南宁至友谊关公路工程膨胀土路堑垮塌边坡

南宁至友谊关公路工程膨胀土路堑垮塌边坡柔性挡墙施工工艺张建（中国水利水电第七工程局六分局南友路项目部））摘要：广西宁明县是世界上典型的膨胀土地段，南宁至友谊关公路宁明段路堑边坡塌方特别严重。采用土工格栅柔性挡墙处治路堑塌方边坡显的极为重要，对下步稳定边坡，保障路基行车安全奠定了坚实的基础。关键词：膨胀土跨塌边坡柔性挡墙1概述影响膨胀土路堑边坡稳定性的因素很多，除了土体自身具有干缩湿胀的特性外，土的超固结性、水分的迁移及土体软弱的结构构造是影响它的主要因素。由于超固结性，在膨胀土边坡的开挖过程中，随着分级下挖，上覆土层重量逐渐的卸除，引起土体应力释放，使得开挖土体产生膨胀变形，产生局部松动。同时在自然气候和水的作用下，边坡变形滑动多在上半部或坡顶开始，然后逐渐向上发展，形成膨胀土的牵引式渐进破坏。因此，对膨胀土边坡来说，开挖后的浅层牵引式破坏是边坡失稳的主要破坏形式。如果对膨胀土边坡处理不及时，随着时间的推移反复多次的浅层破坏必将导致工程结构的整体性破坏，造成无法挽回的损失。2国内外膨胀土边坡防护加固现状在膨胀土孕育深厚的地区进行工程活动，随着长期工程实践经验的积累，人们逐渐提出并总结多种多样的边坡支护措施和经验，概括起来有以下的几大类：（1）人工换土或掺石灰粘土护面。边坡开挖自上而下，每2米设作业平台，并对边坡适当超挖（30cm），用非膨胀性粘土回填或掺石灰粘土回填拍实，然后在边坡上砌石防护。该法适用于H＜10m的中等或弱膨胀土边坡，必要时在边沟外侧设护脚矮挡土墙。此方法能及时对边坡面封闭，保持膨胀土边坡较好的原状态，但边坡土体中存在软弱夹层、强膨胀土层或节理较发育的裂隙时易被忽略，影响稳定效果，这是一种以封闭为主的防护措施。 （2）挖孔桩加固。高边坡、强膨胀土、软弱夹层、界面清楚的裂隙面等状况可用挖孔桩加固，再辅以其他防护措施加以处治，挖孔桩的设计（直径、间距）可通过圆弧滑动面或直线滑动面法计算而确定，考虑实际边坡情况后决定采取哪种计算方法。（3）土工格栅支护。将膨胀土边坡超挖一定宽度（能够容纳压路机行走即可），在水平方向分层铺设土工格栅并回填土层，分层压实到坡顶面筑做柔性当墙。边坡表面可用预制块防护，预制块最好预留栓孔通过纤维与格栅相连，也可采用铺草皮等其他坡面防护形式。格栅层间间距可参照已有经验确定。一般当边坡高度小于8m坡体土为中等或强膨胀时可考虑此方法。（4）人工草坡。网状格栅撒上粘土、种子，待长草后移到要防护的开挖边坡上，此方法能及时对边坡面封闭，仅用于边坡高度小于6m的弱膨胀土边坡防护。（5）坡体排水综合防护。膨胀土边坡存在着较发育的裂隙面，可在边坡上埋入一定数量的塑料排水管，上方开小孔排除裂隙逢里的水，排除降低土体C、φ值的因素，坡面采用砌石封闭从而达到防护目的。（6）化学加固。膨胀土主要矿物成分为伊利石、蒙脱石、高岭石，可用化学方法使之与NH4+、Mg2+、Ca2+离子进行交换，改变膨胀土的性质，从而达到防护目的。（7）石灰改良或石灰土包围法。在膨胀土边坡上打入一定数量的孔，孔内装入石灰，利用膨胀土与石灰的离子交换，改变膨胀土性质。或者将边坡用石灰土包围一定厚度，坡顶面一定宽度也用石灰土拍实，然后植草皮或预制块防护。