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堑边坡柔性挡墙对公路膨胀土路的作用
导语：膨胀岩土又叫胀缩土是一种特殊土，它是在地质作用下形成的一种主要由亲水性强的粘土矿物组成的多裂隙并具有显著膨胀性的地质体。
一、工程概况
南宁至友谊关高速公路是广西公路网主骨架的重要组成部分，也是我国通往越南乃至东南亚地区最便捷的陆路国际通道。该路线全长220km，在穿越广西宁明盆地边缘时，遇到第三系始新统那读组(Ny)粘土岩及其风化残积形成的厚层粘土，普遍具有膨胀性。根据现场取样的特征并结合工程勘察的资料表明：在挖方边坡剖面上分布有两层膨胀土，第一层为灰白色高含水量的膨胀土，具有中等的膨胀性;第二层为灰黑色弱膨胀泥岩。膨胀土是一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。在这种地区修建公路，常出现公路路基开裂、边坡滑坡、失稳等一系列质量问题或事故，国际上视其为公路施工的“癌症”。据报道，美国高等级的公路每年因膨胀土变形所造成的损失，平均就在10亿美元以上，我国前几年因膨胀土造成的直接损失也在亿元级之数。
膨胀土边坡失稳是膨胀土地区一种最常见的斜坡变形现象，无论是膨胀土自然斜坡还是人工开挖的边坡，失稳现象都十分普遍，常常形成区域性灾害，而且具有反复性和长期潜在的危害性，修复极为困难。因此，膨胀土边坡的稳定问题已是岩土工程中迫切需要解决的难题之一。过去治理这种路堑“肿胀症”，一般采用放缓边坡处理或砌筑片石、砌筑混凝土预制块护坡或砌筑片石挡墙。但从现有工程路堑坡度的调查结果看，膨胀土边坡失稳不一定在边坡较陡的区段发生，坡度比从1：2～1:3的边坡，也都出现不稳定，特别是在有软弱夹层时，边坡缓至1：5～1：8也不一定完全稳定。因此，放缓边坡并非解决膨胀土路堑边坡稳定的良策，甚至作用不大，而且损失还会持续发生。本文抓住膨胀土路堑边坡失稳的主要特点和规律，以“土工格栅柔性挡墙”的方案处理南友公路K133+830～K134+120段坍塌路堑边坡为例子探讨适合膨胀土路堑边坡处治的防护方案，为其他同型路段施工摸索经验。
二、膨胀土路堑边坡失稳的主要特点和规律
与其它土质的滑坡相比，膨胀土边坡的失稳形式有其特殊的规律。根据对国内外膨胀土开挖边坡滑动现象的分析，可以将其最基本的特征和共同规律归纳如下：
亲水性：膨胀土中成分中含有较多的亲水性强的蒙脱石(微晶高岭土)、伊利石(水云母)、硫化铁等膨胀性物质，土的细颗含量较高，具有明显的湿胀干缩效应。
浅层性：发育深度同裂隙发育深度及大气风化影响深度基本一致，通常小于6米;
逐级牵引性：先在坡脚局部破坏，然后向上牵引发展，形成多层次滑动面;
缓坡滑动：边坡的稳定坡角比一般土质的边坡缓;
季节性：边坡失稳绝大多数发生雨季，降雨是主要的外部诱发因素;
开挖后有较长的稳定时间：很多膨胀土边坡稳定数年后才失稳。
上述特点使得膨胀土边坡的设计方法不能简单采用一般土质边坡的设计方法，而需要探索适合其特点的防护措施。
三、膨胀土路堑柔性边坡挡墙
(一)膨胀土路堑柔性边坡挡墙设计原理
根据上述分析，膨胀土路堑边坡防护，一是为了预防含水量的变化可能产生的边坡变形破坏，二是对已产生变形破坏的边坡进行治理。因此，边坡防护措施的选择，应针对膨胀土的工程特性，结合路堑边坡稳定性来分析。膨胀土路堑柔性边坡挡墙就是基于此原则提出的。
柔性边坡挡墙处治技术是利用“土工格栅”的塑料工程材料，将公路边坡表层“包”起来，充分利用土工网格的抗拉强度、土与网格的相互咬合摩擦作用来控制路基塌陷，图1为南友公路K133+820～K134+120柔性边坡挡墙防护图。
