廣西百色地區(qū)某膨脹土邊坡破壞成因機(jī)制與防治措施研究

□ 龐毅玲

1 工程背景

本文所介紹的膨脹土邊坡位于廣西百色市東南約10km處盆地，是為修建某變電站形成的挖方坡。該邊坡第二次支護(hù)結(jié)構(gòu)（第二次支護(hù)結(jié)構(gòu)是該邊坡初次支護(hù)結(jié)構(gòu)于2005年出現(xiàn)嚴(yán)重破壞后修建）于2010年底出現(xiàn)嚴(yán)重變形破壞，嚴(yán)重威脅到變電站的安全運(yùn)行。電網(wǎng)建設(shè)管理部門對(duì)此高度重視，要求對(duì)邊坡進(jìn)行根治。鑒于邊坡的反復(fù)破壞及膨脹土邊坡的特殊性，經(jīng)過多次深入調(diào)查研究后，提出了邊坡綜合整治防護(hù)方案。邊坡工程竣工至今的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)變形發(fā)展情況十分理想。特此總結(jié)該膨脹土邊坡工程的成功經(jīng)驗(yàn)和吸取前次失敗教訓(xùn)，可為類似工程提供有益的借鑒和參考。

2 邊坡概況

2.1 地形、地貌與地層巖性

邊坡屬順層坡，場(chǎng)地屬丘陵地貌，緩坡地形。場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)按成因時(shí)代分為兩大層四個(gè)亞層，依據(jù)其形成的先后順序從新至老分別為：①-1層黏土（Q3al），含多量灰白色高嶺土礦物及鐵質(zhì)氧化物，可塑狀，厚0.15m～ 3.14m，具中等膨脹性；②-2層黏土（Q3al），含多量灰白色高嶺土礦物及鐵質(zhì)氧化物，網(wǎng)狀裂隙十分發(fā)育，呈硬塑、堅(jiān)硬狀，具有強(qiáng)膨脹性，厚0.16m～1.15m；③-1層泥巖（E1），強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面多被鐵質(zhì)浸染，含大量灰白礦物，呈薄片狀，遇水軟化，厚3.15m～ 6.15m，具有強(qiáng)膨脹性；④-2層泥巖（E1），中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯失水開裂，遇水軟化，厚度大于15m，具有中等膨脹性。

2.2 氣象條件

場(chǎng)地屬亞熱帶高山氣候區(qū)，年平均氣溫18.7℃，1月平均氣溫9.7℃，7月平均氣溫25.1℃。年平均蒸發(fā)量1495.50mm，6月平均最大降水量為247.30mm，5～9月降水量約占全年的80%，多為暴雨或連陰雨。

2.3 水文地質(zhì)條件

地下水類型為松散層孔隙潛水和基巖裂隙水兩種。松散層孔隙潛水主要貯存于第四系殘坡積土層中，受大氣降水影響，下部基巖強(qiáng)風(fēng)化層滲透性較差，起到相對(duì)隔水作用，故孔隙水除少部分下滲補(bǔ)給基巖裂隙水外，大部分儲(chǔ)存在松散層與基巖接觸面之間，并沿接觸面滲出地表?；鶐r裂隙水主要貯存于泥巖的構(gòu)造與風(fēng)化裂隙中，滲透性較差，水量貧乏，對(duì)邊坡變形失穩(wěn)影響小。

2.4 邊坡破壞情況

邊坡整治前的支護(hù)采用坡面漿砌片石坡面防護(hù)+漿砌片石護(hù)腳墻的剛性支護(hù)方案，未針對(duì)膨脹土邊坡做相應(yīng)的特殊防護(hù)設(shè)計(jì)。邊坡自2010年5月開始出現(xiàn)變形開裂，加速了邊坡破壞進(jìn)程，至2011年4月，邊坡失穩(wěn)破壞情況嚴(yán)重，坡肩及坡面多處直徑數(shù)米范圍隆起破壞、石塊散落，坡頂?shù)孛嫦鲁撩黠@；部分坡腳排水溝已完全損毀，護(hù)腳擋墻傾斜嚴(yán)重，變電站圍墻室外散水受擠壓翹起；坡頂護(hù)面及坡頂旱地出現(xiàn)貫通寬20mm～80mm的長裂縫；部分護(hù)坡塊石崩落到坡腳，變形劇烈區(qū)段的邊坡已經(jīng)形成牽引式滑坡。（見圖1）

