膨脹型土質邊坡土質改良后的穩定性評價

施 晶

(玉溪公路局，云南 玉溪 653100)

1 研究項目工況及施工方案

宜賓至畢節高速公路威信至鎮雄段位于云南省東北部昭通市境內，地處滇川黔三省結合部，烏蒙山區腹地，是宜賓至畢節高速公路中的一段,項目主線按照全封閉、全立交、雙向四車道高速公路標準建設，路基寬度24.5 m。

1.1 邊坡原設計方案

本文以宜畢高速威信至鎮雄段的兩段具有典型性的邊坡作為研究工點，原設計分別為：K76+199.7～K76+300.2(左側)和K74+020～K74+163.5(左側)。第一段為10 m以內的矮邊坡，邊坡高度為8 m，坡率為1，第二段為20 m的高邊坡，兩級邊坡每級高度為10 m，兩級臺階坡率均為0.75，設計給出的施工方案，兩段邊坡均采用錨桿框格梁防護，并采用客土植草防護。工程的傳統邊坡防護完工后需要進行客土植草方式對邊坡進行綠化防護。工程實施過程中要充分考慮雨水、地下水及河流對膨脹土的影響，加強河流水位監測，確保工程的安全及有效實施。

1.2 邊坡土體改良方案

兩段邊坡通過外觀鑒定及地質災害報告的分析，可以初步斷定為具有膨脹性邊坡的相關特征，為了更進一步了解兩段邊坡的土質狀況，需對邊坡土體進行完整的土工試驗，才能判斷是否是需要進行邊坡土體改良的膨脹型土質邊坡。

通過液塑限試驗等各項試驗我們可以得到如表1的試驗數據。

通過試驗可知，兩段邊坡的液限和自由膨脹率均大于40%，邊坡存在脹縮變形的安全和穩定性隱患，單純采用錨桿框格梁對邊坡進行工程防護處置，短期看來，對土體起到錨固和加強作用，對邊坡的穩定性也起到一定程度的控制。但是從長遠考慮，膨脹型土質邊坡裸露于外的部分，經過長時間雨水及地下水的作用，在反復脹縮條件下，土體一樣會發生松散和裂隙，依然會造成一定面積的滑塌，引起框格內土體全面空洞并進而危害整個邊坡的穩定性。膨脹土由于其脹縮特性，不利于植物生長，因此，不進行改良的膨脹土邊坡幾乎寸草不生。

為了解決這一問題，我們根據土壤改良的方法來對這兩個邊坡進行試驗性土質穩固，根據測定的膨脹率，兩段邊坡土質均屬于中弱膨脹土，因此通過試驗優選了適合中弱膨脹土的土體改良劑對土樣進行改良，按照室溫條件下使用質量配合比為硅酸鈉：陽離子聚丙烯酰胺：干土為10∶0.5∶200的方案進行土質改良。通過室內改良試驗，確保將兩段邊坡采集的土樣自由膨脹率降到了40%以下，確保土體能夠實現自身穩定及植物生長的雙重屬性。

1.3 試驗邊坡的施工方案

(1)對膨脹土邊坡進行現澆拱形護坡施工。

(2)采用濕式噴射法對膨脹型土體邊坡框格內的土體進行土質改良，施工方法與噴射法一致，通常在第三次噴播土體時配合草籽一起噴射。

(3)對噴播土體進行養護，一般養護天數不少于28 d。養護后的邊坡可以根據草籽生長情況種植一定數量的灌木，可以增強植物根莖的錨固作用，增強裸露邊坡的穩定性及強度。

(4)進行項目后評價，對植物生長情況、邊坡穩定性及土質改良狀況進行統計分析，對比改良前后的各項物理力學特性，并對邊坡土體實施計算機模擬分析，評價施工方案的可行性和項目實施效果，根據統計結果，形成項目后評價報告及統計分析報告，可以作為后續路段及項目的參考資料及指導性材料。

