淺談膨脹土邊坡的失穩(wěn)機(jī)理及其加固

袁珉

廣西310核地質(zhì)大隊(duì) 廣西桂林靈川縣 541213

摘要：針對(duì)膨脹土邊坡具有“逢塹必滑、無(wú)堤不塌的極端特殊性與嚴(yán)重性，防治膨脹土滑坡必須貫徹“先發(fā)治坡、以防為主”的總原則。實(shí)踐證明，相對(duì)穩(wěn)定的坡率還必須與其他工程項(xiàng)目相結(jié)合，相輔相成，共同作用，才能維持好一個(gè)穩(wěn)定的邊坡。本文對(duì)膨脹土邊坡的失穩(wěn)機(jī)理及其加固進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：膨脹土；失穩(wěn)機(jī)理；加固技術(shù)

一、前言

膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物（蒙脫石、伊利石等）組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。在天然狀態(tài)下一般處于硬塑狀態(tài)，但在吸水膨脹后，其性質(zhì)迅速惡化，處于可塑～軟塑狀態(tài)。隨著每年雨季和旱季的交替出現(xiàn)，膨脹土反復(fù)的“吸水”和“失水”，也使得膨脹土反復(fù)的“膨脹”和“收縮”，造成許多的工程病害，如房屋建筑的開(kāi)裂，邊坡的開(kāi)裂變形甚至失穩(wěn)等等。膨脹土邊坡是一種特殊土邊坡，其變形失穩(wěn)的原因往往是由于膨脹土誘發(fā)而引起的，在暴雨季節(jié)，膨脹土吸水，體積膨脹，邊坡變形增大，導(dǎo)致邊坡開(kāi)裂甚至失穩(wěn)，且當(dāng)膨脹土邊坡的變形受到擋墻等支擋結(jié)構(gòu)物的約束時(shí)，膨脹土?xí)a(chǎn)生很大的膨脹力，將擋墻等支擋結(jié)構(gòu)物“頂裂”，最后因支擋結(jié)構(gòu)物失去支擋效果而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。因此，研究膨脹土邊坡的失穩(wěn)特點(diǎn)以及防治措施對(duì)膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

二、膨脹土邊坡失穩(wěn)的主要特點(diǎn)及其規(guī)律

不同于其它土質(zhì)的滑坡，膨脹土邊坡的失穩(wěn)形式有著明顯的特點(diǎn)和特殊規(guī)律。分析國(guó)內(nèi)礦山、公路和其他建筑的膨脹土邊坡的失穩(wěn)滑動(dòng)現(xiàn)象，得出其基本特征和共同規(guī)律。

2.1淺層性

同裂隙發(fā)育深度及周邊氣候影響范圍基本保持一致，膨脹土邊坡的發(fā)育深度一般在3-6m以內(nèi)。

2.2 逐級(jí)牽引性

膨脹土邊坡失穩(wěn)一般從坡腳局部開(kāi)始破壞，進(jìn)而向上牽引而逐步發(fā)展，最終形成多層次的滑動(dòng)面或拉裂面。

2.3季節(jié)性

膨脹土邊坡失穩(wěn)的主要外部誘發(fā)因素是由于降雨使得非飽和土體飽和，膨脹土邊坡的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值出現(xiàn)大幅下降，因而邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象絕大部分出現(xiàn)在雨季，季節(jié)性特征顯著。

2.4緩坡滑動(dòng)

相比一般土質(zhì)的邊坡，膨脹土邊坡的穩(wěn)定坡腳較緩，但是在未進(jìn)行任何加固措施的膨脹土邊坡中，即是坡比在1：6的條件下仍然大面積發(fā)生滑坡。

2.5膨脹力較大

膨脹性由礦物質(zhì)成分所決定，而膨脹性本身決定了膨脹力。在眾多案例中，失穩(wěn)的膨脹土邊坡雖然采取了加固措施，但是膨脹力在幾十至一百多千帕，仍然出現(xiàn)抗滑坡樁被推斷、傾倒或擋墻整體被外推等現(xiàn)象。

三、膨脹土邊坡工程防護(hù)與加固

膨脹土路塹邊坡防護(hù)與加固措施，可以分為表水防護(hù)、坡面防護(hù)和支擋防護(hù)三類，工程中大多是三種結(jié)合使用。

3.1排水防護(hù)

設(shè)置各種排水溝，建立地表排水網(wǎng)系，截排坡面水流，使表水不致滲入土體和沖蝕坡面。

水是膨脹土邊坡的天敵，常有無(wú)水不滑之說(shuō)，因此，治滑必須先治水，這是保證邊坡穩(wěn)定的重要工程措施。

排水包括地表排水與地下水兩個(gè)方面，地表排水以防滲和攔截滑體以外地表水、及時(shí)旁引為原則，地下排水以盡快匯集、及時(shí)疏導(dǎo)引出為原則。

由于膨脹土的水文地質(zhì)特征，決定膨脹土中的地下水多為淺層裂隙水性質(zhì)，而且具有極不均一性，在膨脹土滑坡整治中，一般采用綜合排水的措施，可以收到好的效果。

歸納膨脹土滑坡整治中采用的各種設(shè)施，有包括防滲和截水的天溝、吊溝、側(cè)溝、排水溝；有疏導(dǎo)相結(jié)合的支撐滲溝、滲水井、滲水暗溝，擋墻后盲溝和排水隧洞等。

