膨胀岩路堑边坡病害机理与防护技术分析

作者：吕小刚

来源：《广东科技》 2014年第22期

吕小刚

（福建省闽武长城岩土工程有限公司，福建福州 350001）

摘 要：某高速公路膨胀岩集中于K43+460~K43+860路段，长度大约0.5km，为不良工程地质状况。由于膨胀土路堑边坡常出现病害，对公路质量造成影响，所以探讨其防护加固技术具有重要的意义。结合具体的工程实例，首先分析了膨胀土路堑边坡病害机理，进而探讨了边坡的防护技术。

关键词：膨胀岩；边坡；病害机理；防护技术

随着我国城镇化进程的不断加快，公路建设得以快速发展，在公路路基施工中，膨胀土地质病害经常发生，特别是路堑边坡膨胀土病害，成为高速公路建设中的一个难题，严重影响了公路的使用功能和寿命［1］。笔者从膨胀土路基边坡病害的类型、规律，以及边坡的加固防护技术等方面进行了分析和总结。

1 膨胀岩路堑边坡病害机理

膨胀土区域常见的病害表现有两种，一种为坍塌，一种为滑坡。而在开挖过程中，经常出现地域性路基坍塌和滑坡，这主要是因为膨胀土属于特殊土质，有着与普通粘土不同的地质特征。

1.1 病害类型

（1）滑坡。滑坡是路基土方开挖形成边坡后，其结构受到损害，在本身自重和外力作用下，部分土体出现变化或移动，造成边坡损坏。发生滑坡后，土质的水分挥发和渗透能力强，经长时间湿胀干缩作用，结构强度大幅下降，诱发二次损坏，可能造成更大面积滑坡。

滑坡表现为带有一定弧度的外形，且滑迹明显，后壁陡直，具有很强的破坏性，厚度范围一般在1~3m，不超过6m。

（2）塌滑。在人为和自然因素作用下，膨胀土出现湿胀干缩现象，水分不断挥发或深入，导致土质坍塌或产生裂缝，强度下降，形成边坡整体移动，且伴有塌落现象。在雨季其表现为大量的裂缝产生，如滑出范围大，可形成大的滑坡，厚度也是1~3m。

1.2 膨胀土滑动原理

（1）滑坡运动规律。膨胀土滑坡变形与滑坡运动的典型特征是形变严重、普遍，受自然因素与时空规律性，以及反复性和蠕变性。从整体来看，它的变化可分为三个阶段：①物理化学风化弱变形阶段；②局部蠕变张裂变形阶段；③整体滑动强变形阶段［2］。

（2）滑坡物理原理。坡体结构平稳性持续遭到破坏，土质抗剪强度强敌，便造成坍塌或滑坡。其中，造成滑动的变动为土质产生横向移动，原因主要表现在以下几个方面：①路基土体具有足够的移动范围；②路基的抗滑阻力F＜下滑力T或者抗滑力矩M＜下滑力矩M1；③路基

边坡滑动具有固定的路径方向［3］。从整体来看，滑坡的变动包括初级张裂损坏阶段、剪切面发展阶段和滑体位移阶段。

1.3 该路段路基坡体失稳机理

在施工过程中，膨胀土路基可能出现应力状态与内部结构变化，包括裂隙加剧、土体膨胀和土质软弱等，易出现湿胀现状，再加上人为因素影响，土质水分挥发严重，结构强度遭到严重破坏，形成滑坡。经过7个月的实地调查，笔者认为该路段路堑边坡损坏的原因包括以下几个方面：

（1）土体结构。膨胀土的形变与衰减由土的联结强度决定，由于该土层排列结构与均质隐层特征明显，内部结构排列紧密，且具有很强的规律性，即常见的层流状微结构。这种结构的土层，在自然状态下，表现相对分散，内部结构联结差，颗粒之间的水稳结构较差，如果受到水的浸润，则随着水分的增加，厚度会降低，造成土剪切面破坏和强度的降低［4］。

（2）地质结构。经研究塌滑病害，土质内部结构对坡体有一定的影响，且较大滑坡均有一定的倾向性，是由坡脚逐次发育而形成的。这些个软结构面在工程施工中，会改变应力状态，逐渐遭到破坏，使得相互连接贯通性形成完整的滑动面，在重力作用下，沿斜坡向下滑动。按照现场勘察的结果，左侧边坡为顺坡施工，岩体走向与滑坡方向相同。因此可知，土体内部结构为垫坡坡体滑动的原因之一，同时也影响坡体的稳定性。

（3）水分因素。水分因素包括降雨和周边灌溉水影响。其中，降雨对土内部的影响包括两个方面：①水分渗入后，土湿胀后结构变得软弱，内部的抗剪强度下降；②土的吸力与有效作用力下降，直接诱导滑塌。这是常见的浅层滑塌的主要因素。而周边灌溉水的影响主要集中在粘稠度、承重和孔隙度三方面，如土的水分达到饱和，内部组成颗粒间距将降低，最终降低土体的抗剪强度，出现滑塌病害。