（8）高温改性处治。边坡顶面宽6m深3m范围内为大气影响层范围，在此范围内土体受大气影响，含水量变化，干缩循环，强度衰减，C、φ值下降，是边坡最初破坏的地方，该处的失稳常引起边坡整个破坏。针对此情况，在此范围，打入一定数量连通的垂直孔与水平方向孔，利用点火燃烧加热使之温度达到一定程度时，膨胀土将失去膨胀性质，土体C、φ值得以提高，并在坡顶面用石灰土拍实植草皮，从而起到防护与加固的目的。（9）人工填土坡面封闭法。边坡超挖一定宽度（能够容纳小型施工机械工作即可）超挖部分用石灰土或用CNS（非膨胀性粘土）材料回填，分层压实到坡顶，坡顶面一定宽度用石灰土拍实，坡面用预制块防护，并在坡顶面植草皮。 （10）支撑渗沟加抗滑挡墙处治。在坡面上按一定的间距设置纵向支撑渗沟，石砌渗沟采用较大断面，利用沟体重量支撑边坡并疏干和排除坡体水，坡脚采用抗滑挡墙抵抗由于边坡开挖面土体产生的超固结力和膨胀力。此外还有矿渣复合土、石灰土护面法以及锚杆框架加挡墙和土钉加挡墙支护法。3刚性和柔性支护的比较从上述膨胀土边坡处治现时所采用的方式来看，防护加固措施大体上可分为柔性支护及刚性支护两大类：刚性支护是指以圬工结构为主，辅以其他必要的综合处理措施相结合的处理方案，刚性支护主要依靠所用的圬工结构具有的自身重量，抵消部分膨胀土超固结性在开挖过程中所造成的影响，对膨胀土堑坡进行的支护，应该说该法是有一定效果的。但是刚性支护不允许土体产生变形，而在干湿循环、水的作用下膨胀土必然发生干缩湿胀，当土体的胀缩变形较大而得不到释放时，则会使刚性支护产生破坏。柔性支护是指采用如化学改良、土工织物为主，辅以其它必要的综合处理措施相结合的处理方案。柔性支护，尤其采用有一定厚度且较缓坡率的柔性挡墙时，可依靠墙身自重稳定路堑边坡，其优点在于它能改善膨胀土表层的大气影响深度，防止雨水对坡面的直接冲刷，减少雨水渗入土体引起强度的大幅度衰退，同时能有效排泄坡体内的裂隙水，保持土体含水量的相对稳定，此外，柔性支护最大的优点在于它允许坡体产生一定的胀缩变形，无形中降低了边坡超固结性和土体湿胀时所产生的膨胀力，从而大大减少因胀缩变形而造成支护措施的破坏。根据实践经验的调查，对膨胀土进行刚性加固，一是支护工程量大，支护效果不理想，结构破坏后的修复工程量也大，而柔性支护工程量相对较少，施工快捷，支护效果较理想，目前得到了越来越多的应用。同时根据膨胀土边坡的破坏特点，在应力不足或须弥补强度的地方局部采用半刚性的支护，刚柔结合，效果更好。土工格栅加筋挡墙属于柔性防护加固结构，即按一定的间距加铺土工格栅逐层回填土并压实构成柔性挡墙，利用加筋土体的整体性和自重，抵抗边坡土体的卸荷变形和土体水分变化后的膨胀量（膨胀力），同时足够的墙体厚度可阻止干湿循环作用对边坡膨胀土的风化，起隔离作用，从而减少边坡侵蚀。通过大量的方案分析比选，结合南友路膨胀土路堑边坡破坏的实际状况，并从性能价格比出发，采用土工格栅柔性挡墙进行南友路膨胀土路堑边坡的处治是最佳方案，不但施工简便快捷、成本低廉、安全可靠，而且可以减少因弃方和过度削坡挖方造成的环境破坏。 4方案设计及说明根据南友路膨胀土的土性特征、地质水文特点、边坡破坏现状的分析，提出土工格栅挡柔性墙边坡设计方案。