柔性支护技术在百色大道（一期）工程滑坡处治中的应用

左虹俊　龚文宗　查俊

摘要：文章以百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡为工程背景，通过采用GeoStudio SEEP软件进行数值模拟分析，分析膨胀土在非正常工况下持续降雨入渗时边坡土体含水量变化和膨胀力的影响，提出了一种改进的滑坡处治柔性支护方案。结果表明，改进的柔性支护方案在膨胀土滑坡处治中效果良好，可供类似工程参考。

关键词：滑坡;SEEP;柔性支护;渗沟;土工格栅

中国分类号：U418.5+5文献标识码：A

0 引言

膨胀土是富含亲水性矿物，有明显的吸水膨胀、失水收缩特性的高塑性土[1]。膨胀土因其独特的矿物成分、晶格构架和颗粒组分，呈现出明显的胀缩性、裂隙性和超固结特性[2]。膨胀土特殊的工程地质特征往往给工程建设项目带来较大的灾害[3]，是一种“问题多的特殊土[4]”。特别是在铁路、公路工程建设中，路堑边坡往往出现边坡剥落、冲蚀、结构物破坏、溜塌以及滑坡等病害，常常使铁路、公路建设蒙受巨大的经济损失[5-6]。针对膨胀土的性质和工程治理问题，已有许多学者进行了研究[7-10]，特别是在公路工程中，“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”“膨胀土路基设计、加固与施工技术研究”“山区高速公路膨胀土综合利用研究”等科研专项课题研究已成功结题并取得了很好的研究成果[11-12]。其中，柔性支护作为一种膨胀土滑坡治理的技术，因其有效利用开挖土石方，具有良好的经济性和环保性，在膨胀土地区公路路堑边坡、滑坡治理中应用效果良好[13-14]。

本文结合百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡治理实例，介绍一种改进的滑坡处治柔性支护方案，并考虑膨胀土受雨水作用时边坡土体含水量变化和膨胀力的影响，提出具体柔性支护技术要点，供相关工程参考。

1 工程概况

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段沿旧路往两侧拓宽成66 m的城市主干道，形成左挖右填的边坡。其中，左侧边坡原设计坡率为1∶1.5，采用一级坡，左侧边坡最大挖方高度约12 m，挖方段长度约100 m，邊坡采用植草防护。2014年7月底，此段边坡按设计坡度开挖成型后，大部分路段出现塌方。2015年5月，塌方体被清理，边坡坡率放缓为1∶2.3～1∶3。2015年6月初，该地段已放缓的边坡又出现局部塌方，2015年7月中旬产生大面积塌方。

滑坡主滑方向长度约100 m，宽度约30 m，滑动面积约3 000 m2，厚度为1.50～6.50 m，平均厚度约3 m，垂直于路线方向，滑动体积约0.9×104 m3，属牵引式小型滑坡。

边坡土层主要为残坡积黏土层，主要由下伏第三系泥岩、半成岩的风化物经地表引力作用堆积形成，厚度一般为0.7～1.2 m，其下为泥岩。其中，残坡积黏土层及下伏第三系泥岩均具有膨胀性，属中等膨胀性岩土。本段边坡土体土层结构松散，透水性强，降雨入渗极易形成局部上层滞水。泥岩及其风化黏土层具有中等膨胀性，吸水膨胀、崩解软化、失水收缩，在降雨和暴晒等自然干湿循环作用下，横向裂隙发育，纵向延伸，进一步加剧了边坡土层浸水软化，虽然后来边坡开挖坡率很缓，仍然发生了渐进式浅层滑坡。

2 滑坡治理方案

现场滑坡踏勘时初拟滑坡治理方案有卸载、锚索（杆）锚固、抗滑桩支挡、加筋土柔性支护体反压支挡等。由于本滑坡规模不大，考虑完全卸载滑坡体的方案，对膨胀土边坡的防护，采用“完全卸载+土工格栅柔性支护体”的方案。

柔性支护作为膨胀土路堑边坡滑坍的柔性处治新技术，主要是指以土工格栅、土工格室等加筋体加固边坡土体为主，辅以边坡内外截排水措施的边坡加固技术方案。柔性支护方案典型断面图如图1所示。

柔性支护体主要通过以下几个方面发挥作用：

（1）土工格栅、土工格室加筋体抗拉、抗滑和咬合作用，将柔性支护体连成整体。

（2）柔性支护体宽度一般较大（一般≥3.5 m）：①为机械施工平台考虑;②为了充分地消纳路堑开挖土方，有效利用资源;③为了增大柔性支护体自重，起到重力式挡土墙、抵抗路堑开挖边坡土压力的作用。

（3）土工膜（两布一膜）和渗沟截排水作用，通过阻断柔性支护体与地表水的水力联系，充分排出土体内部地下水，将柔性支护体维持在非饱和状态，从而从源头上防止膨胀土的胀缩潜势。

