膨胀性红砂岩路堑边坡柔性支护设计与施工★

刘可特 刘旭红 周晗晗

(1.湖南省浏醴高速公路建设开发有限公司，湖南长沙 410329; 2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004)

红砂岩是一种具有强度低、失水崩解和遇水软化等特殊地质力学性质的岩体，通常会造成红砂岩的路堑边坡在施工后出现滑坡、坍塌等危害[1]。湖南浏阳至醴陵高速公路，它穿越了湖南省中部浏湘盆地，是红砂岩土分布区，其中含有大量的膨胀性红砂岩。国内常用的浆砌片石护面墙、挡土墙、抗滑桩等，都属于刚性结构，而红砂岩具有膨胀性，容易积蓄过多的膨胀力而导致结构破坏。此段路之前采用了拱形骨架护坡进行支护，处理后不久遇到降雨就出现了大规模的坍塌，且有恶化的趋势。而柔性支护主要是提倡“以柔克刚”的处理方案，并辅助其他的综合排水防护措施。其特点是可让土体产生一定量的变形而不影响其主体，这样能缓解一部分膨胀力而使支护能承受住土压力[2]。在使用过柔性支护至今一直反映良好，没有出现支护破坏的任何问题。

1 浏醴高速公路红砂岩路堑边坡工程地质特征和破坏原因分析

分析红砂岩的工程特性要从其组成成分开始[3]，浏醴高速K10+218～K10+318在浏湘盆地北部，属于白垩纪沉积地层，其岩性主要为泥质粉砂岩、石英砂岩及砂岩等。浏醴高速的红砂岩成分又与湖南省其他地区的红砂岩不同。一般的红砂岩会含有一定量粘土矿物质。而浏醴高速的红砂岩就几乎不含粘土矿物，所以它的强度较高，强度分布区间为12 MPa～30 MPa，为软质岩。

坍滑破坏的边坡中一般是在顺层强风化带地质界面，而且绝大多数的滑坍事故都是发生在一场雨季过后，因为红砂岩具有遇水膨胀的性质，所以在雨季后期是最容易遭到破坏的时期。边坡出现病害的原因主要有:

1)以顺层坡为主，容易产生滑坡;2)土的膨胀性，由于水膨胀而导致雨季过后支护被破坏;3)红砂岩具有易软化、易风化的特点，容易产生滑坡;4)坡形设计不合理，坡面不平缓或者各分级坡偏高;5)绿化防护和排水措施偏弱。

2 浏醴高速公路红砂岩路堑边坡柔性支护结构设计

针对浏醴高速公路红粘土的地质特征及破坏形式，提出一种完善的柔性支护结构设计方案，它集结了综合防排水功能和边坡加筋技术为一体，能有效治理红砂岩的路堑边坡问题，见图1。

2.1 内外防排水结构设计

对于浏醴高速，在排水结构设计中采用了截水沟，边沟，横向排水盲沟，渗沟及碎石垫层。各种排水设施相互作用，有效的提高了红砂岩的排水问题，大大的减少了红砂岩遇水膨胀的强度。

2.2 加筋体设计

图1 浏醴高速公路K10+500～K10+634红砂岩滑坍边坡柔性支护结构设计示意图

其中，A，B，C，D均为通过有荷膨胀试验获取的回归系数;ω0为制件初始含水率;h为格栅间距;ET为格栅弹性模量;TS为格栅设计抗拉强度。对浏醴高速公路K10+500～K10+634段红砂岩土制备试样进行有荷膨胀试验，得到公式中的相关系数分别为:A=0.344，B=0.104 5，C=2.258 7，D=0.662 8。

式(1)中除h外，其他量皆为已知。为安全起见，求得h后，将h除安全系数k，即获得所求的加筋间距。

考虑到最不利情况，令施工干密度为1.7×103kg/m3，红砂岩填筑含水率为25%，而土工格栅TGDG35的ET=300 kN/m，TS=35 kN/m，代入式(1)，h≤0.70 m，取安全系数 k=1.4，则本项处治路段所采用的布网间距的最终结果h=0.5 m。

