加筋土柔性支護(hù)在膨脹土邊坡支護(hù)工程中的應(yīng)用及驗(yàn)算

劉光彬 李敦仁 羅安民

摘要：文章以南寧市良慶區(qū)金象四區(qū)鳳湖路建筑邊坡支護(hù)工程為實(shí)例，介紹了加筋土柔性支護(hù)設(shè)計(jì)原理與方案，并綜合相關(guān)規(guī)范規(guī)程，利用理正巖土軟件對加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算，完善了筋帶拉力驗(yàn)算，大幅度縮短了驗(yàn)算時間，提高了設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：膨脹土;脹縮勢能累積性;脹縮荷載;剛性支護(hù);加筋土柔性支護(hù)

0 引言

膨脹土具脹縮變形可逆性、脹縮勢能累積性等特點(diǎn)，致使許多剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)在長期脹縮荷載的作用下產(chǎn)生破壞。近年來利用加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)控制脹縮勢能累積被逐步應(yīng)用到膨脹土邊坡支護(hù)工程中，并取得了較好的成果。但該技術(shù)以往的驗(yàn)算大多以數(shù)值模擬的方法驗(yàn)算邊坡工程的整體穩(wěn)定性，致使該項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)效率較低，而且忽略了對筋帶拉力的驗(yàn)算，不利于加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)的推廣及應(yīng)用。本文以南寧市良慶區(qū)金象四區(qū)鳳湖路建筑邊坡支護(hù)工程為實(shí)例，探討加筋土柔性支護(hù)在膨脹土邊坡支護(hù)工程中的應(yīng)用及驗(yàn)算方法。

1 工程概況

南寧市良慶區(qū)金象四區(qū)鳳湖路建筑邊坡高度約23 m，坡頂為居民區(qū)，坡底為武警某部訓(xùn)練場。2015年10月中旬該處發(fā)生滑塌。邊坡滑動周界呈圈椅狀，滑動區(qū)域面積約3 500 m2，滑坡體方量約12 000 m3，屬小型推動式淺層土質(zhì)滑塌。

1.1 邊坡工程地質(zhì)條件

根據(jù)該邊坡的工程地質(zhì)勘察報告：坡體表層為民居建設(shè)時的整平填土（Qml），厚約4～6 m，褐紅、褐黃色，松散，濕，成分以黏土混少量礫石為主;中下部為第四系殘坡積層（Qel+dl），巖性主要為黏土混碎石，厚度>25 m，褐黃、褐紅色，硬塑，韌性中等，干強(qiáng)度中等。整平填土（Qml）及第四系殘坡積（Qel+dl）黏土混碎石均屬中等脹縮性土。

1.2 邊坡水文地質(zhì)條件

滑坡地段地表水主要為大氣降水形成的地表徑流，坡體周邊未設(shè)置地表水截排設(shè)施，地表徑流的沖刷及下滲均會對邊坡穩(wěn)定造成不利影響。

場地內(nèi)地下水主要富存于第四系殘坡積（Qel+dl）黏土碎石中，補(bǔ)給主要來源于大氣降水垂直滲漏，排泄主要為大氣蒸發(fā)。正常情況下該地層的富水性較差，水量較小，但滑坡頂部居民生活用水排放于邊坡表層，或是通過管道排放于邊坡后緣土體，因此造成了邊坡土體長期處于飽水～失水～飽水的干濕循環(huán)交替狀態(tài)。

1.3 滑坡成因分析

外因：廣西全境雨水偏多，降雨強(qiáng)度亦較大，雨水的大量下滲，以及坡頂民居生活用水向坡體內(nèi)排放，導(dǎo)致坡內(nèi)積水無法順利排出，在地表徑流及地下水的作用下，土層的抗剪強(qiáng)度逐步降低。

內(nèi)因：場地覆蓋土層屬中等脹縮土，膨脹土具有吸水膨脹和失水收縮、再吸水再膨脹和再失水再收縮的脹縮變形可逆性及脹縮勢能累積性[1]。而邊坡土體長期處于飽水～失水～飽水的干濕循環(huán)交替狀態(tài)。在脹縮累積荷載的作用下，土體中出現(xiàn)裂隙，大氣降水、居民排水沿裂隙向深部土體延伸，使膨脹土體干濕循環(huán)體積逐步擴(kuò)大，在邊坡土體脹縮勢能逐步累積、脹縮荷載逐步增大的同時，邊坡土體的內(nèi)部強(qiáng)度則逐步減小，最終發(fā)生滑坡。2 加筋土柔性支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 加筋土柔性支護(hù)原理

