深圳市天健沥青道路工程有限公司
摘要:膨胀土主要是指土中粘土成分中含有较多的亲水性的粘土矿物质，其特点是失水收缩硬裂和吸水膨胀软化，具有高度的可塑性。我国的膨胀土分布非常广泛，总体面积也比较大。膨胀土的压缩性低、强度高，很容易发生干缩变形、开裂湿胀，对各种建筑工程和铁路、公路路基具有很大破坏作用，引起路基下沉、边坡塌陷、松散脱落等各种质量问题，而且还不容易修复。因此对膨胀土路基的处理显得非常重要，施工时必须要做好施工处理，保证膨胀土路基的质量。本文结合笔者多年的工作实践，对膨胀土路基处理与边坡防护技术进行了分析探讨。
关键词:膨胀土路基；边坡防护；路基处理
一、工程概况
本工程线路全长226.569km。D1K735+573.41～D1K738+900（D1K738+900 为线路终点）段为膨胀土路段，最大挖方深度18.6m，最大填方高度8.64m，其中D1K736+760～D1K737+447 段最为典型，D1K737+200 断面挖方深度最大。该段表层局部覆盖第四系滑坡堆积层粉质粘土（膨胀土）<3-2>：黄褐色，灰绿色，硬塑状，石质为泥岩、泥质砂岩，含角砾，为滑坡体堆积形成；其余段上覆坡残积粉质粘土（膨胀土）<3>:黄褐色，灰绿色，微含10～30%的角砾。石质为泥岩，分布于斜坡上，厚0～3m，自由膨胀率Fs=40～128%，蒙脱石含量M=17～33%，属中等膨胀土。下伏基岩为第三系中新统下段泥岩、泥质砂岩夹炭质页岩，黄褐色、灰绿色，灰白色，泥质胶结，成岩作用差，岩质极软 , 本层中泥岩为中等膨胀岩，具高孔隙率、高蒙脱石含量、胀缩性大和各种结构面发育、岩体扰动后强度衰减显著等特点，自由膨胀率Fs＝68%，饱和吸水率最大值Wsa＝54%。
二、膨胀土路基的处理
1、换填法
换填法比较可靠，但是对于膨胀土分布面积较大的地区，把膨胀土全部开挖并换掉会占用很多场地，并且各种运输和借土费用会很高，该方法非常不经济，有时还会破坏生态环境。
2、掺加无机结合料
无机结合料的掺加可以改变膨胀土路基的性质，常用的掺加料为石灰，这也是最成熟、最普遍的方法，粉煤灰和水作为掺加剂来改良膨胀土性质的方法也较为常见。
3、封闭包盖法
干湿交替的气候是导致膨胀土路基浅层破坏的主要外部原因，封闭包盖法可以解决气候对路基造成的损害。通过石灰土、土木织物等来包边封闭路堤，可以阻隔气候的干湿作用影响，从而加固膨胀土路基，目前该法在国内外已经取得很大的成功。该法最大的优点就是造价低、施工方便、环境效益好，由于包盖的厚度和封闭的有效性缺乏统一的标准，该方法在推广使用方面有一点限制。
4、通过土工织物来加固
大量工程实例和试验表明，在边坡路基中铺设一定的加筋材料，能够吸收部分土体产生的收缩应力，防止坡面的开裂；为外界水分的渗入提供通道，还可以提高路基的整体性和抗剪强度。
本工程D1K735+573.41～D1K738+900段路基实际施工中，没有固定选择某一种处理方法对路基填筑进行处理，而是根据实际情况采用一种或几种结合来处理。
对于普通路堤，实际施工时基床表层采用 70cm 厚级配碎石填筑，基床底层及路基本体采用改良土填筑，并在边坡路基中间隔 60cm 铺设一层幅宽 2.5m 的双向土工格栅，边坡土工格栅从地面上 60cm 起铺。
对于低矮路堤：填筑高度小于70cm 时，基床表层层采用60cm厚级配碎石+5cmm厚中粗砂+一层复合土工膜+5cm厚中粗砂填筑，表层以下挖除换填100cm厚改良土；如果地下水位较高，基床表层采用70cm厚级配碎石填筑，基床表层底面以下挖除换填1.0m厚，采用85cm 厚改良土回填，其下基底铺设 10cm 厚中粗砂+一层复合防排水板+5cm厚中粗砂，并于排水沟底部设置纵向排水盲沟。填筑度在70～300cm之间时，基床表层采用55cm厚级配碎石+10cm 厚中粗砂 + 一层复合土工膜 +5cm 厚中粗砂填筑，地面以下挖除换填50～100cm厚改良土（满足换填后基床底层不小于100cm），如果地下水位较高，基床表层采用70cm厚级配碎石填筑，地面以下挖除换填50～100cm厚改良土（满足换填后基床底层不小于100cm）采用 35 ～ 85cm 厚改良土回填，其下基底铺设10cm厚中粗砂 + 一层复合防排水板+5cm 厚中粗砂，并于排水沟底部设置纵向排水盲沟。
