土工膜+挂网客土喷播防护技术在炭质页岩边坡处治中的应用

粟娴1，黄华显2

（1.百色高速公路运营有限公司，广西百色 533000；2.广西红都高速公路有限公司，广西南宁 530021）

土工膜+挂网客土喷播防护技术在炭质页岩边坡处治中的应用

粟娴1，黄华显2

（1.百色高速公路运营有限公司，广西百色 533000；2.广西红都高速公路有限公司，广西南宁 530021）

针对目前常用的公路边坡滑塌处理方案，结合靖那（靖西—那坡）高速公路炭质页岩边坡滑塌处治实例，介绍了土工膜+挂网客土喷播防护技术的设计原理、技术要求、施工工艺及技术优势，阐述了该防护技术在炭质页岩边坡滑塌处治中的应用效果和推广价值。结果表明，土工膜+挂网客土喷播防护技术处理后的边坡坡面稳定性好，且整个坡面绿化防护效果较好，融入了周围的自然环境中；在技术经济、社会效益、自然协调等方面均具有较大优势，是一种有效的边坡防护处治方案，具有较大的推广价值。

公路；边坡；土工膜；挂网客土喷播；炭质页岩

随着高速公路的不断发展，路线穿过越来越多地质条件复杂、岩性变化大的山区。在广西百色市境内炭质页岩分布较多，由于其自身物理化学性质及工程特性，对工程建设的安全、进度、造价、环保等方面均影响很大，炭质页岩边坡的安全稳定性防护问题较为突出。该文结合广西百色市靖那（靖西—那坡）高速公路K62+130-337左侧炭质页岩路堑边坡滑塌处治实例，介绍土工膜+挂网客土喷播防护技术在炭质页岩边坡处治中的应用。

1　炭质页岩边坡工程特性

炭质页岩在公路建设中存在较为广泛，其组成结构较为复杂，含有大量分散炭化有机物，节理发育，薄层状构造，属于软岩的一类。炭质页岩边坡开挖后，坡面岩体暴露在外界中，受雨水、大气、风等因素的影响，极易风化、软化、破碎、崩解，使炭质页岩原有强度快速大幅降低，容易出现崩塌、滑坡等失稳破坏现象，对边坡的安全稳定性造成极大危害。主要表现形式如下：

（1）极易风化。边坡开挖后，炭质页岩岩体暴露在大气中，在温度变化、雨水及水溶液的作用下，在较短的时间内，岩体会变得更加破碎，层间结合更为松弛、松散，破坏了原有的岩体结构，抗压强度严重下降。

（2）遇水崩解严重。炭质页岩中含有亲水性较强的蒙脱石等矿物成分，吸水易膨胀崩解，失水则收缩开裂。在边坡未开挖暴露前，其岩体强度较高，但遇到水的作用后，岩体的物理性质迅速发生变化，体积膨胀、强度降低，具有很强的软化性、崩解性、剥落性，甚至形成泥状炭土，易导致边坡崩塌。

（3）矿物成分复杂，植物难以生长。炭质页岩由黏土矿物、碎屑矿物、自生矿物等组成，植物生长所需营养成分含量少，一般草灌植物很难在炭质页岩边坡上直接生长成活。

2　土工膜+挂网客土喷播防护技术

对坡面滑塌体卸载时应尽量放缓坡比，确保坡体的安全稳定性。由于炭质页岩特有的工程性质，为避免坡面受到雨水的影响，每开挖一级，及时采用复合土工膜对坡面进行封闭，然后对全坡面进行挂网客土喷播。草灌植物先利用客土生长，随着时间的推移，植物根系会进一步发育生长，慢慢穿透土工膜而扎入土壤内，形成密布的锚固系统，且锚固作用会越来越强，从而起到固土护坡及绿化环保的作用。

3　工程实例

3.1工程概况

靖那高速公路K62+130-337左侧原设计为深挖路堑边坡，全段长207m，中桩最大挖深29.27m，路堑边坡最大高度55.66m。原设计各级边坡坡率为1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5，其中1～4级边坡采用锚杆框架梁防护，锚杆长度自下而上分别为8、10、12、12m，以上各级边坡采用挂网客土喷播防护。

该路段地形起伏较大，总体呈南侧较高、北侧较低，自然坡度一般为25°～55°，较陡。道路幅宽内，地面标高为1114.0～1155.2m。根据工程地质调绘及钻探揭露，路堑边坡分为3个工程地质层，上部为第四系全新统残坡积（Q4el+dl）碎石土，下伏基岩为泥盆系下统郁江组（D1y）页岩。各工程地质层的地质特征如下：

（1）碎石土（Q4el+dl）。杂色，褐黄色为主，稍密状，碎石成分为泥岩，粒径一般为2～5cm，最大约10cm，次棱角状，含量约50%，黏土充填。

（2）强风化页岩（D1y）。灰黑色，泥质结构，页理状构造。强风化页岩原岩结构部分破坏，岩芯多呈碎块状及少量饼状，表层经钻进扰动呈土状。边坡开挖后炭质页岩外观如图1所示。