加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的原理是：利用填土對邊坡進(jìn)行反壓，并在填土中鋪設(shè)土工合成材料，植入拉筋，形成柔性反壓防護(hù)體。土工合成材料及植入的拉筋可以提高反壓土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角[2]。當(dāng)邊坡反壓土體在邊坡土體脹縮荷載作用下發(fā)生變形時，在反壓防護(hù)體重力及筋帶拉力作用下，邊坡整體不會發(fā)生剪切破壞，當(dāng)脹縮勢能充分釋放消除后，反壓土體在筋帶拉力作用下又可恢復(fù)原狀，使脹縮勢能不產(chǎn)生累積[3-5]。

2.2 設(shè)計(jì)方案

加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)為：于滑坡底部設(shè)置C25混凝土矮擋墻;對墻背進(jìn)行換填片石處治，換填寬度2～8 m，換填高度與擋墻頂部齊平;分3級設(shè)置8～12 m厚的柔性反壓防護(hù)體，各級高度分別為8 m、6 m、5 m，并于柔性反壓體后緣設(shè)置50 cm厚度的碎石排水通道;對坡頂進(jìn)行局部開挖，埋設(shè)兩布一膜埋壓溝，進(jìn)一步減少大氣降水入滲;對柔性反壓體坡面及各級平臺進(jìn)行覆土綠化，對原有環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)[6-8]。具體設(shè)計(jì)斷面見圖1。

3 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算

3.1 參數(shù)的選取

經(jīng)柔性反壓支護(hù)后各巖土層參數(shù)按表下頁1選取。

3.2 整治后邊坡整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

利用理正巖土計(jì)算軟件6.5版中邊坡穩(wěn)定性分析模塊，選取反壓最厚的C剖面作為典型斷面模型，計(jì)算經(jīng)柔性反壓處治后，在正常工況及強(qiáng)降雨工況下，邊坡整體的安全系數(shù)，搜索出最危險滑動面[6]。計(jì)算結(jié)果見下頁表2及圖2。

3.3 各級平臺越頂滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算

除驗(yàn)算整體穩(wěn)定性外，還需要確保各級平臺不出現(xiàn)越頂滑動破壞。建立模型時底部平臺計(jì)算模型去除C25混凝土擋墻的支擋作用。第一、第二級平臺則分別去除其底部土體，計(jì)算結(jié)果見下頁表3及圖3。

4 結(jié)語

（1）加筋土柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)具有高韌性、排水通暢、持久性長、水土保持能力強(qiáng)、造價經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。針對膨脹性、高液限、崩解性等特殊性巖土構(gòu)成的邊坡更為適用。經(jīng)多個工程實(shí)例驗(yàn)證，該項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用在膨脹土地區(qū)的邊坡支護(hù)工程。

（2）本文的驗(yàn)算方法滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程的驗(yàn)算要求，不僅彌補(bǔ)了以往驗(yàn)算方法忽略筋帶拉力驗(yàn)算的缺陷，而且利用了建模更為簡潔、計(jì)算效率更高的理正軟件進(jìn)行了驗(yàn)算，在提高設(shè)計(jì)效率的同時，為該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工程地質(zhì)手冊》（第四版）編委會.工程地質(zhì)手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]陳建峰，李輝利.土工合成材料加筋土界面特性研究及展望[J].地下空間與工程學(xué)報，2009，5（5）：1 049-1 054.

[3]李海深，楊果林，鄒銀生.加筋土擋土墻動力特性分析[J].中國公路學(xué)報，2004，17（2）：28-31.

[4]李 昀，楊果林，林宇亮. 水平地震作用下加筋格賓擋土墻動力特性試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報，2009，41（12）：1 930-1 935.

[5]劉兆生，姚令侃，朱宏偉，等. 加筋格賓擋墻動力特性分析及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，30（6）：1 353-1 358.

[6]GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]GB/T 50290-2014，土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[8]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

收稿日期：2020-06-10