淺談膨脹土邊坡的失穩機理及其加固

袁珉

廣西310核地質大隊 廣西桂林靈川縣 541213

摘要：針對膨脹土邊坡具有“逢塹必滑、無堤不塌的極端特殊性與嚴重性，防治膨脹土滑坡必須貫徹“先發治坡、以防為主”的總原則。實踐證明，相對穩定的坡率還必須與其他工程項目相結合，相輔相成，共同作用，才能維持好一個穩定的邊坡。本文對膨脹土邊坡的失穩機理及其加固進行探討。

關鍵詞：膨脹土；失穩機理；加固技術

一、前言

膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物（蒙脫石、伊利石等）組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。在天然狀態下一般處于硬塑狀態，但在吸水膨脹后，其性質迅速惡化，處于可塑～軟塑狀態。隨著每年雨季和旱季的交替出現，膨脹土反復的“吸水”和“失水”，也使得膨脹土反復的“膨脹”和“收縮”，造成許多的工程病害，如房屋建筑的開裂，邊坡的開裂變形甚至失穩等等。膨脹土邊坡是一種特殊土邊坡，其變形失穩的原因往往是由于膨脹土誘發而引起的，在暴雨季節，膨脹土吸水，體積膨脹，邊坡變形增大，導致邊坡開裂甚至失穩，且當膨脹土邊坡的變形受到擋墻等支擋結構物的約束時，膨脹土會產生很大的膨脹力，將擋墻等支擋結構物“頂裂”，最后因支擋結構物失去支擋效果而導致邊坡失穩。因此，研究膨脹土邊坡的失穩特點以及防治措施對膨脹土地區的工程建設具有重要的指導意義。

二、膨脹土邊坡失穩的主要特點及其規律

不同于其它土質的滑坡，膨脹土邊坡的失穩形式有著明顯的特點和特殊規律。分析國內礦山、公路和其他建筑的膨脹土邊坡的失穩滑動現象，得出其基本特征和共同規律。

2.1淺層性

同裂隙發育深度及周邊氣候影響范圍基本保持一致，膨脹土邊坡的發育深度一般在3-6m以內。

2.2 逐級牽引性

膨脹土邊坡失穩一般從坡腳局部開始破壞，進而向上牽引而逐步發展，最終形成多層次的滑動面或拉裂面。

2.3季節性

膨脹土邊坡失穩的主要外部誘發因素是由于降雨使得非飽和土體飽和，膨脹土邊坡的抗剪強度指標值出現大幅下降，因而邊坡失穩現象絕大部分出現在雨季，季節性特征顯著。

2.4緩坡滑動

相比一般土質的邊坡，膨脹土邊坡的穩定坡腳較緩，但是在未進行任何加固措施的膨脹土邊坡中，即是坡比在1：6的條件下仍然大面積發生滑坡。

2.5膨脹力較大

膨脹性由礦物質成分所決定，而膨脹性本身決定了膨脹力。在眾多案例中，失穩的膨脹土邊坡雖然采取了加固措施，但是膨脹力在幾十至一百多千帕，仍然出現抗滑坡樁被推斷、傾倒或擋墻整體被外推等現象。

三、膨脹土邊坡工程防護與加固

膨脹土路塹邊坡防護與加固措施，可以分為表水防護、坡面防護和支擋防護三類，工程中大多是三種結合使用。

3.1排水防護

設置各種排水溝，建立地表排水網系，截排坡面水流，使表水不致滲入土體和沖蝕坡面。

水是膨脹土邊坡的天敵，常有無水不滑之說，因此，治滑必須先治水，這是保證邊坡穩定的重要工程措施。

排水包括地表排水與地下水兩個方面，地表排水以防滲和攔截滑體以外地表水、及時旁引為原則，地下排水以盡快匯集、及時疏導引出為原則。

由于膨脹土的水文地質特征，決定膨脹土中的地下水多為淺層裂隙水性質，而且具有極不均一性，在膨脹土滑坡整治中，一般采用綜合排水的措施，可以收到好的效果。

歸納膨脹土滑坡整治中采用的各種設施，有包括防滲和截水的天溝、吊溝、側溝、排水溝；有疏導相結合的支撐滲溝、滲水井、滲水暗溝，擋墻后盲溝和排水隧洞等。

3.2坡面防護加固

膨脹土邊坡因開挖而產生的施工效應特別明顯，挖方使原來處于穩定的膨脹土裸露在邊坡表面或大大降低了上覆壓力。由于膨脹土邊坡比其他土質邊坡更易風化、易脹縮變形，由此引起的邊坡變形危害就更加普遍而嚴重。因此，對膨脹土坡面的防護加固顯得特別重要，坡面防護的類型很多，主要應根據邊坡膨脹土類別及風化程度等特性合理選擇。