图1　坡面炭质页岩

（3）中风化页岩（D1y）。灰黑色，泥质结构，页理状构造。中风化页岩节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状。

受连续降雨的影响，边坡发生滑移变形。滑塌开裂线位于坡顶外侧，坡面错动明显，5、6级边坡出现多处裂缝，1级边坡已施工完成的防护结构发生推移，2～4级边坡已完成的砼格梁出现隆起、开裂情况（如图2所示）。

图2　边坡滑塌

3.2防护方案比选

根据滑坡体积估算判定，该滑坡属于大型滑坡。从技术、安全及经济角度选择，适用的处治办法宜以放缓卸载+支挡防护为主，同时完善截、排水系统，减小地表水和地下水对处理后边坡的不良影响。针对该边坡的实际情况，以下几种防护方案比较符合其防护要求：

（1）挂镀锌铁丝网客土喷播+锚杆框架梁。清除边坡开裂、滑塌体后放缓，根据滑面埋深情况放缓坡比，坡脚设置3.3m高C20砼矮挡墙进行支挡，各级边坡坡率为1∶1.25、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.75；其中1、2级设计12m长锚杆框架梁，第3级至坡顶设置挂镀锌铁丝网客土喷播。该方案造价约244万元。根据稳定性验算结果，该方案能满足边坡防护要求。其优点是施工工艺简单，施工材料方便充足；缺点是坡面无法封闭，炭质页岩遇水会继续崩解，且造价偏高。

（2）喷射砼。对滑坡体进行放缓卸载，在坡脚设置3.3m高C20砼矮挡墙进行支挡，同时根据滑面埋深情况，按1∶1.25、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1 ∶1.5放缓坡比，毎级坡高10m，对坡面进行挂网喷射砼封闭防护。该方案造价约156万元。根据稳定性验算结果，该方案满足边坡防护要求。其优点是施工工艺简单，施工材料方便充足，坡面能迅速封闭；缺点是造价偏高，坡面大面积砼导致外观与自然环境不协调。

（3）土工膜+挂网客土喷播。对滑坡体进行放缓卸载，在坡脚设置3.3m高C20砼矮挡墙进行支挡，同时根据滑面埋深情况，按1∶1.5、1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75、1∶1.75放缓坡比，每级平台宽3 m，对全部坡面设置复合土工膜后，采用挂镀锌铁丝网客土喷播方案进行防护。该方案造价约135万元。根据稳定性验算结果，该方案满足边坡防护要求。其优点是施工工艺简单，坡面能及时封闭，与自然环境协调，造价较低；缺点是土石方量较大。

（4）浆砌片石护面墙。对滑坡体进行放缓卸载，在坡脚设置3.3m高C20砼矮挡墙进行支挡，同时根据滑面埋深情况，按1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5、1∶1.5放缓坡比，对坡面进行窗孔式护面墙封闭防护。该方案造价约178万元。根据稳定性验算结果，该方案满足边坡防护要求。其优点是施工工艺简单；缺点是造价偏高，无法封闭坡面，与自然环境不够协调，圬工体积大。

综合边坡稳定、工程造价、环境协调、安全隐患等方面因素，对该边坡滑塌采取放缓卸载+土工膜+挂网客土喷播的处治方案。

3.3防护方案设计

由于第一级边坡已经滑塌位移，故采用清方放缓边坡的方案处理。防护以封闭边坡为目的，避免雨水、大气等因素对坡体炭质页岩造成破坏，并加强防排水措施以防雨水下渗。具体措施如下：

（1）边坡坡率、平台宽度及防护形式。第一级为1∶0.25护脚矮墙，以上各级均为挂镀锌铁丝网客土喷播；第一级边坡高1.8m，其余边坡高度均为10m；碎落台宽度3m，其余各级挖方平台宽3m。

（2）防排水设置。挖方平台均采用20cm厚C15砼封闭，平台设置截水沟，坡面设置13道坡面排水沟及1道踏步。边坡挂网客土喷播前，在坡面铺设两布一膜，两布一膜同时覆盖挖方平台、坡面水沟、踏步及平台截水沟底部。第二、三级边坡设置15m深仰斜式排水管，间距3.5m，呈梅花形布置，排水管出口与平台水沟相连。

3.4施工要点

根据设计方案，结合现场实际情况，该炭质页岩滑塌边坡处治的主要施工流程为逐级开挖，坡面清理→逐级施工复合土工膜→完善平台等排水系统→仰斜式排水管施工→挂镀锌铁丝网客土喷播→坡脚矮挡墙→设置观测点。施工工艺及要点如下：

（1）复合土工膜铺设。1）对进场材料均按照GB/T17642-2008《土工合成材料非织造复合土工膜》相关要求进行控制。2）尽量减少现场拼接，横、纵向拼接宽度不得少于20cm。3）进行全坡面铺设，包括急流槽、踏步及平台位置。4）焊接处复合土工膜应熔接为一个整体，不得出现虚焊、漏焊或超量焊。5）复合土工膜应自然松弛，与坡面贴实，不宜折皱悬空。

