晉東南“R”紅土區域高填方邊坡加筋土技術應用

路 明

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300131)

1 概述

土體加筋廣泛用于邊坡治理工程，尤其在填方邊坡中，通過向填土中添加土工合成材料，可顯著增加填土穩定性，坡面可選擇多種坡率，具有良好的適用性。筋帶反包土袋或采用預制塊護面后，有效防止雨水沖刷，具有經濟、耐久、易于施工等優點[1]。沁水縣某高填方場地以“R”紅土為主，該層紅土山西晉東南區域廣泛分布，顏色為棕紅色，破碎后有菱形塊狀構造，俗稱“蒜瓣土”，具有遇水膨脹,脫水干裂等特征，土中鈣質結核發育，未被擾動時，該層土承載力及剪切指標較高，具備黃土直立性好的特點。

2 工程概況

2.1 場地概況

沁水某擬建工程場地位于晉城市沁水縣馬邑村附近，屬中低山丘陵地貌，區內溝谷較為發育，北側地勢較高，為挖方區；南側地勢較低，為填方區。西北側地貌為一黃土沖溝，地形陡峭，該區域填方邊坡高度約為23 m，東側填方高度約6.0 m～18.0 m。

根據場地總平面圖，填方區域長度約170 m，坡頂高程約864 m，坡底高程約838 m,整體坡高約26 m，底部有3 m為原狀土邊坡，圖1為場地平面布置，南側已平場區域為填方區坡底位置。

場地西側為已竣工邊坡，邊坡類型為土質原狀土邊坡，坡面斜率為1∶0.75～1∶1.00，坡面采用三維植被網綠化。已竣工邊坡土質為原狀的“R”紅土，邊坡竣工2 a左右，受雨水沖刷侵蝕，坡面“R”紅土反復的吸水膨脹、失水收縮后，邊緣三角形區域已經發生淺層剝落，植被網及綠化均有部分損壞，如圖2所示(視角位于擬填方區位于坡底)。

2.2 工程地質條件

場地平整前，各地層主要物理力學指標見表1。第①層表土厚度0.5 m～1.0 m，含大量植物根莖，場地內普遍分布，不再列出。第②層黃土狀粉質黏土及第③層黃土狀粉質黏土僅在部分區域出露，且厚度較薄。第④層粉質黏土為典型的晉東南“R”紅土，結構性強，黏粒含量高，鈣質結核富集成層，局部厚度可達2 m左右，場地內挖方區揭露地層情況見圖3，挖方區典型剖面見圖4。

表1 原始地形地貌各土層物理力學性質

場地位于山體半坡，其匯水面積小，排水條件良好，各個鉆孔勘察15.0 m～50.0 m深度范圍內均未揭露地下水。

2.3 方案比選

進行方案比選時，邊坡護面可采用錨索格構綠化、植被網或魚鱗坑草籽。錨索格構綠化護面用于填土區域時，由于斜面填土壓實質量難以掌控，易發生格構下土體流失，造成格構底部脫空，更甚者格構結構產生破壞；三維植被網綠化用于填土時，表面有一定的抗沖刷作用，但無法對深層滑動進行治理，且無法避免淺層剝落；魚鱗坑植草作雖然是最經濟的綠化手段，但在抵抗雨水沖刷、淺層剝落及深層滑動等方面效果均較差，多在投資預算極為有限時，用于土質良好的原狀土區域；采用加筋土結合噴植綠化，通過土體加筋可增邊坡的強整體穩定性，避免產生深層滑動。根據場地實際情況，加筋土邊坡坡面采用噴植綠化，對避免雨水沖刷及淺層剝落均可以起到良好的效果，滿足景觀協調性的要求，整體耐久性及安全性均較好。

3 填方區壓實方式及參數

3.1 回填及壓實方式

對于填高填方區域，原始地形坡度大于1∶5時應臺階狀開挖，使原狀土與回填土交界部位需錯臺搭接，盡量增大填土與老土之間摩擦系數，開挖時沿順坡方向進行，開挖臺階高寬比為1∶2，寬度為1.0 m～2.0 m，頂面向臺階內2%的坡度傾斜。第②層及第③層黃土狀粉質黏土厚度較薄，具有輕微濕陷性，因此進行臺階開挖時，將第②層及第③層全部挖除。

通過對“R”紅土填料進行擊實試驗并結合現場試驗區，綜合確定了施工機械以及最優含水率。填方部位采用20 t(激振力353/245 kN)振動壓路機分層碾壓，階梯形分層開挖清除表土，回填土壓實系數按0.95控制，每層鋪土厚度30 cm～35 cm，壓實遍數為4遍～6遍。在添加筋帶區域，加筋材料層間距50 cm，分2層碾壓，每層壓實后厚度為25 cm。在距坡面1.5 m內應用質量小于1 t的小型振動碾壓機械碾壓，壓實度均達到95%以上。

