谢灿荣 胡以婵 王建军 董宏源
广西路桥工程集团有限公司 广西南宁 530200
摘要：膨胀土是一种具有吸水膨胀、失水收缩特性的高液限粘土，工程性质极差。若处理不当，对大型渠道、高速公路、铁路等工程会产生严重影响。因此，研究膨胀土边坡的破坏特征与机理，寻找更加绿色、环保、安全和经济的处理措施，是非常有必要的。为此，文章从膨胀土边坡的破坏机理出发，提出了膨胀土边坡的防治措施，以供参考。
关键词：膨胀土；边坡；破坏机理；防治措施
1 膨胀土边坡滑坡的机理分析
发生在膨胀土地层的滑坡一般具有浅层性、渐进性和长期性的特点。浅层性即膨胀土滑坡的深度一般在2~4m之间，最深不超过6m。渐进性表现在滑坡往往从底部开始，逐渐向上发展。膨胀土滑坡的长期性表现在滑坡过程可持续很长时间，许多膨胀土边坡在使用几年甚至几十年后仍发生失稳现象。膨胀土以胀缩性、裂隙性和超固结性而危害工程。导致膨胀土边坡失稳的影响因素主要分为内外因素两大类。内在因素中裂隙性是关键因素，胀缩性是产生裂隙的内因，而超固结性则是促进因素。外在因素包括气候变化、开挖卸载、地下及地表水作用等。
1.1 降雨作用
降雨入渗对非饱和膨胀土边坡的直接影响是使得边坡土体中（特别是浅层土）吸力降低或孔隙水压力升高。孔隙水压力的升高使“有效应力”降低，从而导致土体抗剪强度降低。另外，吸力的降低将使得原来非饱和土层在竖向发生膨胀，土体因膨胀而发生软化，也将导致土体抗剪强度的降低。因此，降雨入渗对非饱和膨胀土的影响是双重的，它是降雨诱发膨胀土边坡失稳的主要原因之一。据不完全统计，铁路边坡稳定破坏的80%都在降雨期间或降雨后发生。
1.2 膨胀土开挖时对土体产生卸荷作用
开挖边坡改变了原来的地形地貌，使得坡脚临空，失去横向支撑，土坡上的荷载被卸除，膨胀土内的裂隙得到扩展，同时，膨胀土在开挖后，形成的水平应力远大于垂直应力，并且从上到下递增。这样边坡往往从坡脚开始失稳，形成边坡的牵引式与迭瓦式滑动。
1.3 地下及地表水的作用
地下水位上升与下降的交替变化，使得在水位附近的土体在浸水与脱水的反复中逐渐软化。当地下水位上升到裂隙发育的较浅层或较深层的水平向破裂带时，破裂带中的充填物被淋滤而逐渐减少，形成滑动面。地下水位持续较高时，土体充分浸水而膨胀软化，强度大幅度降低，加上外来荷载或地下水的渗透压力作用，使边坡稳定性下降从而形成滑坡。
1.4 坡顶堆载作用
施工过程中，施工单位为了方便，在路堑顶面进行土方堆载，或在滑体后缘建有临时施工场地。水泥和机械产生的静荷载，特别是重型货车、铲土车地来回碾压等无异于向坡顶加载，这使得边坡的破坏速度加快。因此，在分析和评价膨胀土边坡稳定性时，应综合考虑上述各外部影响因素，尽量减少不利因素的影响。
2 膨胀土边坡防治措施研究
2.1 换填法
自然气候干湿变化引起的胀缩变形是膨胀土边坡失稳的主要因素之一。为了防止气候变化对膨胀土的影响，工程上常常挖除部分膨胀土，换填非膨胀土或石灰土，再用预制块或植草皮防护坡面，从而达到防治膨胀土边坡失稳的目的。换填法的换土深度一般根据膨胀土的强弱和当地的气候确定。该法是膨胀土路堤、水渠边坡处理方法中最简单且可靠有效的一种方法。但换填法需大量的非膨胀土和弃料场地，会占用大量耕地，导致成本增加、资源浪费和环境破坏。
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2.2 支挡法
支挡法主要是用支挡结构物提供的抗滑力来平衡膨胀土边坡的下滑力，达到稳定边坡的目的，大体上分为刚性支护和柔性支护两大类。刚性支护主要是依靠刚性支护结构的自重或抗力来抵抗滑坡推力，保证边坡稳定，属于传统支护方法。
