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摘要：膨胀土路堑滑坡是公路建设中严重且难以处治的工程病害,北京西六环K9+600～K10+800深路堑段穿越典型膨胀土分布区，是北京高速公路建设首次遭遇膨胀性岩土问题，引起了广泛的关注。本文通过分析该膨胀土路堑边坡的工程特点以及滑坡规律，提出了柔性支护综合处治措施，较好地解决了西六环膨胀土问题。
关键词：膨胀土；北京西六环；柔性支护
北京西六环良乡至寨口段全长38.2km, 是北京连接规划新城的重要通道，对加快郊区公路建设，缓解城区道路交通拥堵、加快西部货运通道具有重要作用。
西六环K9+600～K10+800深路堑段位于坨里-长辛店断陷盆地西南部，该段穿越中生界白垩系上白垩统含蒙/伊膨胀性粘土矿物的沉积岩，具有遇水膨胀、软化、崩解和失水收缩、干裂的特征，同时具有强度低，孔隙度大，胶结程度差，流变性、易扰动性、受构造面切割及风化影响显著的特点，为膨胀泥岩。这是北京高速公路建设首次遭遇膨胀性岩土问题，工程从路堑开挖施工以来,边坡都出现了不同程度的滑塌,如何根据膨胀土的工程特性, 采用经济有效的防护措施成为西六环公路建设中急需解决的一个问题。
一、西六环膨胀岩土边坡失稳原因分析
经调查发现西六环膨胀土深路堑段新开挖的膨胀岩土一旦暴露于大气中, 风化速度很快, 大约24小时内, 开挖后的坡面就会产生大量的网状裂隙, 随时间推移向深处发育。由于开挖必引起土岩体结构松弛和应力状态的改变, 而应力的重分布又导致了软弱结构面邻空面产生应力集中, 使得沿软弱结构面的剪应力增大, 在降雨过后，随着地下水或雨水渗透的作用, 一般首先沿结构面发生滑动。滑坡后缘在开挖卸荷或滑坡卸荷的作用下在坡顶的一定范围内出现松弛区, 松弛区往往受土体中的垂直裂隙控制, 由于开挖卸载和膨胀土的胀缩效应, 因此, 在边坡上部靠近坡顶位置容易形成为陡直的后缘。从现场情况看, 大多数膨胀土边坡在开挖后失稳都是遵循这一过程。 膨胀土边坡的稳定与膨胀土的“三性”、结构面特性以及水的作用密切相，三性中裂隙性是关键控制因素， 胀缩性是根本内在因素，开挖、雨水人渗、错误的施工等都是诱发因素, 但往往也可起主导作用。
二、柔性支护方案的提出及设计原理
膨胀土路堑边坡的处理是一个与工程地质密切相关的综合性技术问题。在防护方案的选择上需充分了解膨胀土的工程特性、工程地质条件、大气影响深度及土体的结构性能, 才能得出理想的防护方案。
目前工程中对膨胀土边坡滑坍处治采用的措施很多，大体可分为柔性支护和刚性支护两大类。刚性支护以圬工结构为主，并辅以其他必要综合处理措施，它是目前最常用的处治方法。其工作原理是以圬工体自重来抵抗（平衡）失去整体平衡的边坡体及其在开挖过程中产生的超固结性应力释放。刚性支护不允许被支护体产生变形，而在干湿循环、水的作用下边坡膨胀土体必然干缩湿胀，当膨胀变形较大而得不到释放时，会产生很大的膨胀压力致使刚性支护破坏。柔性支护主要指以土工织物加筋边坡土体为主，辅以其它必要综合处理措施的处理方案。其特点是不但能承受土压而且允许土体产生一定变形，可吸收边坡土体因超固结引起的应力释放和含水量变化产生的膨胀力。柔性支护能有效的保湿防渗，且允许边坡少量湿涨变形以大大削减坡面土体的膨胀力，土体产生一定的变形，可释放边坡土体大部分应力和膨胀力．加之柔性挡墙具有足够的自重，能抵抗土压力。故以“保湿防渗”、“柔性支护”、“刚柔相继”作为主要技术思路的柔性支护处治措施处治北京西六环膨胀土路堑边坡是切实可行的。
