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论膨胀土边坡的综合治理技术

时间:2015-09-30  来源:筑龙网  编辑:  浏览:144次
②防风化膨胀土的抗风化能力很低,尤其是地表浅层土体在大气风化营力作用下,容易形成风化软弱层,常是产生滑坡的危险结构面….膨胀土滑坡预防预防膨胀土的滑坡的产生,必须立足于“先发治坡”的原则基础上,从勘察选线与选址开始,通过设计施工和养护维护等等各个阶段,层层设防,最终实现…实践证明,植被防护不仅仅是绿化美观的问题,重要的是可以通过植被,储蓄和蒸发水分,调节坡中土的湿度,减少和降低干湿
论膨胀土边坡的综合治理技术

一、概述

针对膨胀土边坡具有“逢堑必滑、无堤不塌’’的极端特殊性与严重性,防治膨胀土滑坡必须贯彻“先发治坡、以防为主”的总原则。实践证明,相对稳定的坡率还必须与其他工程项目相结合,相辅相成,共同作用,才能维持好一个稳定的边坡,必须针对边坡的特性(膨胀土的胀缩性,裂隙发育情况,软弱结构层面,坡高坡长,坡率等)、环境的影响(大气降雨量与蒸发量,地下水下地表径流方式等),结合边坡各部位可能产生的应力种类和大小,采取相应的处理、预防措施,进行综合治理。

二、膨胀土滑坡预防

1.膨胀土滑坡的防治原则

①防水:水不仅是滑坡的直接诱发因素,而且是胀缩循环的直接因素,在膨胀土滑坡中具有双重危害作用。因此,防治膨胀土滑坡必须本着“治坡先治水,防滑先防水”的原则,一是防止地表水和大气降水渗入边坡土体,二是及时疏导地下水。

②防风化:膨胀土的抗风化能力很低,尤其是地表浅层土体在大气风化营力作用下,容易形成风化软弱层,常是产生滑坡的危险结构面。

③防反复胀缩循环:膨胀土反复吸水失水产生胀缩循环效应,常在地表浅层形成胀缩变动带,使土体结构破坏,强度降低,导致滑坡的产生。

④防强度衰减:土体抗剪强度衰减,是造成边坡渐进破坏,产生滑坡的直接原因。

2.膨胀土滑坡预防

预防膨胀土的滑坡的产生,必须立足于“先发治坡”的原则基础上,从勘察选线与选址开始,通过设计施工和养护维护等等各个阶段,层层设防,最终实现。

①勘察阶段:详细查明线路位置和建筑场地的工程地质条件,对勘察区内膨胀土边坡的整体稳定性作出正确的分析判断,如果预测有发生大型滑坡的严重危害,或有可能出现滑坡群时,应详细做好工程地质选线和选址(场)工作,采取坚决绕避方案

②设计阶段:充分应用工程地质资料,结合已有工程或滑坡的稳定性情况进行设计,尽量减少滑坡发生的可能性。一是正确选择设计方案,作出深挖长路堑与隧道的比较、高填长路堤与桥的比较;二是选择适合于膨胀土特性的合理边坡形式、陡度、高度;三是选择必要的有效工程措施等。

边坡应按工程地质条件和稳定性分类分级,原则上均应一律采取必要的防护措施,那种单纯指望放缓边坡坡率即能稳定边坡的做法,对膨胀土地区路基设计是十分有害的。

③施工阶段:在膨胀土地区,由于施工方法不当引起的滑坡屡见不鲜。因此,施工中必须充分掌握膨胀土所具有的卸荷膨胀、风化膨胀和遇水膨胀等重要工程地质特性与规律,选择适合于膨胀土特性的正确施工方法与季节。

膨胀土地区的一般工点应尽量做到在旱季施工,并集中力量一气呵成。其施工顺序应严格遵循:先排水,后主体;快速开挖,及时支挡;自上而下,分层逐级施工的原则,施工作业顺序见图8-2。

对于支挡建筑物,施工时应从两端开始,跳槽开挖基坑,采取边挖边砌基础边修建的方法,及时恢复力的平衡状态,增强坡脚支撑。

④养护维修:由于膨胀土滑坡的发生,大多有一个从量变到质变的发育过程。边坡一旦出现变形,排水沟产生破坏等,如不及时治理与维修,则有进一步使变形扩大的可能。因此,应经常注意边坡与防护工程设施的工作状态。发现问题及时采取措施进行养护维修,是防止滑坡不可忽视的经常性工作。

⑤观测预报:对于危害性大的滑坡,应建立观测系统,监视滑坡的活动,进行紧急预报,以防止突然灾害的发生。

滑坡预报包括空间预报和时间预报两个方面。空间预报可根据膨胀土滑坡分布的空间规律,土体结构和边坡变形形迹等,基本上可以判断滑坡发生的地点和规模等。但滑坡发生的时间预报则较困难,目前,在一般滑坡时间预报中,主要是根据位移速度的观测进行预报。廖世文等通过对膨胀土边坡变形破坏前后的含水量实测研究,发现当膨胀土体含水量超过一定值后,强度衰减发生突变,即产生滑坡。因此,含水量突变可以作为膨胀土滑坡的预报特征。

