膨胀土边坡处理方案

TRANSPOWORLD2009No.1(Jan)72HIGHWAY现代公路膨胀土是指粘粒成份主要由强吸水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。该土具有吸水膨胀、失水收缩并反复变形的性质。由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率的情况下处于较坚硬的状态，所以易被工程技术人员忽视，但其对工程建设存在着严重的破坏性，膨胀土边坡易产生溜坍、坍塌、滑坡等严重事故，还会产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，一旦出现问题，治理难度很大。项目概况在南京市浦口区沿山大道道路设计中，通过对该区域进行地质勘测，发现该地区出露的地层存在膨胀土，设计考虑采用护面墙边坡（边坡坡率为1:1）防护设计。业主单位考虑将沿山大道打造成生态道路，后由景观设计单位将原设计调整为生态绿化防护（边坡坡率为1:1.5），采用植草和灌木绿化防护。在雨水的反复作用下，边坡发生滑塌。从现场取原状土样，对其进行浸水饱和试验、渗透试验、物理性质试验、胀缩试验，同时进行实地察看，对滑坡的成因进行分析研究，通过计算、分析、比较后提出处理方案。边坡现场照片见图1。膨胀土的物理性质及力学性质分析膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下。含水量膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨胀。一般来讲，很干的粘土表示有危险。这类粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大。但应注意的是，潮湿的粘土，在水位下降或其它的条件变化时，可能变干，显示的收缩性也不可低估。干容重粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m3的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。人们对这种土的评语是“硬的象石头”。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。力学性质在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。膨胀潜势简单的讲，膨胀潜势就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在昀佳含水量时压密到昀大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的昀大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度、润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土表1土工试验成果报告表室内土样编号野外土样编号取土深度(m)含水率ω%密度ρ(g/cm3)干密度ρ(g/cm3)孔隙比e0饱和度Sr(%)塑性指数Ip液性指数IL压缩系数a1-2(MPa)压缩模量Es1-2(MPa)15271T1-10.521.61.901.560.75479.015.90.110.218.3515272T1-21.021.81.931.580.72982.016.20.090.218.2315273T2-10.523.41.941.550.73276.014.30.240.238.0515274T2-21.024.61.891.520.80084.014.40.350.404.50膨胀土边坡处理方案文/唐桂莲张源图1边坡现场照片2009年第1期《交通世界》73(1月上)周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。膨胀力膨胀力也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到昀大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。土工实验为了全面的了解膨胀土的物理及力学特性，指导沿山大道道路路基的施工设计，特对该地区进行了地质勘察，并进行了一系列土工实验，实验成果见表1和表2。从实验的数据中可以发现含水量、干容重等外部及内部因素对膨胀土所产生的力学变化。以下土工实验由国土资源部南京矿产资源监督检测中心完成。综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。计算分析根据土工实验数据，采用瑞典条分法计算圆弧滑动安全系数，考虑土体浸水后的不利因素，对自然土质和边坡进行处理后计算得出，自然土质需放缓边坡至1:2.5，昀小滑动稳定系数为1.34，处理后边坡放至1:2，昀小滑动稳定系数为1.259。综合考虑各方面因素，决定对边坡进行处理。膨胀土的边坡处理经认真分析后，总体认为现有土体为弱膨胀土，孔隙比较大，由于雨水侵蚀的反复作用造成路基边坡滑移。现有滑坡主要为水损坏引起的，目前仅靠堵水已经不能较好处理，为确保处理方案安全可靠，考虑前堵后疏的办法，采用柔性防护、土体内部排水的办法。处理方案对边坡坡度较低路段以降低边坡高度和放缓边坡坡度为原则，边坡坡度采用1:3～1:3.5；对边坡坡度较高路段采用柔性防护方案，并尽量降低边坡高度和放缓边坡。柔性防护方案从滑坡坡面（如图2所示）开挖一定的纵向作业面，用3%石灰土（要求掺灰处理后的膨胀土，其胀缩总率接近零为佳）分层回填，分层厚度及压实度按二级公路路堤填筑要求，外边坡1:2，尽量放缓，坡面铺草籽袋防护。竖向排水体用编织袋装碎石分层码砌（与土体填筑同步），宽度约30cm，用以排除山体内渗水。水平排水层（顺路线方向连续设置）采用碎石，厚度约20cm，顶面铺无纺土工布（100g/m2），也可用编织袋装碎石。碎落台填50cm种植土（设50cm×50cmM7.5浆砌片石矮墙，每15m设一道断缝）。柔性支档体顶面设3m宽平台，平台设浅蝶形排水沟（纵坡大于0.5%），用5cmC20混凝土硬化，每5m设一道断缝（用浸油木板或泡沫板隔离），在山坡两侧侧面设急流槽将截水沟引入边沟。柔性支挡体采用挖掘机或推土机碾压，每层压实厚度10cm，压实度要求达到90%。施工时应避开雨季作业，加强现场排水。路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久。要加强养护定期清理平台上二级边坡塌土，直至二级边坡昀终稳定。结束语膨胀土是影响道路及其它构造物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。解决膨胀土的问题，应着重从影响其物理力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑，从而通过改变土的力学性质达到处理的目的。一个工程有其自身的特点及建设条件，在南京市浦口区沿山大道的道路设计中，处理膨胀土的措施正在施工中应用，这些措施已显示出良好效果，经处理后路基边坡稳定，坡面绿化景观效果美观、舒适。作者单位：南京先行交通工程设计有限责任公司表2土工试验成果报告表室内土样编号野外土样编号取土深度(m)各级压力下的膨胀率（%）自由膨胀率（%）膨胀力Pe（kpa）收缩系数λnδe0δe50δe100δe20015271T1-10.5-0.78-0.090.571.5464560.4815272T1-21.0-0.271.272.053.3356.080.4615273T2-10.5-2.960.000.581.0046.0500.3515274T2-21.0-3.90-0.670.100.6063.0940.49图2柔性支档断面图