CN113846659A - 一种治理膨胀土边坡的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治理膨胀土边坡的方法及其应用，包括以下步骤：S1、边坡等别划分：根据地勘资料对待治理边坡进行稳定计算，并根据计算结果，确定设计自稳坡高H，自稳坡比1：m，以自稳坡高H为界，将边坡按坡高进行分等别划分，坡高≤H为一个等别，坡高＞H为一个等别，同一个边坡的不同等别坡体采用不等的治理方案；S2、清除滑坡体：不同等别的坡体按不同治理方案依次进行削坡、调坡、平整处理；S3、设置支挡结构：不同等别的坡体按不同治理方案进行支挡护坡；S4、设置截排水结构；S5、设置封闭结构。本发明所述方法对膨胀土边坡进行分等别处理，根据对应的等别确定治理方案，在满足边坡支护效果的同时节约成本。

Description

一种治理膨胀土边坡的方法及其应用

技术领域

本发明涉及生态治理技术领域，具体涉及一种治理膨胀土边坡的方法及其应用。

背景技术

膨胀土含有大量亲水性矿物蒙脱石，为一种高塑性粘土，具有吸水显著膨胀﹑软化,失水急剧收缩、开裂的特点，是一种遇水强度可大幅度衰减的特殊土，在我国的分布范围很广如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。

膨胀土边坡极易发生滑塌等灾害，甚至出现反复治理、反复失败的情况，严重地威胁到人民财产与生命安全。

现有膨胀土边坡治理技术主要原理为：a.阻止膨胀土与大气、降水直接接触，b.加快渗流排水，c.提高边坡强度，这三种途径的一种或多种结合。但现有治理方案中未考虑构建完整的治理体系，并划分治理等级，即根据边坡自身特性对技术措施适用性进行分类，对不同等别膨胀土边坡在体系中对应采取不同的措施组合，以避免治理中的不必要成本支出或措施超出适用范围、达到不到治理效果。

比如采用硬质护坡(石料、混凝土、砌块等)将整个坡面完全封闭，该类方法虽然能在一定程度上防止边坡滑坡及水土流失，但严重破坏了当地的生态环境，而且一旦某处出现封闭结构破坏点，水极易顺破坏点下渗，导致膨胀土吸水开裂、鼓胀，进而使得封闭硬质结构受土体膨胀力影响发生变形，甚至产生结构破坏，从而达不到防护效果；

比如采用客土喷播加排水管技术，对于膨胀土外坡采用客土置换封闭，并通过排水管将渗水尽快排出边坡，但是客土喷播技术容易受重力和雨水影响，喷上去的基材易被冲掉，喷播厚度达不到要求，造成基材浪费和水土流失，且膨胀土干缩湿胀特征明显，降雨条件对于基材生长极其不利，难以达到防护效果；

比如采用钢筋石笼挡墙技术，利用钢筋石笼的支挡提高边坡坡脚强度，但钢筋石笼多为透水结构，长时间吸水，膨胀土容易受压发生形变，且钢筋石笼多为独立结构，容易受压发生形变，造成挡墙的稳定性降低，另外挡墙基层常需浇筑混凝土垫层，不但造价成本较高，同时也会降低土壤与水体的相互渗透能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种治理膨胀土边坡的方法，该方法对膨胀土边坡进行分等别处理，并根据对应的等别确定适用的封闭结构、截排水结构、支挡结构，从而通过防水、排水、加强来进行膨胀土边坡的治理方案，在满足边坡支护效果的同时节约成本。

此外，本发明还提供上述方法的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种治理膨胀土边坡的方法，包括以下步骤：

S1、边坡等别划分：根据地勘资料对待治理的中高膨胀土边坡(坡高<6～10m)进行稳定计算，并根据计算结果，确定自然边坡的设计自稳坡高H，自稳坡比1：m，以自稳坡高H为界，将边坡按坡高进行分等别划分，坡高≤H为一个等别，坡高＞H为一个等别，同一个边坡的不同等别坡体采用不等的治理方案；