对于膨胀土路堑地段，采用路堤式路堑形式，基床表层采用 70cm 厚级配碎石填筑，基床表层底面以下挖除换填100cm厚，采用0.85m厚 A、B组填料或改良土回填，其下基底铺设10cm厚中粗砂+一层复合防排水板+5cm 厚中粗砂。当地下水发育时，于侧沟底部设置纵向排水盲沟。
三、膨胀土路堑施工
路堑开挖前先做好堑顶截排水沟，天沟要及时铺砌并采取相应的防渗措施；影响边坡稳定的地面水和地下水要及时引排，排水系统要保持畅通，临时排水设施应与永久性排水设施相结合，而且要和原有的排水系统相适应。
路堑开挖的方法有：横挖法、纵挖法、混合式开挖法等。
在本工程的膨胀土路堑实际施工中，对于短而浅的路堑采用一层横向全宽挖掘法开挖；对于深而短且工程量较大的路堑采用多层横向全宽挖掘法，每层挖掘深度根据工作方便和施工安全而安定，一般以挖机挖装操作半径做为分层深度标准。
对于长路堑一般采用分段纵挖法，本工程中的典型段落D1K736+760～D1K737+447采用混合式开挖法，先在适当位置将路堑横向挖穿，把路堑分为几段，各段再根据每段的实际情况选择开挖方法，对于两端的浅路堑采用横挖法，中间的深路堑采用通道纵挖法或者纵向拉槽，横向分区、分层开挖。这样可增加施工作业面，减少作业面之间的干扰并增加出料口，从而大大提高工效。
四、膨胀土路基施工要求
对膨胀土路基进行施工时，必须要避开雨季，重点是做好现场的排水工作，确保路基和已经填筑好的路基不会被水浸泡。开挖膨胀土路基的各道工序必须要紧密衔接，施工要连续，分段分层完成，路基填筑经过检验合格后要尽快作业，不要越冬或者间隔太久再作业。膨胀土路基的施工要注意以下要求：
集中力量，连续快速施工，分段完成。尽可能采取机械化快速施工。开挖、填筑、防护加固、支挡、防排水各项设施和工作依序一气呵成，尽量缩短开挖面和填筑面的暴露时间。
填筑膨胀土路基时，不能使用膨胀土来做填料，确实需要采用时，膨胀土要经过改良处理、加工后才能作为路基填料。改良土施工时应该基于“含水量控制最优、快速摊铺、快速整平、及时碾压、快速检测”的基本原则，严格按“三阶段、四区段、八流程”进行施工；改良土用的原材料，应按有关规定进行试验；路基外形尺寸、压实质量及检测应满足相关技术规范和验收标准的规定。
开挖路堑时，开挖前应先检查坡顶、坡面，并对裂缝或其它不稳定情况妥善处理。开挖应从上而下进行，严禁掏底开挖，路堑应避开雨季施工。设有支挡和防护结构的边坡应随挖随砌，当不能紧跟开挖砌筑时，边坡应暂留厚度不小于0.5m的保护层；膨胀土路堑基床换填要紧随开挖完成，当有困难时，应暂留厚度不小于0.5m的保护层，路堑基床表层应按设计设置封闭层。为了确保边坡稳定性，要根据边坡雨后含水量、坡度大小、土壤摩擦角度大小、地下水深度这些不稳定因素还有开挖后造成的围岩强度降低、应力释放情况，在一定的高度上设置平台，平台表面的横向坡要向内进行倾斜，纵向的坡要跟路线平行，平台上的排水系统和排水设施要相互联通。
五、边坡加固及支挡防护
目前比较常用的膨胀土边坡防护形式有人字型截水骨架护坡、喷混植生护坡、锚杆（索）框架梁护坡等；支挡形式有抗滑桩、挡土墙、土钉墙等。
1、人字型截水骨架护坡
骨架一般采用M7.5浆砌片石或低标号混凝土现浇，同时在主骨架和支骨架上设置挡水缘；对于浆砌片石骨架，排水槽两侧及底部需用砂浆勾缝或抹面，以防雨水渗入边坡，从而形成一个完整的排水系统，以减少雨水对坡面的冲刷。
2、混喷植生
也称植被混凝土护坡绿化技术，是在稳定边坡上利用锚杆加固铺设铁丝网或塑料网，运用特制喷混机械将土壤、有机核心料、粘结剂和植物种子等混合加水后，由常规喷锚设备喷射到岩石坡面上，形成近10～12cm厚度的具有孔隙的植被混凝土硬化体，具有防护边坡、恢复植被双重作用，可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。
3、锚杆框架梁防护法
将锚杆通过边坡成孔穿过坡体滑动面进入锚固区，然后灌入膨胀水泥浆，待水泥浆达到一定强度后将钢筋锚杆锚头用钢筋混凝土框格梁连结起来，利用锚杆的被动抗剪力抵抗滑坡体沿滑动面的下滑力，从而使边坡稳定。
4、预应力锚索框架梁梁防护法