圖1 邊坡破壞（坡腳與坡面）

3 膨脹（巖）土邊坡的工程特點(diǎn)

膨脹土是一種黏粒以親水性礦物為主要成分，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的高塑性黏土，當(dāng)膨脹土邊坡土體變形受支擋與防護(hù)結(jié)構(gòu)物約束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹力。膨脹土邊坡破壞失穩(wěn)的基本特征有：（1）滑面與裂隙的發(fā)育具有淺層性。（2）滑坡具有逐級(jí)牽引性，一般是先在坡腳局部破壞，然后向上牽引發(fā)展。（3）具有緩坡滑動(dòng)特點(diǎn)，可在1∶4～1∶5的緩坡上產(chǎn)生滑坡。（4）滑坡的發(fā)生具有明顯的季節(jié)性，失穩(wěn)多數(shù)發(fā)生在雨季。（5）邊坡失穩(wěn)具有緩慢性與間歇性。

4 邊坡破壞成因機(jī)制分析

4.1 設(shè)計(jì)原因

原邊坡支護(hù)方案的缺陷主要在于未考慮膨脹土邊坡的特殊性，只按照一般土坡支護(hù)考慮。主要問題有：（1）滑動(dòng)面是按照一般黏土邊坡最不利圓弧滑動(dòng)面，未考慮膨脹土滑坡的發(fā)展特點(diǎn)，膨脹土坡在大氣降水和蒸發(fā)循環(huán)作用下，土體破壞會(huì)形成淺層滑坡；通過室內(nèi)的直剪試驗(yàn)來確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，未考慮膨脹土強(qiáng)度指標(biāo)隨時(shí)間衰減的特性，所取的抗剪強(qiáng)度值顯然偏高。（2）根據(jù)膨脹土滑坡的淺層性、逐級(jí)牽引性及緩坡滑動(dòng)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單的漿砌片石防護(hù)是無法保持陡坡（相對(duì)膨脹土坡）的長期穩(wěn)定性，邊坡中部容易在脹縮變形下發(fā)生隆起破壞。（3）埋深不超過0.5m的磚石砌筑截水溝，置于淺層膨脹土地基上容易開裂，雨水從裂隙滲入坡體而導(dǎo)致變形破壞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，邊坡破壞正是從坡頂裂縫雨水入滲逐漸開始發(fā)展。（4）邊坡中部未設(shè)置有效的防水保濕措施，引起開裂破壞和淺層坡體滑動(dòng)。（5）坡底護(hù)腳擋墻埋置深度不夠，不足以抵擋邊坡滑動(dòng)產(chǎn)生的土壓力，且抗裂性差。

4.2 管理原因

對(duì)膨脹土的特殊性與危害認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)及審圖單位沒有遵照國家和地方有關(guān)膨脹土邊坡技術(shù)規(guī)范規(guī)程進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)與圖紙審查；施工單位缺乏膨脹土地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)缺陷沒有及時(shí)提出和完善，作為有經(jīng)驗(yàn)的承包商應(yīng)該有能力和經(jīng)驗(yàn)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)缺陷，這也是施工單位應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。

4.3 氣象原因

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來百色地區(qū)年年都有連陰雨或暴雨天氣，最長持續(xù)15天以上，最短也在7天以上。2010年9月22日—10月2日連續(xù)12天降雨，此次強(qiáng)降水直接誘發(fā)該膨脹土邊坡變形破壞。

5 邊坡治理措施研究

5.1 邊坡治理工程設(shè)計(jì)

圖2 典型支護(hù)斷面圖

綜合考慮本場(chǎng)地膨脹土特性、大氣影響深度、邊坡破壞情況、工程要求和地形地貌條件等因素后，提出放坡+抗滑樁+漿砌片石坡面防護(hù)+漿砌片石護(hù)腳墻+防水保濕措施（典型支護(hù)斷面見圖2）的邊坡綜合方案，支護(hù)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）通過地質(zhì)勘探資料、邊坡滑動(dòng)破壞后勘探情況、地區(qū)膨脹土的大氣影響深度，確定滑面距離坡面深度在3.5m～4.2m，在黏土層與強(qiáng)風(fēng)化泥巖的接觸面位置，滑面通過坡頂截水溝外的縱向主裂縫，并通過護(hù)腳墻基礎(chǔ)底面。（2）通過調(diào)查、取樣試驗(yàn)、反演計(jì)算、工程類比，考慮膨脹土抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的特性后，得出該滑帶土合理的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。（3）在邊坡中部設(shè)置一排大直徑抗滑樁，與坡腳毛石混凝土護(hù)腳擋墻一起構(gòu)成支擋體系。（4）坡頂設(shè)置截水溝，截水溝下設(shè)置排水盲溝，坡腳設(shè)置排水溝，坡縱向每隔6m設(shè)一道800mm（寬）×2000mm（深）橫向盲溝。保濕設(shè)計(jì)主要有：漿砌片石下鋪設(shè)隔水土工膜，土工膜下鋪設(shè)150mm砂石墊層，在墊層下鋪設(shè)一層反濾土工布；護(hù)腳擋土墻和排水溝整體澆注。

