加筋土柔性支护在膨胀土边坡支护工程中的应用及验算

刘光彬 李敦仁 罗安民

摘要：文章以南宁市良庆区金象四区凤湖路建筑边坡支护工程为实例，介绍了加筋土柔性支护设计原理与方案，并综合相关规范规程，利用理正岩土软件对加筋土柔性支护结构稳定性进行了验算，完善了筋带拉力验算，大幅度缩短了验算时间，提高了设计效率。

关键词：膨胀土;胀缩势能累积性;胀缩荷载;刚性支护;加筋土柔性支护

0 引言

膨胀土具胀缩变形可逆性、胀缩势能累积性等特点，致使许多刚性支护结构在长期胀缩荷载的作用下产生破坏。近年来利用加筋土柔性支护结构控制胀缩势能累积被逐步应用到膨胀土边坡支护工程中，并取得了较好的成果。但该技术以往的验算大多以数值模拟的方法验算边坡工程的整体稳定性，致使该项技术设计效率较低，而且忽略了对筋带拉力的验算，不利于加筋土柔性支护结构技术的推广及应用。本文以南宁市良庆区金象四区凤湖路建筑边坡支护工程为实例，探讨加筋土柔性支护在膨胀土边坡支护工程中的应用及验算方法。

1 工程概况

南宁市良庆区金象四区凤湖路建筑边坡高度约23 m，坡顶为居民区，坡底为武警某部训练场。2015年10月中旬该处发生滑塌。边坡滑动周界呈圈椅状，滑动区域面积约3 500 m2，滑坡体方量约12 000 m3，属小型推动式浅层土质滑塌。

1.1 边坡工程地质条件

根据该边坡的工程地质勘察报告：坡体表层为民居建设时的整平填土（Qml），厚约4～6 m，褐红、褐黄色，松散，湿，成分以黏土混少量砾石为主;中下部为第四系残坡积层（Qel+dl），岩性主要为黏土混碎石，厚度>25 m，褐黄、褐红色，硬塑，韧性中等，干强度中等。整平填土（Qml）及第四系残坡积（Qel+dl）黏土混碎石均属中等胀缩性土。

1.2 边坡水文地质条件

滑坡地段地表水主要为大气降水形成的地表径流，坡体周边未设置地表水截排设施，地表径流的冲刷及下渗均会对边坡稳定造成不利影响。

场地内地下水主要富存于第四系残坡积（Qel+dl）黏土碎石中，补给主要来源于大气降水垂直渗漏，排泄主要为大气蒸发。正常情况下该地层的富水性较差，水量较小，但滑坡顶部居民生活用水排放于边坡表层，或是通过管道排放于边坡后缘土体，因此造成了边坡土体长期处于饱水～失水～饱水的干湿循环交替状态。

1.3 滑坡成因分析

外因：广西全境雨水偏多，降雨强度亦较大，雨水的大量下渗，以及坡顶民居生活用水向坡体内排放，导致坡内积水无法顺利排出，在地表径流及地下水的作用下，土层的抗剪强度逐步降低。

内因：场地覆盖土层属中等胀缩土，膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩、再吸水再膨胀和再失水再收缩的胀缩变形可逆性及胀缩势能累积性[1]。而边坡土体长期处于饱水～失水～饱水的干湿循环交替状态。在胀缩累积荷载的作用下，土体中出现裂隙，大气降水、居民排水沿裂隙向深部土体延伸，使膨胀土体干湿循环体积逐步扩大，在边坡土体胀缩势能逐步累积、胀缩荷载逐步增大的同时，边坡土体的内部强度则逐步减小，最终发生滑坡。2 加筋土柔性支护设计

2.1 加筋土柔性支护原理

加筋土柔性支护结构的原理是：利用填土对边坡进行反压，并在填土中铺设土工合成材料，植入拉筋，形成柔性反压防护体。土工合成材料及植入的拉筋可以提高反压土体的粘聚力和内摩擦角[2]。当边坡反压土体在边坡土体胀缩荷载作用下发生变形时，在反压防护体重力及筋带拉力作用下，边坡整体不会发生剪切破坏，当胀缩势能充分释放消除后，反压土体在筋带拉力作用下又可恢复原状，使胀缩势能不产生累积[3-5]。

2.2 设计方案

加筋土柔性支护结构的具体设计为：于滑坡底部设置C25混凝土矮挡墙;对墙背进行换填片石处治，换填宽度2～8 m，换填高度与挡墙顶部齐平;分3级设置8～12 m厚的柔性反压防护体，各级高度分别为8 m、6 m、5 m，并于柔性反压体后缘设置50 cm厚度的碎石排水通道;对坡顶进行局部开挖，埋设两布一膜埋压沟，进一步减少大气降水入渗;对柔性反压体坡面及各级平台进行覆土绿化，对原有环境进行恢复[6-8]。具体设计断面见图1。

3 设计方案验算

3.1 参数的选取

经柔性反压支护后各岩土层参数按表下页1选取。

3.2 整治后边坡整体稳定性验算

利用理正岩土计算软件6.5版中边坡稳定性分析模块，选取反压最厚的C剖面作为典型断面模型，计算经柔性反压处治后，在正常工况及强降雨工况下，边坡整体的安全系数，搜索出最危险滑动面[6]。计算结果见下页表2及图2。

3.3 各级平台越顶滑动稳定性验算

除验算整体稳定性外，还需要确保各级平台不出现越顶滑动破坏。建立模型时底部平台计算模型去除C25混凝土挡墙的支挡作用。第一、第二级平台则分别去除其底部土体，计算结果见下页表3及图3。

4 结语

（1）加筋土柔性支护结构具有高韧性、排水通畅、持久性长、水土保持能力强、造价经济等优点。针对膨胀性、高液限、崩解性等特殊性岩土构成的边坡更为适用。经多个工程实例验证，该项技术可以广泛应用在膨胀土地区的边坡支护工程。

（2）本文的验算方法满足相关规范规程的验算要求，不仅弥补了以往验算方法忽略筋带拉力验算的缺陷，而且利用了建模更为简洁、计算效率更高的理正软件进行了验算，在提高设计效率的同时，为该项技术的推广应用提供了参考。

参考文献：

[1]《工程地质手册》（第四版）编委会.工程地质手册（第四版）[M].北京：中國建筑工业出版社，2007.

[2]陈建峰，李辉利.土工合成材料加筋土界面特性研究及展望[J].地下空间与工程学报，2009，5（5）：1 049-1 054.

[3]李海深，杨果林，邹银生.加筋土挡土墙动力特性分析[J].中国公路学报，2004，17（2）：28-31.

[4]李 昀，杨果林，林宇亮. 水平地震作用下加筋格宾挡土墙动力特性试验研究[J]. 岩土工程学报，2009，41（12）：1 930-1 935.

[5]刘兆生，姚令侃，朱宏伟，等. 加筋格宾挡墙动力特性分析及设计要点[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2011，30（6）：1 353-1 358.

[6]GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[7]GB/T 50290-2014，土工合成材料应用技术规范[S].

[8]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

收稿日期：2020-06-10