鄭永飛

（中國中鐵二院工程集團有限責任公司　四川　成都　610031）

膨脹土邊坡穩(wěn)定性與治理

鄭永飛

（中國中鐵二院工程集團有限責任公司四川成都610031）

在我國，廣西、云南地區(qū)膨脹土危害最為嚴重。在膨脹土區(qū)域，不論是路堤、路塹，抑或是嚴重且普遍的基床變形及邊坡溜塌，在其他類型土質(zhì)基礎(chǔ)中均較為罕見。對于膨脹土區(qū)域的路基基床，因受干縮濕脹及大氣物理風(fēng)化等影響，使邊坡塊土解析分崩，并使土體抗剪性能降低，進而引起邊坡滑坡、溜塌、路基不均勻沉降、冒泥和翻漿等非常嚴重的災(zāi)害狀況，以致基礎(chǔ)穩(wěn)定性與強度受到破壞，引起失穩(wěn)，從而影響路基正常使用。本文基于以往對膨脹土邊坡的研究，分析了滲透飽和系數(shù)、降雨強度、降雨持時及裂縫深度等因素對膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響，同時也相應(yīng)提出了治理措施。

膨脹土；邊坡穩(wěn)定性；治理措施

引言

我國為膨脹土形成因素最為復(fù)雜且分布面最為廣泛的一個國家。對于膨脹土而言，其土質(zhì)較為特殊，有較強的持水特性與親水特性，同時也有較高的黏聚性與可塑性。土遇水會快速膨脹，而失水便將嚴重收縮，并且脹與縮通常都為不可逆的過程，而該類土質(zhì)在潤濕時將具有較強塑性，但干燥時會發(fā)生開裂，從而對路基工程結(jié)構(gòu)造成重大災(zāi)害。在我國廣西、云南地區(qū)，膨脹土分部廣泛，使得線路無法全部繞過膨脹土地區(qū)，因此，研究膨脹土體基礎(chǔ)改性處理和防護加固從而滿足其填筑需求便顯得十分關(guān)鍵。本文通過對路基膨脹土邊坡穩(wěn)定性和安全性進行研究，并提出膨脹土的處理措施，以使得邊坡穩(wěn)定性得到整體加強，從而為今后的路基工程以及其他工程建筑實施提供一定的借鑒。

1　膨脹土的工程特性分析

1.1強烈的縮脹性

膨脹土強烈的縮脹性是由其內(nèi)所含一定數(shù)量的伊利石、蒙脫石等因素所引起，而蒙脫石含量的大小會對膨脹土縮脹性起決定性作用，使其縮脹變形將具備可逆特性，失水時干縮，而吸水時則會膨脹，再次失水時再次干縮，如此循環(huán)。土體水含量變化為引發(fā)膨脹土縮脹形變的外在原因，隨著膨脹土水含量的不同而出現(xiàn)不同的縮脹性質(zhì)，在膨脹土保持干燥時便具備了較高的膨脹能力，而當其水含量較高，處在將近飽和之時便具備了很高的收縮能力。

1.2多裂隙性

在產(chǎn)生膨脹土過程之中，因受濕度、溫度及壓縮等的影響，將引發(fā)膨脹土的體積出現(xiàn)改變，而這將決定其內(nèi)部會產(chǎn)生復(fù)雜的力學(xué)與物理作用，此類因素均會造成膨脹土內(nèi)出現(xiàn)裂隙，此時土體會被開裂縫隙分割成板形、鱗片形或柱形，縫隙間通常夾雜軟弱性填充物，因此，會使土體強度降低，易使其沿裂隙發(fā)生形變。

1.3強度差異特性

相較于普通粘土而言，膨脹土強度會更為復(fù)雜。一般狀況下，膨脹土抗剪強度峰值非常高，然而由失穩(wěn)膨脹土的邊坡計算所得抗剪強度卻會比其峰值低出很多，主要原因是因受到土體縮脹形變和裂隙發(fā)育等因素作用，使土體強度也會隨著裂縫發(fā)育的不同方向而出現(xiàn)差異，反復(fù)的濕干條件也易造成土體強度急速減弱，以致路塹和路堤邊發(fā)生邊坡失穩(wěn)狀況。