三、膨胀土边坡工程防护与加固

膨胀土路堑边坡防护与加固措施,可以分为表水防护、坡面防护和支挡防护三类,工程中大多是三种结合使用。

1.表水防护

设置各种排水沟,建立地表排水网系,截排坡面水流,使表水不致渗入土体和冲蚀坡面。

水是膨胀土边坡的天敌,常有无水不滑之说,因此,治滑必须先治水,这是保证边坡稳定的重要工程措施。

排水包括地表排水与地下水两个方面,地表排水以防渗和拦截滑体以外地表水、及时旁引为原则,地下排水以尽快汇集、及时疏导引出为原则。

由于膨胀土的水文地质特征,决定膨胀土中的地下水多为浅层裂隙水性质,而且具有极不均一性,在膨胀土滑坡整治中,一般采用综合排水的措施,可以收到好的效果。

归纳膨胀土滑坡整治中采用的各种设施,有包括防渗和截水的天沟、吊沟、侧沟、排水沟;有疏导相结合的支撑渗沟、渗水井、渗水暗沟,挡墙后盲沟和排水隧洞等。

(1)地表排水网

加强地表排水措施,建立地表网系,对于整治膨胀土滑坡具有特殊重要意义。以往成功的经验是:天沟、侧沟、排水沟紧密相连,三沟汇水齐归涵,同时,要求所有排水系统,应一律浆砌,随时检查维修,防止积水或淤塞,保证排水畅通。

水是膨胀土产生胀缩变形与风化的直接重要因素,同时,是坡面冲蚀的直接外营力。因此,表水防护的目的是要截排坡面水流,使表水不致渗入土体和冲蚀坡面,可以分级设置各种排水沟,建立地表排水网系。

①天沟:是坡面排水网系的第一道防线,必须有效可靠。天沟道数和天沟深度,应视上游坡面汇水面积大小和边坡堑顶上方是否有地表水,如水田、水塘和水渠渗漏等而定。当坡面汇水面积大,有上方水体渗漏时,可设置两道天沟分别拦截渗漏水流,再距堑顶外30-40m设置第二道天沟,拦截剩余坡面水流或渗漏水流。所有天沟必须一律采取浆砌等防渗漏和防冲刷措施。

②边坡平台排水沟:台阶形边坡应在每一级边坡平台内侧设置纵向排水沟,截排上部坡面与平台水流。排水沟应设在坡脚外侧,在排水沟与坡脚之间必须设置一定宽度的水沟平台,以防坡脚冲蚀和浸水膨胀变形,边坡平台与纵向排水沟均应采取混凝土防护或浆砌片石加固等防渗漏与冲刷措施。

③侧沟:凡是膨胀土路堑均应一律设置侧沟,以排除坡面和基床水流。由于膨胀土路堑边坡变形与基床变形的特殊性,要求侧沟设置必须适应膨胀土路基要求。一是侧沟位置应设置在坡脚外侧,在侧沟与坡脚间设侧沟平台一道,以保护和稳定坡脚,同时防止侧沟淤积;二是侧沟尺寸大小应视坡面泥流量大小、基床翻浆冒泥病害严重程度等具体确定。一般应比普通土质路基侧沟断面要加大加深,尤其在基床翻浆冒泥严重的地段,侧沟更应有足够深度,以排除和疏干基床水,是防止基床翻浆冒泥的重要有效措施之一。

④急流槽:膨胀土路堑边坡,常因堑顶微地貌形态与地形坡度以及长大坡面水流较大等原因,必须设置吊沟,加强坡面横向排水,并使开沟、平台排水沟、侧沟和吊沟形成沟沟相连,一起汇入涵洞的地表水网系。吊沟亦应采用防渗漏与防冲刷加固措施。

(2)支撑渗沟

支撑渗沟整治膨胀土滑坡,用于疏导滑坡体内地下水,效果显著,是一种使用较普遍的排水措施。支撑渗沟一方面疏导地下水,同时又对边坡土体起到支撑作用,以增加其稳定性,一般常同抗滑挡墙联合使用。

支撑渗沟的平面布置和深度,应视滑体内地下水系的分布、埋藏条件等,结合地形合理布置。一般将渗沟按主沟和支沟布置成地下水排水网系,将滑体内的地下水由支沟引入主沟后,排出滑坡体外。

(3)渗水井、渗水暗沟和卸水隧洞

一般施工和养护维修都较困难,在整治膨胀土滑坡中,只用于少数几处地下水量大,埋藏较深的滑坡。

2.坡面防护加固

膨胀土边坡因开挖而产生的施工效应特别明显,挖方使原来处于稳定的膨胀土裸露在边坡表面或大大降低了上覆压力。由于膨胀土边坡比其他土质边坡更易风化、易胀缩变形,由此引起的边坡变形危害就更加普遍而严重。因此,对膨胀土坡面的防护加固显得特别重要,坡面防护的类型很多,主要应根据边坡膨胀土类别及风化程度等特性合理选择。

