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1、南宁外环公路膨胀土堑坡土质特性及防护措施李迎春;罗得把;唐咸远 【摘 要】文章以南宁外环高速公路的膨胀土（岩）路堑边坡为对象,基于边坡破坏的 原因及特点,开展了膨胀土（岩）边坡的土性试验,并针对边坡的不同特点,提出了坡脚 矮挡土墙+浆砌片石骨架+铺两布一膜、土工格栅柔性支护、土工格室柔性支护等 多种不同土工材料的边坡支护处治方案.工程实施表明所采取的方案措施能经济有 效地解决南宁外环高速公路的膨胀土路堑边坡问题.【期刊名称】西部交通科技年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页（P6-9,33）关键词】 膨胀土;边坡;柔性支护;土工材料;防治措施作 者】 李迎春;罗得把;唐咸远 【作
2、者单位】 广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院,广西南宁 530029;广西壮 族自治区交通规划勘察设计研究院,广西南宁 530029;长沙理工大学交通运输工程 学院,湖南长沙 410076正文语种】 中 文中图分类】 U416.1+670 引言因膨胀土具有胀缩性、裂隙性和超固结性的不良工程特性，膨胀土地区公路路堑边 坡开挖后常常会出现滑塌破坏1，防治较为困难。南宁外环高速公路长近80km，设计速度120km / h，路基宽28m。其中K6 + 300 K29 + 600段长约23km ，自西北向东斜穿典型的膨胀性岩土分布区南宁盆地，有挖方膨胀土240万 立方米，挖方边坡150多处。为了保障膨
3、胀土路堑边坡的稳定，打造一条绿色环保的市郊高速公路，建设业主广 西吉泰投资有限公司与广西交通规划勘察设计研究院、长沙理工大学成立了膨胀土 课题组，对膨胀土路堑边坡防护进行了相关研究。本文以南宁外环公路的膨胀土边 坡为对象，从边坡破坏的原因及特点出发，进行了相关土性试验，针对其征地特别 困难及未滑塌边坡的岩土层相对完整的特点，提出相应边坡支护处治方案。1 土性特征南宁盆地是我国典型的膨胀土分布区，钻探表明南宁外环高速公路K6 + 300 K29 + 600段表层为第四系冲洪积或残坡积粘土，多呈灰、灰白及灰黄色；下伏岩 层主要为古近系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等碎屑岩及新近系含煤碎屑岩组成。 膨
4、胀土以灰黄、灰白色粘土及灰绿、青灰色泥岩为典型代表，具有弱中等膨胀性， 局部具有强膨胀性。开挖后典型路堑边坡如图1所示。图1 开挖后典型路堑边坡示例图从图 1 可以看出，边坡上覆盖有灰黄色及灰白第四系粘土，下伏岩层主要为灰绿、 灰色新近系泥岩。钻孔取样进行天然状态土的物理性质指标，试验按JTG E40 - 2007 2 要求进行， 由于路线较长，所取土样的试验较多，本文选取2段深路堑为例，试验结果见表1。 表1 土样的物理性质指标表物理性质桩号分类及颜色取土深度(m )含水率3(% )比重Gs天然密度p(g/ cm3 )饱和度Sr ( % )孔隙比膨胀势e界限含水 率液限3L(% )塑限3P(
5、% )塑性指数IP(% )自由膨胀率(%)K10+黄色 粘土 1.0 1.2 24.2 2.71 2.01 97.2 0.675 48.8 24.1 24.7 35 弱灰白粘土 4.04.228.6 2.66 1.93 98.5 0.772 79.7 36.4 43.3 50 强 120 灰色泥岩 11.0 11.2 15.02.69 2.21 100.0 0.400 34.1 20.1 14.0 60 中 K18 + 红黄粘土 2.7 2.9 21.2 2.70 2.06 97.2 0.589 54.7 26.2 28.5 40 中灰色泥岩 10.3 10.5 22.0 2.63 2.00
