淺談土工格柵柔性擋墻在膨脹土路塹邊坡防護加固中的應用

［摘要］土工格柵柔性擋墻應用于膨脹土路塹邊坡防護在我國是一種新型的路塹邊坡加固防護支擋結構。文章結合工程實例，介紹土工格柵柔性擋墻的試驗研究及施工工藝，為同類工程提供參考。

［關鍵詞］土工格柵柔性擋墻；膨脹土路塹邊坡；應用

［作者簡介］鄧輝，廣西交通投資集團玉港高速公路有限公司工程師，研究方向：高速公路建設、養(yǎng)護管理，廣西南寧，530021

［中圖分類號］ TU443 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2009）04-0126-0004

一、概述

廣西南寧至友誼關高速公路是廣西公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，也是我國通往越南乃至東南亞地區(qū)最便捷的陸路國際通道。C10合同段位于廣西崇左市寧明縣內，屬于寧明盆地膨脹土分布區(qū)，其地貌為低山丘陵地貌，單元土質多為膨脹土。

在工程施工中對于填方路段，為避免膨脹土可能帶來的地質災害問題，主要采用換填好土和廢棄膨脹土的方式給予解決。然而，遇到挖方路段，卻不得不面對邊坡的滑坡失穩(wěn)等造成的地質災害。在公路工程建設中，據(jù)設計資料和現(xiàn)場踏勘統(tǒng)計，膨脹土開挖量達200多萬方。膨脹土（巖）路塹邊坡開挖自2003年9月份開始，2004年3月基本完成，至2004年9月，膨脹土（巖）路塹邊坡普遍經(jīng)歷了一次干濕循環(huán)后，膨脹土路塹邊坡均出現(xiàn)了不同程度的失穩(wěn)破壞（滑坡、溜塌或坍滑）。以往處理該類邊坡，常用坡腳片石擋土墻加漿砌片石、混凝土塊護坡方案，但從南友路滑坡調查來看，失穩(wěn)不僅在邊坡較陡的區(qū)段發(fā)生，還發(fā)生在較緩的邊坡處（1∶2～1∶3）。南友路邊坡巖層結構面的傾角僅為5～150，然而據(jù)分析推斷，當結構面的傾向與邊坡一致、結構面中充填吸水軟化粘土層時，邊坡緩至1∶5～1∶8也不一定穩(wěn)定。在南友路建設初期還曾出現(xiàn)過多起順層滑坡越過擋土墻和推翻擋土墻案例。因此，采用原有的防護措施難以解決南友路膨脹泥巖路塹邊坡穩(wěn)定性問題。為解決這一技術難題，取得既安全又經(jīng)濟和環(huán)保的路塹邊坡加固防護設計、施工經(jīng)驗，長沙理工大學創(chuàng)新性地提出采用柔性支護技術，結合交通部西部交通建設膨脹土地區(qū)公路修筑成套技術研究課題的開展，在南友公路C10合同段的K133+830～K134+120右側、AK2+520～AK2+800右側兩個邊坡開展柔性支護方案的工程試驗。目前，柔性支護處治邊坡已經(jīng)經(jīng)歷了5個旱季和5個雨季的考驗，工作狀況良好，無明顯變形和沖刷發(fā)生，基礎滲溝通暢，長年有地下水流出，疏水效果良好，雨季滲溝盲管可快速滿管排水，有效地降低了裂隙水的靜水壓力以及因水滯留邊坡土體產生膨脹力的作用，有推廣應用的價值。

二、土工格柵柔性擋墻支擋結構設計方案

（一）土工格柵柔性擋墻設計圖（圖1）

（二）土工格柵柔性擋墻支擋結構的工作機理

土工格柵柔性擋墻的基本做法是將原設計邊坡超挖4.0m寬度形成工作面，從坡腳開始，在工作面區(qū)域由下而上按50cm的間距加鋪3.5m長(沿路基橫斷面方向，自邊坡坡面算起)土工格柵后逐層回填膨脹土并壓實，坡面處預留1.5m寬的土工格柵反包，并用連接棒將上下兩層格柵連接形成坡面，利用土工格柵的抗拉強度、土與格柵的相互咬合摩擦作用，將整個加筋體形成整體構成類似擋土墻的結構，并在結構后設置50cm寬度、自上而下貫通的由透水性材料碎石土形成的排水層，以利于裂隙水排出坡體，并在低于路床頂面1.5m處設置100cm×80cm縱向滲溝，有效地降低了裂隙水的靜水壓力以及因水滯留邊坡土體產生膨脹力的作用。