S3、设置支挡结构：不同等别的坡体按不同治理方案进行支挡护坡；

S4、设置截排水结构；

S5、设置封闭结构。

边坡的面积较大，不同位置可能存在不同的损坏，因此，不同的损坏位置对应的治理方案不同，利于提高整体治理效果。

本发明首次提出了分等别构建膨胀土边坡治理体系的技术构思，本发明对膨胀土边坡的治理从防水、排水、加强三个方面构建形成治理体系，并针对膨胀土滑坡体不同的特征，于防水、排水、加强三个治理元素中分等别选取不同强度的治理措施构建不同的治理方案，以在满足边坡稳定的条件下，提高治理经济性。

并且，本发明的治理方案中同时设计了封闭结构、截排水结构和支挡结构，所述封闭结构，起到防水作用；截排水结构用于边坡的截流、排水；支挡结构用于提高边坡强度，起到支撑作用且所述的支挡结构和封闭结构均可采用生态化结构，均可进行绿化种植及养护，即本发明对各类结构考虑到现场实际情况，进行了功能细化，从而衍生出多样化结构形式。

综上，本发明所述方法构建了完整的膨胀土治理体系：封闭结构、截排水结构、支挡结构，通过封闭结构阻断膨胀土边坡吸水土体强度降低；通过截排水加速膨胀土渗水排出，以尽快恢复吸水后膨胀土边坡的土体强度；通过支挡结构，维持或加强膨胀土边坡整体的强度。

同时，本方法对膨胀土边坡进行分等别处理，根据不同等别边坡及边坡的自身特征，确定不同强弱度的封闭结构、截排水结构、支挡结构，从而在满足边坡支护效果的同时节约成本。

进一步地，步骤S1中，当坡高≤H时，采用的治理方案为：坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟，滑坡后缘线(或开口线)以外设置封闭结构，坡面直接采用植被护坡；当坡高＞H时，坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟，滑坡后缘线(或开口线)以外设置封闭结构，采用一级或多级袋装土挡墙支挡结构及换填土支挡结构共同护坡。

所述滑坡后缘线对于道路、建筑边坡可以理解为边坡开挖的开口线，对于滑坡可以理解为滑坡后缘。所述滑坡后缘线也可为开口线。

具体如表1所示：

表1

进一步地，步骤S2中，当坡高≤H时，通过削坡将边坡的坡比调整为自稳坡比1：m；当坡高＞H时，通过削坡将边坡的坡比调整为袋装土挡墙墙背坡比1：m₁，或者多级袋装土挡墙墙背坡比1：m₁、1：m₁’等，且多级之间可设置1～2m宽的马道。

进一步地，步骤S3中，当坡高≤H时，待坡面平整后，在坡面种植植被护坡；当坡高＞H时，根据稳定计算结果，采用一级或多级袋装土挡墙支挡结构和换填土支挡结构共同护坡，所述换填土支挡结构设置在滑坡后缘线(或开口线)和袋装土挡墙支挡结构顶部之间。

进一步地，根据稳定计算结果，确定单级袋装土挡墙支挡结构的尺寸，尺寸包括高度H₁、墙背俯斜1:m₁和墙面坡比1:m₂，所述袋装土挡墙支挡结构的外侧(表层)采用生态袋，内侧采用土工膜袋，袋装土之间添加土工格栅连接，所述袋装土挡墙支挡结构内设置排水管，并可根据场地需求或作为降水排渗的安全储备设置排水盲沟，设置在最上层的排水管贯穿袋装土挡墙支挡结构和换填土支挡结构。

其中，表层的生态袋，袋内土体充填非膨胀粘性土土料，通常填充种植混合土，内附草籽，根据工程现场土质、气候、养护条件、景观需要等情况掺加保水剂、基肥等；并在挡土墙碎石排水盲沟的位置将一个生态袋中填充渗透性好的砂土作为排水通道。生态袋自带连接带，扎口形式为自锁式。

内侧的土工膜袋，袋内土体充填可采用膨胀性粘土开挖料，土工膜袋自带连接带，扎口形式为自锁式。

土工格栅，主强度方向(纵向)应垂直于坡脚线方向，要求无接缝，整幅不允许有断头搭接；格栅横向相邻两幅间的搭接绑扎应牢固，搭接宽度不低于15cm，不可以铁丝进行绑扎。土工格栅纵向端头进行反包，反包长度不小于2个土工膜袋纵向长度，并不小于60cm。

其中，换填土护坡结构形式如下：

袋装挡墙顶至滑坡后缘线(或开口线)范围内采用改性土换填，若采用非膨胀换填，则换填粘土料含水量宜接近最优含水量；若采用膨胀土改良换填，应对膨胀性土进行检测，确定可改良土的范围、改良剂、改良剂用量、被改良膨胀土初始含水率等。