1.柔性边坡挡墙利用土工格栅的伸拉力，通过土中铺设网格吸收部分土体因干燥失水收缩产生的收缩应力，抑制边坡土体开裂的宽度和深度，防止坡面产生严重开裂为外界环境水分入浸提供通道，从而保持边坡土体天然含水量状态的相对稳定。
2.土中加网格可抑制因水分进入坡面引起膨胀土体膨胀、松散，提高路基表面土体的整体性和抗剪强度，保证边坡表面土体雨季饱水后，不至于强度降低过多，自重过大而失稳。
(二)柔性挡墙施工技术
柔性挡墙的施工按以下步骤进行：
1.首先对边坡进行清方，对未滑塌区域按设计挡墙宽度开挖，滑塌区清至边坡滑塌松方与未滑塌边界止。
2.挡墙基础开挖及纵向渗沟设置：渗沟底、侧面铺防水两布一膜，渗沟底部布置纵向Φ10有孔PVC渗管作为纵向排水通道，回填2～4cm碎石。
3.挡墙主体首先采用碎石土回填，单向拉伸土工格栅TL-35加筋，填筑一定高度后，填料采用边坡清方膨胀土，用同种土工格栅进行加筋，在清方边坡一侧填碎石土形成墙背渗水层，施工过程刷坡及清理塌方的膨胀土直接用于回填;土工格栅在按设计修整后的边坡线上反包，并用土工连接棒与上一层土工格栅在预留反包格栅1.5m处搭接串联，沿垂直路中线方向采用张具拉紧并产生1%～2%伸长率，立即用“U”型钉将格栅固定在土层上，以提高挡墙的整体性及推箍作用。
4.回填至设计高程后,用两布一膜封顶,回填种植土,同时进行其他附属工程的施工。
(三)柔性边坡挡墙的施工质量控制
膨胀土路堑柔性边坡挡墙处理技术应抓好以下质量控制要点：
1.确保膨胀土挡墙渗水层的宽度。为确保膨胀土挡墙渗水层的宽度，本施工路段在施工过程中，除用大型挖掘机清除大部分覆盖在渗水层上的膨胀土外，靠近渗水层位置，改用小型挖掘机和人工清除边角部位剩余的非适应性填料，再用碎石土回填做垫层，并设隔水层。
2.为加强土工格栅的牢固性，U型钉按品字型布置，间距控制在80cm内，同时在两块土工格栅搭接部位增加3～4枚U型钉。
3.为保证施工质量，改进现场的施工安排：渗水层及土工格栅铺设尽量安排白天施工，以便更清楚检查渗水层的连续、贯通，同时由于白天温度较高，土工格栅铺设完成后当温度降低时可增加收缩张力，晚上安排膨胀土填筑施工进行覆盖，把温差变化对工程质量的影响减至最小。
四、结语
南友公路K133+830～K134+120柔性路堑边坡挡墙2004年11月上旬完工，历经了2005年提前到来雨季的洗礼，经受了特大暴雨的考验，边坡仍完好无冲刷和溜坍现象。可见利用柔性挡墙处治边坡，能有效地防治边坡的冲刷和溜坍，防治水土流失，使防护边坡稳定美观，是膨胀土地区路堑边坡防护一种切实可行的防护措施。它具有以下优势：
1.柔性边坡挡墙防护由于受到土工格栅较好的弹塑性对土的阻尼作用，能够消除膨胀土胀缩力的影响，可在设计和施工阶段最大可能消除和抑制各类病害，防患于未燃，并且可以减少运营期的维修成本。
2.从经济的观点来看，可以节约大约30%或更高的造价。根据测量资料K133+830～K134+120段柔性挡墙边坡回填膨胀土18804m3,使用土工格栅15000m2,根据当地的实际单价计算造价为43万元，与实际坍塌区坡率1:3放缓边坡方案比较，能节约投资12万元。
3.与一般的浆砌片石或浆砌混凝土预制块护坡相比，具有易掌握、易操作、工期短、效果好的特点，并且可以充分利用清出来的膨胀土。
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