三、試驗研究路段的地形、地質情況

膨脹土路塹試驗段K133+830～K134+120距離寧明收費站約800m，位于寧明盆地邊緣，為丘陵地帶，地形平緩，無明顯的陡坎。根據(jù)現(xiàn)場取樣的特征并結合工程勘察的資料，挖方邊坡剖面上的膨脹土可分兩層：一層是位于耕植土層（厚0.5m）下部的全風化泥巖即灰白色高含水量的膨脹土層（厚2m）；另一層是其下的灰黑色膨脹泥巖層（分布較厚，未揭穿）。試驗段全長290m，最大挖方邊坡高度10m，該路塹邊坡原設計采用2級邊坡，坡率為1∶2.5。該路塹2003年9月開挖完成，2003年11月，路塹發(fā)生一次滑塌，2004年5月，該路塹發(fā)生較大變形失穩(wěn)。

膨脹土路塹試驗段AK2+520～+800位于南友路寧明連線上，距離連線出口2公里左右， 為丘陵地帶，地形平緩，無明顯的陡坎，根據(jù)現(xiàn)場取樣的特征并結合工程勘察的資料，挖方邊坡剖面上的膨脹土可分兩層：一層是位于耕植土層（厚0.5m）下部的全風化泥巖即灰白色高含水量的膨脹土層（厚2m）；另一層是其下的灰黑色膨脹泥巖層（分布較厚，未揭穿）。試驗段全長為280m，最大挖方邊坡高度4m，該邊坡于2004年2月開挖完成。2004年4月，該邊坡發(fā)生較大范圍的滑塌，由于該處地形的匯水面積較大，開挖后，邊坡發(fā)生較大范圍的牽引式滑坡，滑坡后緣位于坡頂線以外的100m左右處，滑體前部在地下水以及雨水的浸泡下，發(fā)生泥漿狀流動。

四、土工格柵柔性擋墻施工工藝及質量控制

（一）土工格柵柔性擋墻的施工工藝

為了實施柔性支護的筑做，首先必須提供一定寬度的工作面，因此必須對邊坡坡底進行清方。坡底清方水平寬度從原設計邊坡坡腳為起點，（1）滑塌區(qū)清至邊坡滑塌松方與未滑邊界止；（2）對未滑塌區(qū)域按設計柔性擋墻寬度3.5m+0.5m(墻后排水層寬度) 計算來進行開挖，邊坡的坡率與擋土墻的坡率相同，并在邊坡按每50cm設一寬為50cm的臺階。挖出的膨脹土放于附近路床的指定位置，以備柔性支護回填使用。

將柔性擋墻基礎開挖深度至原路床換填部位，開挖寬度從設計坡腳位置向邊坡方向的4.0m。在開挖過程中，若基礎部位出現(xiàn)松土要全部清理干凈，直到堅硬的土層。在基礎開挖過程中若引起上部土體松動滑塌到基坑中，須將基坑中的松土清干凈。如果基坑出現(xiàn)滑動軟化，則可以采用好土換填，或者利用石灰或水泥改良膨脹土進行改良，分層填筑。然后采用壓路機對基礎進行靜壓，壓實度要求≥90％。柔性支護的基礎應該碾壓成向邊坡內傾斜的斜面，傾斜坡比為4%。

基礎開挖完成以后，采用人工或挖掘機在墻趾和墻踵部位開挖100cm×80cm縱向滲溝，直到邊坡的兩側與填挖交界處的邊溝相連，滲溝頂部位于路床換填碎石土底部。施工時，若遇到滑塌軟化的情況，則可以采用好土換填，或者利用石灰或水泥改良膨脹土進行改良，分層夯實至設計標高。要求溝底平整由挖方中部向兩邊設有3％溝底縱坡，保證水流暢通至邊溝。然后，在擋土墻基礎和在滲溝底部和側面鋪設“兩布一膜”做好防滲工作。接著在滲溝底部布置縱向Φ10cm帶孔PVC排水管或軟式盲溝管作為縱向排水通道，盲溝管需要用U型釘進行連接，并用防水土工布包裹。排水管布置完畢后，用機械或人工將碎石填于溝內，或用無砂大孔混凝土填于溝內。出口參照截水溝下滲溝出口形式設一字墻出水口。

