加筋土技術(shù)在卓尼某邊坡工程中的應(yīng)用

劉昌祿 石瑞紅 趙忠忠 朱鋆川

(甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

1 概述

加筋土技術(shù)是將土體與加筋材料相結(jié)合，使其相互協(xié)調(diào)共同工作，加筋土技術(shù)可以極大的改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，通過筋材約束土體的變形，提高其強(qiáng)度和剛度[1]，因其經(jīng)濟(jì)可靠被廣泛應(yīng)用于工程活動(dòng)中。我國地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育，加筋土技術(shù)也廣泛應(yīng)用于滑坡治理中。姑山采場邊坡[2]采用加筋土回填形成一道仰斜式擋土墻對滑坡體進(jìn)行支擋。針對單一抗滑樁或加筋土擋墻應(yīng)用于山區(qū)陡坡地形上高填方路基支擋的不足，將加筋土擋墻與抗滑樁工程相結(jié)合，形成加筋土擋墻—抗滑樁組合支擋結(jié)構(gòu)[3]，可彌補(bǔ)單一加筋土擋墻或抗滑樁工程在山區(qū)陡坡填方路基支擋的不足。南友公路某滑坡[4]通過在坡腳設(shè)置無面板加筋土擋土墻提高滑坡的穩(wěn)定性。近年來，景觀加筋擋土結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，主要形式為綠維抗老化生態(tài)袋擋土結(jié)構(gòu)和混凝土砌塊擋土結(jié)構(gòu)[5]，其承載力要求低、外觀和柔性好、質(zhì)量易于保證、現(xiàn)場安裝規(guī)范簡單，具有很好的生態(tài)景觀效應(yīng)，尤其是綠維生態(tài)護(hù)坡，不僅可以依靠植物良好的根系固土、抗沖刷，而且經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境協(xié)調(diào)性好，在國外已得到廣泛應(yīng)用。本文以加筋土技術(shù)在卓尼某邊坡工程為例，為加筋土技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理工程中的發(fā)展提供一個(gè)新思路。

2 邊坡地質(zhì)環(huán)境背景

卓尼縣隸屬于甘肅省甘南藏族自治州，處于青藏高原的東部邊緣過渡地帶，屬甘南高寒濕潤區(qū)，氣候濕潤，降水較為充沛，其降水量具有年內(nèi)、年際分配不均勻，區(qū)域差異性較大的特征,年平均氣溫4.5 ℃，年平均最高氣溫12.95 ℃，平均最低氣溫-1.7 ℃，極端最高氣溫29.4 ℃，極端最低氣溫-23.4 ℃。年降水量678.1 mm，年蒸發(fā)量1 238.3 mm，最大風(fēng)速14 m/s，最大凍土深度109 cm。卓尼縣降水量500 mm～700 mm之間，且集中于5月～10月，占年降水量的83%～88%。大雨和暴雨多發(fā)生在4月～10月，且集中于6月～8月，造成嚴(yán)重的面狀侵蝕。

卓尼縣斷裂、褶皺較為發(fā)育。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以垂直升降運(yùn)動(dòng)為主，明顯具有繼承性、差異性、間歇性的特點(diǎn)，因地殼間歇性上升，區(qū)內(nèi)形成了多級河谷階地和多級夷平面。

邊坡處于青藏高原東北地震區(qū)的甘南地震帶，其地震烈度為8度區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。

區(qū)內(nèi)地下水主要為松散巖類孔隙水，邊坡位于洮河Ⅳ級階地，因無好的儲水條件，高階地前緣地帶地下水較為貧乏。邊坡高出河床約20 m～45 m，主要受大氣降水的補(bǔ)給。邊坡坡腳低階地含水層主要為卵石層，由洮河水補(bǔ)給，水流流向基本由西向東，受補(bǔ)給源的影響，水位隨季節(jié)變化。

3 斜坡基本特征

本次治理邊坡為洮河北岸Ⅳ級階地前緣斜坡，斜坡近東西向展布，坡寬約287 m，東段邊坡高約20 m，西段邊坡高約30 m，坡度約45°，受人類活動(dòng)的影響，西段坡體局部呈陡坎狀，坡度80°。坡腳有籃球場、縣政府統(tǒng)辦樓及洮園小區(qū)等建筑和設(shè)施，坡頂為耕地，局部坡頂分布有居民房屋。