6、95.8 0.604 46.0 23.3 22.7 31 弱 160 灰色泥岩 17.1 17.3 24.0 2.61 2.05 100.0 0.579 14.7 20.2 21.5 36弱从表1可知，K10 + 120深挖路堑坡面表层粘土（深1.0 1.2m ）自由膨胀率为35% ，塑性指数为24.7 ，按现行公路路基设计规范3 ，应判定为弱膨胀土；下层粘土（深4.04.2m ）自由膨胀率为50%，塑性指数为43.3，判定为强膨胀土; 而下伏灰色泥岩自由膨胀率为60% ，塑性指数为14.0 ，为中膨胀泥岩。K18 + 160深挖路堑坡面上层粘土（深2.7 2.9m ）自由膨胀率为40%，塑性
7、指 数为28.5，应判定为中膨胀土；下伏灰色泥岩（深10.3 10.5m ）自由膨胀率为 31%，塑性指数为22.7，判定为弱膨胀泥岩；深17.1 17.3m处泥岩的自由膨胀 率为36% ，塑性指数为21.5 ，为弱膨胀泥岩。2 路堑边坡设计根据膨胀土研究成果及本项目的具体地质条件、地理位置，综合考虑边坡的稳定性 及绿化，有针对性地提出本项目关于膨胀性岩土路堑边坡的处治方案。2.1 堑坡施工图设计方案南宁外环公路膨胀土路段堑坡高度均v 28m，边坡设计时按规范要求进行，第一、 第二级边坡坡度为1:1.5,第三级为1:1.75,对于深挖路堑按要求进行稳定性验 算，计算结果表明边坡稳定性均能满足要
8、求，施工图设计的防护措施如下：（1）对于膨胀土路堑边坡坡高Hv8m ,采用坡脚矮挡土墙+浆砌片石骨架+铺 两布一膜封闭+培土处治。（2 ）当坡高8m vH22m,采用土工格栅加筋柔性支护，柔性支护体水平宽度为3.5m。其中坡高8m vH14m时，采用高度为6m （ 8m ）的一级柔性支护；坡 高14m H22m,采用柔性支护，采用每级高度为8m的二级柔性支护，支 护体高度采用16m ;柔性支护以上部分采用锚杆格梁+铺两布一膜封闭+培土处 治。图2 土工格栅支护设计示意图(单位：cm)2.2 柔性支护设计要点 作为一种创新的土工格栅柔性支护综合处治技术，采取封闭包盖、刚柔相济的技术 思路，可有效
9、地防治膨胀土的浅层滑坡，在广西区内外均有相当多的成功案例4。柔性支护处治体系主要由柔性支护主体、排水系统及坡面防护系统三部分 组成，其设计要点如下：(1) 柔性支护主体基础开挖深度为原路床换填深度，开挖宽度为4.0m，坡比 1:1.5,分层回填压实并设置土工格栅。要求开挖完边坡后尽快进行防护施工并及 时培土封闭。回填土可采用膨胀土或非膨胀土，碾压后压实度要求达到 85%以上。(2) 每填 0.5m 厚土铺设土工格栅，相邻两层土工格栅之间用专用的连接棒连接， 搭接宽度20cm,反包长度宜1.5m,锚固入上层土体0.5mo(3 )基底设纵坡为3%的碎石渗沟，以保证水流畅通，渗沟中布设申10cm带孔
10、 PVC 排水管，采用“两布一膜”作好反滤层，出口处做成一字墙出口，渗沟要求 与排水沟连接并保持排水畅通。(4 )坡面反包格栅的保护：在反包边坡表面培植30cm非膨胀土，并随着施工进 程由下而上填土并拍实，以防止紫外线对格栅寿命的影响。2.3 土工格室支护变更设计 由于南宁外环公路地处南宁市郊，土地资源极为珍贵，而土工格栅加筋柔性支护施 工时要先开挖4m左右坡体后再进行回填，这对于征地困难的地方，采用柔性挡 墙支护方案的推广较为困难，故在K10 + 000 K15 + 000段施工时，根据现场实 际地质情况对土工格栅柔性支护的路段进行了变更设计。钻探及试验结果表明，南 宁外环膨胀土多为中弱膨胀