采用人工或機械按寬50cm×高25cm將開挖的碎石土填筑于墻背與基礎或坡體清方所成的邊坡面之間以形成墻背滲水層；也可采用待下一層土工格柵鋪設前，用挖掘機或人工在清方邊坡一側開挖深50cm的溝，然后填碎石土層形成墻背滲水層，注意開挖深度應保證與下一層透水碎石土層相接。為防止邊坡地下水滲入路床，在柔性擋墻底部土工格柵包碎石土邊坡外側鋪一層二布一膜。在碾壓施工過程中，應注意對墻后排水層不進行碾壓。排水層的鋪設應保證上下貫通。

坡頂截水溝和其下滲溝采用人工開挖基坑，按設計圖紙位置鋪土工膜，滲溝底鋪現(xiàn)澆C15砼，砼達到強度后安放軟式透水管（鋼環(huán)外包透水土工布形成的管子）和回填碎石，滲溝頂回填山坡表層土（紅色殘積土）夯實后現(xiàn)澆C20砼截水溝。坡頂滲溝和截水溝應設置在滑坍體以外，距滑坍體邊緣不小于5m，并且滲溝和截水溝溝底平整，溝內水流順暢、不積水，溝底縱坡不小于0.5%，滲溝起、終端設2個一字墻出水口，及時排出地下水。

根據(jù)設計方案，采用紹興耐特塑膠有限公司的TGDG35，以及南昌天高工程材料有限公司的TGDG80型土工格柵進行加固。土工格柵的顏色為黑色，每卷長度100m，幅寬2.6m，土工格柵筋帶的布設寬度為4.4m，筋帶格柵豎向間距為60cm。在進行土工格柵鋪設前，先進行平面位置控制，并根據(jù)所在層面的設計寬度下料，格柵的長度必須滿足設計長度要求。土工格柵的聯(lián)結采用搭接，搭接寬度為40cm，搭接處采用U形冷拔絲扣入下承層土體內固定，并用土工連接棒將上下兩層格柵進行連接，連接棒連接部位應距離下層反包格柵端部保持至少兩到三個筋帶寬。相鄰兩片土工格柵也應該進行搭接，寬度應保持在不少于5cm，并用U型釘將相鄰兩片格柵固定于下承層土體內。

由于柔性支護外側無面板設計，因此土工格柵在邊坡外側的反包施工極為重要。為了保證設計的坡比，在進行填筑時應進行超寬20～30cm超寬填筑，然后進行放線、刷坡，保證刷坡部位平整、無棱角。對于反包區(qū)域內比較松散部位，應該進行人工夯實或采用挖掘機的料斗進行夯實在刷坡，保證柔性支護的坡比1∶1. 5。格柵上填土分兩層進行施工，每層虛鋪厚度為30 cm，壓實厚度為25 cm，即厚至50cm時進行土工格柵反包，順主筋方向反包夯實區(qū)。土工格柵的反包采用專門自制的鉤子沿主筋方向向內張緊，并及時用U型釘固定于土中。鋪設土工格柵時要注意人工張緊土工格柵，不得有褶皺，不得出現(xiàn)卷曲或折曲現(xiàn)象。在鋪筑格柵時，采用人工拉緊格柵產生1％～2％的伸長率，使格柵產生一定的預拉應力，以約束土體產生的膨脹力，這是整個方案施工中的重點。如果不將格柵拉緊，則無法發(fā)揮格柵的加筋作用。土工格柵張緊后用U型扣環(huán)下入土體內使格柵平面位置固定，扣環(huán)要求盡可能在同一受拉斷面上。

柔性支護的填料分為兩種：一種用于路床頂部水平線一下部位的填筑，主要采用從附近山上開挖出來的碎石土，填料采用人工爆破的手段進行開挖，自卸卡車運至施工現(xiàn)場。取土場表面的耕植土、草皮等雜物應在取土前徹底清除；另一種為現(xiàn)場卡挖以及棄土場的膨脹泥巖。