(1)骨架护坡

主要是用以防止坡面表土风化,同时加强风化层土体的支撑稳固作用,实际上这是一种将长大坡面分割为由若干骨架支撑的小块土坡,进行分而治之的有效措施。在膨胀土边坡防护加固中,常用的骨架护坡形式主要有方格架护坡和拱形骨架护坡,此外还有人字形骨架护坡等。

用浆砌片石或预制块做成格式或拱式形状的护坡,正在得到大量的应用,它具有得体的几何形状,当中间的草长起来的时候,绿白相间很好看,和它相比,满铺式则显得单调。骨架的作用在于支撑和分割坡面,消除坡面较大范围内的相互渐变牵引的影响,骨架的宽度及其间距,可视坡体土性好坏调整,常用的骨架宽度为0.5m,间距2m或3m。骨架嵌镶入坡体表面的深度是确保其防护能力的关键,一般不应小于0.5m,即应该嵌固在表层松土或强风化层以下较坚实的土层上,埋置较浅的骨架,其隆起变形,往往从坡中开始,逐渐牵引而上,导致整个骨架的破坏。

从理论上来说,埋置在大气急骤影响深度以内的骨架体都存在着变形破坏的可能,要求所有的骨架都埋置在这个深度范围内是不现实、也是不可能的,但应每隔15-20m,设置主骨架一道并适当增加其埋深(1.0-1.2m左右),这样做对坡顶土体扰动较小。

主骨架和其他骨架关系就像脊骨与肋骨的关系一样,起着支承、嵌锁的作用,主骨架也可用支承渗沟、支承排水沟代替。

拱(格)式护坡的优点是比满铺式省材料。因为不是全封闭,格内或拱内坡面土体水分可以调节,可以避免较大的膨胀应力产生。但应该注意的是,由于边坡土体表面仍处于可以蠕动的状态,埋置过浅的骨架(无论拱式格式)将随移动土体一起运动,位移量过大时,会导致整个结构的破坏。构筑在较陡面上的骨架(一般小于1:1.5)特别是拱式骨架,朝坡下一侧的土体仍会向下滑移而将骨架露出,失去一侧土体支衬骨架,应力状况将发生变化,时间一长也易发生破坏。

经过大量调查,拱形骨架护坡对坡面风化土体的支撑稳固作用较之方格形骨架护坡更好。甚至可以见到,有的拱形骨架下面表土局部塌空,拱对上部坡面的支撑仍然良好。但是拱形骨架施工要比方格骨架更困难,所以,在实际工程中大多仍采用方格形骨架护坡,骨架护坡一般采用片石浆砌,若风化层太深(大于1.0m),骨架嵌入困难,而且风化界面效应加剧,常常造成边坡浅层滑坡,以致方格骨架遭到破坏,则不宜采用骨架护坡,此时,应当考虑设置支挡建筑物。单纯采用骨架护坡防护,骨架内坡面冲蚀现象较普遍,格内细小纹沟密布,因此,现场大多采用骨架护坡与骨架内护面防护相结合的措施,效果显著。

(2)片石护坡

主要用于整治边坡膨胀土体已产生局部溜塌等变形的措施护坡和浆砌片石护坡两类。

①干砌片石护坡片石护坡可分为:干砌片石

主要用于边坡产生局部溜塌变形后,可以及时清除溜塌体,用片石嵌补,以迅速恢复原有坡面的完整,同时,对受溜塌牵动影响的局部土体,可以起到一定支护作用;对于调整坡面表土胀缩作用、承受变形,均有一定效果。

②浆砌片石护坡

大多用于边坡土体产生局部塌滑后的整治。由于浆砌片石护坡整体强度较高,自重较大,对于边坡土体可以起到反压和部分支挡作用。同时,可以及时封闭坡面,防止土体继续风化。因此,采用浆砌片石护坡可以增加边坡稳定性,在路堑与路堤边坡加固中均有使用。

满铺式浆砌片石护坡是一种刚性结构,主要靠其自重或片石与砂浆的黏结力阻止坡面的膨胀变形。它的防冲刷性强,能抵御较大能量的集中水流的侵蚀冲刷,施工简单。缺点是,由于雨水的浸入(总有薄弱部位可进入),往往聚集在边坡的表层,来不及蒸发造成坡面土层软化膨胀,易造成较大的膨胀力,致使护坡变形开裂直到损坏,所以,建议不宜采用封闭式的满铺浆砌片石护坡。