斜坡地層自上而下分別為黃土、粉質(zhì)粘土、卵石和板巖。邊坡位于洮河階地，階地基座為板巖，巖層破碎，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用，巖層擠壓強(qiáng)烈，層間小褶皺發(fā)育，一般傾向北西，傾角較陡。風(fēng)化面呈黃褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板理構(gòu)造，較硬巖，致密，主要由隱晶質(zhì)和泥質(zhì)組成，遇水易崩解，易風(fēng)化。巖體較為破碎，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖芯呈碎塊—短柱狀。板巖之上為卵石層，青灰色，沖洪積成因，顆粒磨圓度較好，母巖成分以砂巖、灰?guī)r和板巖為主，粒徑20～200的顆粒約占60%，粒徑2～20的顆粒約占25%，粒徑0.075～2的顆粒占13%，余為粉土充填，厚4 m～5 m；卵石層之上為沖積粉土，可見水平層理，斷面有光澤，較硬、無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性較好，中密～密實(shí)，濕，厚度5 m～6 m；其上為黃土，顆粒成分以粉粒為主，質(zhì)地較為均勻，結(jié)構(gòu)疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理較為發(fā)育。

斜坡的變形特征主要表現(xiàn)為小型崩塌，坡頂耕地內(nèi)落水洞也較為發(fā)育，村民在耕地時(shí)對落水洞進(jìn)行了回填和平整，西側(cè)坡肩處落水洞受雨水長期沖蝕和崩落，垂直分布的凹槽形地貌，該段斜坡坡度較大，坡腳可見上部滑塌堆積物。

4 穩(wěn)定性評價(jià)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，土體物理力學(xué)參數(shù)綜合取值如表1所示。

表1 物理力學(xué)參數(shù)綜合取值

該邊坡物質(zhì)組成較單一，土層較均勻，潛在滑動(dòng)面呈圓弧形，通過理正巖土計(jì)算軟件計(jì)算其穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果如表2所示(計(jì)算結(jié)果為凹陷區(qū)邊坡)，該邊坡在自重工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況及地震工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算成果表

5 回填造坡方案

邊坡原始坡面呈弧形分布，局部坡面受人為活動(dòng)影響向內(nèi)凹陷，因項(xiàng)目臨近城區(qū)，對治理工程的美觀性具有較高要求，為增加治理工程的整體美觀性，需對西段凹陷坡面進(jìn)行回填造坡，使其與周邊坡體平滑過渡。為保持回填坡體與周邊治理工程保持一致，回填造坡分為三級，第一級坡坡率1∶0.75，坡高8.2 m，級間留設(shè)2.0 m寬馬道，第二級坡坡率1∶0.75，坡高9.2 m，級間留設(shè)2.0 m寬馬道，第三級邊坡坡率1∶1，坡高隨地形變化。為增加回填土體的穩(wěn)定性，回填時(shí)每0.3 m鋪設(shè)一層土工格柵，回填土密實(shí)度不小于0.9，土工格柵執(zhí)行JT/T 480—2016，土工格柵具體型號自定，抗拉強(qiáng)度不小于60 kN/m。橫向搭接長度20 cm，縱向搭接長度150 cm。為保證邊緣地帶回填密實(shí)度，回填時(shí)界限向外擴(kuò)展2.0 m，后期對密實(shí)度較低的坡體表面進(jìn)行削坡處理。凹陷區(qū)原始邊坡見圖1，施工后邊坡見圖2。

6 治理工程方案

采用邊坡治理中較為成熟的方案，在坡腳布設(shè)重力式擋土墻對坡腳進(jìn)行防護(hù)，坡面布設(shè)錨固工程提高坡體的穩(wěn)定性，在框架內(nèi)布設(shè)綠化工程，提高治理工程與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，美化城區(qū)環(huán)境。