2)加筋长度。红砂岩边坡的胀缩现象主要发生于干湿循环显著影响深度范围内，沿路基横断面水平方向加筋长度计算式[4]:

其中，α为边坡倾角;L为加筋长度;H为干湿循环影响深度。

由于该试验段的干湿循环显著影响深度H=2.0 m，因此设计的柔性支护边坡的坡率均为1∶1.5，由式(2)得水平加筋的长度L=3.5 m，并取安全系数k=1.2，实际采用的加筋长度为4.0 m。

1)加筋间距。格栅所受张拉应不大于其抗拉强度，公式如下:

2.3 柔性支护结构稳定性评价

柔性支护结构是利用填土和格栅间的摩擦力和咬合力，土工格栅的层间连接、反包能产生一定的抗剪强度，使加筋体构统一来抵抗边坡的作用;“以柔克刚”:柔性支护允许一定量的膨胀土遇水膨胀，可缓冲开挖边坡的很大一部分膨胀力与应力;路堑开挖的坡面由大于坡高的柔性加筋体覆盖，能产生自重以抵抗边坡土压力作用，因此非常适合红砂岩滑坍边坡的处治。

3 浏醴高速公路红砂岩路堑边坡柔性支护结构施工

1)边坡开挖施工工艺。将挡墙的基础挖方深度与原路床的换填部位平行，从坡脚位置往边坡方向开挖5 m，深度由边沟的顶部向下挖至0.5 m处。

2)基底渗沟施工工艺。先将基础的松土清除，按照设计开挖渗沟，预埋PVC管并用碎石覆盖渗沟，然后碾压基底。若局部湿软可先掺灰处理，再用土工格栅包碎石土回填。

3)加筋体施工工艺。先填筑渗水层，摊铺第一层格栅，第一层摊铺好后进行碾压，直接在第一层上摊铺和碾压第二层填料，整平摊铺并在其上进行碾压。为了提高基地承载力以及排水能力，第一层以及修筑到4 m高的平台后的第一层(需在碎石层地下铺两布一膜防止上方边坡积水往下渗，并采用软水管将水从两边排除)，均采用高度为50 cm的碎石土层，分两次填筑，坡率按1∶1.5。碎石土分两次填筑，每次填筑约30 cm再压实，填筑高度按50 cm。按照设计图纸进行人工修坡，然后进行第一层和第二层土工格栅反包与搭接，并加以固定，如图2所示。结合设计图纸，重复上述步骤，直到做完整个挡土墙。要注意的是，柔性边坡施工完成后要及时回填耕植土，防止土工格栅被破坏。

4)坡顶及坡面防护施工工艺。坡面防护:在边坡表面培植10 cm的耕植土，并用机械或人工夯实，然后采用人工铺草皮，或者采用机械喷洒草籽的方式进行植草。

图2 土工格栅搭接示意图及“U”形钉大样（Φ6钢筋）

4 结语

浏醴高速公路膨胀性红砂岩路堑边坡破坏具有浅层性、牵引性、潜在性等与膨胀土路堑边坡相似的破坏特性，采用拱形骨架、重力式挡墙等传统的边坡支护措施不能有效稳定边坡。柔性支护技术采用红砂岩边坡滑坍体作为填料、土工格栅加筋并辅以综合的防排水措施，大大减少了清方和弃土占地，柔性加筋体实现了以柔克刚，有效疏排了坡内积水并防止了坡面的雨水入渗，同时该技术施工便捷、造价低廉，是一种集工程可靠、经济环保于一体的膨胀性红砂岩路堑边坡处治新技术。

[1] 陈晓明.红砂岩路堑边坡的病害浅析[J].广东公路交通，2006(3):62-66.

[2] 郑健龙，杨和平.公路膨胀土工程[M].北京:人民交通出版社，2009.

[3] 赵明华，邓勤宇.红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J].中国公路学报，2003，16(3):1-5.

[4] JTG/T D32-2012，公路土工合成材料应用技术规范[S].