三、柔性支护设计方案介绍
针对北京西六环膨胀土堑坡破坏特点，考虑该地区大气风化作用深度、土性、水文地质特点及施工可行性，提出土工格栅加筋柔性支护设计方案（见图1）。说明如下：
（1）根据西六环膨胀土路堑东、西坡不同的工程地质特点，本着因地制宜的原则，东坡加筋体宽为3.5m，西坡加筋体宽度依照坡高设计为：坡高10m加筋体宽为3.5m，坡高10m以上加筋体宽为5.0m，满足机械施工要求和阻隔大气对边坡土体的影响，发挥支挡、封闭作用。
（2）为减小土压力并保证加筋体稳定及对坡体的反压作用，加筋边坡采用1：1.5的坡比。
（3）参照有关经验并初步计算，选用设计抗拉强度为70kN/m的土工格栅为加筋材料，每两层填土（压实厚度50cm）上铺一层格栅，格栅加筋的有效长度为3.5m，每隔1.2m用销钉将格栅张紧并固定于填料上，反包下层预留格栅并与上层格栅用连接棒相接，使加筋体从下到上形成整体，共同抵抗各种作用。
图1柔性挡墙处治边坡
（4）加筋体直接采用开挖膨胀土填筑。
（5）加筋体与开挖坡面间设80cm（西坡）和50cm（东坡）碎石排水层，用于疏干坡内裂隙水，西坡底部设纵向渗沟，以降低坡后及路床地下水，实现排水分流。
（6）针对北京植被生长周期较长的特点，采用坡面网格花室植草绿化防止雨水冲刷。四、柔性支护施工要点
采用常规筑路机械，施工简便且无特殊技术要求。基本步骤为：按设计先将边坡超挖形成工作面；由坡脚由下而上分层在开挖坡面前填筑碎石排水层，然后加铺土工格栅，在其上回填土并壓实；将预留的土工格栅反包，并与上层格栅用连接棒连接形成坡面。此时加筋体后碎石排水层自下而上贯通，可将坡体内裂隙水排出。具体筑做要点：
（1） 施工必须在旱季, 边坡超挖完成后马上筑柔性支挡结构, 工序间要衔接紧凑, 整个施工需一气呵成。
（2）基底的处理。将基础部分松土清除，按设计开挖渗沟，埋设盲管并用碎石将沟覆盖。然后碾压基底（照片1）。若局部湿软可先掺灰处理，再用土工格栅包碎石土回填。
（3）格栅的铺设和连接。将预先裁断的格栅按垂直于路中线方向铺设（照片2）。两幅格栅应紧密连接（照片3），并用销钉固定。上下层格栅用连接棒搭结，其搭结长不小于30cm。必须张紧格栅，夹紧连接棒，以保证加筋土体的整体性和有效性。
照片1边坡超挖照片2 反包连接土工格栅 照片3 填土压实照片4坡面防护
（4）填土压实。按虚铺厚度摊铺填土，采用碾压遍数控制压实度，保证达到85％以上，禁止对墙后的排水层进行碾压（照片4）。
（5）切实修好柔性加筋体背部渗水层和墙底渗沟，保证墙背渗水层和路床地下水的排水分流，并有足够容量将水流顺利排出。
（6）加筋体顶部处理。顶部铺“两布一膜”至截水沟处并在其上回填50cm厚好土捶面以防止雨水下渗。
（7）坡面防护。为防止坡面冲刷，铺设六棱花室种植地锦。
结语
土工格栅柔性支护是一套集技术可靠、经济合理、环保及施工简便为一体的膨胀土路堑边坡综合处治技术，其中直接采用膨胀土作为加筋体填料是它的显著特点，由于这是北京高速公路建设首次遭遇膨胀性岩土问题，采用该技术处治北京膨胀土还需继续研究完善。该新技术对处治北京西六环膨胀土路堑边坡产生了很好的效果，对北方其它膨胀土地区的工程建设同样会有很好的应用前景。
[1] 廖世文.膨胀土与铁道工程.北京：中国铁道出版社，1984