3.2坡面防護(hù)加固

膨脹土邊坡因開(kāi)挖而產(chǎn)生的施工效應(yīng)特別明顯，挖方使原來(lái)處于穩(wěn)定的膨脹土裸露在邊坡表面或大大降低了上覆壓力。由于膨脹土邊坡比其他土質(zhì)邊坡更易風(fēng)化、易脹縮變形，由此引起的邊坡變形危害就更加普遍而嚴(yán)重。因此，對(duì)膨脹土坡面的防護(hù)加固顯得特別重要，坡面防護(hù)的類型很多，主要應(yīng)根據(jù)邊坡膨脹土類別及風(fēng)化程度等特性合理選擇。

3.3支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)

支擋結(jié)構(gòu)是為了防止邊坡的坍塌失穩(wěn)，確保邊坡穩(wěn)定的構(gòu)筑物。其主要應(yīng)用于兩方面：對(duì)于開(kāi)挖的強(qiáng)膨脹土或中等膨脹土的邊坡采取的預(yù)防支擋措施，以便防止滑坡的發(fā)生；對(duì)于已發(fā)生滑動(dòng)的邊坡進(jìn)行治理支擋措施，使工程運(yùn)行正常。關(guān)于支擋結(jié)構(gòu)物類型的選擇，要根據(jù)邊坡計(jì)算滑動(dòng)推力和滑動(dòng)面或軟弱結(jié)構(gòu)的位置而定?；蛘哒f(shuō)，按照地形地貌、土層結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、邊坡高度、滑體的大小與厚度，以及受力條件和危害程度而采取相應(yīng)的形式進(jìn)行治理措施。

3.3.1.擋土墻

擋土墻的設(shè)計(jì)是否符合膨脹土邊坡客觀的情況，關(guān)系到邊坡治理費(fèi)用和安全問(wèn)題。因此，對(duì)擋土墻型式、土壓力盒算及作用，滑動(dòng)破壞形狀等方面的試驗(yàn)研究具有十分重要的意義。

①坡腰墻：對(duì)于坡面過(guò)長(zhǎng)（堤高、塹深大于8m）或坡體在開(kāi)挖、填筑過(guò)程中，坡面土層產(chǎn)生過(guò)滑移或有滑移可能的坡體，常在坡面的中部增設(shè)一級(jí)或多級(jí)擋土墻，也稱坡腰墻。其作用在于壓縮坡長(zhǎng)、減緩坡率，分而治之。宜黃路的實(shí)踐證明，多級(jí)擋土墻對(duì)加強(qiáng)坡體穩(wěn)定，減少變形效果較好，特別是對(duì)于那些已經(jīng)產(chǎn)生過(guò)滑動(dòng)、坡體表面松散的坡面穩(wěn)定的作用特別顯著。

坡腰墻基礎(chǔ)，原則上應(yīng)埋入大氣急驟影響深度以下，若坡面松散土層較厚或有滑移面，則應(yīng)埋置于散土或滑移面以下至少1250px。外墻直立，內(nèi)墻坡率1：0.25-1：0.3，墻身高1.2-1.5m，頂面寬不宜小于lm，墻后應(yīng)留1-2m的平臺(tái)，松散土體應(yīng)摻石灰后分層夯實(shí)，做好泄水孔和反濾層，以利排水。兩級(jí)擋墻的間隔不宜太近，以防上級(jí)擋墻在下級(jí)擋墻的破裂面內(nèi)。

②坡肩墻：挖方路基稱作坡頂墻，填方路基則稱路肩墻。填方路堤因邊部壓實(shí)度不夠，往往引起縱裂縫的產(chǎn)生，水分的進(jìn)入導(dǎo)致肩部土體濕軟，抗剪強(qiáng)度降低，引起坍肩現(xiàn)象。路肩墻常作為補(bǔ)救措施之一。

在挖方坡頂修筑坡頂墻其目的不僅在于治，更在于防。挖方邊坡變形量大的、危害也較大，頂部因路塹開(kāi)挖，土體超固結(jié)應(yīng)力的釋放和反彈，側(cè)向應(yīng)力的減弱或消失，導(dǎo)致頂部土體松弛，變形加劇，多形成張拉裂隙，浸水后自重增加，土體膨脹導(dǎo)致滑坍或滑坡之可能。設(shè)置了坡頂擋墻之后，增加了土體的側(cè)向約束，避免或減輕縱裂的發(fā)生或發(fā)展，阻止了坡頂大的變形破壞的產(chǎn)生。

坡頂墻應(yīng)在坡頂處未發(fā)生大的裂縫或滑動(dòng)面未形成之前及時(shí)修建，只有這樣才能發(fā)揮其抑制變形的作用，若已有裂縫產(chǎn)生（特別是傾向坡內(nèi)的水平和斜交裂縫）則需將基礎(chǔ)置于裂縫下約lm。坡體完好地段，墻身與基礎(chǔ)厚度在1.5-2.0m之間即可。地面表層一般脹縮性能較弱，因此，墻身斷面可適當(dāng)放窄，按正常土壓力盒算。若土質(zhì)膨脹性能較強(qiáng)，則需考慮膨脹力的影響。

3.3.2加筋檔土墻

加筋擋土墻由填料、加筋、面板

3.3.3土釘墻部分組成

土釘是一種加固原位土體的方法，用以形成擋土墻結(jié)構(gòu)物和邊坡加固。

3.3.4抗滑樁

若路塹邊坡已經(jīng)產(chǎn)生滑動(dòng)，采用多級(jí)抗滑擋墻無(wú)法阻止，或因施工困難，如挖基很深，邊挖邊塌，并能造成更大的滑動(dòng)趨勢(shì)者，應(yīng)酌情考慮改