2 膨胀岩路堑边坡防护技术

根据工程的水文地质条件和工程地质条件，公路建设指挥部对该段膨胀土路堑边坡施工方案进行了反复探讨，最终确定的防护方案为：①完善防水措施，在坡面与坡顶之间采取封水措施，坡顶与边坡增加封水土工膜，而坡面换填亚粘土；②对于挡土墙完好、坡面损害严重，且无滑坡的路段，进行坡面的清理，铺设复合土工膜，并进行亚粘土的回填；③对于挡土墙变形、倒塌的路堑，首先清除挡土墙破坏部分，放缓边坡，保证坡度不陡于1：2，并铺设复合土工膜，夯实后进行绿化；④在K43+672路段增设抗滑桩，开挖掺入4%石灰后分层回填，并增加土工格栅；⑤在施工过程中，按照实际情况增加位移观测仪，并进一步完善排水设施。

2.1 准备工作

准备工作包括几个方面：①机械设备与队伍随时待命；②现场配备一台30kW的发电机；③混凝土材料与技术指标，混凝土为中联水泥有限公司的P.O.42.5普通硅酸盐水泥。C30普通混凝土的用量为：水泥390kg、减水剂7kg、水155kg和砂779kg等，并将塌落度控制在100~120mm。

2.2 施工方案

膨胀土的主要特点为干旱时产生裂缝，土块硬，而雨水后膨胀，抗剪应力迅速见效，易造成边坡塌方。本路段的膨胀土边坡为低挖方，边坡较为稳定，而高挖方，由于挡墙出现变形位移，塌方严重段落边坡施工。边坡位移观测设施与深层位移观测设置应合理、准确，不能出现差错［5］。

（1）低挖方、边坡稳定、有挡墙段的施工。①坡面与坡顶施工，首先将挖掘机沿坡顶下挖80m，倾角为4%的平面，将现有坡面50cm内的松土清除，并碾压平整坡顶，压实度≥自然密实度的85%。②坡面台阶开挖，先行挖出松土，然后在坡面上开挖两级台阶，台阶水平面向高速公路倾斜4%左右。③人工修整，采用人工配合挖掘机工作，用于不规范边坡与台阶的施工，清除其中的碎石。④复合土工膜的铺设，沿已修整的边坡轴线水平铺设，采用丁字形连接的方式。铺设的技术要求为，在晴朗天气下进行，为避免应力集中，铺设采用波浪形松弛方式，富裕度控制在1.5%左右。⑤复合土工膜的接缝作业，这是施工的一道关键工序，对防渗效果有着直接的影响，其中，搭接宽度控制在20cm上下，焊缝宽度≥5cm，在接缝时注意铺设的方向、焊接的人员选择、温度的控制和厚度的把握等，否则可影响接缝的质量。

（2）高挖方、挡墙变形位移、塌方严重路段的施工。①测量方面，未产生滑动的路段，按照每10m一横断面进行方面，以1：2坡比为依据，根据横断面设计路肩高程与地面高程，利用渐进法推算边坡开挖线。而对于出现深层滑动的路段，根据每5m一个横断面的标准进行放样，结合1：2的坡比，经自然高程与路肩设计高差推算开挖线。②滑动土方的挖除：首先清除发生滑动边坡的土方，清理时，按照自上而下的原则，保证开挖面处于一个坡面，而不能从底部开始清理，避免造成边坡失稳。③边坡台阶的开挖，清理完边坡土基与拆除挡墙后，可开挖边坡台阶，按照自上而下的开挖原则。在开挖前，由技术人员确定台阶的高度、位置，并现场监督开挖作业，每级台阶高度控制在2m以下，不免出现坍塌现象。

此外，还需要规范桩板式抗滑桩施工：①抗滑桩的设计；②测量放样；③确定施工的顺序；④抗滑桩桩基的开挖与护壁的处理。

3 结 语

随着公路建设的快速发展，在公路施工中，遇到膨胀土的情况越来越多，探讨其路堑边坡病害机理及防护技术，具有重要的现实意义。在本文中，笔者针对该高速公路路段膨胀土滑坡的因素之一水源因素进行了调查，在制定防护方案时，考虑了该因素。这是本文的创新点所在。在此基础上，笔者结合工程实际，制定了切实可行的边坡防护方案，为类似工程的防护施工提供了一定的参考。

参考文献：

［1］ 杨和平，曲永新，郑健龙. 中国西部公路建设中膨胀土工程地质问题的初步研究［J］. 长沙交通学院学报，2013，21（1）：122~124.

［2］ 杨和平，郑鹏，南友路. 膨胀土堑坡滑坍的地质调查与思考［J］. 长沙理工大学学报：自然科学版，2014，10（11）：145~147.

［3］ 吕小平，胡厚，田铁路. 边坡崩塌评判系统的研究［J］. 西南交通大学学报，2013，21（12）：120~121.

［4］ 徐峻龄，黄茨，江珊，等. 大型滑坡的预报及其理论和方法［J］. 中国地质灾害与防治学报，2010，23（3）：133~135.

［5］ 颜鲁博. 膨胀土垫坡失稳机理分析与加固技术研究［D］. 山东大学，2012.

作者简介：吕小刚（1973~），男，工程师，大专，从事岩土工程施工工作。