一种提高膨胀土边坡稳定性和控制膨胀土结构破坏的方法

摘要

本发明公开了一种提高膨胀土边坡稳定性和控制膨胀土结构破坏的方法，通过本发明得到的膨胀土边坡形式，阻止了膨胀土与大气直接的接触，有效防止膨胀土风化；在膨胀土表层覆盖防水土工膜并设排水设施，可有效减小膨胀土中含水率变化范围，降低膨胀土胀缩变形量；上覆荷载作用进一步限制膨胀土的胀缩变形和裂隙的产生与发展，防止膨胀土结构破坏和结构强度降低；各级挡墙采用柔性支护结构，可避免膨胀土与结构间的不协调变形使结构发生破坏，使护坡结构具有较强适应变形能力和抗倾覆能力；发明的结构施工简单、方便，效果好。

说明书

技术领域

本发明提供了膨胀土边坡治理方法，属于岩土工程领域，具体涉及一种提高膨胀土 边坡稳定性和控制膨胀土结构破坏的方法防止膨胀土膨胀造成边坡裂隙的方法。

背景技术

由于膨胀土所具有的吸水膨胀、失水收缩的特性，使其土体极容易形成裂隙，而裂 隙的形成与发展又是边坡失稳的主要影响因素。我国膨胀土分布较广，且我国正处于高 速发展建设期，难免工程项目就选在膨胀土分布区。膨胀土边坡经常会发生崩塌、滑 坡等灾害，一旦发生，其对当地人民、建筑物、工程的影响是巨大的。所以对膨胀土边 坡进行处理以防止其发生失稳等破坏是极有必要的。目前工程上对膨胀土边坡的处理一 般是打锚钉，砌混凝土加固和加强排水等。以上技术措施治理膨胀土边坡虽有一定效果， 但长时间后仍然会出现裂隙等影响膨胀土边坡稳定的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高膨胀土边坡稳定 性和控制膨胀土结构破坏的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种提高膨胀土边坡稳定性和控制 膨胀土结构破坏的方法，其步骤依次为：

（1）将待处理的膨胀土边坡开挖至设计图纸标明的高程；

（2）对膨胀土边坡表面采用土工膜包盖，土工膜根据需要分为若干台阶铺设，当 边坡高差较大时，应分级放坡；

（3）在开挖出的膨胀土边坡表面铺设挡墙；除驳岸挡墙外，其余各级挡墙均采用 柔性支护结构，对各级挡墙内侧坡脚处进行超挖，各级挡墙内侧横向开挖长度d不小于 非膨胀土或者改良膨胀土的覆盖厚度h；

（4）在土工膜上覆盖厚度h的非膨胀土或改良膨胀土，通过膨胀土胀缩表征参数 的测量装置测量膨胀土的发生胀缩变形而引起结构破坏的临界荷载，所覆盖土的荷载须 大于临界荷载，使土工膜下的膨胀土结构能长期保持稳定，达到强度不显著降低的目的；

（5）再在各级柔性挡墙后和土工膜上铺设一层透水砂砾料，并用非膨胀土或改良 土回填覆盖边坡，回填土和柔性结构面层通过分层铺设有土工格栅连接成一个整体加筋 土边坡或加筋土挡土结构形式。

本发明通过在膨胀土边坡铺设土工膜且覆盖一定厚度的非膨胀土或改良膨胀土，阻 止了膨胀土与外面空气的接触，且在膨胀土表层覆盖防水土工膜并设排水设施，可有效 降低膨胀土中含水率变化幅度和胀缩变形量以及防止裂隙的产生与发展；各级挡墙采用 柔性支护结构，可避免膨胀土与结构间的不协调变形使挡土结构发生破坏，具有较强适 应能力和抗倾覆能力，且可达到生态美观的效果。施工简单、方便，效果好。

作为优选，所述步骤（1）中对膨胀土边坡开挖时，对于综合坡比较大，易滑动的 膨胀土边坡采用阶梯形开挖；若坡面较缓，防水土工膜不会滑动，膨胀土表面也可采用 斜坡形式。

作为优选，所述步骤（2）中土工膜为防水性土工膜。

作为优选，所述步骤（3）中对墙内侧水平向开挖长度d应能保证坡非膨胀土或改 良土的水平向抗剪强度大于坡内膨胀土的侧向土压力。

作为优选，所述步骤（4）中非膨胀土或改良膨胀土厚度的确定需通过膨胀土胀缩 表征参数的测量装置试验测量得到膨胀土保持结构稳定的临界上覆荷载得到，测量装置 通过对膨胀土试样施加设定达法向应力，待试样变形稳定后测量其变形量；对膨胀土试 样进行渗水饱和膨胀，待试样膨胀稳定后测定其膨胀变形量；在保持法向压力不变的情 况下再对前述渗水膨胀后的试样进行电加热，使其失水收缩，当试样达到预定含水率后 测量其收缩变形量；具体步骤如下：

