柔性支護技術在百色大道（一期）工程滑坡處治中的應用

左虹俊　龔文宗　查俊

摘要：文章以百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡為工程背景，通過采用GeoStudio SEEP軟件進行數值模擬分析，分析膨脹土在非正常工況下持續降雨入滲時邊坡土體含水量變化和膨脹力的影響，提出了一種改進的滑坡處治柔性支護方案。結果表明，改進的柔性支護方案在膨脹土滑坡處治中效果良好，可供類似工程參考。

關鍵詞：滑坡;SEEP;柔性支護;滲溝;土工格柵

中國分類號：U418.5+5文獻標識碼：A

0 引言

膨脹土是富含親水性礦物，有明顯的吸水膨脹、失水收縮特性的高塑性土[1]。膨脹土因其獨特的礦物成分、晶格構架和顆粒組分，呈現出明顯的脹縮性、裂隙性和超固結特性[2]。膨脹土特殊的工程地質特征往往給工程建設項目帶來較大的災害[3]，是一種“問題多的特殊土[4]”。特別是在鐵路、公路工程建設中，路塹邊坡往往出現邊坡剝落、沖蝕、結構物破壞、溜塌以及滑坡等病害，常常使鐵路、公路建設蒙受巨大的經濟損失[5-6]。針對膨脹土的性質和工程治理問題，已有許多學者進行了研究[7-10]，特別是在公路工程中，“膨脹土地區公路修筑成套技術研究”“膨脹土路基設計、加固與施工技術研究”“山區高速公路膨脹土綜合利用研究”等科研專項課題研究已成功結題并取得了很好的研究成果[11-12]。其中，柔性支護作為一種膨脹土滑坡治理的技術，因其有效利用開挖土石方，具有良好的經濟性和環保性，在膨脹土地區公路路塹邊坡、滑坡治理中應用效果良好[13-14]。

本文結合百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡治理實例，介紹一種改進的滑坡處治柔性支護方案，并考慮膨脹土受雨水作用時邊坡土體含水量變化和膨脹力的影響，提出具體柔性支護技術要點，供相關工程參考。

1 工程概況

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段沿舊路往兩側拓寬成66 m的城市主干道，形成左挖右填的邊坡。其中，左側邊坡原設計坡率為1∶1.5，采用一級坡，左側邊坡最大挖方高度約12 m，挖方段長度約100 m，邊坡采用植草防護。2014年7月底，此段邊坡按設計坡度開挖成型后，大部分路段出現塌方。2015年5月，塌方體被清理，邊坡坡率放緩為1∶2.3～1∶3。2015年6月初，該地段已放緩的邊坡又出現局部塌方，2015年7月中旬產生大面積塌方。

滑坡主滑方向長度約100 m，寬度約30 m，滑動面積約3 000 m2，厚度為1.50～6.50 m，平均厚度約3 m，垂直于路線方向，滑動體積約0.9×104 m3，屬牽引式小型滑坡。

邊坡土層主要為殘坡積黏土層，主要由下伏第三系泥巖、半成巖的風化物經地表引力作用堆積形成，厚度一般為0.7～1.2 m，其下為泥巖。其中，殘坡積黏土層及下伏第三系泥巖均具有膨脹性，屬中等膨脹性巖土。本段邊坡土體土層結構松散，透水性強，降雨入滲極易形成局部上層滯水。泥巖及其風化黏土層具有中等膨脹性，吸水膨脹、崩解軟化、失水收縮，在降雨和暴曬等自然干濕循環作用下，橫向裂隙發育，縱向延伸，進一步加劇了邊坡土層浸水軟化，雖然后來邊坡開挖坡率很緩，仍然發生了漸進式淺層滑坡。

2 滑坡治理方案

現場滑坡踏勘時初擬滑坡治理方案有卸載、錨索（桿）錨固、抗滑樁支擋、加筋土柔性支護體反壓支擋等。由于本滑坡規模不大，考慮完全卸載滑坡體的方案，對膨脹土邊坡的防護，采用“完全卸載+土工格柵柔性支護體”的方案。

柔性支護作為膨脹土路塹邊坡滑坍的柔性處治新技術，主要是指以土工格柵、土工格室等加筋體加固邊坡土體為主，輔以邊坡內外截排水措施的邊坡加固技術方案。柔性支護方案典型斷面圖如圖1所示。

柔性支護體主要通過以下幾個方面發揮作用：

（1）土工格柵、土工格室加筋體抗拉、抗滑和咬合作用，將柔性支護體連成整體。

（2）柔性支護體寬度一般較大（一般≥3.5 m）：①為機械施工平臺考慮;②為了充分地消納路塹開挖土方，有效利用資源;③為了增大柔性支護體自重，起到重力式擋土墻、抵抗路塹開挖邊坡土壓力的作用。

（3）土工膜（兩布一膜）和滲溝截排水作用，通過阻斷柔性支護體與地表水的水力聯系，充分排出土體內部地下水，將柔性支護體維持在非飽和狀態，從而從源頭上防止膨脹土的脹縮潛勢。