在满铺式浆砌片护坡施工中,有成功和失败的例子,失败的原因主要由以下几条。

a.坡率过陡。自重引起的下滑力过大。雨后坡面与浆砌片石摩阻力变小,当自重引起的下滑力大于和坡面土体的摩阻力时,片石整体和局部向下滑移变形。满铺式浆砌片石护坡其填、挖方坡率,均不宜陡于1:1.5至1:1.75。

b.厚度偏薄,仍然采用过去护坡常用的20-625px厚度,在膨胀土边坡是不行的,最薄的厚度应在875px以上,分两层施工。没有一定的自重,难以抵制膨胀力的影响。

c.中、强类膨胀土边坡要慎用,据宜黄公路13标实验段抗滑桩观测实验数据分析,中等以上膨胀土的水平膨胀力可达50kpa,因此,靠满铺式浆砌片石来阻止其变形,显然无济于事。

d.施工质量低劣,未按规定要求设置伸缩缝、反滤层及泄水孔,施工前坡面松软未予夯实,砂浆标号低,砌筑不饱满,有的厚度不足。

尽管这种防护方式存在某些弊病,在使用范围上有一定限制,但它仍不失为一种常用的较好的防护手段,在抑制和减缓边坡变形方面有一定的作用,特别在弱膨胀土边坡上,有较好的防护作用,损坏的几率较小。在已遭到变形破坏的坡面上,用它补缺、嵌塞、支衬也有一定的效果。

(3)植被护坡

常见有种草、撒草籽、铺草皮和种树等。植被防护的意义为:

①可以通过植被蓄储和蒸发水分调节坡中土的湿度,减少和降低干湿循环作用效应,增加坡面防冲刷、防变形能力;②造价低;③植物是天然的过滤器,可以净化空气;④恢复因修建道路而破坏了原地表植被,既绿化美化了路表,又使生态平衡免遭破坏;⑤有利于水土保持。

植被防护作用主要是通过以下几个方面的作用实现的。.

a.缓和雨滴的冲击

植物的茎叶及枯枝落叶层能拦截雨滴,使其直接打击坡面的机会大大减少,降低了对面的冲击力,起到了消能作用,从而使击溅侵蚀微弱。

b.对雨水的截留,减少坡面径流量

据满开言、林卓英(1989年)的研究,覆盖度为95%的无芒麦草的最大吸水量达1.4kg/ml左右。据牡丹水土保持试验站的测定,枯枝落叶层具有很高的透水性和水容量,lkg的落叶层可吸收2-3kg的水。王元熙、满开言(1991年)的研究指出,当降雨强度为0.81mm/min,降雨历时30min时,对于覆盖度为60%和100%的边坡,降雨径流量分别比裸地少68%和89%,而侵蚀产生的泥砂量分别减少95%和98%左右。

c.降低水流的速度

由于植株、枯叶层的分流、阻挡,形不成集中水流,加上雨水的下渗,使坡面的水流减少,流速降低。

d.根系、葡甸茎等束缚土壤颗粒

植物根系纵横交错、相互缠绕,在土壤表面形成网络状结构,将其周围的土粒缚紧,使得坡面成为一个整体。

e.植被的生长能改变膨胀土的不良性质

膨胀土表面生长植被后,能够保证土壤温度、湿度的相对稳定,避免水分的大幅度变化,从而大大减少膨胀土干缩湿胀的发生,增强路堤、路堑的稳定性。

禾本科植物,如高羊茅狗牙根等,须根发达,由于植物根系对土壤的渗透,将土壤颗粒分隔、束缚,在土壤中明显地起到了加筋作用,根系在土中盘根错节与土一起组成厚约数十厘米的防护垫层,能有效地改变膨胀土干缩湿胀的性质。

植物枯枝落叶腐烂后给土壤表层增加大量腐殖质,从而改变膨胀土的化学组成,有利于团粒结构的形成,改善膨胀土的物理结构。

(4)土质边坡轻型防护——水泥土护坡

水泥土是用无机土按比例掺入硅酸盐水泥和水,均匀搅拌;捶实成形,经过适当养护,硬化而成的一种新型建筑材料。

它的机理是:无机颗粒与土粒间发生化学反应,产生新的化合物,其凝结与硬化有三种成因:①水泥的水解和水化反应;②离子交换和团粒作用;③硬凝反应。

水泥土的凝结,是大量硅酸盐水泥与水化合生成的硅酸钙、硅铝酸钙水化物,以纤维状微粒构成的凝胶而结合,与混凝土的凝结机理相似。

工程实践证明,水泥土的变形和强度、耐久性、抗干湿循环、抗渗性、抗冲耐磨性等都达到工程要求。

四、支挡结构

支挡结构是为了防止边坡的坍塌失稳,确保边坡稳定的构筑物。其主要应用于两方面:对于开挖的强膨胀土或中等膨胀土的边坡采取的预防支挡措施,以便防止滑坡的发生;对于已发生滑动的边坡进行治理支挡措施,使工程运行正常。关于支挡结构物类型的选择,要根据边坡计算滑动推力和滑动面或软弱结构的位置而定。或者说,按照地形地貌、土层结构与性质、边坡高度、滑体的大小与厚度,以及受力条件和危害程度而采取相应的形式进行治理措施。