（2）仰斜式排水管施工。1）钻孔采用水平钻机钻进，如遇塌孔需跟管钻进，钻孔孔径φ110mm。2）排水管采用φ75mmPVC管，PVC管上钻10mm圆孔，间距50mm，并沿管周围分4排均匀排列，一排在管的顶部，一排在管的底部，另外2排分别在管的两侧，顶、底排圆孔与两侧呈交错排列。3）靠近出水口边坡防护内侧线1～3m长范围内设置不带孔的塑料排水管，并在距出水口边坡防护内侧线80cm长范围内应用黏土堵塞钻孔与排水管之间的空隙，里端头采用滤网封堵。4）PVC管应用土工织物或无纺土工布包裹，并绑紧。

（3）客土喷播施工。1）施工顺序为锚钉施工→挂铁丝网及铺装全长加强筋→喷射基材→喷播草种（掺加灌、乔木种子）→养护。2）铁丝网采用镀锌防腐处理，为φ2.2@50×50mm蜂巢式菱形网，距坡面5cm，网片间搭接宽度不小于12cm，用不小于φ2.2铁丝绑扎，与主副锚钉及锚杆固定；主锚钉端头用2根长5cmφ16钢筋对称全段焊接于主筋体两侧，全长贯通纵横加强筋与主加强锚钉垫板焊接牢固成一体；铁丝网应摊铺预拉平整，各交错工序施工应避免直接在铁丝网上踩踏。3）客土基材主要由种植土、有机质、长效肥、粘结剂（如水泥等）、保水剂、水等按一定配合比组成，具有一定抗冲刷能力，且结构疏松。干体抗压强度不低于200kPa，采用湿喷法喷射，喷射厚度10～15cm。4）根据该地区地理气候特点，选用管理粗放、耐旱、耐贫瘠、适应冷暖季节的草本种子混播，如黑麦草、百喜草、高羊茅、画眉等，用量≥35g/m2，并掺加适量乔、灌木种子，如马尾松、银合欢、台湾相思、白三叶、山毛豆等，用量≥5g/m2。液压喷播后采用透水薄土工布封盖。早期注意洒水、杀虫，养护至成活率大于90%后再粗放管理。5）不能完全按设计尺寸设置主副锚钉的坡面边界附近范围可适当调整最后一道（排）的间距，局部低凹或汇水位置应超出坡面布设50cm。挂网按网宽度方向与路线方向一致布置，相邻两幅网片间搭接宽度不小于12cm。6）副锚钉可直接打入稳固土层，若无法直接打入，采用小型钻机成孔后放入再孔内灌满水泥浆；主锚钉先钻孔、按规定放入主筋体，在孔内灌满水泥浆；灌孔用水泥浆标号为M30，成孔直径不小于50mm，成孔角度垂直开挖坡面。挂网客土喷播施工如图3所示。

图3　挂网客土喷播

（4）挡土墙施工。1）施工前应做好地面排水系统，保持基坑干燥；基坑开挖后，基底应按设计夯实，施工时若发现地质情况与设计有出入及地基承载力不满足设计要求，应及时调整方案。2）挡墙高出路面1.8m，基底置于路面以下1.5m，基础及墙身均采用C20砼以8～10m/段砌筑。相邻段间设置伸缩缝，缝宽2cm，以沥青麻絮填缝。3）在挡墙墙身以梅花形设置2排泄水孔，间距2m。泄水孔采用直径7～10cm的PVC管，尾端采用等效孔径为0.10～0.2mm的土工布包裹。4）挡墙基坑开挖后应及时施工，严禁长时间搁置，并坚持开挖一段施工一段的原则。

（5）施工监控。高边坡稳定性影响因素较多，受现有勘察技术手段的限制，难以完全清晰地掌握地下岩土性质等，需对现有工点进行监控。在K62 +280断面的坡顶和挖方平台设置观测点对坡体进行观测和监测，确保施工过程中施工人员和设备的安全，并通过现场监测反馈信息进行动态优化设计，及时调整设计参数和施工方案。

3.5处理效果

该段炭质页岩边坡实施土工膜+挂网客土喷播防护后，坡面稳定性好、排水顺畅，未出现沉降、滑塌等现象，且整个坡面绿化防护效果较好，草灌植物生产良好，融入了周围的自然环境中（如图4所示）。

图4　坡面绿化效果

4　结语

炭质页岩高边坡滑塌处治除需考虑安全稳定性因素外，还应考虑环境保护、工程造价、施工进度、施工环境等因素。土工膜+挂网客土喷播防护技术可有效封闭炭质页岩边坡坡面，避免雨水的不利影响，确保边坡的安全稳定性，同时全坡面的绿化与自然环境协调一致。实践证明采用土工膜+挂网客土喷播防护技术对炭质页岩滑塌边坡进行处治行之有效，可为其他类似问题处治提供参考。

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