晉東南“R”紅土區(qū)域高填方邊坡加筋土技術應用

路 明

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300131)

1 概述

土體加筋廣泛用于邊坡治理工程，尤其在填方邊坡中，通過向填土中添加土工合成材料，可顯著增加填土穩(wěn)定性，坡面可選擇多種坡率，具有良好的適用性。筋帶反包土袋或采用預制塊護面后，有效防止雨水沖刷，具有經濟、耐久、易于施工等優(yōu)點[1]。沁水縣某高填方場地以“R”紅土為主，該層紅土山西晉東南區(qū)域廣泛分布，顏色為棕紅色，破碎后有菱形塊狀構造，俗稱“蒜瓣土”，具有遇水膨脹,脫水干裂等特征，土中鈣質結核發(fā)育，未被擾動時，該層土承載力及剪切指標較高，具備黃土直立性好的特點。

2 工程概況

2.1 場地概況

沁水某擬建工程場地位于晉城市沁水縣馬邑村附近，屬中低山丘陵地貌，區(qū)內溝谷較為發(fā)育，北側地勢較高，為挖方區(qū)；南側地勢較低，為填方區(qū)。西北側地貌為一黃土沖溝，地形陡峭，該區(qū)域填方邊坡高度約為23 m，東側填方高度約6.0 m～18.0 m。

根據(jù)場地總平面圖，填方區(qū)域長度約170 m，坡頂高程約864 m，坡底高程約838 m,整體坡高約26 m，底部有3 m為原狀土邊坡，圖1為場地平面布置，南側已平場區(qū)域為填方區(qū)坡底位置。

場地西側為已竣工邊坡，邊坡類型為土質原狀土邊坡，坡面斜率為1∶0.75～1∶1.00，坡面采用三維植被網(wǎng)綠化。已竣工邊坡土質為原狀的“R”紅土，邊坡竣工2 a左右，受雨水沖刷侵蝕，坡面“R”紅土反復的吸水膨脹、失水收縮后，邊緣三角形區(qū)域已經發(fā)生淺層剝落，植被網(wǎng)及綠化均有部分損壞，如圖2所示(視角位于擬填方區(qū)位于坡底)。

2.2 工程地質條件

場地平整前，各地層主要物理力學指標見表1。第①層表土厚度0.5 m～1.0 m，含大量植物根莖，場地內普遍分布，不再列出。第②層黃土狀粉質黏土及第③層黃土狀粉質黏土僅在部分區(qū)域出露，且厚度較薄。第④層粉質黏土為典型的晉東南“R”紅土，結構性強，黏粒含量高，鈣質結核富集成層，局部厚度可達2 m左右，場地內挖方區(qū)揭露地層情況見圖3，挖方區(qū)典型剖面見圖4。

表1 原始地形地貌各土層物理力學性質

場地位于山體半坡，其匯水面積小，排水條件良好，各個鉆孔勘察15.0 m～50.0 m深度范圍內均未揭露地下水。

2.3 方案比選

進行方案比選時，邊坡護面可采用錨索格構綠化、植被網(wǎng)或魚鱗坑草籽。錨索格構綠化護面用于填土區(qū)域時，由于斜面填土壓實質量難以掌控，易發(fā)生格構下土體流失，造成格構底部脫空，更甚者格構結構產生破壞；三維植被網(wǎng)綠化用于填土時，表面有一定的抗沖刷作用，但無法對深層滑動進行治理，且無法避免淺層剝落；魚鱗坑植草作雖然是最經濟的綠化手段，但在抵抗雨水沖刷、淺層剝落及深層滑動等方面效果均較差，多在投資預算極為有限時，用于土質良好的原狀土區(qū)域；采用加筋土結合噴植綠化，通過土體加筋可增邊坡的強整體穩(wěn)定性，避免產生深層滑動。根據(jù)場地實際情況，加筋土邊坡坡面采用噴植綠化，對避免雨水沖刷及淺層剝落均可以起到良好的效果，滿足景觀協(xié)調性的要求，整體耐久性及安全性均較好。

3 填方區(qū)壓實方式及參數(shù)

3.1 回填及壓實方式

對于填高填方區(qū)域，原始地形坡度大于1∶5時應臺階狀開挖，使原狀土與回填土交界部位需錯臺搭接，盡量增大填土與老土之間摩擦系數(shù)，開挖時沿順坡方向進行，開挖臺階高寬比為1∶2，寬度為1.0 m～2.0 m，頂面向臺階內2%的坡度傾斜。第②層及第③層黃土狀粉質黏土厚度較薄，具有輕微濕陷性，因此進行臺階開挖時，將第②層及第③層全部挖除。

通過對“R”紅土填料進行擊實試驗并結合現(xiàn)場試驗區(qū)，綜合確定了施工機械以及最優(yōu)含水率。填方部位采用20 t(激振力353/245 kN)振動壓路機分層碾壓，階梯形分層開挖清除表土，回填土壓實系數(shù)按0.95控制，每層鋪土厚度30 cm～35 cm，壓實遍數(shù)為4遍～6遍。在添加筋帶區(qū)域，加筋材料層間距50 cm，分2層碾壓，每層壓實后厚度為25 cm。在距坡面1.5 m內應用質量小于1 t的小型振動碾壓機械碾壓，壓實度均達到95%以上。

3.2 壓實填土計算參數(shù)