5.2 治理工程合理性分析

（1）滑動(dòng)面（帶）的合理確定是滑坡治理工程最重要的因素之一。在膨脹土勘察中更應(yīng)注重干鉆、槽探與井探等手段的綜合運(yùn)用，查清與判斷已有的滑動(dòng)面及潛在滑動(dòng)面，合理確定滑動(dòng)面（帶）。

（2）抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的合理確定是滑坡治理工程又一最重要的因素。在取得指標(biāo)后，還應(yīng)考慮反演計(jì)算、工程類比等手段，并適當(dāng)考慮膨脹土抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間衰減的特性，綜合確定強(qiáng)度指標(biāo)。

（3）考慮到膨脹土滑坡的淺層性、逐級(jí)牽引性的特點(diǎn)，不能僅考慮短期極限平衡下的穩(wěn)定，在邊坡中部設(shè)置抗滑樁和坡腳設(shè)置擋墻來保證邊坡的穩(wěn)定性，可以有效防止坡面隆起的淺層滑動(dòng)。中部設(shè)置抗滑樁通過自身較大水平剛度在一定程度上抑制邊坡膨脹土體的變形；在坡腳設(shè)置較高的擋墻可以有效放緩一級(jí)坡坡率，有利于邊坡的穩(wěn)定。

（4）坡頂截水溝+盲溝、坡腳排水溝及邊坡橫向盲溝，形成了合理可靠的排水系統(tǒng)；漿砌石護(hù)面下增設(shè)隔水土工布，在較大程度上阻止坡面雨水滲入坡體；砂石墊層可以在一定程度適應(yīng)土體變形；整體澆筑的擋墻與排水溝不易開裂，擋墻地基土不受降水影響。

（5）業(yè)主方和施工方對(duì)膨脹土邊坡的危害性和嚴(yán)重性有了清醒的認(rèn)識(shí)，工程管理到位，工程質(zhì)量才有保障。

5.3 治理工程措施的進(jìn)一步探討

鑒于膨脹土邊坡的特別之處，在“因勢(shì)利導(dǎo)，以防為主” 的原則下，可以從以下三個(gè)方面來掌握支擋與防護(hù)工作：（1）膨脹土邊坡穩(wěn)定需要支護(hù)體系來保證，包括加筋土擋墻、土工布（膜）等柔性支護(hù)有改善膨脹土表層大氣影響深度、約束土體變形或者防滲保濕作用；抗滑樁、 擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨桿等剛性支護(hù)靠結(jié)構(gòu)的自重或抗力來抵抗滑坡推力或土壓力，可以有效維持邊坡穩(wěn)定。（2）土體防水保濕很重要，是防止邊坡淺層土體含水量發(fā)生顯著變化，可以通過有效可靠的排水、隔水措施來實(shí)現(xiàn)。（3）改變膨脹土土體性質(zhì)，降低其脹縮性能也是一種重要的防治方法。如摻合一定量的石灰、水泥、粉煤灰等都可以改良膨脹土的脹縮性，摻合6%的石灰后脹縮性基本消除。

6 結(jié)語

（1）依托廣西百色地區(qū)某膨脹土邊坡治理工程，通過對(duì)膨脹土邊坡變形破壞的調(diào)查與研究，深入分析該邊坡變形破壞的成因機(jī)制，總結(jié)出膨脹土邊坡的破壞失穩(wěn)特點(diǎn)。

（2）根據(jù)邊坡特點(diǎn)提出了膨脹土邊坡的綜合性支擋與防護(hù)體系，邊坡治理效果理想，具有較強(qiáng)的代表性，可為類似工程提供有益借鑒和參考。

（3）對(duì)膨脹土邊坡治理工程措施進(jìn)行了進(jìn)一步的探討，提出了較全面的治理思路。