東段邊坡高度約20 m，在坡腳布設(shè)3 m高擋墻，在坡面分兩級布設(shè)錨桿框架工程，第一級坡率1∶0.75，坡高10 m，級間留設(shè)2.0 m寬馬道，第二級坡率1∶1，坡高9.2 m；西段邊坡坡高約30 m，對凹陷區(qū)邊坡回填后，在坡腳布設(shè)3 m高擋墻，分三級布設(shè)錨索框架工程，第一級坡率1∶0.75，坡高8.2 m，級間留設(shè)2.0 m寬馬道，第二級坡率1∶0.75，坡高9.2 m，級間留設(shè)2.0 m寬馬道，第三級邊坡坡率1∶1，坡高隨地形變化，在框架節(jié)點(diǎn)處布設(shè)錨索對坡體進(jìn)行加固，馬道平臺布設(shè)排水渠。

對加筋土回填造坡段邊坡，不考慮加筋土對土體強(qiáng)度的提高，加筋后坡體視為原土，按原土邊坡評價(jià)其穩(wěn)定性，實(shí)施工程治理，偏于安全考慮，該段坡體中錨索深入原土中。

為使治理工程更加美觀，提升城區(qū)環(huán)境，在框架內(nèi)采用挖坑植草的方式進(jìn)行綠化。根據(jù)當(dāng)?shù)刂脖缓蜌夂驐l件，草籽選用冷季型多年生禾本科或豆科草種混播，如苜蓿、冰草、灰條、狗牙根、小冠花等。

7 治理后穩(wěn)定性結(jié)果

工程實(shí)施后坡體穩(wěn)定性得到提高，根據(jù)驗(yàn)算該段斜坡自重工程穩(wěn)定系數(shù)為1.365，自重+降雨工況穩(wěn)定系數(shù)為1.272，自重+地震工況穩(wěn)定系數(shù)為1.183，滿足一級邊坡的設(shè)計(jì)要求。

8 結(jié)論

1)為提高治理工程的美觀性，采用加筋土技術(shù)對凹陷坡面進(jìn)行回填造坡，提高坡面的平整性,為同類治理工程提供一種可行的方案。在地質(zhì)災(zāi)害治理工程中，出于工程美觀性考慮，可采用加筋土進(jìn)行回填造坡，但應(yīng)加強(qiáng)施工過程中的管理及施工質(zhì)量，保證回填質(zhì)量。本工程偏于安全考慮未考慮加筋材料對土體強(qiáng)度的提高，將加筋回填后的土體視為原狀土體，通過錨索框架工程使坡體滿足設(shè)計(jì)的要求。加筋土對土體強(qiáng)度的提高程度尚需進(jìn)一步研究，通過試驗(yàn)手段明確加筋材料對土體力學(xué)參數(shù)的提高程度，以提高后的土體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將極大節(jié)省治理工程投資。

2)在坡腳修建擋墻，坡面采用錨索、錨桿框架工程對坡體進(jìn)行加固，提高坡體的穩(wěn)定性，是一種較為成熟的治理方案，該方案施工簡便，適用性較強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐之中。

3)近年來，環(huán)境保護(hù)受到越來越多的重視，為提高治理工程與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，提升城區(qū)環(huán)境，對框架內(nèi)坡面進(jìn)行綠化，隨著框架內(nèi)的草不斷生長，可以部分掩蓋混凝土框架工程，減少人類工程活動(dòng)對自然環(huán)境的影響。本工程中采用挖坑植草的方式進(jìn)行綠化，工程實(shí)施后綠化效果較好，與常用的植生袋綠化相比，綠化費(fèi)用大大減小，在條件適宜的地區(qū)應(yīng)加以推廣，以節(jié)省工程投資，但需要注意的是，適宜的坡度和充足的降水是影響綠化工程的重要因素，坡度過陡、降雨偏少都會導(dǎo)致綠化效果不佳。

4)治理工程的實(shí)施不僅消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，同時(shí)美化了城區(qū)環(huán)境，治理工程外觀質(zhì)量較好，成為城區(qū)一道靚麗的風(fēng)景。在工程美觀性和環(huán)境協(xié)調(diào)性受到越來越多重視的情況下，通過加筋土技術(shù)優(yōu)化邊坡造型，提高坡體的整體美觀性也是加筋土技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)發(fā)展方向，值得廣大技術(shù)人員深入研究。