2　影響膨脹土其邊坡穩(wěn)定性的因素分析

2.1裂隙對膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響

裂隙性為膨脹土中十分典型的一種工程地質(zhì)特性。因膨脹土內(nèi)含有豐富的親水黏土礦物質(zhì)，使其失水干縮、吸水膨脹作用較為明顯，當受到反復(fù)的循環(huán)濕干環(huán)境影響時，會在土體內(nèi)產(chǎn)生大量橫縱交錯的縮脹裂縫，加上應(yīng)力卸荷與構(gòu)造等因素引起卸荷縫隙和構(gòu)造縫隙等，終將致使膨脹土其邊坡滿布裂縫的宏觀狀態(tài)。裂縫會對膨脹土邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，其使得膨脹土內(nèi)結(jié)構(gòu)特性較為特殊，且存在裂縫也對土體整體特性造成破壞，以致試驗與評價土體強度難度增大；另外，因裂縫的隨機性和不均勻，會使各向土體強度出現(xiàn)不同，而開裂面和填充夾層也是影響膨脹土其邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵宏觀構(gòu)成。深層滑動是土體邊坡失穩(wěn)最嚴重、負面作用也最明顯的一種破壞形式，其多是因邊坡中縫隙張開、貫通和發(fā)展，并結(jié)合水入滲、移運作用從而形成土體縮脹形變所致。

2.2表層土體內(nèi)垂直裂隙的影響

在具體工程中，膨脹土的邊坡大多于坡頂接近地表處分布著一層垂直縫隙發(fā)育土層。該土層垂直裂縫發(fā)育是因長時期經(jīng)受周期性濕干循環(huán)作用，產(chǎn)生下窄上寬的垂直縮脹縫隙。一般該土層裂縫保持閉合形態(tài)，在開挖完邊坡后，因其喪失側(cè)邊支撐而出現(xiàn)張開。從宏觀來看，該土層是丟失了整體性的柱形垂直土的集合層，在邊坡坡度較陡時，或邊坡其中部與下部遭受水泡軟化之后，因其下部支撐強度衰減，使此層土體垂直縫隙發(fā)育更加明顯。地下水位增高及發(fā)生久強降雨，均會使該裂縫充滿水，同時形成靜水壓力，由實際邊坡失穩(wěn)案例也可發(fā)現(xiàn)，在該土層發(fā)育的垂直縫隙大多會形成滑動面后緣，而使得邊坡于本層形成很大的垂直下錯形變。所以，為了表現(xiàn)實際邊坡工程狀況，需對該土層采取適宜手法進行處理。當降雨或有地下水時，還應(yīng)考慮靜水壓力載荷的影響（如圖1）。

2.3膨脹土邊坡中、下部黏土物質(zhì)填充裂隙的影響

原生裂縫或裂隙構(gòu)成主要是膨脹土內(nèi)部層面和成巖時所產(chǎn)生的收縮縫隙，其主要包含層面、層理、原生縫隙層面與不整合層面。實際查探膨脹土?xí)r，較光滑具備蠟狀光澤且填充灰綠黏土物質(zhì)或錳、鐵質(zhì)薄膜的縫隙較為多見。此類縫隙大多在沉積時，土體受膨脹影響向此部位收縮中心和反向進行反復(fù)蠕滑造成的，因蠕滑效應(yīng)有著磨圓、分選土顆粒的作用，所以裂縫面通常較光滑，且呈現(xiàn)蠟狀光澤，為土體的天然弱面。另外，該特殊受力形變特性致使此類縫隙一般都為水運動的活躍部位，土體大多歷經(jīng)淋濾呈現(xiàn)灰綠、灰白色。此類弱面大多具備一定延伸限制，當坡中或坡腳發(fā)育該類含有填充物的縫隙，同時傾向與渠坡一致時，會對穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著作用。大量實際滑坡資料表明，膨脹土前緣滑坡大多是沿該類裂縫剪出，以構(gòu)成滑坡面下部。把該類縫隙納進邊坡穩(wěn)定行研究中，會對客觀反映邊坡實際受力情況，及滑坡形態(tài)預(yù)測有重要意義。

圖1　膨脹土邊坡土層滑動破壞模型圖

3　膨脹土邊坡失穩(wěn)治理措施分析

3.1膨脹土邊坡滑動的預(yù)防措施

在設(shè)計時，應(yīng)充分結(jié)合工程地質(zhì)材料，并配合已有工程的邊坡穩(wěn)定性狀況實施設(shè)計，要盡可能降低滑坡的發(fā)生。①要選取正確的設(shè)計方案，并對深挖長路塹和隧道進行對比，以及對高填長路堤和橋進行對比；②擇取適宜膨脹土性質(zhì)的合理性邊坡模型、高度和坡度；③要選用必要性的工程實施措施。