方案说明如下：（1）加筋边坡以及回填边坡的坡比土工格栅加筋体的边坡均采用1：1.5的坡比。（2）超挖的宽度为了实现加筋体边坡需超挖一定的宽度。其值主要取决于压路机的轮宽和抵抗墙后土压力的要求。根据目前的施工水平，光轮压路机的轮宽一般为2.3~2.4m，因此超挖的底层宽度为3.5m，第二层以上为3.2m，保证压路机有一定的工作空间。（3）土工格栅的长度及间距水平铺设的土工格栅的长度及上下层的间距根据初步计算及参考有关工程经验，采用每两层填土（压实厚度50cm）铺一层土工格栅，为保证反包需要，考虑到与上一层的搭接长度（0.60cm），每层土工格栅的裁剪长度为柔性挡墙的设计宽度4m+反包和搭接长度的1.5m。（4）填料的要求为了减少借弃土方的数量，充分利用边坡超挖的膨胀土且节省工程费用，除柔性挡墙基础1.5m高采用土工格栅包碎石土填料外，其余部位的加筋土体均采用就近开挖的膨胀土作为柔性挡墙的填料。要求每层填料的虚铺厚度不超过30cm，同一层要用一种土填筑，尽可能不混填。压实度要求达到90%以上。（5）柔性挡墙顶部的处理在距坡顶5m位置处设置7.5号浆砌片石截水沟，此范围内，采用天然边坡顶部的红粘土直接填筑，无需加筋，但要保证充分夯实，为防止暴雨天水流对坡面的冲刷，同时对边坡有效隔水保护，在回填土上部及天然边坡一定范围（至截水沟）铺设“两布一膜”，并在坡顶及坡面上填铺30cm耕植上层后植草绿化，既减少天气对格栅和膨胀土的作用且美化道路景观。（6）排水要求柔性挡墙6m高平台处设置矩形截水沟的形式进行排水。 坡顶要用浆砌片石做好截水沟，保证沟底的有效封闭。挡墙背与开挖边坡面这间做好渗水层。渗水层用碎石土填筑。柔性挡墙墙趾处设一纵向排水渗沟，沟底排水通道采用上部带孔的PVC管，主要用于排除墙背渗水层内的水和排除路床内地下水，渗沟内填碎石。5施工工艺（1）边坡超挖：边坡超挖按1：1.5的坡率进行，超挖宽度以原设计边坡坡脚为起点，按设计挡墙宽度4m+0.5m（墙后排水层宽度）计算，挖出的膨胀土放于附近路床的指定位置，以备柔性支护回填使用。（2）基础开挖及碾压：将基础（1.5m高）开挖至原路基换填部位标高并整平，采用轻型压路机对基础进行静压；（3）渗沟开挖及防水层布设：根据设计图纸，采用挖掘机开挖纵向渗沟，沟顶部位于路床换填碎石土底部，在沟底部铺设土工膜以防渗漏。（4）排水管布置以及沟内碎石的填筑：在渗沟底部布置纵向φ10cm带孔PVC排水管作为纵向排水通道，并用机械结合人工将碎石填于沟内。（5）放线：每层格栅摊前，按照设计图纸进行测量放线，并用石灰粉标出边坡线和土工格栅包边线。以保证边坡的顺直以及设计坡率的实现。（6）U形钉、格栅张具及连接棒的准备：在专用厂家购置连接棒，将φ6钢筋裁断成50cm长，弯成U形钉（尺雨见设计图），用φ10钢筋自制格栅张拉工具，以备固定和张紧土工格栅之用。（7）土工格栅裁剪：将成捆的土工格栅按柔性挡墙的设计宽度4m+1.5m长进行裁剪备用。（8）格栅搭接：为了保证格栅沿路中线方向的整体性，两幅格栅间需搭接，搭接宽度为5cm；并用U形钉在搭接部位固定，在尾部固定后，中间部位U形钉的间距为1.5m。（9）膨胀土填料的准备：按照就近取料的原则，将边坡开挖出来的膨胀土在指定位置堆放，并用推土机履带将其压碎，严格控制填料的块度不大于20cm。