（4）柔性支護體通過分層回填，分層碾壓，土工格柵、土工格室包封，在充分壓實下，土體抗剪強度有較大提高，進而提高整體穩定性。

3 問題的提出

根據勘察報告，滑坡段巖土物理力學參數指標見表1。脹縮性試驗結果見表2。

通過對試驗參數進行分析發現：本滑坡段土體為百色地區典型膨脹土，其由平衡法試驗得到的膨脹力高達141 [HTSS]kPa，遠高于周邊其他膨脹土地區，需對柔性支護加筋體的筋帶軸力進行分析判斷。另外，業主單位棄方處理困難，要求盡量利用邊坡開挖土方。加上該段滑坡體性質較差，因此，需對柔性支護典型斷面進行改進。

4 柔性支護優化方案

4.1 膨脹力

膨脹力是指黏性土在有側限條件下充分吸水，使其保持不發生膨脹變形時所需施加的最大壓力值[1]。按力學概念，是指增加含水率而保持體積不變產生的力，所以其大小是隨含水率增加而變化的。如本工程滑坡土體的膨脹力為141 [HTSS]kPa，說明只有當其充分浸水時，要維持土體零變形，最大將產生141 [HTSS]kPa的力，該力若由土工格柵來承擔，常規土工格柵往往被拉壞。實際上，對柔性支護體而言，由于表層土工膜（兩布一膜）和碎石排水層、滲溝的作用，柔性支護體本身的含水量變化較小。為模擬柔性支護體在降雨過程中土體本身含水量的變化，本文采用Geostudio SEEP軟件模擬降雨入滲工況，土體滲流參數如表1所示，并假設滲透系數不隨孔壓、基質吸力等改變，降雨強度按暴雨考慮，單位流量為q=50 mm/d。滲流計算結果見圖2。

假設暴雨降雨時間為3 d，則在土工膜+滲溝排水和無土工膜+滲溝排水情況下，柔性支護體的含水量增量分別為1.3%和6.9%。參考文獻[15]可知，膨脹力的大小與初始含水率、干密度有關，如圖3所示。

以參考文獻[15]粗略估算，降雨入滲作用下，因含水率變化引起土體的膨脹力分別約為3.8 kPa和18 kPa（因含水率變化較小，兩種情況均假設土體增濕處于前期階段，自然膨脹力與增濕關系曲線未到達“拐點”[16]）。因此，可認為選擇較低規格的土工格柵TGDG50即可滿足要求。

4.2 優化方案

為響應業主盡量消納開挖土方的要求，設計了三種型式的柔性支護體方案：（1）底寬12 m，坡率為1∶1.75;（2）底寬8 m，坡率為1∶2.25;（3）底寬6 m，坡率為1∶2.5。這三種柔性支護體方案，總體挖填方量相差不大，主要控制因素為邊坡穩定性、施工工藝以及工程造價。經比選分析，推薦采用坡率為1∶2.25的柔性支護方案，同時為了加強柔性支護體的抗滑穩定，柔性支護體底部采用加筋的碎石墊層基礎，并設置了長寬分別為50 cm×50 cm的縱向滲溝。見圖4。

柔性支護處治滑坡設計具體實施情況如下：

（1）坡頂截水溝及平臺排水溝：于坡頂線外5.0 m設置截水溝，并采用M7.5砂漿進行抹面，以攔截坡頂以上的地表水。在每級邊坡平臺內側設置40 cm×40 cm平臺排水溝，并采用M7.5砂漿進行抹面，順接坡頂截水溝，作用是匯集邊坡表面降水，由截水溝排出邊坡外。

（2）在柔性支護體頂部、柔性支護體基礎底部以及每級平臺下面鋪設一層復合土工膜（兩布一膜）隔水，另回填30 cm的耕植土植草防護。

（3）在柔性支護體后設50 cm厚級配碎石排水層，以疏干巖土體內裂隙水。在第1級坡體內平臺設一道滲溝，墻底設一道滲溝，其尺寸均為50 cm×50 cm，滲溝排入預留的雨水井，并排出路基。

4.3 滑坡處治效果

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡處治施工總工時不到一個月，快速經濟地解決了道路路塹滑塌影響正常市政主干道營運的問題，充分說明了柔性支護技術“以柔治脹”“保濕防滲”的效果。該滑坡路段至今非常穩定。

5 結語

柔性支護是一種較新型的邊坡處治技術，其作為交通部《膨脹土地區公路修筑成套技術研究》的課題成果之一，在各膨脹土地區公路項目中均已取得了成功的經驗和經濟效益。本文結合百色大道（一期）工程滑坡處治案例，通過對漸進式淺層滑坡特殊地質條件的分析，針對項目的特點和要求，改進了柔性支護體處治方案。其良好的滑坡治理效果也進一步驗證了柔性支護技術的可行性與優越性，值得類似工程借鑒。

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