[2] 郑健龙，杨和平.中国公路膨胀土工程问题、研究现状及展望.第二届全国膨胀土学术研讨会论文集《膨胀土处治理论、技术与实践》.北京：人民交通出版社，2004：3-23
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：膨胀土；北京西六环；柔性支护
北京西六环良乡至寨口段全长38.2km, 是北京连接规划新城的重要通道，对加快郊区公路建设，缓解城区道路交通拥堵、加快西部货运通道具有重要作用。
西六环K9+600～K10+800深路堑段位于坨里-长辛店断陷盆地西南部，该段穿越中生界白垩系上白垩统含蒙/伊膨胀性粘土矿物的沉积岩，具有遇水膨胀、软化、崩解和失水收缩、干裂的特征，同时具有强度低，孔隙度大，胶结程度差，流变性、易扰动性、受构造面切割及风化影响显著的特点，为膨胀泥岩。这是北京高速公路建设首次遭遇膨胀性岩土问题，工程从路堑开挖施工以来,边坡都出现了不同程度的滑塌,如何根据膨胀土的工程特性, 采用经济有效的防护措施成为西六环公路建设中急需解决的一个问题。
一、西六环膨胀岩土边坡失稳原因分析
经调查发现西六环膨胀土深路堑段新开挖的膨胀岩土一旦暴露于大气中, 风化速度很快, 大约24小时内, 开挖后的坡面就会产生大量的网状裂隙, 随时间推移向深处发育。由于开挖必引起土岩体结构松弛和应力状态的改变, 而应力的重分布又导致了软弱结构面邻空面产生应力集中, 使得沿软弱结构面的剪应力增大, 在降雨过后，随着地下水或雨水渗透的作用, 一般首先沿结构面发生滑动。滑坡后缘在开挖卸荷或滑坡卸荷的作用下在坡顶的一定范围内出现松弛区, 松弛区往往受土体中的垂直裂隙控制, 由于开挖卸载和膨胀土的胀缩效应, 因此, 在边坡上部靠近坡顶位置容易形成为陡直的后缘。从现场情况看, 大多数膨胀土边坡在开挖后失稳都是遵循这一过程。 膨胀土边坡的稳定与膨胀土的“三性”、结构面特性以及水的作用密切相，三性中裂隙性是关键控制因素， 胀缩性是根本内在因素，开挖、雨水人渗、错误的施工等都是诱发因素, 但往往也可起主导作用。
二、柔性支护方案的提出及设计原理
膨胀土路堑边坡的处理是一个与工程地质密切相关的综合性技术问题。在防护方案的选择上需充分了解膨胀土的工程特性、工程地质条件、大气影响深度及土体的结构性能, 才能得出理想的防护方案。
目前工程中对膨胀土边坡滑坍处治采用的措施很多，大体可分为柔性支护和刚性支护两大类。刚性支护以圬工结构为主，并辅以其他必要综合处理措施，它是目前最常用的处治方法。其工作原理是以圬工体自重来抵抗（平衡）失去整体平衡的边坡体及其在开挖过程中产生的超固结性应力释放。刚性支护不允许被支护体产生变形，而在干湿循环、水的作用下边坡膨胀土体必然干缩湿胀，当膨胀变形较大而得不到释放时，会产生很大的膨胀压力致使刚性支护破坏。柔性支护主要指以土工织物加筋边坡土体为主，辅以其它必要综合处理措施的处理方案。其特点是不但能承受土压而且允许土体产生一定变形，可吸收边坡土体因超固结引起的应力释放和含水量变化产生的膨胀力。柔性支护能有效的保湿防渗，且允许边坡少量湿涨变形以大大削减坡面土体的膨胀力，土体产生一定的变形，可释放边坡土体大部分应力和膨胀力．加之柔性挡墙具有足够的自重，能抵抗土压力。故以“保湿防渗”、“柔性支护”、“刚柔相继”作为主要技术思路的柔性支护处治措施处治北京西六环膨胀土路堑边坡是切实可行的。
三、柔性支护设计方案介绍
针对北京西六环膨胀土堑坡破坏特点，考虑该地区大气风化作用深度、土性、水文地质特点及施工可行性，提出土工格栅加筋柔性支护设计方案（见图1）。说明如下：
