膨脹性紅砂巖路塹邊坡柔性支護設計與施工★

劉可特 劉旭紅 周晗晗

(1.湖南省瀏醴高速公路建設開發有限公司，湖南長沙 410329; 2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004)

紅砂巖是一種具有強度低、失水崩解和遇水軟化等特殊地質力學性質的巖體，通常會造成紅砂巖的路塹邊坡在施工后出現滑坡、坍塌等危害[1]。湖南瀏陽至醴陵高速公路，它穿越了湖南省中部瀏湘盆地，是紅砂巖土分布區，其中含有大量的膨脹性紅砂巖。國內常用的漿砌片石護面墻、擋土墻、抗滑樁等，都屬于剛性結構，而紅砂巖具有膨脹性，容易積蓄過多的膨脹力而導致結構破壞。此段路之前采用了拱形骨架護坡進行支護，處理后不久遇到降雨就出現了大規模的坍塌，且有惡化的趨勢。而柔性支護主要是提倡“以柔克剛”的處理方案，并輔助其他的綜合排水防護措施。其特點是可讓土體產生一定量的變形而不影響其主體，這樣能緩解一部分膨脹力而使支護能承受住土壓力[2]。在使用過柔性支護至今一直反映良好，沒有出現支護破壞的任何問題。

1 瀏醴高速公路紅砂巖路塹邊坡工程地質特征和破壞原因分析

分析紅砂巖的工程特性要從其組成成分開始[3]，瀏醴高速K10+218～K10+318在瀏湘盆地北部，屬于白堊紀沉積地層，其巖性主要為泥質粉砂巖、石英砂巖及砂巖等。瀏醴高速的紅砂巖成分又與湖南省其他地區的紅砂巖不同。一般的紅砂巖會含有一定量粘土礦物質。而瀏醴高速的紅砂巖就幾乎不含粘土礦物，所以它的強度較高，強度分布區間為12 MPa～30 MPa，為軟質巖。

坍滑破壞的邊坡中一般是在順層強風化帶地質界面，而且絕大多數的滑坍事故都是發生在一場雨季過后，因為紅砂巖具有遇水膨脹的性質，所以在雨季后期是最容易遭到破壞的時期。邊坡出現病害的原因主要有:

1)以順層坡為主，容易產生滑坡;2)土的膨脹性，由于水膨脹而導致雨季過后支護被破壞;3)紅砂巖具有易軟化、易風化的特點，容易產生滑坡;4)坡形設計不合理，坡面不平緩或者各分級坡偏高;5)綠化防護和排水措施偏弱。

2 瀏醴高速公路紅砂巖路塹邊坡柔性支護結構設計

針對瀏醴高速公路紅粘土的地質特征及破壞形式，提出一種完善的柔性支護結構設計方案，它集結了綜合防排水功能和邊坡加筋技術為一體，能有效治理紅砂巖的路塹邊坡問題，見圖1。

2.1 內外防排水結構設計

對于瀏醴高速，在排水結構設計中采用了截水溝，邊溝，橫向排水盲溝，滲溝及碎石墊層。各種排水設施相互作用，有效的提高了紅砂巖的排水問題，大大的減少了紅砂巖遇水膨脹的強度。

2.2 加筋體設計

圖1 瀏醴高速公路K10+500～K10+634紅砂巖滑坍邊坡柔性支護結構設計示意圖

其中，A，B，C，D均為通過有荷膨脹試驗獲取的回歸系數;ω0為制件初始含水率;h為格柵間距;ET為格柵彈性模量;TS為格柵設計抗拉強度。對瀏醴高速公路K10+500～K10+634段紅砂巖土制備試樣進行有荷膨脹試驗，得到公式中的相關系數分別為:A=0.344，B=0.104 5，C=2.258 7，D=0.662 8。

式(1)中除h外，其他量皆為已知。為安全起見，求得h后，將h除安全系數k，即獲得所求的加筋間距。

考慮到最不利情況，令施工干密度為1.7×103kg/m3，紅砂巖填筑含水率為25%，而土工格柵TGDG35的ET=300 kN/m，TS=35 kN/m，代入式(1)，h≤0.70 m，取安全系數 k=1.4，則本項處治路段所采用的布網間距的最終結果h=0.5 m。