11、土及中弱膨胀泥岩，膨胀土厚度相对较小（一般v 6m） 而膨胀泥岩相对较厚，并且边坡的完整性较好。在保证不需另外增加征地范围的情 况下，变更设计采用土工格室支护+土钉的综合处治方案（见图 3）。该方案既考 虑了能满足机械施工要求，同时也能有效阻隔大气对边坡土体的影响，充分发挥支 挡和封闭作用。处治方案设计要点概述如下：（1）土工格室支护+土钉的综合处治设计仅适用于泥岩边坡；要求开挖完边坡后 尽快进行防护施工并及时进行培土封闭，以防边坡坍塌。（2 ）防水土工膜规格要求400g/ cm ；采用规格为30cmx30cmx20cm的普通 型土工格室。U型钉用申10钢筋制作；U型钉按正方形布置，间距为90
12、cm。（3）设置土钉以加强土工格室本身的稳定性，土钉（水泥钉）纵横间距，当边坡 坡率为1:1.25 - 1.75时为110 140cm。土钉长度为150cm （保证大于干湿循 环显著影响区），局部坡面不平整或破碎位置可将水泥钉最大加长至 180cm。（4 ）水泥钉应先用风钻成孔，要求孔径5cm,再往孔内注满M20水泥浆，最 后插入钢筋，要求弯勾朝上，至少勾住一片格室。采用申16螺纹钢制作土钉，外 露部分用油漆或沥青进行防锈处理。施工前应对坡面进行平整，尽量使土工膜、土 工格室紧贴坡面。（5 ）坡底采用C25混凝土挡土墙，挡土墙高出路面1.5m ；墙背设置加劲软式透 水管，采用砂砾或者级配碎石回
13、填并分层压实。图3 土工格室支护设计图（单位：cm ）3 现场监测效果 为评价南宁外环膨胀土边坡施工及其使用过程中的稳定性，获得加筋体内的应力应 变在施工及运行过程中的变化规律，同时为获得季节性干湿循环及降雨等因素引起 的坡体不同深度范围内含水率变化规律，开展了柔性支护边坡的现场监测试验，对 膨胀土路堑边坡不同深度范围内的含水率、土工格栅变形、坡体内土压力和坡面裂 缝等进行监测：（1）不同深度范围内含水率：沿柔性支护体坡面水平向埋设体积含水率探头等，位置分别为距边坡表面1.0m、2.0m、3.0m、3.75m，定期（降雨等特殊情况需加强）监测各仪器含水率的变化情况，分析边坡土体内部水分迁移的变
14、化情况。（2）土工格栅变形：在柔性支护体内不同层位的土工格栅上安装柔性位移计，一层4个，位置在1.0m、2.0m、3.0m、3.75m处，通过对土工格栅的应变监测，分析在施工过程中及后期土工格栅受力变形的变化规律，为后续数值分析提供参考（3）坡体内土压力：在柔性支护体内一定深度埋设土压力盒，监测柔性支护体内 土压力的变化规律。（4）坡面裂缝宽度和深度测量：采用直尺等，定期监测坡面裂缝宽度和深度的变化情况。监测仪器埋设后采用专用的读数仪进行读数，自动记录并辅以人工读数。通过一年 左右的观测，监测的边坡段没有发生明显滑坍及开裂现象，表明处治取得了良好的 效果。4 结语 目前南宁外环公路已经基本完成
15、了挖方边坡的防护施工，施工完成的土工柔性支护 数量为3 575m /18段，完成土工格室支护3 024m /17段，至现在已经经历了 1至2个雨季的考验，从目前实施处治的路段膨胀土路堑边坡来看，没有出现边坡 崩塌、开裂的现象，各边坡均稳定、坡面植被生长茂盛，取得了坡面防护稳定与绿 色生态效果。南宁外环公路的堑坡防护实践表明，土工柔性支护及土工格室支护均 能有效进行膨胀土边坡的处治。参考文献1 郑健龙，杨和平公路膨胀土工程M.北京：人民交通出版社，2009.2 JTG E40 - 2007，公路土工试验规程S.3 JTG D30 - 2004，公路路基设计规范S.4 肖 杰，杨和平，倪 啸.北京西六环膨胀岩(土)深路堑柔性支护处治技术J .中外公路，2010 ( 3 ):38 -41.5 唐咸远，肖 杰，罗得把.两种柔性支护技术处治部分滑塌的膨胀岩土路堑边坡J.公路，2014 (1):1-5.
南宁外环公路膨胀土堑坡土质特性及防护措施