2 膨脹土質改良后的穩定性評價及效果分析

2.1 試驗邊坡穩定性模擬評價

為了對試驗邊坡進行更加有效的評價，本文利用Midas GTS NX軟件對K76+199.7～K76+300.2(左側)的土體勘察取樣后進行了邊坡穩定性模擬分析。

通過改良后的試驗邊坡的土質勘察情況對邊坡進行軟件分析，評估其穩定性。通過邊坡改良后的地質特性為評定依據，如表2。

表2 改良后邊坡土體地質勘察特性指標

根據當地的氣象水文資料分析，通過使用日降雨量為15 mm、70 mm、100 mm三個參數對邊坡穩定性進行模擬分析，并把日降雨量為100 mm的參數作為影響邊坡穩定的最不利因素進行分析與評價，利用Midas軟件中的強度折減法進行邊坡穩定性模擬分析。受雨水沖刷后的土質邊坡應變結果可以看出，邊坡具備了整體的穩定性及應力應變能力，隨著降雨量的增強，邊坡在坡腳位置的應變能力有一定程度的減弱，并存在了一定的潛在不穩定因素，但是不影響邊坡的應變能力，邊坡的應變狀況處于受控狀態。在穩定性系數分析中，隨著日降雨量的增加，穩定性系數逐漸下降，這符合土體受雨水沖刷后的實際穩定狀況，不同的降雨量所得到的穩定性系數均在1.5以上，符合邊坡極穩定的要求。根據相關規范及指南的穩定性系數指標界定，穩定系數值分3個層次：1～1.25(基本穩定)；1.25～1.5(穩定)；1.5以上(極穩定)。因此，邊坡穩定性也處于受控狀況，并具備了自身穩定的性能。

由于邊坡土體的取值采用了直接試驗室改良后的土體參數進行試驗，在試驗室中的各種規范操作及最大程度的土體改良，使得土體具備了改良后的最優特性，因此，邊坡參數及穩定性都相對較高。但是在實際的工程實施及邊坡改良過程中，改良后的土體會受到很多干擾因素的影響，從而降低土體改良效果，因此施工參數的穩定性及應力應變能力會略低于試驗室參數，但是最終的穩定性及應變情況不受太大影響，這個模擬分析圖也能反應施工階段的穩定性狀況。根據模擬數據及圖形分析情況，邊坡在受到降雨等不利因素的影響能夠維持自身的穩定，保持邊坡的整體性不發生重大變形及地質破壞。由此可以判定，通過膨脹土質改良，邊坡達到了穩定性效果，邊坡實現了自身固坡的目的，因此這樣的土質改良方法是可行的也是可實施的。

2.2 膨脹土生態固坡評價

(1)社會效益

在非飽和土質邊坡及非飽和土質路基施工過程中，未經處理的劣性土質是自然災害發生的重要誘因，極易發生滑坡、坍塌、泥石流等威脅，邊坡不穩帶來的社會問題直接或間接的與我們每一個人相關。針對膨脹土的新型生態固坡技術不僅能夠有效的恢復植被層，保護自然生態鏈避免因人為擾動造成的自然災害及環境問題，還能在土質改良、利于后期養護運營及保障行車安全等方面發揮重要作用，因此，該項目具有巨大的社會效益。

(2)環保效益

采用新型生態固坡技術從根源上解決了非飽和膨脹土不能適用生態護坡的尷尬，而且維護了邊坡的生態穩定，能使得高速公路與原有生態系統融為一體，形成一致。因此生態固坡技術具有極強的環保效應，是值得推廣運用的新型技術。

(3)經濟效益

經過改良后的膨脹土邊坡最重要的就是改善了特殊土體的穩定性，帶來了巨大的環境效應，這個環境效應也就必然帶來經濟效益。膨脹土每年對全球工程地質狀況的破壞巨大，每年均有大量資金被用于膨脹土災害的處理及修復，因此膨脹土的生態處理方式，將為全球節約大量的災毀修復投入。

新型生態固坡技術還體現在工程建設過程中，本文中的第一段邊坡K76+199.7～K76+300.2(左側)段，采用錨桿框格梁防護時，每平米預算金額為1 149元/m2，如果按照常規的拱形護坡與土體改良方法進行施工，在投資上要節約很多。采用現澆混凝土拱形護坡284.4元/m2，采用生態環保穩固劑對邊坡進行改良后播撒草籽，按照中弱膨脹土的標準，其預算金額為236.52元/m2，合計金額為520.92元/m2，按照新的邊坡處理意見，每平方米邊坡的工程造價可以節約628.08元/m2。如果在邊坡整體穩定時，僅采用土體改良劑對邊坡土體進行改良然后再直接播撒草籽的方式的話，每平米可以節約912.48元/m2，通過對比可見可以新型生態固坡技術可以節省大量資金，而且還可以達到穩定、環保的雙重效果，而且其推廣應用前景也十分廣闊。

3 結 語

在全國創造創新的大環境下，邊坡穩定性及生態固坡技術在項目實踐中取得了一些成果，通過改良后的膨脹土不僅具備了植物生長的環境及條件，也使得自身土體的強度、穩定性、礦物組成等得到了優化。通過雨水沖刷的試驗效果，可以看出，膨脹土邊坡經過試驗改良后已經具備了一定的穩定性，如果再加上后期的植物固著力，穩定性會得到加強。因此土質改良劑對邊坡進行改良后結合一定的傳統措施能夠有效改良邊坡的穩定性，定量的穩定劑配合比對于指導中小型項目邊坡改良具有重要意義。