高速公路膨胀土路堑边坡防护方案研究

孙晓欣

（深圳高速工程顾问有限公司，广东　深圳　518094）

高速公路膨胀土路堑边坡防护方案研究

孙晓欣

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳518094）

针对清远至连州高速公路膨胀土路堑边坡防护实例，通过对其病害进行分析，并对原路堑边坡设计方案进行了修改，提出了相应的防护措施方案，在实际工程中成功应用，具有良好的社会效益和经济效益，对以后类似工程实践有一定的参考价值。

高速公路；路堑边坡；膨胀土；防护

0　引言

清（远）连（州）一级公路升级改造（高速）工程连州至凤埠段土建J5合同段线路总长为4.57 km，新建半幅路基。合同段所辖范围内沿线地势高低起伏，沟壑纵横，多数地段属于高填深挖路段，路基清表后发现原地表土质为红黏土。为进一步验证路基土质情况，自J5合同段进场进行路基清表后，连南段项目管理处中心试验室组织承包人对其沿线土质的各项技术指标进行了逐段取样、逐段试验，最终结果表明J5合同段挖方段弃土均为弱膨胀性高液限红黏土，相应路段的路堑边坡防护应作为施工重点，需认真对待。

1　膨胀土路堑边坡病害特征［1］

1.1剥落

膨胀土路堑边坡经风化后，坡面表层土质形成细粒状、鳞片状形态，受自重影响沿坡面向下滑落。剥落现象多发生在干旱季节，干旱时间越长，土体内水分蒸发越强烈，相应的剥落现象也越严重。

1.2冲蚀

膨胀土路堑边坡坡面的松散土层在雨水或径流的地表水流冲刷作用下，沿坡面将形成沟状冲蚀，破坏了坡面的完整性，同时也不利于坡面植物的生长。

1.3泥流

雨季，膨胀土边坡坡面的松散土粒以及坡脚的剥落堆积物经水流裹带搬运形成泥流，在坡面风化剥落严重且地表径流汇集处较易发生。常造成道路排水系统的堵塞，路面的污染，严重时可将路基毁坏、路面掩埋。

1.4溜塌

风化严重的膨胀土边坡表层内土体在吸收水饱和后，由于自身重力与渗透压力的共同作用，沿坡面向下产生塑流状的塌移。此现象是膨胀土边坡表层最为常见的病害。

1.5坍滑及滑坡

膨胀土边坡的浅层土体在湿胀干缩效应、风化作用的共同影响下，由于裂隙切割与水的作用，严重衰减了土体的强度，土体失稳后沿滑动面整体滑移并伴随有局部的坍落；膨胀土边坡的滑坡外貌呈弧形，滑床明显，滑床后壁较为陡直，前缘相对平缓，主要由土体裂隙控制。

2　路堑边坡原设计方案

2.1边坡分级高度

对于土质边坡，按8～10 m进行分级，不足12 m时一坡到顶；对于石质边坡，按15 m进行分级，不足20 m时一坡到顶。

2.2边坡防护方案

对于坡高小于4 m的土质边坡，采用客土直播进行防护；对于坡高在8～12 m范围内的土质边坡，采用人字骨架植草防护。

3　膨胀土路堑边坡建议防护措施

3.1总体原则

通过对J5合同段挖方段的土质取样试验，结果表明土质具有弱膨胀性。边坡防护因结合膨胀土遇水时膨胀、失水后收缩的特性进行针对性设计。

通过查阅原设计方案，J5合同段土质边坡坡率设计为1∶1.25，坡度较缓，能减轻部分土体下滑力，对膨胀土边坡较为有利。边坡防护采用客土直播植草防护或普通的人字骨架植草防护能够起到封闭坡面的作用，但由于一般的草种根系深入土层深度较浅，即使个别根系能够深入较深的土层，但由于植物根系之间难以形成有效的咬合，无法形成整体受力结构，应对膨胀土遇水膨胀失水收缩时无法起到支撑固定、稳定坡面的作用；同样，采用普通的人字骨架植草防护，由于骨架嵌入土层深度较浅，难以起到稳固坡面的作用，雨季到来时，对膨胀土边坡的吸水饱和膨胀的特性难以及时起到疏干坡体积水的作用［2，3］。

3.2对于坡高小于4 m的路堑边坡防护方案

建议采用盲沟+草灌混喷进行防护，沿边坡坡面每隔6～8 m设置垂直于坡面的纵向盲沟（盲沟尺寸适当加大，四周采用渗水土工布包裹，顶面采用黏土进行回填封闭），并与路基底部的纵向盲沟相通，另可以考虑与主盲沟之间设置支盲沟（尺寸比主盲沟小）；绿化主体采用灌木，草种仅在前期起保持水土作用。利用灌木根系固持能力强，根系深入土层，同时由于根系发达，相互之间形成紧密咬合的整体受力结构，能够较好地避免膨胀土坡面受雨水冲蚀，并能利用植物平衡土体内含水量，对坡体稳定起到一定的效果。

3.3对于坡高小于12 m的路堑边坡防护方案

3.3.1柔性挡墙支护方案

推荐使用柔性挡墙支护方案，具体如下：柔性支护主要采用土工织物对边坡土体进行加筋处理，同时辅以其他必要的综合处理措施。主要特点是支护体在满足承受土体压力的同时还能允许土体发生一定变形，并且能够吸收膨胀土因含水量变化而产生的膨胀力以及因超固结引起的应力释放。