在施工時，對于膨脹土區(qū)域，因施工手法不合理會引發(fā)滑坡，所以，施工時需充分了解膨脹土具備的風(fēng)化、遇水及卸荷等膨脹形式的關(guān)鍵工程地質(zhì)因素，選用適宜膨脹土地質(zhì)特性的有效施工手法與時期。施工支擋建筑結(jié)構(gòu)時，要由兩端起始，然后跳槽對其基坑進行開挖，采用邊開挖邊砌路基邊修建的辦法，及時使力平衡形態(tài)得以恢復(fù)，以增大坡腳的支撐強度。

養(yǎng)護維修時，出現(xiàn)膨脹土邊坡滑動，其發(fā)育多是由量變積累到質(zhì)變的過程。當邊坡發(fā)生形變，及排水溝出現(xiàn)破壞時，如果無法及時維修和處理，則將使邊坡形變逐步擴大。所以，必須常常關(guān)注邊坡和防護設(shè)備的工作情況，一旦有問題出現(xiàn)，要及時開展維修和養(yǎng)護工作，從而避免滑坡的發(fā)生。

3.2膨脹土邊坡的防護和加固措施

表面水的防護，需配設(shè)各類排水溝，并構(gòu)建地表排水系統(tǒng)，以排截坡面流水，從而不致使地表水沖蝕坡面或滲進土體。因膨脹土的特殊水文地質(zhì)性質(zhì)，便決定其內(nèi)部地下水大多是淺土層縫隙水，且極其不均勻，在處理膨脹土滑坡時，通常采取綜合排水方法，能收到較好功效。處理膨脹土滑坡的工程設(shè)施包含截水與防滲的吊溝、天溝、側(cè)溝及排水溝等；其疏導(dǎo)性設(shè)施有支撐滲溝、滲水暗溝和滲水井、擋墻后盲溝及排水隧洞等。邊坡表層的加固防護方式有很多，氣主要是要按照膨脹土邊坡類型和風(fēng)化度特征等來合理擇取。骨架型坡面防護主要用來防范坡表面土被風(fēng)化，并強化風(fēng)化土層的穩(wěn)固支撐功能；片石坡面防護主要是用來處理膨脹土體邊坡已經(jīng)出現(xiàn)的局部塌溜等形變狀況（如圖2）。

3.3支擋結(jié)構(gòu)

支擋結(jié)構(gòu)設(shè)施是為避免邊坡出現(xiàn)溜踏失穩(wěn)，并保證坡面穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)物，在對中到強膨脹性的膨脹土（巖）邊坡進行開挖時，采用支擋防護方法，以避免滑坡的產(chǎn)生；在對已出現(xiàn)滑動邊坡實施整治時，采用支擋結(jié)構(gòu)，以使得工程正常運行。對于支擋結(jié)構(gòu)類別的選取，需按照邊坡滑動推力計算及滑面和軟弱性結(jié)構(gòu)的部位來決定。或是依據(jù)地貌地形、土層特性與構(gòu)造、邊坡高度、滑坡厚度和尺寸，及危害狀況與受力狀態(tài)而選擇相應(yīng)方式來實施處理。

圖2　浸水膨脹土邊坡示意圖

4　結(jié)論

在膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析中，要充分考慮具體工程中的實際狀況，同時結(jié)合該區(qū)域工程經(jīng)驗，從而使邊坡穩(wěn)定性分析更為準確。在處理邊坡失穩(wěn)時，要盡可能保證邊坡坡率的減緩，且強化對坡腳的防護和支擋，同時要強化膨脹土邊坡較淺土層的支撐和防護，以防止發(fā)生淺土層邊坡滑動而引發(fā)深土層滑動，坡率相同時，要合理設(shè)置邊坡平臺寬和部位，以使得邊坡穩(wěn)定性得到提升，從而極大提高路基工程建設(shè)使用時的安全性和穩(wěn)定性。

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U416.1+67

A

1673-0038（2015）17-0214-02

2015-3-10

鄭永飛（1983-），男，工程師，本科，主要從事鐵路路基勘察設(shè)計工作。