1.挡土墙

挡土墙的设计是否符合膨胀土边坡客观的情况,关系到边坡治理费用和安全问题。因此,对挡土墙型式、土压力盒算及作用,滑动破坏形状等方面的试验研究具有十分重要的意义。

挡土墙分为坡脚墙、坡腰墙和坡顶墙。

坡脚墙:用在路堑和路堤坡脚,起稳定坡脚土体的作用。其中,路堑坡脚墙宜与边沟同时构筑,浑然一体,可以起到增加基底摩阻和侧向支衬作用。

基础埋深一般为地面以下1.5m(大气急骤影响深度以下),或根据坡面发现的滑移结构面情况,予以确定。墙高不宜超过3m,墙后宜留平台,平台宽1.5-2m,以改善墙后土体的受力状况。墙体宽度应视墙后填土(土体)的状况,及其膨胀土体的膨胀力和主动土压力叠加后,计算或类比而定。由于考虑水平膨胀力后,合力的作用点大都上移到挡墙的中上部,因此,在确保挡墙抗滑、抗倾覆能力的同时,应保证挡墙中上部墙体的抗剪强度,即中上部挡墙截面尺寸要比一般挡墙要大,下部的坡率要小,或采取等截面。一般情况下挡墙顶面宽度不宜小于1m。墙后应填砂砾,砂砾厚度大于1250px,目的在于调整、缓冲墙后膨胀力及其引起的应变量。墙身不同高度处应设置泄水孔,以排除墙后土体的多余水分。挡墙因施工不善,不能正常排水,引起墙后土体过湿,软化坡脚,造成挡墙滑移破坏的例子很多,因此在看似小问题的问题上,要引起足够的重视。

路堑坡脚墙一般可用m7.5浆砌片石或c10素砾石混凝土构筑。m7.5浆砌片石多用在开挖的坡体没有因滑塌和滑坡,引起上部坡体有明显的变形,且坡体基本稳定的情况下。而c10素砾石混凝土挡墙常用在坡体在施工过程中曾发生过滑移,存在伤痕的情况之下。其原因在于已经产生明显变形的边坡体,增加了进一步恶化的可能条件,如裂隙张开、土体松散,水分极易进入。产生过滑塌或牵引式滑坡,上部或中下部土体,多少发生过程度不一的变形的边坡,采用浆砌片石挡墙,很容易再次遭受破坏。松动的坡体具有更大的膨胀势能,在此种情况下修建挡墙,必须先对松散的坡体进行处理,清除膨胀性能较强的土,回填好土或用石灰(石灰剂量6%-8%)对其进行改良,逐层压实。对开裂的坡体,应回填非膨胀土夯塞紧密,防止地表水下渗,挡墙则用强度较高的混凝土,其模具可起到临时的支衬作用。由于强度上升得快,作用也发挥较快,质量有保证。

填方的坡脚墙,在路堤较高(超过6m)或坡脚容易被水浸蚀、软化的地带设置。可起到收缩坡脚,防止因坡脚软化造成坡体的变形作用。常与防滑渗沟、防滑坡面主骨架配合,起到各种类型的护坡(拱形、格式护坡)的下部支衬作用。墙身一般为1-2m,不宜太高,基础开挖应在旱季进行。土质松软、承载力不够的地基,应先予处理,埋深通常要大于1m,视墙后填土性质而定。挡墙设计要考虑膨胀力的作用,膨胀力的量值,可采用土体在最佳含水量、最大干密度下测出的膨胀力大小。设置了坡脚挡墙的边坡应视具体高度和土质状态设置一定宽度的平台(无论填挖方),可以起到加大坡体的侧限压力、改善挡墙体的受力状况、减少坡面水力冲刷、堆积碎落物的作用。

①坡腰墙:对于坡面过长(堤高、堑深大于8m)或坡体在开挖、填筑过程中,坡面土层产生过滑移或有滑移可能的坡体,常在坡面的中部增设一级或多级挡土墙,也称坡腰墙。其作用在于压缩坡长、减缓坡率,分而治之。宜黄路的实践证明,多级挡土墙对加强坡体稳定,减少变形效果较好,特别是对于那些已经产生过滑动、坡体表面松散的坡面稳定的作用特别显著。

坡腰墙基础,原则上应埋入大气急骤影响深度以下,若坡面松散土层较厚或有滑移面,则应埋置于散土或滑移面以下至少1250px。外墙直立,内墙坡率1:0.25-1:0.3,墙身高1.2-1.5m,顶面宽不宜小于lm,墙后应留1-2m的平台,松散土体应掺石灰后分层夯实,做好泄水孔和反滤层,以利排水。两级挡墙的间隔不宜太近,以防上级挡墙在下级挡墙的破裂面内。

②坡肩墙:挖方路基称作坡顶墙,填方路基则称路肩墙。填方路堤因边部压实度不够,往往引起纵裂缝的产生,水分的进入导致肩部土体湿软,抗剪强度降低,引起坍肩现象。路肩墙常作为补救措施之一。