（1）根据西六环膨胀土路堑东、西坡不同的工程地质特点，本着因地制宜的原则，东坡加筋体宽为3.5m，西坡加筋体宽度依照坡高设计为：坡高10m加筋体宽为3.5m，坡高10m以上加筋体宽为5.0m，满足机械施工要求和阻隔大气对边坡土体的影响，发挥支挡、封闭作用。
（2）为减小土压力并保证加筋体稳定及对坡体的反压作用，加筋边坡采用1：1.5的坡比。
（3）参照有关经验并初步计算，选用设计抗拉强度为70kN/m的土工格栅为加筋材料，每两层填土（压实厚度50cm）上铺一层格栅，格栅加筋的有效长度为3.5m，每隔1.2m用销钉将格栅张紧并固定于填料上，反包下层预留格栅并与上层格栅用连接棒相接，使加筋体从下到上形成整体，共同抵抗各种作用。
图1柔性挡墙处治边坡
（4）加筋体直接采用开挖膨胀土填筑。
（5）加筋体与开挖坡面间设80cm（西坡）和50cm（东坡）碎石排水层，用于疏干坡内裂隙水，西坡底部设纵向渗沟，以降低坡后及路床地下水，实现排水分流。
（6）针对北京植被生长周期较长的特点，采用坡面网格花室植草绿化防止雨水冲刷。四、柔性支护施工要点
采用常规筑路机械，施工简便且无特殊技术要求。基本步骤为：按设计先将边坡超挖形成工作面；由坡脚由下而上分层在开挖坡面前填筑碎石排水层，然后加铺土工格栅，在其上回填土并壓实；将预留的土工格栅反包，并与上层格栅用连接棒连接形成坡面。此时加筋体后碎石排水层自下而上贯通，可将坡体内裂隙水排出。具体筑做要点：
（1） 施工必须在旱季, 边坡超挖完成后马上筑柔性支挡结构, 工序间要衔接紧凑, 整个施工需一气呵成。
（2）基底的处理。将基础部分松土清除，按设计开挖渗沟，埋设盲管并用碎石将沟覆盖。然后碾压基底（照片1）。若局部湿软可先掺灰处理，再用土工格栅包碎石土回填。
（3）格栅的铺设和连接。将预先裁断的格栅按垂直于路中线方向铺设（照片2）。两幅格栅应紧密连接（照片3），并用销钉固定。上下层格栅用连接棒搭结，其搭结长不小于30cm。必须张紧格栅，夹紧连接棒，以保证加筋土体的整体性和有效性。
照片1边坡超挖照片2 反包连接土工格栅 照片3 填土压实照片4坡面防护
（4）填土压实。按虚铺厚度摊铺填土，采用碾压遍数控制压实度，保证达到85％以上，禁止对墙后的排水层进行碾压（照片4）。
（5）切实修好柔性加筋体背部渗水层和墙底渗沟，保证墙背渗水层和路床地下水的排水分流，并有足够容量将水流顺利排出。
（6）加筋体顶部处理。顶部铺“两布一膜”至截水沟处并在其上回填50cm厚好土捶面以防止雨水下渗。
（7）坡面防护。为防止坡面冲刷，铺设六棱花室种植地锦。
结语
土工格栅柔性支护是一套集技术可靠、经济合理、环保及施工简便为一体的膨胀土路堑边坡综合处治技术，其中直接采用膨胀土作为加筋体填料是它的显著特点，由于这是北京高速公路建设首次遭遇膨胀性岩土问题，采用该技术处治北京膨胀土还需继续研究完善。该新技术对处治北京西六环膨胀土路堑边坡产生了很好的效果，对北方其它膨胀土地区的工程建设同样会有很好的应用前景。
[1] 廖世文.膨胀土与铁道工程.北京：中国铁道出版社，1984
[2] 郑健龙，杨和平.中国公路膨胀土工程问题、研究现状及展望.第二届全国膨胀土学术研讨会论文集《膨胀土处治理论、技术与实践》.北京：人民交通出版社，2004：3-23
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。