（4）柔性支护体通过分层回填，分层碾压，土工格栅、土工格室包封，在充分压实下，土体抗剪强度有较大提高，进而提高整体稳定性。

3 问题的提出

根据勘察报告，滑坡段岩土物理力学参数指标见表1。胀缩性试验结果见表2。

通过对试验参数进行分析发现：本滑坡段土体为百色地区典型膨胀土，其由平衡法试验得到的膨胀力高达141 [HTSS]kPa，远高于周边其他膨胀土地区，需对柔性支护加筋体的筋带轴力进行分析判断。另外，业主单位弃方处理困难，要求尽量利用边坡开挖土方。加上该段滑坡体性质较差，因此，需对柔性支护典型断面进行改进。

4 柔性支护优化方案

4.1 膨胀力

膨胀力是指黏性土在有侧限条件下充分吸水，使其保持不发生膨胀变形时所需施加的最大压力值[1]。按力学概念，是指增加含水率而保持体积不变产生的力，所以其大小是随含水率增加而变化的。如本工程滑坡土体的膨胀力为141 [HTSS]kPa，说明只有当其充分浸水时，要维持土体零变形，最大将产生141 [HTSS]kPa的力，该力若由土工格栅来承担，常规土工格栅往往被拉坏。实际上，对柔性支护体而言，由于表层土工膜（两布一膜）和碎石排水层、渗沟的作用，柔性支护体本身的含水量变化较小。为模拟柔性支护体在降雨过程中土体本身含水量的变化，本文采用Geostudio SEEP软件模拟降雨入渗工况，土体渗流参数如表1所示，并假设渗透系数不随孔压、基质吸力等改变，降雨强度按暴雨考虑，单位流量为q=50 mm/d。渗流计算结果见图2。

假设暴雨降雨时间为3 d，则在土工膜+渗沟排水和无土工膜+渗沟排水情况下，柔性支护体的含水量增量分别为1.3%和6.9%。参考文献[15]可知，膨胀力的大小与初始含水率、干密度有关，如图3所示。

以参考文献[15]粗略估算，降雨入渗作用下，因含水率变化引起土体的膨胀力分别约为3.8 kPa和18 kPa（因含水率变化较小，两种情况均假设土体增湿处于前期阶段，自然膨胀力与增湿关系曲线未到达“拐点”[16]）。因此，可认为选择较低规格的土工格栅TGDG50即可满足要求。

4.2 优化方案

为响应业主尽量消纳开挖土方的要求，设计了三种型式的柔性支护体方案：（1）底宽12 m，坡率为1∶1.75;（2）底宽8 m，坡率为1∶2.25;（3）底宽6 m，坡率为1∶2.5。这三种柔性支护体方案，总体挖填方量相差不大，主要控制因素为边坡稳定性、施工工艺以及工程造价。经比选分析，推荐采用坡率为1∶2.25的柔性支护方案，同时为了加强柔性支护体的抗滑稳定，柔性支护体底部采用加筋的碎石垫层基础，并设置了长宽分别为50 cm×50 cm的纵向渗沟。见图4。

柔性支护处治滑坡设计具体实施情况如下：

（1）坡顶截水沟及平台排水沟：于坡顶线外5.0 m设置截水沟，并采用M7.5砂浆进行抹面，以拦截坡顶以上的地表水。在每级边坡平台内侧设置40 cm×40 cm平台排水沟，并采用M7.5砂浆进行抹面，顺接坡顶截水沟，作用是汇集边坡表面降水，由截水沟排出边坡外。

（2）在柔性支护体顶部、柔性支护体基础底部以及每级平台下面铺设一层复合土工膜（两布一膜）隔水，另回填30 cm的耕植土植草防护。

（3）在柔性支护体后设50 cm厚级配碎石排水层，以疏干岩土体内裂隙水。在第1级坡体内平台设一道渗沟，墙底设一道渗沟，其尺寸均为50 cm×50 cm，渗沟排入预留的雨水井，并排出路基。

4.3 滑坡处治效果

百色大道（一期）工程K18+720～K18+820段滑坡处治施工总工时不到一个月，快速经济地解决了道路路堑滑塌影响正常市政主干道营运的问题，充分说明了柔性支护技术“以柔治胀”“保湿防渗”的效果。该滑坡路段至今非常稳定。

5 结语

柔性支护是一种较新型的边坡处治技术，其作为交通部《膨胀土地区公路修筑成套技术研究》的课题成果之一，在各膨胀土地区公路项目中均已取得了成功的经验和经济效益。本文结合百色大道（一期）工程滑坡處治案例，通过对渐进式浅层滑坡特殊地质条件的分析，针对项目的特点和要求，改进了柔性支护体处治方案。其良好的滑坡治理效果也进一步验证了柔性支护技术的可行性与优越性，值得类似工程借鉴。

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