在挖方坡顶修筑坡顶墙其目的不仅在于治,更在于防。挖方边坡变形量大的、危害也较大,顶部因路堑开挖,土体超固结应力的释放和反弹,侧向应力的减弱或消失,导致顶部土体松弛,变形加剧,多形成张拉裂隙,浸水后自重增加,土体膨胀导致滑坍或滑坡之可能。设置了坡顶挡墙之后,增加了土体的侧向约束,避免或减轻纵裂的发生或发展,阻止了坡顶大的变形破坏的产生。

坡顶墙应在坡顶处未发生大的裂缝或滑动面未形成之前及时修建,只有这样才能发挥其抑制变形的作用,若已有裂缝产生(特别是倾向坡内的水平和斜交裂缝)则需将基础置于裂缝下约lm。坡体完好地段,墙身与基础厚度在1.5-2.0m之间即可。地面表层一般胀缩性能较弱,因此,墙身断面可适当放窄,按正常土压力盒算。若土质膨胀性能较强,则需考虑膨胀力的影响。

2.加筋档土墙

加筋挡土墙由填料、加筋、面板

3.土钉墙部分组成。

土钉是一种加固原位土体的方法,用以形成挡土墙结构物和边坡加固。

4.抗滑桩·

若路堑边坡已经产生滑动,采用多级抗滑挡墙无法阻止,或因施工困难,如挖基很深,边挖边塌,并能造成更大的滑动趋势者,应酌情考虑改用抗滑桩。

用抗滑桩来阻抗边坡土体下滑和治理滑坡,具有破坏滑体少、施工方便、工期短、省工省料等优点,是治理深层滑坡的有效方法。抗滑桩一般采用钢筋混凝土钻孔桩或人工挖孔桩,断面直径500-1000mm,桩的间距一般为桩直径的3-5倍,桩深入滑动面以下深度为桩长的1/2。抗滑桩一般布置2-3排,为梅花形布置,以免滑体从桩间滑出。在重要边坡,抗滑桩间可以横向连接构成一个护坡的空间结构,这种抗滑桩系统稳固性较好,例如南水北调中线陶岔渠首发生13处滑坡,主要是采用混凝土抗滑桩的方法治理。其采用杭滑桩直径1000mm,呈花形布置2排,桩的纵横间距为5m,桩深入滑坡面以下4-6m,一般深度为9-11m。

5.锚杆、钢筋网、喷射混凝护坡

对于强膨胀土边坡,可采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土护坡。

五、膨胀土边坡植被建植技术

植被防护包括播草籽、植草皮、植生带和种树等几项内容。实践证明,植被防护不仅仅是绿化美观的问题,重要的是可以通过植被,储蓄和蒸发水分,调节坡中土的湿度,减少和降低干湿循环作用效应,增加坡面的防冲刷、防变形能力。通过对膨胀土边坡上植被的观察,也可以判定其边坡是否达到了稳定或初步稳定。植被防护是整个综合治理中的一个环节。

1.植被种类的选择

宜黄路曾对结缕草、小黑麦、狗牙根、野年草、高羊茅、鸭茅、草地早熟禾假俭草、多年生黑麦草多花黑麦草、地被植物类小冠花和白三叶等12种植物的生长特性及在当地的适应性试验,结果表明,狗牙根、假俭草、结缕草、高羊茅、多年生黑麦草、多花黑麦草、鸭茅、白三叶能够适应当地的气候条件和膨胀土的土壤条件。襄荆高速公路沿线气候条件与江宜段类似,其试验结果可作为参考。以上植物可作为襄荆公路边坡植被防护的候选植物材料。

从发芽、出苗、生长速度等来看,多年生黑麦草、多花黑麦草发芽快、出苗齐,可作为先锋草种;白三叶、高羊茅、鸭茅等发芽较早,出苗、生长也快,比较一致,可以作为植被保护的重要材料,采用有性繁殖,即播种法建植;狗牙根虽然发芽时间长,出苗较慢,但生长较快,能够很快地建立草皮,因此既可用营养繁殖(移植),也可用有性繁殖;结缕草发芽、出苗时间长,生长很慢,不易采用播种法建植,最好采用满铺法种植;假俭草生长慢,最好采用满铺法建植。

狗芽根、高羊茅、多年生黑麦草的混播,形成草皮的时间短,效果好,适应性强,绿期长,能起到很好的坡面防护效果。

湖北夏季炎热高温,狗牙根生长旺盛,并持续到10月份,因此,夏天和秋天草皮以狗牙根为主,到10月底,气温下降后高羊茅和多年生黑麦草又恢复生长,当11月份狗牙根枯黄时,高羊茅、多年生黑麦草即已返青,生长茁壮,因此,晚秋和春天草皮以高羊茅和多年生黑麦草为主,到4、5月份,狗芽根也渐渐返青。在夏天,狗牙根茁壮生长,而高羊茅、多年生黑麦草则进入休眠状态。越夏,狗牙根、高羊茅、多年生黑麦草、白三叶等混播能够充分发挥各自的特性,弥补单一植被的不足,从而大大增加植被的适应能力。这体现在以下方面。

