加筋土技術在卓尼某邊坡工程中的應用

劉昌祿 石瑞紅 趙忠忠 朱鋆川

(甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050)

1 概述

加筋土技術是將土體與加筋材料相結合，使其相互協調共同工作，加筋土技術可以極大的改善土的物理力學性質，通過筋材約束土體的變形，提高其強度和剛度[1]，因其經濟可靠被廣泛應用于工程活動中。我國地質災害較為發育，加筋土技術也廣泛應用于滑坡治理中。姑山采場邊坡[2]采用加筋土回填形成一道仰斜式擋土墻對滑坡體進行支擋。針對單一抗滑樁或加筋土擋墻應用于山區陡坡地形上高填方路基支擋的不足，將加筋土擋墻與抗滑樁工程相結合，形成加筋土擋墻—抗滑樁組合支擋結構[3]，可彌補單一加筋土擋墻或抗滑樁工程在山區陡坡填方路基支擋的不足。南友公路某滑坡[4]通過在坡腳設置無面板加筋土擋土墻提高滑坡的穩定性。近年來，景觀加筋擋土結構不斷發展，主要形式為綠維抗老化生態袋擋土結構和混凝土砌塊擋土結構[5]，其承載力要求低、外觀和柔性好、質量易于保證、現場安裝規范簡單，具有很好的生態景觀效應，尤其是綠維生態護坡，不僅可以依靠植物良好的根系固土、抗沖刷，而且經濟性和環境協調性好，在國外已得到廣泛應用。本文以加筋土技術在卓尼某邊坡工程為例，為加筋土技術在地質災害治理工程中的發展提供一個新思路。

2 邊坡地質環境背景

卓尼縣隸屬于甘肅省甘南藏族自治州，處于青藏高原的東部邊緣過渡地帶，屬甘南高寒濕潤區，氣候濕潤，降水較為充沛，其降水量具有年內、年際分配不均勻，區域差異性較大的特征,年平均氣溫4.5 ℃，年平均最高氣溫12.95 ℃，平均最低氣溫-1.7 ℃，極端最高氣溫29.4 ℃，極端最低氣溫-23.4 ℃。年降水量678.1 mm，年蒸發量1 238.3 mm，最大風速14 m/s，最大凍土深度109 cm。卓尼縣降水量500 mm～700 mm之間，且集中于5月～10月，占年降水量的83%～88%。大雨和暴雨多發生在4月～10月，且集中于6月～8月，造成嚴重的面狀侵蝕。

卓尼縣斷裂、褶皺較為發育。區內新構造運動以垂直升降運動為主，明顯具有繼承性、差異性、間歇性的特點，因地殼間歇性上升，區內形成了多級河谷階地和多級夷平面。

邊坡處于青藏高原東北地震區的甘南地震帶，其地震烈度為8度區，地震動峰值加速度為0.15g。

區內地下水主要為松散巖類孔隙水，邊坡位于洮河Ⅳ級階地，因無好的儲水條件，高階地前緣地帶地下水較為貧乏。邊坡高出河床約20 m～45 m，主要受大氣降水的補給。邊坡坡腳低階地含水層主要為卵石層，由洮河水補給，水流流向基本由西向東，受補給源的影響，水位隨季節變化。

3 斜坡基本特征

本次治理邊坡為洮河北岸Ⅳ級階地前緣斜坡，斜坡近東西向展布，坡寬約287 m，東段邊坡高約20 m，西段邊坡高約30 m，坡度約45°，受人類活動的影響，西段坡體局部呈陡坎狀，坡度80°。坡腳有籃球場、縣政府統辦樓及洮園小區等建筑和設施，坡頂為耕地，局部坡頂分布有居民房屋。

斜坡地層自上而下分別為黃土、粉質粘土、卵石和板巖。邊坡位于洮河階地，階地基座為板巖，巖層破碎，受區域構造應力作用，巖層擠壓強烈，層間小褶皺發育，一般傾向北西，傾角較陡。風化面呈黃褐色，泥質結構，板理構造，較硬巖，致密，主要由隱晶質和泥質組成，遇水易崩解，易風化。巖體較為破碎，節理裂隙較為發育，巖芯呈碎塊—短柱狀。板巖之上為卵石層，青灰色，沖洪積成因，顆粒磨圓度較好，母巖成分以砂巖、灰巖和板巖為主，粒徑20～200的顆粒約占60%，粒徑2～20的顆粒約占25%，粒徑0.075～2的顆粒占13%，余為粉土充填，厚4 m～5 m；卵石層之上為沖積粉土，可見水平層理，斷面有光澤，較硬、無搖震反應，干強度高，韌性較好，中密～密實，濕，厚度5 m～6 m；其上為黃土，顆粒成分以粉粒為主，質地較為均勻，結構疏松，具大孔隙，垂直節理較為發育。

斜坡的變形特征主要表現為小型崩塌，坡頂耕地內落水洞也較為發育，村民在耕地時對落水洞進行了回填和平整，西側坡肩處落水洞受雨水長期沖蝕和崩落，垂直分布的凹槽形地貌，該段斜坡坡度較大，坡腳可見上部滑塌堆積物。