换填土护坡压实度宜为0.94～0.98，当渗透系数达到10^-6～10^-7cm/s时，该结构还具备封闭功能，能有效防水下渗。

对于支挡结构形式，本发明充分考虑了填充袋体及填充材料的分区，将柔性挡墙细化成为表层的生态袋与内侧的土工膜袋及土工格栅，表层的生态袋解决了生态绿化的要求，内侧的土工膜袋及土工格栅解决了结构稳定性需求。同时，充分考虑表层的生态袋透水，需要用非膨胀土充填，内侧的土工膜袋不透水，可用膨胀土充填；更有效利用现场开挖料，尽可能实现场内土石平衡的节能环保目标，有利于工程造价降低。

对于挡墙填充袋体的连接方式选择自锁扎口，自带连接带，便于快速、大面积施工。

对于土工格栅加固土工膜袋的方式，仅需对端头进行反包，无需机械设备、纯人工即可完成，消除了以往土层、土工格栅层需要进行机械分层碾压加固，措施实施不再受机械设备的制约，更适合场地狭小，交叉施工的场地使用。

换填土可根据场地土膨胀性，选择添加改良剂改良换填或用非膨胀土换填，形式灵活，最大限度利用原开挖土料，做到节能、环保。

对于截排水结构形式细化为上截、下排、内排渗三类，上截指坡顶截水沟，下排指坡脚(或马道)排水沟，内排渗为排水管及排水盲沟，其中排水管为常态排水措施，排水盲沟为区域排水措施，可根据区域集水特点密集布置，或者作为降水排水储备措施，大间距设置。三个细化措施实现对边坡外部防水、内部及时排水、外部不集水的“三无水”全方位管控。

进一步地，袋装土挡墙顶部设宽度为1.0～2.0m马道。马道以上边坡若已满足自稳高度，可采用自稳坡比1：m调坡、平整，若不满足则根据稳定计算结果增加分级马道或者分级袋装土挡墙。

进一步地，步骤S4中，坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟。

具体地，边坡(紧贴滑坡后缘线处)设置截水沟，在坡脚道路内侧设置排水沟，对于滑坡边坡高度大于H时的排渗系统已随挡墙设置，其中最上层排水管应穿透换填结构及挡土墙，实现贯通排水；对于滑坡边坡高度小于H时的排渗系统根据现场实际情况，可按需增设。

进一步地，步骤S5中，步骤S5中，以滑坡后缘线(或开口线)为界，向外围推8～15m的范围采用生态混凝土封闭。

进一步地，还包括绿植养护：生态袋自带草种，待施工完毕后，只需盖草帘浇水养护。

上述方法的应用，用于膨胀土边坡的设计或滑坡治理，所述膨胀土边坡包括渠道边坡、道路边坡和建筑边坡。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述方法从防水、排水、支挡三方面构建了治理体系，并通过对膨胀土边坡进行分等别处理，针对边坡特点，根据对应的等别分别设置相应的防水、排水、支挡措施作为治理方案，即不同等别采用不同的方案措施组合，有利于因地制宜，避免过度设计，提高方案经济性。

2、本发明以膨胀土遇水弱化的特性为入手点，以防水、排水为根本，充分利用膨胀土自身强度，以辅助支护措施加强坡体自身强度为支撑，合理利用绿化、涵养场地水分为辅助手段，保证了膨胀土边坡的强度和稳定，满足了边坡的安全质量要求，同时又做到节能、环保、生态三合一，符合现代工程设计理念及趋势。

3、本发明以坡顶截水沟、坡脚排水沟、内部排水管(排水盲沟)为截排水结构，截水沟以上设置封闭措施，截水沟以下至排水沟以上根据边坡稳定性设置支护措施，对各类结构考虑到现场实际情况，进行了功能细化，从而衍生出多样化结构形式。

4、本发明考虑到膨胀土对水敏感性，为尽量减少地表降水对边坡稳定性的影响，除在上部设置封闭结构及坡顶截水沟外，还将最上层的内部排水管贯穿边坡支挡结构，使得渗水及时从上层排出坡体，最大限度地减少地表降水在边坡体内的下渗，以便缩小降水对膨胀土坡体的影响范围。