3.3支擋結構防護

支擋結構是為了防止邊坡的坍塌失穩，確保邊坡穩定的構筑物。其主要應用于兩方面：對于開挖的強膨脹土或中等膨脹土的邊坡采取的預防支擋措施，以便防止滑坡的發生；對于已發生滑動的邊坡進行治理支擋措施，使工程運行正常。關于支擋結構物類型的選擇，要根據邊坡計算滑動推力和滑動面或軟弱結構的位置而定?；蛘哒f，按照地形地貌、土層結構與性質、邊坡高度、滑體的大小與厚度，以及受力條件和危害程度而采取相應的形式進行治理措施。

3.3.1.擋土墻

擋土墻的設計是否符合膨脹土邊坡客觀的情況，關系到邊坡治理費用和安全問題。因此，對擋土墻型式、土壓力盒算及作用，滑動破壞形狀等方面的試驗研究具有十分重要的意義。

①坡腰墻：對于坡面過長（堤高、塹深大于8m）或坡體在開挖、填筑過程中，坡面土層產生過滑移或有滑移可能的坡體，常在坡面的中部增設一級或多級擋土墻，也稱坡腰墻。其作用在于壓縮坡長、減緩坡率，分而治之。宜黃路的實踐證明，多級擋土墻對加強坡體穩定，減少變形效果較好，特別是對于那些已經產生過滑動、坡體表面松散的坡面穩定的作用特別顯著。

坡腰墻基礎，原則上應埋入大氣急驟影響深度以下，若坡面松散土層較厚或有滑移面，則應埋置于散土或滑移面以下至少1250px。外墻直立，內墻坡率1：0.25-1：0.3，墻身高1.2-1.5m，頂面寬不宜小于lm，墻后應留1-2m的平臺，松散土體應摻石灰后分層夯實，做好泄水孔和反濾層，以利排水。兩級擋墻的間隔不宜太近，以防上級擋墻在下級擋墻的破裂面內。

②坡肩墻：挖方路基稱作坡頂墻，填方路基則稱路肩墻。填方路堤因邊部壓實度不夠，往往引起縱裂縫的產生，水分的進入導致肩部土體濕軟，抗剪強度降低，引起坍肩現象。路肩墻常作為補救措施之一。

在挖方坡頂修筑坡頂墻其目的不僅在于治，更在于防。挖方邊坡變形量大的、危害也較大，頂部因路塹開挖，土體超固結應力的釋放和反彈，側向應力的減弱或消失，導致頂部土體松弛，變形加劇，多形成張拉裂隙，浸水后自重增加，土體膨脹導致滑坍或滑坡之可能。設置了坡頂擋墻之后，增加了土體的側向約束，避免或減輕縱裂的發生或發展，阻止了坡頂大的變形破壞的產生。

坡頂墻應在坡頂處未發生大的裂縫或滑動面未形成之前及時修建，只有這樣才能發揮其抑制變形的作用，若已有裂縫產生（特別是傾向坡內的水平和斜交裂縫）則需將基礎置于裂縫下約lm。坡體完好地段，墻身與基礎厚度在1.5-2.0m之間即可。地面表層一般脹縮性能較弱，因此，墻身斷面可適當放窄，按正常土壓力盒算。若土質膨脹性能較強，則需考慮膨脹力的影響。

3.3.2加筋檔土墻

加筋擋土墻由填料、加筋、面板

3.3.3土釘墻部分組成

土釘是一種加固原位土體的方法，用以形成擋土墻結構物和邊坡加固。

3.3.4抗滑樁

若路塹邊坡已經產生滑動，采用多級抗滑擋墻無法阻止，或因施工困難，如挖基很深，邊挖邊塌，并能造成更大的滑動趨勢者，應酌情考慮改