袁珉
廣西310核地質大隊 廣西桂林靈川縣 541213
摘要:針對膨脹土邊坡具有“逢塹必滑、無堤不塌的極端特殊性與嚴重性,防治膨脹土滑坡必須貫徹“先發(fā)治坡、以防為主”的總原則。實踐證明,相對穩(wěn)定的坡率還必須與其他工程項目相結合,相輔相成,共同作用,才能維持好一個穩(wěn)定的邊坡。本文對膨脹土邊坡的失穩(wěn)機理及其加固進行探討。
關鍵詞:膨脹土;失穩(wěn)機理;加固技術
一、前言
膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物(蒙脫石、伊利石等)組成,同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。在天然狀態(tài)下一般處于硬塑狀態(tài),但在吸水膨脹后,其性質迅速惡化,處于可塑~軟塑狀態(tài)。隨著每年雨季和旱季的交替出現(xiàn),膨脹土反復的“吸水”和“失水”,也使得膨脹土反復的“膨脹”和“收縮”,造成許多的工程病害,如房屋建筑的開裂,邊坡的開裂變形甚至失穩(wěn)等等。膨脹土邊坡是一種特殊土邊坡,其變形失穩(wěn)的原因往往是由于膨脹土誘發(fā)而引起的,在暴雨季節(jié),膨脹土吸水,體積膨脹,邊坡變形增大,導致邊坡開裂甚至失穩(wěn),且當膨脹土邊坡的變形受到擋墻等支擋結構物的約束時,膨脹土會產生很大的膨脹力,將擋墻等支擋結構物“頂裂”,最后因支擋結構物失去支擋效果而導致邊坡失穩(wěn)。因此,研究膨脹土邊坡的失穩(wěn)特點以及防治措施對膨脹土地區(qū)的工程建設具有重要的指導意義。
二、膨脹土邊坡失穩(wěn)的主要特點及其規(guī)律
不同于其它土質的滑坡,膨脹土邊坡的失穩(wěn)形式有著明顯的特點和特殊規(guī)律。分析國內礦山、公路和其他建筑的膨脹土邊坡的失穩(wěn)滑動現(xiàn)象,得出其基本特征和共同規(guī)律。
2.1淺層性
同裂隙發(fā)育深度及周邊氣候影響范圍基本保持一致,膨脹土邊坡的發(fā)育深度一般在3-6m以內。
2.2 逐級牽引性
膨脹土邊坡失穩(wěn)一般從坡腳局部開始破壞,進而向上牽引而逐步發(fā)展,最終形成多層次的滑動面或拉裂面。
2.3季節(jié)性
膨脹土邊坡失穩(wěn)的主要外部誘發(fā)因素是由于降雨使得非飽和土體飽和,膨脹土邊坡的抗剪強度指標值出現(xiàn)大幅下降,因而邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象絕大部分出現(xiàn)在雨季,季節(jié)性特征顯著。
2.4緩坡滑動
相比一般土質的邊坡,膨脹土邊坡的穩(wěn)定坡腳較緩,但是在未進行任何加固措施的膨脹土邊坡中,即是坡比在1:6的條件下仍然大面積發(fā)生滑坡。
2.5膨脹力較大
膨脹性由礦物質成分所決定,而膨脹性本身決定了膨脹力。在眾多案例中,失穩(wěn)的膨脹土邊坡雖然采取了加固措施,但是膨脹力在幾十至一百多千帕,仍然出現(xiàn)抗滑坡樁被推斷、傾倒或擋墻整體被外推等現(xiàn)象。
三、膨脹土邊坡工程防護與加固
膨脹土路塹邊坡防護與加固措施,可以分為表水防護、坡面防護和支擋防護三類,工程中大多是三種結合使用。
3.1排水防護
設置各種排水溝,建立地表排水網(wǎng)系,截排坡面水流,使表水不致滲入土體和沖蝕坡面。
水是膨脹土邊坡的天敵,常有無水不滑之說,因此,治滑必須先治水,這是保證邊坡穩(wěn)定的重要工程措施。
排水包括地表排水與地下水兩個方面,地表排水以防滲和攔截滑體以外地表水、及時旁引為原則,地下排水以盡快匯集、及時疏導引出為原則。