5、本发明对于封闭结构(生态混凝土)、支护结构外表层(含草种、混合土的生态袋)均可进行植被种植，能实现同步绿化施工，对于景观适应性较强。

6、本发明对于内侧的袋装土支挡结构采用不透水的土工膜袋，有效降低了降水对填充土料的影响，从而最大限度地利用原膨胀土坡体的开挖土料，既有利于场内的挖填土方平衡，做到节能、环保，又有利于降低工程投资。

7、本发明采用袋装土实施，大大减少以往硬质边坡对基础的要求，简化施工工艺流程、缩短实施时期，便于大规模施工连续填筑，达到技术合理、费用经济的目的，具有广阔的推广应用价值。

8、本发明适用性强，既可适用于渠道边坡，也可以适用于道路边坡；既适用于边坡设计，也适用于滑坡治理。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为高度≤自稳高度H的边坡支护形式示意图；

图2为高度＞自稳高度H的边坡支护形式示意图；

图3为袋装土挡墙支挡结构示意图；

图4为截排水结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图4所示，一种治理膨胀土边坡的方法，包括以下步骤：

第一步，根据地勘资料对水蚀滑坡段进行稳定计算，并根据计算结果，对水蚀滑坡段按坡高3m为界划分，进行分等别治理：对于滑坡边坡高度小于3m时，通过削坡将边坡的坡比调整为1:3.0，坡面平整后，采用植草护坡、生态混凝土封闭，封闭范围至滑坡后缘线外10m，设置截、排水沟；对于滑坡边坡高度大于3m时，通过削坡将边的坡坡比调整为1:1.0，采用袋装土挡墙+改性土换填护坡+滑坡后缘线以外10m生态混凝土封闭，设置截、排水沟及排渗措施。

第二步，清除滑坡体，按坡高分等别进行削坡、调坡、平整：对于滑坡边坡高度小于3m时，通过削坡将边坡的坡比调整为1:3；对于滑坡边坡高度大于3m时，通过削坡将边坡的坡比调整为1:1.0。

第三步：设置支挡结构，按坡高分等别采取不同支挡形式：对于滑坡边坡高度小于3m时，坡面平整后，采用植草、小灌木护坡；对于滑坡边坡高度大于3m时，采用袋装土挡墙+换填土护坡。

1)对于滑坡边坡高度大于3m时，袋装土挡墙结构形式：

挡墙为柔性挡墙，由土工袋装土构建而成，其表层(最外一层袋)采用生态袋，内侧采用土工膜袋，袋装土之间添加土工格栅链接；

挡墙高3m，墙背俯斜1:1，墙面坡比1:1.75，墙趾紧临坡脚排水沟，墙趾台阶高0.75m，墙底设1:10的反坡挡墙；

挡墙内排渗体系为排水管及排水盲沟，埋设

50mmPVC排水管，纵、横向间距为2.5m，排水管深入土体0.5m，管后双层土工布包管反滤,并堆直径为≤3cm的砂卵石作为反滤层；挡墙内每间隔100m设置一条20cm×20cm碎石排水盲沟。

其中：

表层生态袋，袋体材料宜采用聚酯纤维高分子复合材料(长纤、无毒、加筋)，袋内土体充填非膨胀粘性土土料，通常填充种植混合土，内附草籽，根据工程现场土质、气候、养护条件、景观需要等情况掺加保水剂、基肥等；并在挡土墙碎石排水盲沟的位置将一个生态袋中填充渗透性好的砂土作为排水通道。生态袋自带连接带，扎口形式为自锁式。

内侧土工膜袋，袋体材料宜采用聚乙烯复合土工膜袋(无毒、加筋)，充填可采用膨胀性粘土开挖料，土工膜袋自带连接带，扎口形式为自锁式。

土工格栅，主强度方向(纵向)应垂直于坡脚施工对象轴线方向，要求无接缝，整幅不允许有断头搭接；格栅横向相邻两幅间的搭接绑扎应牢固，搭接宽度不低于15cm，不可以铁丝进行绑扎。土工格栅纵向端头进行反包，反包长度不小于2个土工膜袋纵向长度，并不小于60cm。