①生长快的与生长慢的相结合。多年生黑麦草属于先锋草种,出苗快,出苗齐,能够弥补狗牙根等出苗时间长,早期生长慢的缺点,在短时间内形成草皮,迅速起到植被防护的作用,狗牙根等的生长逐渐取代多年生黑麦草,形成持久的草皮。

②匍匐型与丛生型相结合。狗牙根、白三叶为匍匐型草种,扩张性好,能够在坡面形成纵横交错的植物网络;高羊茅和多年生黑麦草等则为丛生型,密度大,根系深,能够在土壤麦层形成盘根错节的垫层。

③暖季型与冷季型相结合。狗牙根属于暖季型草种,耐高温;高羊茅、多年生黑麦草、白三叶等属于冷季型草种,耐寒性强,返青早,枯黄晚,绿期长。

④禾本科与豆科相结合。白三叶为豆科植物,有根瘤菌,能够固氮,耐贫瘠土壤;高羊茅、狗牙根等属禾本科,须根发达,固结土壤能力强。

2.植被生长基盘的改良

(1)翻耕和施肥

对膨胀土进行翻耕,能够有效地改善膨胀土的物理结构,增加孔隙度。

(2)在边坡表面覆盖种植土

膨胀土土质差,不管是挖方还是填方,植物生长都很困难,短时间内难以形成自然植被。边坡施工时表面覆盖一层种植土,杂草就很容易生长起来。这是因为种植土不仅肥力条件好,而且土壤中混有大量的杂草种子,只要天气条件合适,就能生长繁殖。相反,膨胀土挖方或填方不仅肥力差,而且都是生土,基本不含植物种子,因此,要形成自然植被往往需要较长的时间。

3.种植工艺

(1)铺草皮(营养繁殖)

①满铺草皮

满铺草皮的优点是能够迅速建立草皮,只要一扎根,草皮的建植就算完成,覆盖率立即能达到100%,迅速起到坡面防护的作用。

满铺草皮的缺点是需要挖取大量的天然草皮,这样会对自然环境造成一定的破坏,可能导致被挖山岗坡地的水土流失。

②条铺草皮

条铺草皮是先在坡面上挖沟,挖成平行的水平沟或形沟,沟宽约250px,深3-125px,然后将从当地挖取的草皮块一块接一块地平铺在沟内、压实。

条铺草皮能很好地建立植被。由于条带间存在一定的距离,草皮全部覆盖坡面的时间较长,对于生长比较缓慢的草种如假俭草,尤其如此。

(2)条播法

条播法是先在边坡开挖平行的水平沟,沟宽500px,沟间距为750px,将沟内土壤疏松数厘米,在种植沟内撒复合肥,每平方米施颗粒肥10-20g(含氮10%,含磷8%,含钾7%)。然后撒播草籽,并覆盖一层薄土。草籽可采用混合草种,如狗牙根、高羊茅、多年生黑麦草和白三叶。

播种后覆盖稻草或喷一层胶膜。胶膜是用喷雾器将防侵蚀剂聚醋酸乙烯醋(俗称白胶)喷洒在土壤表面形成的,使用浓度为1:30。

条播种子后覆盖稻草,出苗时间短,第4天开始见苗,出苗一致性。两周后,每条植沟都已出苗,非常整齐;条播草籽及条播草籽后喷白胶的地段都是第6天见苗,但前者稍差些,苗基本上出齐,但不太均匀,两周后,有个别种植沟出苗仍很少,而后者出苗则比较均匀。这是因为稻草和胶膜都能很好地保墒,增加地温,从而有利于出苗。

(3)草坪植生带法

草坪植生带是我国近年来才开始应用的一种种植草皮的新技术。草坪植生带是一种草皮建植的中间产品,它将草籽固定在两层无纺布(或纸)之间,采用工厂化生产,使用时只要将其像铺地毯一样铺在平整好的坪床面上,表面撒一层薄土即可。

经过多次现场试验,表明用草坪植生带在膨胀土边坡建植草皮是完全可行的,出苗均匀,效果十分理想。

膨胀土路堤以草坪植生带法建植草皮质量好,其原因是:①草坪植生带采用工厂化生产,种子分布较均匀;②载体无纺布(或纸)的固定作用,既能防止草籽脱落、移动,又能防止出苗过程中被雨水冲走;③无纺布(或纸)腐烂后又可作为肥料,能够被植物所利用。

以草坪植生带建立草皮出苗快,出苗均匀,成坪时间短,护坡效果好。其原因主要有:①草坪植生带与草皮相比还具有可以保存、便于运输等优点,能够根据工程的进展需要进行大面积的植被建植。