将预应力锚束通过边坡成孔穿过坡体滑动面进入锚固区，然后灌入膨胀水泥浆，使在锚固区的预应力锚束与锚固区土体通过水泥浆锚固在一起，而滑坡土体内的锚束处于自由状态，待坡面钢筋混凝土框格梁强度和预应力锚束锚固段强度达到张拉要求时，在框格梁面安装张拉设备对锚束进行张拉锚固；利用张拉力增大坡体滑动面的摩擦正压力，以增大滑动面的摩擦力来抵抗滑坡体沿滑动面的下滑力，从而使边坡稳定。锚杆框格梁防护法主要应用于边坡开挖较陡，坡体地质易在外界因素作用下形成一定的滑动面，从而形成滑坡的地段，它是对易失稳坡体的一种深层处治防护方法。
5、抗滑桩
边坡加固工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，而使边坡保持稳定。锚桩和预应力锚索桩等。钢筋混凝土桩是边坡工程中最常用的方法，桩断面刚度大，抗弯能力高，施工方式多样，可打入、静压、机械钻孔就地灌注和人工成孔就地灌注，其缺点是混凝土抗拉能力有限。
6、挡土墙
挡土墙是防止滑坡常用的有效措施之一。挡土墙一般设置在边坡坡脚，挡土墙基础必须深埋于滑动面 ( 带 ) 以下的稳定地层中，以免随滑体被推走。挡土墙一般采用重力式，利用墙身重量来抗衡滑体，优点是取材容易、机械化要求不高、施工方便、见效快。
7、土钉墙
土钉墙是在原位岩土中设置较为密集的土钉，并在边坡表面构筑钢筋网及混凝土面层，通过土钉、面层和原位岩土三者的共同作用而支护边坡，土钉一般采用砂浆锚杆，土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用就是基于这种主动加固的机制。土钉与土相互作用，约束了土坡的变形和破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。
本工程实例中，边坡高度小于4m的直接采用植物防护，一般是路堤边坡用灌草护坡防护，路堑边坡采用喷播植草护坡防护；边坡高度大于4m小于8m的全部采用人字型骨架护坡防护，骨架内撒草籽植草，后期移植常绿小灌木；对于大于8m的路堑边坡采用锚杆框架梁护坡，框架内采用灌草护坡，后期移植常绿小灌木，并每格框架梁内设置一个Φ91mm 深层排水孔，要求第一级边坡的深层排水孔深度为 10m，第二级边坡的深层排水孔深度为 12m，仰斜孔不小于 5° , 孔内安放 Φ75HMY 塑料盲沟，使得土体内积水顺利排出，以降低边坡滑坡的几率。人字型骨架和框架梁都采用嵌槽法施工，确保坡面排水畅通。
对于边坡高度大于8m的D1K736+917～D1K737+435.847段，右侧路堑坡脚设置第一排抗滑桩；对于边坡高度大于10m的D1K737+159.847～D1K737+363.847段，右侧路堑边坡中部平台处增设第二排抗滑桩。桩短边沿线路方向布置，桩身采用 C30 混凝土浇注。而且在D1K736+805～D1K737+435.847段，右侧路堑坡脚设膨胀土路堑挡土墙，路堑墙墙身均采用 C30 混凝土浇筑。墙顶平台封闭厚 0.2mC25 混凝土。墙身高出路肩高程部分，每隔 3m 上下左右交错设置泄水孔，连续设置 0.5m厚砂卵石反滤层，砂卵石采用编织袋码砌 , 并设复合排水网。如图 1 所示。
图 1 D1K737+158～D1K737+364 段代表性横断面图
六、结束语
通过膨胀土路基的施工，对膨胀土路基施工方法有了深入了解，根据实际情况选择合适的膨胀土路基施工方法，能有效的保证工程进度和工程质量，还能获得良好的经济效益。根据影响膨胀土边坡稳定性的工程地质与环境地质条件、地区气候条件以及边坡变形破坏类型，合理选择边坡防护加固措施，能使膨胀土路堑边坡形成安全有效的防护体系。
参考文献 :
[1] 孙继伟 , 王 军 . 浅谈膨胀土路基施工 [J].《铁道工程学报》,2004,(4).
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[6] 张永防，王秉勇 . 用锚杆框架护坡加固南昆线膨胀土边坡的研究[J]. 铁
论文作者:杨明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/12/1
标签：土路论文; 护坡论文; 路基论文; 表层论文; 防护论文; 挡土墙论文; 锚固论文; 《防护工程》2017年第17期论文;