2)对于滑坡边坡高度大于3m时，换填土护坡结构形式：

袋装挡墙顶至滑坡后缘线范围内采用下部厚1.0m，顶部厚1.5m的改性土换填，换填后挡墙顶设1.0m马道，马道以上边坡采用1:3坡比调坡、平整。采用膨胀土改良换填，应对膨胀性土进行检测，当试验样品的自由膨胀率大于30％的试验组数大于试验总数l/3时，则该料源土体具弱膨胀性，可用于换填应改性使用；当试验样品的自由膨胀率大于65％的试验组数大于试验总数的1/3时，则该料源土体具中膨胀性，不作边坡处理料源使用。用于改性的弱膨胀土含水量宜低于最优含水量，可将水泥作为改性材料，水泥掺量应根据改性试验确定，水泥掺量可为5％～8％。改性土换填压实度为0.94，检测渗透系数能达到10^-6cm/s，能有效防水下渗，故结构还具备封闭功能。

第四步：设置截排水结构：在边坡(紧贴滑坡后缘线处)设置截水沟，在坡脚道路内侧设置排水沟，对于滑坡边坡高度大于3m时的排渗系统已随挡墙设置。

第五步：设置封闭结构：截水沟(滑坡后缘线)以上，以滑坡后缘线为界，向外围推10m的范围为封闭范围，对于封闭范围进行削坡并回填平整，坡度不陡于1:3，采用10cm厚的生态混凝土封闭。

第六步：绿植养护。生态袋自带草种，施工完毕后，只需盖草帘浇水养护。在养护期必须对坡面进行浇水养护，并禁止对坡面进行人为踩踏。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、边坡等别划分：根据地质勘察资料对需治理的膨胀土边坡进行稳定计算，并根据计算结果，确定自然边坡的设计自稳坡高H，自稳坡比1：m，以自稳坡高H为界，将边坡按坡高进行分等别划分，坡高≤H为一个等别，坡高＞H为一个等别，同一个边坡的不同等别坡体采用不等的治理方案；

S2、清除滑坡体：不同等别的坡体按不同治理方案依次进行削坡、调坡、平整处理；

S3、设置支挡结构：不同等别的坡体按不同治理方案进行支挡护坡；

S4、设置截排水结构；

S5、设置封闭结构。

2.根据权利要求1所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，步骤S1中，当坡高≤H时，采用的治理方案为：坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟，滑坡后缘线以外设置封闭结构，坡面直接采用植被护坡；当坡高＞H时，坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟，滑坡后缘线以外设置封闭结构，采用袋装土挡墙支挡结构和换填土支挡结构共同护坡。

3.根据权利要求2所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，步骤S2中，当坡高≤H时，通过削坡将边坡的坡比调整为自稳坡比1：m；当坡高＞H时，通过削坡将边坡的坡比调整为袋装土挡墙墙背坡比1：m₁。

4.根据权利要求1所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，步骤S3中，当坡高≤H时，待坡面平整后，在坡面种植植被护坡；当坡高＞H时，根据稳定计算结果，采用袋装土挡墙支挡结构和换填土支挡结构共同护坡，所述换填土支挡结构设置在滑坡后缘线和袋装土挡墙支挡结构顶部之间。

5.根据权利要求2或4所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，根据稳定计算结果，确定袋装土挡墙支挡结构的尺寸，尺寸包括高度H₁、墙背俯斜1:m₁和墙面坡比1:m₂，所述袋装土挡墙支挡结构的外侧采用生态袋，内侧采用土工膜袋，袋装土之间添加土工格栅连接，所述袋装土挡墙支挡结构内设置排水管，设置在最上层的排水管贯穿袋装土挡墙支挡结构和换填土支挡结构。

6.根据权利要求5所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，所述生态袋内填充非膨胀粘性土土料，所述土工膜袋内填充坡体的开挖料。

7.根据权利要求2或4所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，所述换填土支挡结构的换填土的护坡压实度为0.94～0.98。

8.根据权利要求1所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，步骤S4中，坡脚设置排水沟，坡顶设置截水沟。

9.根据权利要求1所述的一种治理膨胀土边坡的方法，其特征在于，步骤S5中，以滑坡后缘线为界，向外围推一定范围采用生态混凝土封闭。

10.如权利要求1-9任一项所述方法的应用，其特征在于，用于膨胀土边坡的设计或滑坡治理，所述膨胀土边坡包括渠道边坡、道路边坡和建筑边坡。

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