综上所述,采用混播草种的草坪植生带能够成功地在膨胀土路堤建立植被,这种新技术具有出苗齐、成坪快、护坡效果好等许多优点。铺草皮和条播种子都能在膨胀土路堑建立有效的植被。满铺草皮能够迅速建立草皮,见效快、效果好,缺点是对自然草皮的需求量太大,可能对当地自然环境造成破坏。条播种子出苗快,植物生长好,沿水平方向生长的条带状植被能够避免水流的形成,从而保护坡面,缺点是植被完全覆盖需要一定的时间。条播草籽后覆盖稻草能大大提高出苗的一致性。

4.植被防护的时机

(1)工期安排

从防护的角度来说,植被种植宜早不宜迟,植被越早覆盖坡面,就能越早起到防护效果,因此,植被防护的施工期最好安排在坡面形成后,即一期工程(土方工程)完成后,马上采取工程防护措施并种植植被。对于膨胀土路堑来说,及时开挖、及时防护尤其重要,这样才能避免膨胀土的水分变化大起大落,从而减少危害。

然而,另一方面植被容易受其他施工影响,路面施工的废渣可能破坏已建立的植被。

尽管存在着交叉施工的影响问题,本着工程质量第一的原则,植被防护的施工最好还是在土方工程完成后立即进行,这样,虽然部分植物可能被破坏,需要返工,但对于路基的稳定是有利的。同时,要加强协调,尽量减少其他工程对植被的破坏。

(2)种植季节

就植被而言,最适宜的种植时间是在温度和水分条件最好的、最适于生长的季节之前,此时播种可使幼苗在不利的环境条件到来之前能很好长成。应根据植物特点,选择种植季节。

六、植被与膨胀土边坡综合防护

1.膨胀土边坡不宜采取单一的防护措施

由于膨胀土干缩湿胀的特殊性,单一地采用刚性防护措施如浆砌片石护坡,在雨水的作用下,坡面上的保护层会发生鼓肚、开裂、变形、外挤等现象。

植被防护是膨胀土边坡防护的重要措施之一,植被生长能够保持土壤温度和水分的相对稳定,减少膨胀土干缩湿胀现象的发生。植被还能缓和雨滴的冲击,减少径流量和流速,根系等能够束缚土壤颗粒,使土壤不易流失。植被的生长能够促进微生物的活动,改变膨胀土的不良性质。植物的生长使得边坡表面土壤成为一个整体,是一种柔性结构,能承受膨胀土干缩湿胀引起的较小位移。·

但是,植被防护的作用也有其局限性,由于植物根系一般较浅,只能防止坡面冲蚀和表面溜塌,在边坡本身不稳定或存在集中水流的情况下,仍可能发生塌滑和水毁现象。

所以,植被防护必须在边坡稳定的基础上使用,需要与工程防护相结合。对于膨胀土边坡防护需要采取综合治理措施。

对于路堤来说,强膨胀土最好不作为填土材料,膨胀土路基的填土施工应按规范逐层压实,严格控制含水量。对于膨胀土路堤边坡,除了植草防护,还应辅以护肩与支撑,在路堤较高或土质较差的地段还应设置支撑骨架,土路肩予以封闭,这样既可防止雨水浸入基层,又可防止路肩被冲蚀或边坡的滑塌。

2.植被防护与工程防护相结合防护效果好

(1)坡比是膨胀土边坡稳定的重要因素

坡比对于膨胀土边坡的稳定是很重要的,若坡比太大,如1:1,仅仅采取骨架护坡等措施,仍然是不稳定的,同时采取植草的措施则防护效果会大大增加,而当坡比较小,如1:2时,即使不进行植被防护,边坡也基本稳定。

(2)在拱形骨架内植草护坡效果好

在拱形骨架内植草,拱形骨架起到支撑和加固作用,避免大面积的表面滑塌,植被则有效地固结表土,能够防止冲刷、局部塌陷和土块崩落等,因此,两者的结合应用能很好地保护边坡。

(3)膨胀土用少量石灰土改性后可进行植被防护

膨胀土用少量石灰处理后,虽然碱性增加,仍可种植植被。这样,不仅膨胀土的不良性质被改变,增加了稳定性,而且植被能防止冲刷,进一步提高防护效果。

(4)膨胀土边坡防护应在稳定的基础上进行

综上所述,如果坡比合理,采取工程防护(矮挡墙、封闭式平台、骨架护坡、表层土壤添加石灰等)措施,加上植被防护(在拱内建立草皮),刚柔相济(工程措施为刚性结构,植被为柔性结构),能够有效地防护膨胀土路堑边坡。坪植生带的载体无纺布具有一定的抗拉强度,在边坡上能起到土工布的作用.无纺布吸水舌就紧贴在坡面上,植物出苗前它能有效地避免坡面冲刷;②植物出苗后,根系的生长将其腐烂部分紧紧地固定在土壤表面,根系与无纺布的互相交接缠绕,使表层土壤连成一个整体,形成网络状结构,从而有效地保护边坡。

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