（1）挡土墙防护。挡土墙是指支承填土或山坡土体、防止土体变形失稳的构造物。挡土墙结构用于膨胀土边坡支护时，可在膨胀土与挡土墙之间设缓冲带，起到排水和缓解膨胀力的作用。
（2）锚杆。将锚杆一端深入膨胀土边坡土体中，另一端与工程构筑物连接，利用锚杆在膨胀土中的抗拔力来稳定结构，以阻抗膨胀土变形破坏。刚性支护结构不允许土体产生过大变形，当膨胀土的胀缩变形较大时，常会造成支护设施的破坏。柔性支护是基于对膨胀土特性的认识和对膨胀土边坡破坏机理的了解的基础上，以土工合成材料（土工布、土工格栅、土工膜等）为主，其他处理措施为辅的一种支护方式。该支护方式的优点在于能够改善膨胀土的胀缩性，抑制膨胀土的胀缩变形和强度衰减，增强边坡的整体稳定性。
2.3 生态防护
生态护坡是指综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科对边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术。其作用机理为利用植物根系强大的生命力、繁殖力和锚固力将坡体浅层风化带固定到较为坚硬的岩层上，充当预应力锚杆的作用。植物根系强大的生长力和繁殖能力能够将松散的土体固结成复合土体，可视作带预应力的三维加筋材料，但大多数植物根系较浅，固结土壤的能力较差，只能对坡体表层土体进行锚固。在大规模强降雨条件下，仍有可能引发滑坡事故，要采取综合的治理措施，将生态防护与工程防护相结合，最大限度提高坡体整体的稳定性，确保边坡的稳定安全。常见的综合防治措施有拱型骨架内植草护坡和石灰土改性后可进行植被防护两种方式，该方法的防治效果较好，适用性强，经济价值高。
（1）拱型骨架内植草护坡。研究发现坡体表层植被可利用根系和光合作用来存储和蒸发土中的水分，进而实现对土壤的湿度调控，减少和降低胀缩效应的作用影响，绿化美观坡面的同时，提高坡体表层土体防冲刷和变形的能力。但是植物根系只能锚固表层土，当常时间降雨或风力冲击，仍有可能导致膨胀土边坡内部结构性发生破坏，造成整体或局部滑移坍塌。拱型骨架起到支撑和加固作用，避免大面积的滑塌，两者的结合应用能避免膨胀土边坡表层土体脱落及入渗雨水对深部土层的侵蚀所带来的裂隙延伸贯穿，提高膨胀土边坡整体的稳定性。
（2）石灰土植被综合防护。研究发现石灰是改善膨胀土工程性质最有效和经济的材料，采用少量石灰土（5%～7%）对膨胀土进行处理，改良了土体的不良性质，增强了土体的碱性和吸水能力，同时不影响植被的种植，内部与外部防护相结合，两者共同作用，提高对雨水等外界影响因子的消化处理能力，避免胀缩循环的发生。
综上所述，若坡比合理，可采矮挡墙、封闭式平台、骨架护坡、表层土壤添加石灰等等措施，辅以植被防护，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边坡。
结语
膨胀土边坡的防治措施会因边坡的结构和环境条件的不同而异，且膨胀土边坡的防治具有一定的复杂性，相关部门应根据膨胀土的性质和边坡的特点“对症下药”，从而实现对边坡失稳情况的有效治理，提升工程建设和使用的安全性。
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论文作者:谢灿荣,胡以婵,王建军,董宏源
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/17
标签：机理论文; 裂隙论文; 护坡论文; 作用论文; 滑坡论文; 植被论文; 防护论文; 《防护工程》2019年16期论文;