4 穩定性評價

根據室內試驗結果，結合工程經驗，土體物理力學參數綜合取值如表1所示。

表1 物理力學參數綜合取值

該邊坡物質組成較單一，土層較均勻，潛在滑動面呈圓弧形，通過理正巖土計算軟件計算其穩定性，計算結果如表2所示(計算結果為凹陷區邊坡)，該邊坡在自重工況下處于基本穩定狀態，在暴雨工況及地震工況下處于欠穩定狀態。

表2 穩定性計算成果表

5 回填造坡方案

邊坡原始坡面呈弧形分布，局部坡面受人為活動影響向內凹陷，因項目臨近城區，對治理工程的美觀性具有較高要求，為增加治理工程的整體美觀性，需對西段凹陷坡面進行回填造坡，使其與周邊坡體平滑過渡。為保持回填坡體與周邊治理工程保持一致，回填造坡分為三級，第一級坡坡率1∶0.75，坡高8.2 m，級間留設2.0 m寬馬道，第二級坡坡率1∶0.75，坡高9.2 m，級間留設2.0 m寬馬道，第三級邊坡坡率1∶1，坡高隨地形變化。為增加回填土體的穩定性，回填時每0.3 m鋪設一層土工格柵，回填土密實度不小于0.9，土工格柵執行JT/T 480—2016，土工格柵具體型號自定，抗拉強度不小于60 kN/m。橫向搭接長度20 cm，縱向搭接長度150 cm。為保證邊緣地帶回填密實度，回填時界限向外擴展2.0 m，后期對密實度較低的坡體表面進行削坡處理。凹陷區原始邊坡見圖1，施工后邊坡見圖2。

6 治理工程方案

采用邊坡治理中較為成熟的方案，在坡腳布設重力式擋土墻對坡腳進行防護，坡面布設錨固工程提高坡體的穩定性，在框架內布設綠化工程，提高治理工程與周邊環境的協調性，美化城區環境。

東段邊坡高度約20 m，在坡腳布設3 m高擋墻，在坡面分兩級布設錨桿框架工程，第一級坡率1∶0.75，坡高10 m，級間留設2.0 m寬馬道，第二級坡率1∶1，坡高9.2 m；西段邊坡坡高約30 m，對凹陷區邊坡回填后，在坡腳布設3 m高擋墻，分三級布設錨索框架工程，第一級坡率1∶0.75，坡高8.2 m，級間留設2.0 m寬馬道，第二級坡率1∶0.75，坡高9.2 m，級間留設2.0 m寬馬道，第三級邊坡坡率1∶1，坡高隨地形變化，在框架節點處布設錨索對坡體進行加固，馬道平臺布設排水渠。

對加筋土回填造坡段邊坡，不考慮加筋土對土體強度的提高，加筋后坡體視為原土，按原土邊坡評價其穩定性，實施工程治理，偏于安全考慮，該段坡體中錨索深入原土中。

為使治理工程更加美觀，提升城區環境，在框架內采用挖坑植草的方式進行綠化。根據當地植被和氣候條件，草籽選用冷季型多年生禾本科或豆科草種混播，如苜蓿、冰草、灰條、狗牙根、小冠花等。

7 治理后穩定性結果

工程實施后坡體穩定性得到提高，根據驗算該段斜坡自重工程穩定系數為1.365，自重+降雨工況穩定系數為1.272，自重+地震工況穩定系數為1.183，滿足一級邊坡的設計要求。

8 結論

1)為提高治理工程的美觀性，采用加筋土技術對凹陷坡面進行回填造坡，提高坡面的平整性,為同類治理工程提供一種可行的方案。在地質災害治理工程中，出于工程美觀性考慮，可采用加筋土進行回填造坡，但應加強施工過程中的管理及施工質量，保證回填質量。本工程偏于安全考慮未考慮加筋材料對土體強度的提高，將加筋回填后的土體視為原狀土體，通過錨索框架工程使坡體滿足設計的要求。加筋土對土體強度的提高程度尚需進一步研究，通過試驗手段明確加筋材料對土體力學參數的提高程度，以提高后的土體參數進行設計，將極大節省治理工程投資。

2)在坡腳修建擋墻，坡面采用錨索、錨桿框架工程對坡體進行加固，提高坡體的穩定性，是一種較為成熟的治理方案，該方案施工簡便，適用性較強，被廣泛應用于工程實踐之中。

3)近年來，環境保護受到越來越多的重視，為提高治理工程與周邊環境的協調性，提升城區環境，對框架內坡面進行綠化，隨著框架內的草不斷生長，可以部分掩蓋混凝土框架工程，減少人類工程活動對自然環境的影響。本工程中采用挖坑植草的方式進行綠化，工程實施后綠化效果較好，與常用的植生袋綠化相比，綠化費用大大減小，在條件適宜的地區應加以推廣，以節省工程投資，但需要注意的是，適宜的坡度和充足的降水是影響綠化工程的重要因素，坡度過陡、降雨偏少都會導致綠化效果不佳。

4)治理工程的實施不僅消除了地質災害隱患，同時美化了城區環境，治理工程外觀質量較好，成為城區一道靚麗的風景。在工程美觀性和環境協調性受到越來越多重視的情況下，通過加筋土技術優化邊坡造型，提高坡體的整體美觀性也是加筋土技術應用的一個發展方向，值得廣大技術人員深入研究。