由于膨脹土的水文地質特征,決定膨脹土中的地下水多為淺層裂隙水性質,而且具有極不均一性,在膨脹土滑坡整治中,一般采用綜合排水的措施,可以收到好的效果。
歸納膨脹土滑坡整治中采用的各種設施,有包括防滲和截水的天溝、吊溝、側溝、排水溝;有疏導相結合的支撐滲溝、滲水井、滲水暗溝,擋墻后盲溝和排水隧洞等。
3.2坡面防護加固
膨脹土邊坡因開挖而產生的施工效應特別明顯,挖方使原來處于穩(wěn)定的膨脹土裸露在邊坡表面或大大降低了上覆壓力。由于膨脹土邊坡比其他土質邊坡更易風化、易脹縮變形,由此引起的邊坡變形危害就更加普遍而嚴重。因此,對膨脹土坡面的防護加固顯得特別重要,坡面防護的類型很多,主要應根據(jù)邊坡膨脹土類別及風化程度等特性合理選擇。
3.3支擋結構防護
支擋結構是為了防止邊坡的坍塌失穩(wěn),確保邊坡穩(wěn)定的構筑物。其主要應用于兩方面:對于開挖的強膨脹土或中等膨脹土的邊坡采取的預防支擋措施,以便防止滑坡的發(fā)生;對于已發(fā)生滑動的邊坡進行治理支擋措施,使工程運行正常。關于支擋結構物類型的選擇,要根據(jù)邊坡計算滑動推力和滑動面或軟弱結構的位置而定?;蛘哒f,按照地形地貌、土層結構與性質、邊坡高度、滑體的大小與厚度,以及受力條件和危害程度而采取相應的形式進行治理措施。
3.3.1.擋土墻
擋土墻的設計是否符合膨脹土邊坡客觀的情況,關系到邊坡治理費用和安全問題。因此,對擋土墻型式、土壓力盒算及作用,滑動破壞形狀等方面的試驗研究具有十分重要的意義。
①坡腰墻:對于坡面過長(堤高、塹深大于8m)或坡體在開挖、填筑過程中,坡面土層產生過滑移或有滑移可能的坡體,常在坡面的中部增設一級或多級擋土墻,也稱坡腰墻。其作用在于壓縮坡長、減緩坡率,分而治之。宜黃路的實踐證明,多級擋土墻對加強坡體穩(wěn)定,減少變形效果較好,特別是對于那些已經產生過滑動、坡體表面松散的坡面穩(wěn)定的作用特別顯著。
坡腰墻基礎,原則上應埋入大氣急驟影響深度以下,若坡面松散土層較厚或有滑移面,則應埋置于散土或滑移面以下至少1250px。外墻直立,內墻坡率1:0.25-1:0.3,墻身高1.2-1.5m,頂面寬不宜小于lm,墻后應留1-2m的平臺,松散土體應摻石灰后分層夯實,做好泄水孔和反濾層,以利排水。兩級擋墻的間隔不宜太近,以防上級擋墻在下級擋墻的破裂面內。
②坡肩墻:挖方路基稱作坡頂墻,填方路基則稱路肩墻。填方路堤因邊部壓實度不夠,往往引起縱裂縫的產生,水分的進入導致肩部土體濕軟,抗剪強度降低,引起坍肩現(xiàn)象。路肩墻常作為補救措施之一。
在挖方坡頂修筑坡頂墻其目的不僅在于治,更在于防。挖方邊坡變形量大的、危害也較大,頂部因路塹開挖,土體超固結應力的釋放和反彈,側向應力的減弱或消失,導致頂部土體松弛,變形加劇,多形成張拉裂隙,浸水后自重增加,土體膨脹導致滑坍或滑坡之可能。設置了坡頂擋墻之后,增加了土體的側向約束,避免或減輕縱裂的發(fā)生或發(fā)展,阻止了坡頂大的變形破壞的產生。
坡頂墻應在坡頂處未發(fā)生大的裂縫或滑動面未形成之前及時修建,只有這樣才能發(fā)揮其抑制變形的作用,若已有裂縫產生(特別是傾向坡內的水平和斜交裂縫)則需將基礎置于裂縫下約lm。坡體完好地段,墻身與基礎厚度在1.5-2.0m之間即可。地面表層一般脹縮性能較弱,因此,墻身斷面可適當放窄,按正常土壓力盒算。若土質膨脹性能較強,則需考慮膨脹力的影響。
3.3.2加筋檔土墻
加筋擋土墻由填料、加筋、面板
3.3.3土釘墻部分組成
土釘是一種加固原位土體的方法,用以形成擋土墻結構物和邊坡加固。
3.3.4抗滑樁
若路塹邊坡已經產生滑動,采用多級抗滑擋墻無法阻止,或因施工困難,如挖基很深,邊挖邊塌,并能造成更大的滑動趨勢者,應酌情考慮改