填料按碾壓試驗方案所定分層厚度30cm逐層攤鋪、碾壓。注意自卸卡車和推土機均不能直接在土工格柵上直接碾壓，自卸卡車在鋪設好的土工格柵以外卸下填料，用輕型推土機采用進站法循序攤鋪推進。對于塊度過大的填料，采用現(xiàn)場破碎或丟棄的處理措施，保證膨脹土的塊度不大于10cm。不允許推土機、汽車等攤鋪機具在未覆蓋填料的土工格柵筋帶上行駛，所有攤鋪作業(yè)不得擾動損傷已鋪設的土工格柵，注意土工格柵反包區(qū)填料的攤鋪應盡量采用細粒土。攤鋪作業(yè)完成后用平地機找平，以保證攤鋪厚度的均勻一致。

柔性支護的碾壓施工作業(yè)是以施工前進行的碾壓試驗為依據(jù)進行的，采用碾壓遍數(shù)的方法進行施工控制。根據(jù)現(xiàn)場試驗結果，南友路膨脹土采用15t的光輪壓路機碾壓4～5遍可以達到90％以上的碾壓要求，為保證施工的快速進行，建議隨即對碾壓效果進行抽檢的方法。碾壓過程中遵循“先輕后重”的原則，先靜壓穩(wěn)定土位后逐漸加大擊振力度，擋土墻高度高于路面高程2m時，均采用靜壓方式碾壓。壓路機在碾壓過程中行駛速度控制在2. 5～3.0km/h的范圍內，太快則應增加碾壓遍數(shù)，太慢則延長碾壓時間并有可能導致已壓實土體的剪切破壞，均不利于施工。

因土工格柵反包為達到使整個擋土墻成為整體的作用，反包區(qū)外側土體為不規(guī)則曲面凸起形狀，這給施工帶來一定的不便，為此專門制作了木制模板。填筑壓實凸起部位后，再以人工整修出曲面形狀，以避免棱角處損傷土工格柵。反包區(qū)土工格柵鋪設時人工張緊后用U形冷拔絲錨固。

在反包邊坡表面培植30cm非膨脹土，并隨著施工進程由下而上填土并拍實，以防止紫外線對格柵壽命的影響。

土工格柵擋土墻修筑至設計高度后，采用1∶1.75變坡處理在其頂部填筑非膨脹性粘土，掌握壓實度按《公路路基設計規(guī)范》規(guī)定達到90％以上[1]。對于坡頂?shù)浇厮疁蠈挾鹊母餐翆樱?0cm左右）采用換填壓實處理；并在上方墻頂部鋪設土工膜，鋪設寬度(坡頂距離截水溝距離)不低于5m。土工格柵柔性擋墻頂部至截水溝邊緣范圍內坡面鋪土工膜隔水，并在其上鋪30cm厚種植土，植草綠化。鋪土工膜前，修整坡面，填塞裂隙。

（二）土工格柵柔性擋墻的質量控制

1.柔性支護技術施工工藝簡單、操作方便，不需要添置專用機械設備，整個填筑過程格柵的攤鋪、張拉及反包，頂部封閉的兩布一膜需人工配合以外，其他工作全部機械化施工，材料以及施工成本較低、施工進度快，易于推廣應用。

2.施工必須在旱季進行，邊坡清方完成后馬上筑做柔性擋墻；工序間要銜接緊湊，整個施工需一氣呵成；柔性支護基礎的開挖和筑做過程，需及時做好測量放線工作；基礎部分應將松土全部清干凈，直至堅硬的土層，然后用土工格柵包碎石土進行回填。當松土的清理范圍較大，超過原設計圖紙土工格柵的錨固長度時，超出部分同樣分層采用碎石土進行回填壓實。

3.排水設施設置的正確與有效是本方案能否成功的關鍵之一。一定嚴格按要求修好墻背滲水層和墻底滲溝，以及坡頂?shù)姆鈱印⒔厮疁霞敖厮疂B溝，保證實現(xiàn)墻背滲水層和路床積水的排水分流，并有足夠容量保證水順利排出。同時保證坡頂及坡體水流的有效隔斷。若清方過程中發(fā)現(xiàn)有層間集中水流應打平孔將水引至滲水層內排出。

