柔性擋土墻在膨脹土邊坡治理中的應用

鄭仲康

摘要：文章結合膨脹土邊坡治理實例，介紹了膨脹土邊坡的病害原理，并通過膨脹土邊坡治理的方案比選，提出了柔性擋土墻應用于該邊坡治理的設計方案與施工工藝，為類似膨脹土路基的邊坡治理提供經驗參考。

關鍵詞：膨脹土;邊坡治理;柔性擋土墻

中圖分類號：U416.1+4A230833

0 引言

膨脹土在我國分布廣闊，其膨脹性的親水礦物主要是伊利石、高嶺石、蒙脫石等黏土礦物，其特征表現為吸水膨脹、失水收縮、吸水膨脹后強度降低、濕化崩解等，可見膨脹土是一種高液限的高塑型黏性土，對公路工程具有相當大的危害性，如能在我國已建公路中做好膨脹土邊坡的治理，必將減少公路病害，延長公路壽命。本文通過一個具體的膨脹土邊坡治理實例，詳細地闡述了柔性擋土墻技術在膨脹土邊坡治理中的應用，為膨脹土路基工程的建設提供一些參考經驗。

1 工程概況

本項目位于廣西壯族自治區某省道路段，路基全寬12 m，路面全寬9 m，路面結構為瀝青混凝土路面。該路段屬于丘陵地帶，其地層表面覆蓋著較厚土層，路基左側為挖方路段，右側為填方路段，路基邊坡經常在雨后出現塌方現象。塌方病害如圖1所示，主要有以下幾個方面：

（1）填方段邊坡受雨水影響向外滑移，引起路基浸水與下沉，并破壞了路基原擋土墻;

（2）挖方段邊坡土方受雨水影響滑塌，堆積到路面上并堵塞邊溝;

（3）填方段邊坡受雨水影響向外滑移，導致邊坡填土與路肩脫離，波形護欄向外傾斜。

2 膨脹土病害原理

膨脹土的顯著特點就是吸水膨脹失水收縮，在干濕交替作用下，不僅產生了強大的膨脹張力，還會對路基及其附屬結構產生破壞，同時也不斷地加大了土體孔隙，使得土體更易受濕與干燥，不斷地吸濕溶解和風化開裂，更進一步地瓦解了土體自身的凝結力，也就形成了吸水膨脹后強度降低、濕化崩解、高液限流體等現象。在膨脹土顆粒大量吸收了進入土體的水分后，土體結構強度降低，變成軟塑狀黏性土，當土體含水量超過某極限時，在重力作用下，土體沿滑動面向坡腳滑移或流動，既會使得邊坡土體剝離路基，強大的向下推力破壞了路基原有擋土墻，也使得波形護欄向外傾斜甚至倒塌。

本路段邊坡的病害基本符合膨脹土病害原理，邊坡土體滑移、邊坡土體剝離路基、原有擋墻移位斷裂、波形護欄外傾等病害的根源均在于其路基填土為膨脹土這一點上。本路段不良地質土層為膨脹土層，主要由蒙脫石、伊利石等風化后形成坡積土，具有很強的親水性，有著顯著的吸水膨脹和失水收縮而往復變形的特性，脹縮總率約3%，屬中等脹縮土。液限約60%，大氣影響急劇層深度2～3 m。

3 膨脹土病害治理的方案比選

對膨脹土路基的治理，一般有卸載、繞避、排水、換土、砂石墊層、土性改良、植被防護、擋土墻、邊坡錨桿等方法。針對本路段的膨脹土路基治理，主要側重點在于對膨脹土邊坡的治理，以防止膨脹土邊坡進一步惡化，切斷危害路基土體的病害源。經過病害分析，針對本路段的膨脹土邊坡情況，共提出5種治理方案：（1）片石混凝土擋土墻方案;（2）柔性擋土墻方案;（3）鉿菱形方格防護方案;（4）錨桿主動防護網方案;（5）抗滑樁防護方案。

本路段邊坡不高并已多次坍落，邊坡較緩，雨水期間極易導致土體體積膨脹，土重增加并具有一定的流動性，故不采用方案三和方案四。鑒于抗滑樁支擋防護方案主要適用于高大陡峭的邊坡處理，故抗滑樁支擋防護方案對本路段的塌方邊坡并不適用，加之其造價的費用較高、施工難度較大，故本路段不采用方案五。本邊坡塌方路段膨脹土較深、塌方量較大、坡腳處濕陷土較厚、地基承載力薄弱，高度較大的片石混凝土擋墻施工難、造價高，自身穩定性難以保障，故不采用方案一。柔性擋土墻既可依靠自身重力抵擋邊坡，又可利用自身柔性來緩沖局部邊坡的不均勻受力與變形，避免擋土墻脆性斷裂而失效，同時，柔性擋土墻對地基承載力要求并不高，比較符合本路段的病害特征與工程實際。另外，經估算，采用柔性擋土墻方案的建設費用僅為43萬元，相比其他方案的造價都要低，屬于C類一般設計變更范疇，可見在技術上和經濟上均適合采用方案二，即柔性擋土墻支擋方案。

4 柔性擋土墻的具體設計

本路段的柔性擋土墻支擋方案，其具體設計為：擋墻寬4～6 m，高3～12 m。分層外包土工格柵，內填土分層壓實，填土坡比為1∶1.5，形成柔性擋土墻，支撐路基邊坡。具體如下：

