“快、省、准”突破膨胀土工程瓶颈

文/本刊记者 楚峰

供图／湖北省路桥集团有限公司

“晴天一把刀，雨天一团糟”“工程癌症”“隐藏的灾害”，这些都是对膨胀土的形容，膨胀土给公路建设和养护带来的危害不言而喻。而我国作为世界上膨胀土分布最广的国家之一，膨胀土地区公路建设和养护中的工程问题十分突出。

“立足于我国公路建设最广泛的平原、低丘地区，针对富水区膨胀土边坡屡治屡滑、逢堑必滑的工程瓶颈，我们开展了‘平原、低丘富水区膨胀土路堑边坡处置技术’研究。”湖北省路桥集团有限公司科研与创新负责人王佳宇在接受《交通建设与管理》杂志记者采访时介绍，“该项目响应了我国‘绿色低碳，安全可靠’的现代化高质量公路建设需求，进行了诸多技术和方法创新，成功入选2021年度交通运输重大科技创新成果库入库成果（交通运输科技成果推广项目）。”

专攻膨胀土工程难题

在我国，膨胀土的分布面积约占陆地总面积的三分之一，26个省、自治区、直辖市分布有这种特殊土。目前，我国仍处于公路建设发展期，根据《国家公路网规划（2013年—2030年）》数据显示，国家高速公路网将由“7射、11纵、18横”等路线组成，总规模达到约13.6万公里；普通国道网由“12射、47纵、60横”等路线组成，总规模达到约26.5万公里，大量规划的高等级公路要穿越膨胀土地区。

“平原、低丘富水区的膨胀土路堑边坡滑坍问题严重阻碍了国家公路快速发展、安全稳定的总体需求。”王佳宇分析，“项目研发解决了平原、低丘富水区的膨胀土路堑边坡的工程难题，给行业特殊土边坡的防护与治理提供了一个新思路，特别是对于膨胀土工程，基于‘以柔治胀滑坍问题’的处置思想，丰富了柔性结构在公路领域的应用和发展。”

在项目开展过程中，王佳宇他们也遇到了诸多难题，比如：膨胀土的“脾性”变化莫测，难以捉摸，在不同荷载作用下膨胀土侧向膨胀特性与膨胀规律难以把控；现有规范的加筋设计方法没有考虑膨胀土的膨胀特性特别是侧向膨胀作用的影响，加筋设计常偏于经验而缺乏理论依据；现有公路膨胀土路堑边坡处置技术仍大多按常规边坡处置方法进行处理，处理措施缺乏针对性，处理效果往往不尽如人意。

“为了解决上述难题，我们创新研制出多个技术和方法。”王佳宇详细介绍，“通过侧向膨胀力试验，揭示了不同竖向荷载影响下侧向膨胀力及其随侧向膨胀变形的变化规律，并提出了相应的理论公式；基于极限平衡法和筋土协调变形原理，提出了考虑侧向膨胀影响的土工格栅加筋膨胀土边坡设计方法；针对富水地区既有公路膨胀土滑坍边坡特点，提出了公路膨胀土路堑边坡土工格栅加筋修复施工技术。

优势：“快、省、准”

“与一般边坡多采用的刚性支挡结构或常规放缓边坡、格栅支护技术相比，我们的优势可以归纳为三个字：快、省、准。”王佳宇介绍。

“快”是指施工速度快，由于工艺相对简单，其治理滑坍边坡时间远小于刚性支挡结构、整体工程基本实现了一个月见成效。

“省”则包括两个方面：一个是该技术能直接利用开挖膨胀土进行回填，节省了弃土占地；另一个是该技术建设成本相较于常规刚性结构节省30%以上，极大提高了项目经济性。

“准”是基于研究成果对膨胀土边坡膨胀性的准确把控以及柔性支护优化设计方法的提出，做到了边坡处置的精准施策，避免了大锅大灶的模板式设计方案，真正做到了一坡一策，按坡调控。

“同时，该技术的优势体现在生态性上，不仅施工过程低碳环保，施工技术也基本实现了坡面绿化率100%，体现了绿色公路发展的理念。”

目前，该项目已在湖北省安猇路K2+300—K9+500进行了成果应用。安猇路沿线约有4km路段处于膨胀土区域，在路基施工过程中，共有9处膨胀土路堑边坡出现垮塌情况，涉及段落长度1.7km(单幅)。针对边坡垮塌情况，前期制定了两种处理方案(缓坡处理、石灰改良)并组织实施，但效果不佳。为此，应用了“平原、低丘富水区膨胀土路堑边坡处置技术”研究成果，对膨胀土路堑边坡采用了考虑侧向膨胀影响的柔性支护加固方案，相对于传统的挡土墙+拱形骨架加固方案，既利用柔性支护的消能作用确保了边坡施工安全性和长期稳定性，又使造价降低17%，人工和工期均减少50%，坡面绿化增至100%。

凭借着良好的工程可靠性、施工便捷性和经济环保性，该项目成果分别在广西、湖南、湖北、云南等省区市多条高速公路建设中得到了应用。“在应用过程中，我们取得了不错的效果。”王佳宇向记者列出了一系列指标和数据：处理前膨胀土路堑边坡稳定性系数不足1.0，处理后均提高到1.25以上；以往膨胀土路堑边坡采用坡率均缓于1∶2，挖方大多废弃，少量经改良处理用于路堤填筑，挖方利用率不到10%，若采用该项目研究提出的处置技术，路堑边坡坡率可用1∶1.5，大大减少开挖量，且挖方直接填筑，膨胀土的利用率达60%以上；实体工程竣工验收表明，各项技术指标均优于现行行业标准《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1—2004）的要求。

“下一步，我们还将从工程实际出发，不断进行技术升级创新，积极转化应用相关科技成果，为公路建设和养护高质量发展贡献力量。”王佳宇最后总结道。