4.土工格柵的鋪設應以能充分發(fā)揮土工格柵的加筋效果為原則，在鋪設時應將強度高的方向置于垂直于路堤軸線方向。為了保證格柵沿路中線方向的整體性，兩幅格柵間需搭接（格柵的寬度為1.3m），搭接寬度不小于5cm。在垂直路中線方向，土工格柵的搭結不小于50cm。土工格柵的鋪設應平整，不允許有摺皺。鋪設時應人工拉緊，采用U型釘?shù)葘⑼凉じ駯殴潭ㄔ谔钔恋谋砻?。鋪設土工格柵的土層表面應平整，嚴禁有碎、塊石等堅硬凸出物，以免損害土工格柵。鋪設格柵后，應防止其在填土過程中發(fā)生推移重疊，嚴禁任何施工機械直接在土工格柵上行走。連接棒的安裝，必須將上下兩層土工格柵張緊使連接棒夾緊至用手不能將其抽動，以保證加筋土體的整體性和有效性。

5.施工中要注意填料處理，嚴格控制填料的粒徑、攤鋪厚度和壓實度。同時注意封水，施工過程中切實做好路基的排水，及時認真做好封水層以及邊坡的封閉處理，防止水分的滲入，破壞柔性支擋結構和開挖邊坡。

五、經(jīng)濟效益評價及應用推廣

柔性支護施工工藝簡單，所需設備不多，經(jīng)濟效益明顯，以K133+830～K134+120右側邊坡柔性支護為例進行不同方案經(jīng)濟效益對比：K133+830～K134+120試驗段全長290m，最大挖方邊坡高度10m，考慮到邊坡立面圖兩側開挖高度小于中間部分，采用均高7m的柔性加筋體方案計算，用常規(guī)的土方機械施工，只要20多天可以完工，所需工程費用不超過60萬元。若采用重力式擋墻加砌石護坡方案處治，至少要花費120萬～150萬元，并且不可能在一個月內完成。若采用邊坡預應力錨索加固，根據(jù)以往相關的處治經(jīng)驗，至少需花費180萬元以上；若采用預應力錨索抗滑樁處理，同樣根據(jù)以往相關的處治經(jīng)驗測算，費用也不會少于460萬元。因此，處理同一個邊坡，柔性支護只需預應力錨索費用的三分之一，預應力錨索抗滑樁費用的七分之一，并且后兩種方法都不可能在一個月內完工。

在試驗研究取得良好的防護效果后，2005年上半年雨季期間，C10合同段按原始設計已施工完成的膨脹土路塹邊坡又發(fā)生了多處破壞，如K135＋040～K135＋340左邊坡(最大挖方高度為20m)、K135＋040～K135＋340右邊坡(最大挖方高度為24m)、AK0+000-AK0+150匝道左、右邊坡 (最大挖方高度為30m)及CK0+275-CK0+406匝道右邊坡(最大挖方高度為12m)等，在其他防護措施都不能有效處理這些膨脹土路塹邊坡破壞的情況下，又繼續(xù)推廣采用了柔性支護對這些膨脹土路塹邊坡進行修復處治?，F(xiàn)今，上述柔性支護處治邊坡已經(jīng)經(jīng)歷了5個旱季和5個雨季的考驗，工作狀況依然良好，經(jīng)受住了時間的考驗。

六、結語

土工格柵柔性支護技術處治膨脹土路塹邊坡是一種創(chuàng)新性的新技術，基本解決了廣西膨脹土地區(qū)修筑中“逢塹必坍”的問題。處治工程經(jīng)歷5年的時間考驗后，邊坡均無明顯的變形，使用效果良好。為我國膨脹土地區(qū)開挖邊坡的加固和防護提供了可行的經(jīng)驗，經(jīng)濟效果顯著，還能保護生態(tài)環(huán)境，減少借棄土方，加快高等級公路的修建速度，在全國極具推廣應用價值。

［參考文獻］

［1］JTJ 013-95，公路路基設計規(guī)范［S］.