（10）渗水层的填筑：采用人工或机械按宽50cm×高25cm将开挖的碎石土填筑于柔性挡墙墙背与超挖边坡面之间以形成墙背渗水层，也可采用待下一层土工格栅铺设前，用挖掘机在天然边坡一侧开挖深50cm的沟，然后填碎石土层形成墙背渗水层，注意开挖深度应保证与下一层的透水碎石土层相接。 （11）基础的填筑：基础1.5m高范围内全部采用渗水良好的碎石土填料进行回填，压实度要求达到90%，压实厚度按25cm一层进行控制。（12）上第一层填料：用装载机或挖掘机将备好的膨胀土料置放于土工格栅上。（13）填料的摊铺及碾压：采用推土机将碎石土填料沿边坡纵向推平，达到平整性要求后用推土机履带进行碾压；碾压遍数应根据实际情况作及时调整。注意，施工机械不得直接在土工格栅上行走。（14）上第二层填料：直接在第一层已压实的土层上上第二层填料并进行碾压。（15）放线：按设计图纸规定的坡率进行测量放线。（16）修坡：采用人工将填筑并碾压后的两层土修成1：1.5的坡比。（17）第一层土工格栅反包：将预留的把格栅段沿修好的边坡反包上并初张。（18）第二层土工格栅的摊铺：预留1.5m的长度，将已准备好的一段的土工格栅沿横断面方向自包边线处往路基边坡方向展开。（19）格栅连接与搭接：将下层格栅的端部与上层格栅的适当位置用连接棒连接（以上层格栅张昆后其端部在包边线附近为宜），为了保证格栅沿路中线方向的整体性，两幅格栅间需搭接（格栅的宽度为1.6和1.7米），搭接宽度为5cm。（20）张拉及固定：用连接棒将上下两层的土工格栅连接，用一带排钩的工具拉住格栅，沿垂直路中线方向人工拉昆格栅产生1%-2%的伸长率，连接棒必须被上下两层土工格栅牢牢夹紧，并立即用“U”型钉将格栅固定土层上。为防止格栅因倒土产生变形或褶皱，需在搭接处沿垂直路中线方向的中部加钉“U”形钉（要求见设计图）。（21）施工便道的修建：当边坡填筑高低于6m时，可在柔性挡墙前方修筑便道，以便于填筑上土；当边坡填高于6m时，采用通过边坡侧翼修便道的方式满足上填料土和碎石土的要求。（22）重复（13）至（21）步骤，直到边坡完工。上土机械及其操作采用运土车与装载机或挖掘机相结合的方式进行。（23）坡顶回填土：按设计图纸执行。土层夯实可采用机械或小型压路机。（24）边坡封顶：在回填土上方以及膨胀土边坡顶部铺设“两布一膜”，铺设宽度（坡顶距离截水沟距离）不低于5m，顶部处理按设计图纸执行。（25）坡面反包格栅的保护：在反包边坡表面培植30cm非膨胀土，并随着施工进程由下而上填土并拍实。以防止紫外线对格栅寿命的影响。 （26）坡面防护：直接种草绿化。6注意事项（1）施工必须在旱季进行，边坡超挖完成后马上筑做柔性挡墙，工序间要衔接紧凑，整个施工需一气呵成。（2）切实修好墙背渗水层和墙底渗沟，保证实现墙背渗水层和路床积水的排水分流，并有足够容量将水流顺利排除。（3）连接棒的安装，必须将上下两层土工格栅张紧使连接棒被夹紧至用手不能将其抽动，以保证加筋土体的整体性和有效性。（4）坡面反包完成后的土工格栅应及时用耕植土层覆盖，确保土工格栅暴露时间不能超过24小时。张建（1976-），男，四川彭州人，中国水利水电第七工程局第六分局南友路项目，从事路桥施工技术工作。