穩(wěn)定性計算時，填土剪切指標等參數(shù)至關重要，現(xiàn)場經探井、探槽及鉆探取原狀樣約170件，經直剪固結快剪室內試驗，統(tǒng)計結果見表2，第②層及第③層已全部挖除，不參與穩(wěn)定性計算。

表2 回填區(qū)場地各層土物理力學性質

考慮地震、暴雨等工況下，邊坡破壞時土體的抗剪強度與殘余強度接近或略高,進行邊坡支護設計時[2]，結合地區(qū)經驗及地震降雨等不同工況，一般工況及地震工況按0.90進行折減使用，降雨及降雨地震工況按0.75進行折減使用。

4 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

4.1 未加筋時邊坡穩(wěn)定性計算

對于未加筋時邊坡穩(wěn)定性進行計算，取最不利斷面，填方邊坡分為四級，計算單級坡高6.0 m，自然坡率1∶0.75～1∶1.00，計算結果見表3。一般工況下填土邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，降雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨及地震工況處于不欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 坡體穩(wěn)定性計算結果表

4.2 邊坡設計方案選取

不添加筋帶時，邊坡穩(wěn)定性在部分工況下處于欠穩(wěn)定及不穩(wěn)定狀態(tài)，且業(yè)主方提出，要求該段填方邊坡形式與場地已竣工邊坡保持一致。綜合以上因素，選擇加筋土進行防護，設計坡率與場地已竣工邊坡保持一致，均為1∶0.75～1∶1.0，加筋土坡面及加筋土下側現(xiàn)狀坡面均掛網(wǎng)噴植草灌綠化護面。加筋土坡腳和臺階處設置散水和排水溝，匯入場地排水系統(tǒng)。

根據(jù)不同的填方高度，設置不同級數(shù)的填方邊坡，底層筋帶最長為18.0 m；第二層筋帶長度12.0 m；第一層筋帶長度為10.0 m。各層筋帶均反包土袋長度為3.0 m，層間距0.5 m，單級邊坡高度為6.0 m，土袋間插筋掛網(wǎng)，后期坡面進行噴植綠化。典型斷面見圖5；對于部分填方高度較小區(qū)域，按圖6斷面進行設計。各級邊坡之間錯臺寬度為2.0 m，坡腳設置漿砌片石護腳墻，墻身地面以上高度為2.0 m。各級平臺間設截水溝，邊坡匯水面積僅為坡面投影面積，經計算，較原地形匯水面積減小約65%，坡面截排水溝可直接接入場地現(xiàn)有邊坡排水系統(tǒng)。

4.3 筋帶計算參數(shù)

加筋土邊坡計算時，間距均為0.5 m。各層筋帶長度見4.2節(jié)。筋帶極限抗拉強度取100.0 kN/m，按施工損傷折減系數(shù)1.10、耐久折減系數(shù)1.40、蠕變折減系數(shù)2.0后進行[3]，采用的加筋土設計允許抗拉(拉伸)強度按32.47 kN/m進行設計計算。

4.4 加筋土邊坡穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析采用理正巖土計算軟件(6.5版)，加筋后，邊坡最不利滑面延伸至筋帶后側，滑動圓弧半徑變大，滑面長度增加，抗滑力提升，邊坡整體穩(wěn)定性提高，避免了深層滑動的整體破壞。筋帶反包土袋一定長度，坡面雨水沖刷、淺層填土剝落的問題亦得到解決，且滿足業(yè)主景觀一致的要求。加筋土邊坡穩(wěn)定性計算結果表見表4。

表4 加筋土邊坡穩(wěn)定性計算結果表

4.5 實施情況

通過對填方區(qū)邊坡進行支護設計后，現(xiàn)場進行了施工，加筋后效果見圖7，圖8，坡面設置短鋼筋，后期可按業(yè)主需求進行掛網(wǎng)噴植，從而達到與已竣工邊坡景觀協(xié)調的目的。

5 結論

1)晉東南“R”紅土原狀土及壓實后自身剪切指標均較高，在非加筋土壓實區(qū)域，可采取現(xiàn)場原位測試及室內土工試驗結合的方式綜合確定其力學性質。

2)人工壓實填土屬于半天然的、多相性共同作用的不均勻介質，筋帶屬于人工、連續(xù)的、易受環(huán)境影響的合成材料，兩者物理性質截然不同，在加筋土中相互協(xié)同作用，因此，加筋土邊坡采用保守設計已經成為共識，在保障安全儲備的情況下，對填土及筋帶的物理參數(shù)均折減后使用。

3)施工過程中，填土質量及筋帶質量根據(jù)不同的變量條件進行折減。對填土剪切指標，邊坡破壞時剪切指標遠低于其峰值強度，同時需考慮降雨、地震等不利工況，據(jù)此進行折減；筋帶則考慮蠕變、施工損傷及材料老化等原因進行折減。實際進行邊坡穩(wěn)定性計算時，對剪切指標及筋帶抗拉強度均折減使用，符合加筋土保守設計的理念。

4)加筋土擋墻作為填方邊坡治理手段，在保障邊坡穩(wěn)定的前提下，可根據(jù)場地需求，選擇多種坡率，極好的適應場地條件，做到美觀協(xié)調。邊坡表面亦可選擇多種護面形式，在景觀上易于滿足業(yè)主要求。