（1）清理破損的漿砌片石舊擋墻。

（2）開挖基坑并進行20 cm砂墊層及30 cm碎石基礎層的換填。

（3）在第一級邊坡高度內，按柔性擋土墻寬度修挖塌方邊坡。

（4）在邊溝外側和邊坡之間，每50 cm鋪一層土工格柵，按25 cm一層進行填土并壓實，壓實度≥90%。在挖方回填臨空面1 m、填方回填臨空面2 m范圍內，采用非膨脹土填筑，其余用邊坡土回填。

（5）土工格柵對每層填土進行反包，并使用U釘錨固，逐層實施直至形成柔性擋土墻。

（6）在坡頂和坡腳設置排水溝，在坡面及墻底設置排水盲溝。

（7）二級邊坡開挖臺階，回填砂性土并按坡比1∶2鋪設兩布一膜封層。

（8）墻面和坡面鋪30 cm普通土，并人工拍實，表面鋪草皮防護。

（9）持續養護草皮防護，并及時監測柔性擋土墻的變形位移情況。設計圖如圖2、圖3所示。

5 柔性擋土墻的具體工藝

本路段治理采用柔性擋土墻的設計方案，其支擋施工的工藝流程與具體要求如下：

（1）邊坡超挖：以邊坡坡腳為起點按1∶1.5的坡率進行超挖與修坡。

（2）基礎開挖：開挖至換填標高并整平并碾壓密實。

（3）格柵放線：按圖放樣及標出邊坡線和土工格柵包邊線。

（4）U釘制作：50 cm長8 mm鋼筋彎成U釘。U釘按橫向1 m、縱向0.5 m的間距布設。

（5）格柵鋪設與搭接：鋪設格柵并要求兩幅間搭接寬度最少5 cm，再用U釘固定。

（6）上填料：分層將填料鋪設于土工格柵上，并沿邊坡縱向推平壓實。

（7）格柵反包：將預留的格柵沿修好的邊坡反包并初張。

（8）張拉與固定：用連接棒將上下層土工格柵連接，沿垂直路中線方向張拉格柵產生1%～2%的伸長率，上下兩層格柵必須夾牢連接棒，并用U釘固定于土層上。

本路段柔性擋土墻嚴格遵照其工藝流程與工藝要求進行施工，施工完成后其病害處理效果比較良好。經過一段時間的變形監測，特別是經歷幾次大降雨影響后，柔性擋土墻整體滑動與局部變形都非常小，路基與邊坡之間、邊坡坡面、柔性擋土墻坡腳等關鍵部位均未出現明顯裂縫，可見邊坡已趨于穩定，原先由膨脹土所產生的病害也已根除。

柔性擋土墻在施工時，其所需材料及其相應的性能要求可參照《公路土工合成材料應用技術規范》（JTG/T D32-2012）等相關技術規范，更為詳細的施工技術要求可參照《公路路基施工技術規范》（JTG F10-2006）、《公路擋土墻設計和施工技術細則》（2008年3月版）等技術規范。同時，施工完畢后應按行業規范與標準進行質量驗收，并加強運管階段的養護與監測。

6 柔性擋土墻的技術前沿

本路段邊坡治理采用的是較為傳統的土工格柵柔性擋土墻形式，在治理本段膨脹土邊坡上效果良好。隨著我國工程技術、工程材料的發展，傳統的柔性擋土墻也得到了長足的發展，相繼出現了鋼絲網片柔性擋土墻、柔性生態加筋擋土墻、生態袋加筋擋土墻、石籠箱柔性擋土墻、柔性蜂巢土工格室擋墻等多種柔性擋土墻形式，也相繼在各類工程實踐中取得良好效果。同時，浙江省地方標準《柔性生態加筋擋土墻設計與施工技術規范》（DB33/T 988-2015）等相關規范的陸續頒布，以及中國公路學會團體標準《公路柔性擋土墻設計施工技術指南》已于2019年完成征求意見稿，這些都對柔性擋土墻的發展與應用提供了更為有力的保障。

7 結語

膨脹土路基工程中有很多病害來源于對膨脹土邊坡的處理不當，對膨脹土邊坡進行科學合理的病害治理，將會對整個路基工程起到保護作用，也將使得整條公路更加健康與長壽。然而針對膨脹土邊坡的治理，其方法是多種多樣的，要如何才能做到科學合理，需要技術人員根據具體問題進行具體分析，在“防水、控濕、防風化”的大體原則下結合場地實際情況，綜合考慮后才能得出最佳治理方案。本文以一個具體的膨脹土邊坡治理實例，闡述了柔性擋土墻在膨脹土邊坡治理中的具體應用，以期為柔性擋土墻工藝在各類工程治理中得到廣泛應用而提供參考。

參考文獻：

[1]JTGD30-2015，公路路基設計規范[S].

[2]JTGF10-2006，公路路基施工技術規范[S].

[3]JTGTD32-2017，公路土工合成材料應用技術規范[S].

[4]中交第二公路勘察設計研究院有限公司主編，公路擋土墻設計和施工技術細則[M].北京：人民交通出版社，2008.

收稿日期：2020-04-17