柔性支护体系主要由以下三个系统组成：

（1）柔性支护结构体

首先对路堑边坡进行超挖处理，超挖深度控制在3.5 m左右（边坡坡度采用1∶1.25～1∶1.5），超挖部分的回填同样采用膨胀土，回填过程中采用土工格栅分层铺设并将土包裹起来，以此类推，形成柔性支护结构。

（2）排水系统

柔性支护体系的排水系统包括墙趾处排水渗沟、墙底排水垫层、墙背渗水层、坡顶堑顶截水沟及截水渗沟，具体可参照图1。

图1　土工格栅铺设大样图（单位：cm）

（3）坡表防护系统

柔性支护体系坡表防护系统由坡面植被防护层与坡顶土工布防水封闭层组成。

3.3.2边坡支撑渗沟防护方案

建议采用边坡支撑渗沟防护方案，具体如下：采用大骨架支撑渗沟应用于膨胀土边坡上，并通过分隔成小块方式将边坡整体膨胀力加以削弱。同时由于大型骨架嵌进坡面一定深度，破坏原岩体结构面，阻断裂缝贯通，防止形成大滑体，分散块体下滑力，起到对边坡进行分隔支挡的作用。当雨季来临时，通过已连成一个整体的支撑渗沟排水骨架，有效地将坡内积水进行疏排并降低湿胀干缩对边坡稳定性的影响。

采用支撑渗沟的边坡防护方案需注意以下三点：

（1）支撑渗沟主骨架

支撑渗沟主骨架的设置，一般间距6～10 m、宽度2 m、深度2 m，根据J5合同段实际情况，由于膨胀土边坡产生坍塌的滑动面平缓，支撑渗沟可以按台阶式进行考虑，渗沟底部及顶部采用浆砌片石，沟壁设置碎石反滤层，渗沟顶部可回填种植土进行绿化处理，如图2所示。

图2　支撑渗沟大样图（单位：cm）

（2）支撑渗沟支骨架

支撑渗沟支骨架也可按照主骨架形式进行设置，若一级边坡，结合J5合同段膨胀土的胀缩性进行综合考虑，可将主骨架的设置间距缩短，之间采用深人字骨架进行防护后绿化、封闭坡面，如图3所示。

图3　支撑渗沟骨架布置图（单位：cm）

坡高小于10 m的膨胀土边坡：建议支撑渗沟主骨架的设置间距缩短，其主骨架之间采用深人字骨架进行防护后绿化、封闭坡面。

坡高大于10 m的膨胀土边坡：建议设置支撑渗沟主骨架后按照图3间距设置支撑渗沟支骨架，主骨架与支骨架相通，疏排坡体水及稳固坡面，主、支骨架顶部均培土绿化。除此以外，坡面也进行绿化，防止发生坍塌等膨胀土病害。

（3）坡脚挡墙的设置

配合支撑渗沟的设置坡脚应相应增设挡墙（可采用混凝土结构或浆砌片石结构），墙背设置碎石反滤层，挡墙预留支撑渗沟出水口，并联通路基边沟，如图4所示。

图4　坡脚挡墙大样图（单位：cm）

3.4坡高大于12 m的二级及二级以上路堑边坡防护方案

建议采用盲沟+锚杆框架+坡面绿化的防护方案，也可以采用设置支撑渗沟的方案。盲沟+锚杆框架+坡面绿化的防护方案具体如下：

3.4.1盲沟［4］

设置盲沟的主要作用是分隔与排水，可以将膨胀土坡面分隔成若干小块，对膨胀土湿胀干缩产生的应力进行分解与扩散，类似于“沉降缝”的作用；利用设置横纵交错的盲沟作为排除坡体水的通道，形成畅通的排水系统，有利于将坡体积水排出路基以外。

3.4.2锚杆框架［5］

锚杆的主要作用是通过嵌固深层的膨胀土体，将框架梁予以固定；框架梁主要对边坡土体起约束作用，防止坡面变形，并能阻止膨胀土边坡的浅层滑动；反之，土体挤压框架梁，框架梁进一步约束土体，并在锚杆锚固力的作用下约束边坡变形，提高整体强度。

3.4.3坡面绿化

坡面绿化可以缓解膨胀土边坡受雨水、气候等的影响，使土地内含水量达到一定程度的平衡，减弱膨胀土边坡的湿胀干缩，同时起到景观绿化的效果。

4　结　语

膨胀土路堑边坡尽可能地利用旱季进行边坡的刷坡施工及防护施工，避免雨季对边坡的影响。目前该项目已完成施工，实践证明：膨胀土路堑边坡得到了较好的处理，保证了膨胀土地区路堑边坡施工质量，减少了后期病害。

［1］杜英.高速公路膨胀土路堑边坡的设计和施工技术研究 ［J］.公路，2015（7）:118-121.

［2］吉光杰.膨胀土路基边坡病害防护及其加固技术探析［J］.交通标准化，2013（5）:58-60.

［3］袁从华，周健，杨明亮.高速公路膨胀土边坡整治［J］.岩石力学与工程学报，2007，26（A01）:3073-3078.

［4］陈向波，陈静曦，袁从华.植被措施在膨胀土地区边坡整治中的应用［J］.交通科技，2005（1）:30-32.

［5］潘忠良，代杰.高速公路膨胀土路基边坡的综合防治［J］.交通科技，2003（3）:52-55.

U417.1

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1009-7716（2016）07-0079-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.023

2016-02-29

孙晓欣（1984-），男，甘肃兰州人，路桥工程师，从事路桥工程管理工作。