3.2 壓實填土計算參數

穩定性計算時，填土剪切指標等參數至關重要，現場經探井、探槽及鉆探取原狀樣約170件，經直剪固結快剪室內試驗，統計結果見表2，第②層及第③層已全部挖除，不參與穩定性計算。

表2 回填區場地各層土物理力學性質

考慮地震、暴雨等工況下，邊坡破壞時土體的抗剪強度與殘余強度接近或略高,進行邊坡支護設計時[2]，結合地區經驗及地震降雨等不同工況，一般工況及地震工況按0.90進行折減使用，降雨及降雨地震工況按0.75進行折減使用。

4 邊坡穩定性分析與評價

4.1 未加筋時邊坡穩定性計算

對于未加筋時邊坡穩定性進行計算，取最不利斷面，填方邊坡分為四級，計算單級坡高6.0 m，自然坡率1∶0.75～1∶1.00，計算結果見表3。一般工況下填土邊坡處于基本穩定狀態，地震工況下穩定性系數處于欠穩定狀態，降雨工況下處于欠穩定狀態，暴雨及地震工況處于不欠穩定狀態。

表3 坡體穩定性計算結果表

4.2 邊坡設計方案選取

不添加筋帶時，邊坡穩定性在部分工況下處于欠穩定及不穩定狀態，且業主方提出，要求該段填方邊坡形式與場地已竣工邊坡保持一致。綜合以上因素，選擇加筋土進行防護，設計坡率與場地已竣工邊坡保持一致，均為1∶0.75～1∶1.0，加筋土坡面及加筋土下側現狀坡面均掛網噴植草灌綠化護面。加筋土坡腳和臺階處設置散水和排水溝，匯入場地排水系統。

根據不同的填方高度，設置不同級數的填方邊坡，底層筋帶最長為18.0 m；第二層筋帶長度12.0 m；第一層筋帶長度為10.0 m。各層筋帶均反包土袋長度為3.0 m，層間距0.5 m，單級邊坡高度為6.0 m，土袋間插筋掛網，后期坡面進行噴植綠化。典型斷面見圖5；對于部分填方高度較小區域，按圖6斷面進行設計。各級邊坡之間錯臺寬度為2.0 m，坡腳設置漿砌片石護腳墻，墻身地面以上高度為2.0 m。各級平臺間設截水溝，邊坡匯水面積僅為坡面投影面積，經計算，較原地形匯水面積減小約65%，坡面截排水溝可直接接入場地現有邊坡排水系統。

4.3 筋帶計算參數

加筋土邊坡計算時，間距均為0.5 m。各層筋帶長度見4.2節。筋帶極限抗拉強度取100.0 kN/m，按施工損傷折減系數1.10、耐久折減系數1.40、蠕變折減系數2.0后進行[3]，采用的加筋土設計允許抗拉(拉伸)強度按32.47 kN/m進行設計計算。

4.4 加筋土邊坡穩定性分析

穩定性分析采用理正巖土計算軟件(6.5版)，加筋后，邊坡最不利滑面延伸至筋帶后側，滑動圓弧半徑變大，滑面長度增加，抗滑力提升，邊坡整體穩定性提高，避免了深層滑動的整體破壞。筋帶反包土袋一定長度，坡面雨水沖刷、淺層填土剝落的問題亦得到解決，且滿足業主景觀一致的要求。加筋土邊坡穩定性計算結果表見表4。

表4 加筋土邊坡穩定性計算結果表

4.5 實施情況

通過對填方區邊坡進行支護設計后，現場進行了施工，加筋后效果見圖7，圖8，坡面設置短鋼筋，后期可按業主需求進行掛網噴植，從而達到與已竣工邊坡景觀協調的目的。

5 結論

1)晉東南“R”紅土原狀土及壓實后自身剪切指標均較高，在非加筋土壓實區域，可采取現場原位測試及室內土工試驗結合的方式綜合確定其力學性質。

2)人工壓實填土屬于半天然的、多相性共同作用的不均勻介質，筋帶屬于人工、連續的、易受環境影響的合成材料，兩者物理性質截然不同，在加筋土中相互協同作用，因此，加筋土邊坡采用保守設計已經成為共識，在保障安全儲備的情況下，對填土及筋帶的物理參數均折減后使用。

3)施工過程中，填土質量及筋帶質量根據不同的變量條件進行折減。對填土剪切指標，邊坡破壞時剪切指標遠低于其峰值強度，同時需考慮降雨、地震等不利工況，據此進行折減；筋帶則考慮蠕變、施工損傷及材料老化等原因進行折減。實際進行邊坡穩定性計算時，對剪切指標及筋帶抗拉強度均折減使用，符合加筋土保守設計的理念。

4)加筋土擋墻作為填方邊坡治理手段，在保障邊坡穩定的前提下，可根據場地需求，選擇多種坡率，極好的適應場地條件，做到美觀協調。邊坡表面亦可選擇多種護面形式，在景觀上易于滿足業主要求。