要組成部分，也是我國通往越南乃至東南亞地區最便捷的陸路國際通道。該路線全長220km，在穿越廣西寧明盆地邊緣時，遇到第三系始新統那讀組(Ny)粘土巖及其風化殘積形成的厚層粘土，普遍具有膨脹性。根據現場取樣的特征并結合工程勘察的資料表明：在挖方邊坡剖面上分布有兩層膨脹土，第一層為灰白色高含水量的膨脹土，具有中等的膨脹性;第二層為灰黑色弱膨脹泥巖。膨脹土是一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等特性，性質極不穩定。在這種地區修建公路，常出現公路路基開裂、邊坡滑坡、失穩等一系列質量問題或事故，國際上視其為公路施工的“癌癥”。據報道，美國高等級的公路每年因膨脹土變形所造成的損失，平均就在10億美元以上，我國前幾年因膨脹土造成的直接損失也在億元級之數。
膨脹土邊坡失穩是膨脹土地區一種最常見的斜坡變形現象，無論是膨脹土自然斜坡還是人工開挖的.邊坡，失穩現象都十分普遍，常常形成區域性災害，而且具有反復性和長期潛在的危害性，修復極為困難。因此，膨脹土邊坡的穩定問題已是巖土工程中迫切需要解決的難題之一。過去治理這種路塹“腫脹癥”，一般采用放緩邊坡處理或砌筑片石、砌筑混凝土預制塊護坡或砌筑片石擋墻。但從現有工程路塹坡度的調查結果看，膨脹土邊坡失穩不一定在邊坡較陡的區段發生，坡度比從1：2～1:3的邊坡，也都出現不穩定，特別是在有軟弱夾層時，邊坡緩至1：5～1：8也不一定完全穩定。因此，放緩邊坡并非解決膨脹土路塹邊坡穩定的良策，甚至作用不大，而且損失還會持續發生。本文抓住膨脹土路塹邊坡失穩的主要特點和規律，以“土工格柵柔性擋墻”的方案處理南友公路K133+830～K134+120段坍塌路塹邊坡為例子探討適合膨脹土路塹邊坡處治的防護方案，為其他同型路段施工摸索經驗。
二、膨脹土路塹邊坡失穩的主要特點和規律
與其它土質的滑坡相比，膨脹土邊坡的失穩形式有其特殊的規律。根據對國內外膨脹土開挖邊坡滑動現象的分析，可以將其最基本的特征和共同規律歸納如下：
親水性：膨脹土中成分中含有較多的親水性強的蒙脫石(微晶高嶺土)、伊利石(水云母)、硫化鐵等膨脹性物質，土的細顆含量較高，具有明顯的濕脹干縮效應。
淺層性：發育深度同裂隙發育深度及大氣風化影響深度基本一致，通常小于6米;
逐級牽引性：先在坡腳局部破壞，然后向上牽引發展，形成多層次滑動面;
緩坡滑動：邊坡的穩定坡角比一般土質的邊坡緩;
季節性：邊坡失穩絕大多數發生雨季，降雨是主要的外部誘發因素;
開挖后有較長的穩定時間：很多膨脹土邊坡穩定數年后才失穩。
上述特點使得膨脹土邊坡的設計方法不能簡單采用一般土質邊坡的設計方法，而需要探索適合其特點的防護措施。
三、膨脹土路塹柔性邊坡擋墻
(一)膨脹土路塹柔性邊坡擋墻設計原理
根據上述分析，膨脹土路塹邊坡防護，一是為了預防含水量的變化可能產生的邊坡變形破壞，二是對已產生變形破壞的邊坡進行治理。因此，邊坡防護措施的選擇，應針對膨脹土的工程特性，結合路塹邊坡穩定性來分析。膨脹土路塹柔性邊坡擋墻就是基于此原則提出的。
柔性邊坡擋墻處治技術是利用“土工格柵”的塑料工程材料，將公路邊坡表層“包”起來，充分利用土工網格的抗拉強度、土與網格的相互咬合摩擦作用來控制路基塌陷，圖1為南友公路K133+820～K134+120柔性邊坡擋墻防護圖。