2)加筋長度。紅砂巖邊坡的脹縮現象主要發生于干濕循環顯著影響深度范圍內，沿路基橫斷面水平方向加筋長度計算式[4]:

其中，α為邊坡傾角;L為加筋長度;H為干濕循環影響深度。

由于該試驗段的干濕循環顯著影響深度H=2.0 m，因此設計的柔性支護邊坡的坡率均為1∶1.5，由式(2)得水平加筋的長度L=3.5 m，并取安全系數k=1.2，實際采用的加筋長度為4.0 m。

1)加筋間距。格柵所受張拉應不大于其抗拉強度，公式如下:

2.3 柔性支護結構穩定性評價

柔性支護結構是利用填土和格柵間的摩擦力和咬合力，土工格柵的層間連接、反包能產生一定的抗剪強度，使加筋體構統一來抵抗邊坡的作用;“以柔克剛”:柔性支護允許一定量的膨脹土遇水膨脹，可緩沖開挖邊坡的很大一部分膨脹力與應力;路塹開挖的坡面由大于坡高的柔性加筋體覆蓋，能產生自重以抵抗邊坡土壓力作用，因此非常適合紅砂巖滑坍邊坡的處治。

3 瀏醴高速公路紅砂巖路塹邊坡柔性支護結構施工

1)邊坡開挖施工工藝。將擋墻的基礎挖方深度與原路床的換填部位平行，從坡腳位置往邊坡方向開挖5 m，深度由邊溝的頂部向下挖至0.5 m處。

2)基底滲溝施工工藝。先將基礎的松土清除，按照設計開挖滲溝，預埋PVC管并用碎石覆蓋滲溝，然后碾壓基底。若局部濕軟可先摻灰處理，再用土工格柵包碎石土回填。

3)加筋體施工工藝。先填筑滲水層，攤鋪第一層格柵，第一層攤鋪好后進行碾壓，直接在第一層上攤鋪和碾壓第二層填料，整平攤鋪并在其上進行碾壓。為了提高基地承載力以及排水能力，第一層以及修筑到4 m高的平臺后的第一層(需在碎石層地下鋪兩布一膜防止上方邊坡積水往下滲，并采用軟水管將水從兩邊排除)，均采用高度為50 cm的碎石土層，分兩次填筑，坡率按1∶1.5。碎石土分兩次填筑，每次填筑約30 cm再壓實，填筑高度按50 cm。按照設計圖紙進行人工修坡，然后進行第一層和第二層土工格柵反包與搭接，并加以固定，如圖2所示。結合設計圖紙，重復上述步驟，直到做完整個擋土墻。要注意的是，柔性邊坡施工完成后要及時回填耕植土，防止土工格柵被破壞。

4)坡頂及坡面防護施工工藝。坡面防護:在邊坡表面培植10 cm的耕植土，并用機械或人工夯實，然后采用人工鋪草皮，或者采用機械噴灑草籽的方式進行植草。

圖2 土工格柵搭接示意圖及“U”形釘大樣（Φ6鋼筋）

4 結語

瀏醴高速公路膨脹性紅砂巖路塹邊坡破壞具有淺層性、牽引性、潛在性等與膨脹土路塹邊坡相似的破壞特性，采用拱形骨架、重力式擋墻等傳統的邊坡支護措施不能有效穩定邊坡。柔性支護技術采用紅砂巖邊坡滑坍體作為填料、土工格柵加筋并輔以綜合的防排水措施，大大減少了清方和棄土占地，柔性加筋體實現了以柔克剛，有效疏排了坡內積水并防止了坡面的雨水入滲，同時該技術施工便捷、造價低廉，是一種集工程可靠、經濟環保于一體的膨脹性紅砂巖路塹邊坡處治新技術。

[1] 陳曉明.紅砂巖路塹邊坡的病害淺析[J].廣東公路交通，2006(3):62-66.

[2] 鄭健龍，楊和平.公路膨脹土工程[M].北京:人民交通出版社，2009.

[3] 趙明華，鄧勤宇.紅砂巖崩解特性及其路堤填筑技術研究[J].中國公路學報，2003，16(3):1-5.

[4] JTG/T D32-2012，公路土工合成材料應用技術規范[S].