1.柔性邊坡擋墻利用土工格柵的伸拉力，通過土中鋪設網格吸收部分土體因干燥失水收縮產生的收縮應力，抑制邊坡土體開裂的寬度和深度，防止坡面產生嚴重開裂為外界環境水分入浸提供通道，從而保持邊坡土體天然含水量狀態的相對穩定。
2.土中加網格可抑制因水分進入坡面引起膨脹土體膨脹、松散，提高路基表面土體的整體性和抗剪強度，保證邊坡表面土體雨季飽水后，不至于強度降低過多，自重過大而失穩。
(二)柔性擋墻施工技術
柔性擋墻的施工按以下步驟進行：
1.首先對邊坡進行清方，對未滑塌區域按設計擋墻寬度開挖，滑塌區清至邊坡滑塌松方與未滑塌邊界止。
2.擋墻基礎開挖及縱向滲溝設置：滲溝底、側面鋪防水兩布一膜，滲溝底部布置縱向Φ10有孔PVC滲管作為縱向排水通道，回填2～4cm碎石。
3.擋墻主體首先采用碎石土回填，單向拉伸土工格柵TL-35加筋，填筑一定高度后，填料采用邊坡清方膨脹土，用同種土工格柵進行加筋，在清方邊坡一側填碎石土形成墻背滲水層，施工過程刷坡及清理塌方的膨脹土直接用于回填;土工格柵在按設計修整后的邊坡線上反包，并用土工連接棒與上一層土工格柵在預留反包格柵1.5m處搭接串聯，沿垂直路中線方向采用張具拉緊并產生1%～2%伸長率，立即用“U”型釘將格柵固定在土層上，以提高擋墻的整體性及推箍作用。
4.回填至設計高程后,用兩布一膜封頂,回填種植土,同時進行其他附屬工程的施工。
(三)柔性邊坡擋墻的施工質量控制
膨脹土路塹柔性邊坡擋墻處理技術應抓好以下質量控制要點：
1.確保膨脹土擋墻滲水層的寬度。為確保膨脹土擋墻滲水層的寬度，本施工路段在施工過程中，除用大型挖掘機清除大部分覆蓋在滲水層上的膨脹土外，靠近滲水層位置，改用小型挖掘機和人工清除邊角部位剩余的非適應性填料，再用碎石土回填做墊層，并設隔水層。
2.為加強土工格柵的牢固性，U型釘按品字型布置，間距控制在80cm內，同時在兩塊土工格柵搭接部位增加3～4枚U型釘。
3.為保證施工質量，改進現場的施工安排：滲水層及土工格柵鋪設盡量安排白天施工，以便更清楚檢查滲水層的連續、貫通，同時由于白天溫度較高，土工格柵鋪設完成后當溫度降低時可增加收縮張力，晚上安排膨脹土填筑施工進行覆蓋，把溫差變化對工程質量的影響減至最小。
四、結語
南友公路K133+830～K134+120柔性路塹邊坡擋墻2004年11月上旬完工，歷經了2005年提前到來雨季的洗禮，經受了特大暴雨的考驗，邊坡仍完好無沖刷和溜坍現象。可見利用柔性擋墻處治邊坡，能有效地防治邊坡的沖刷和溜坍，防治水土流失，使防護邊坡穩定美觀，是膨脹土地區路塹邊坡防護一種切實可行的防護措施。它具有以下優勢：
1.柔性邊坡擋墻防護由于受到土工格柵較好的彈塑性對土的阻尼作用，能夠消除膨脹土脹縮力的影響，可在設計和施工階段最大可能消除和抑制各類病害，防患于未燃，并且可以減少運營期的維修成本。
2.從經濟的觀點來看，可以節約大約30%或更高的造價。根據測量資料K133+830～K134+120段柔性擋墻邊坡回填膨脹土18804m3,使用土工格柵15000m2,根據當地的實際單價計算造價為43萬元，與實際坍塌區坡率1:3放緩邊坡方案比較，能節約投資12萬元。
3.與一般的漿砌片石或漿砌混凝土預制塊護坡相比，具有易掌握、易操作、工期短、效果好的特點，并且可以充分利用清出來的膨脹土。
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