（1）膨胀变形：将制好的原状样装入膨胀土胀缩表征参数的测量装置中，待准 备工作一切就绪后，调节气压调压筒，施加竖向荷载，待土样压缩稳定，开始向水槽内 注入纯水，记录数据至膨胀稳定；

（2）收缩变形：对膨胀稳定的试样，保持法向应力不变，打开温度测控仪，对 其进行电加热，使试样失水至饱和度达到50%到70%，记录数据计算收缩变形；

（3）临界荷载的确定：根据试样在不同竖向荷载作用下，干湿循环过程中的胀 缩变形试验，可以得到试样的膨胀率、收缩率与荷载的变化关系曲线.试验结果表明在干 湿循环过程中，收缩率和膨胀率都不超过3%时，土体结构不会发生明显破坏，土体长 期强度较高，由收缩率和膨胀率都不超过3%即可确定土体上覆临界荷载P_cr，如图2和 图3所示的土体临界荷载P_cr为60kPa.

（4）非膨胀土或改良膨胀土厚度的确定：根据所求上覆临界荷载P_cr，算出换填土 的厚度h≥Pcr/γ，其中γ为覆盖土的重度,覆盖土的重度可根据相关设备测定，一般覆 盖土的重度可取值20kN/m³。

作为优选，所述步骤（2）中，在土工膜覆盖层上侧设有排水设施，防止水渗入膨 胀土内。

作为优选，在填土坡面种植草皮或者植被，形成生态护坡，即美观又可防止冲刷滑 坡。

有益效果：本发明通过在膨胀土边坡铺设土工膜且覆盖一定厚度的非膨胀土或改良 膨胀土，阻止了膨胀土与大气直接的接触，有效防止膨胀土风化；在膨胀土表层覆盖防 水土工膜并设排水设施，可有效减小膨胀土中含水率变化范围，降低膨胀土胀缩变形量； 上覆荷载作用进一步限制膨胀土的胀缩变形和裂隙的产生与发展，防止膨胀土结构破坏 和结构强度降低；各级挡墙采用柔性支护结构，可避免膨胀土与结构间的不协调变形使 结构发生破坏，使护坡结构具有较强适应变形能力和抗倾覆能力；发明的结构施工简单、 方便，效果好。

附图说明

图1是本发明得到的稳定膨胀土边坡的结构示意图。

图2有荷条件下膨胀土的膨胀变形与干湿循环次数的关系。

图3有荷条件下膨胀土的收缩变形与干湿循环次数的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种对膨胀土边坡稳定控制的方法，其步骤依次为：

（1）将待处理的膨胀土边坡开挖至设计高程，对于坡比、上覆荷载较大或坡面较 不稳定，易滑动的膨胀土边坡采用阶梯形开挖；若坡面较稳定，可直接沿平行于原坡面 方向向下开挖；

（2）对膨胀土边坡表面采用土工膜包盖，土工膜根据需要分为若干台阶铺设，当 边坡高差较大时，应分级放坡；

（3）在开挖出的膨胀土边坡表面铺设挡墙；除驳岸挡墙外，其余各级挡墙均采用 柔性支护结构，对各级挡墙内侧坡脚处进行超挖，各级挡墙内侧横向开挖长度d不小于 非膨胀土或者改良膨胀土的覆盖厚度h；墙内侧水平向开挖长度d应能保证坡非膨胀土 或改良土的水平向抗剪强度大于坡内膨胀土的侧向土压力；

（4）在土工膜上覆盖一定厚度的非膨胀土或改良膨胀土，通过膨胀土胀缩表征参 数的测量装置测量膨胀土的发生胀缩变形而引起结构破坏的临界荷载，所覆盖土的荷载 须大于临界荷载，使土工膜下的膨胀土结构能长期保持稳定，达到强度不显著降低的目 的；非膨胀土或改良膨胀土厚度的确定需通过膨胀土胀缩表征参数的测量装置试验测量 得到膨胀土保持结构稳定的临界上覆荷载得到，测量装置通过对膨胀土试样施加设定达 法向应力，待试样变形稳定后测量其变形量；对膨胀土试样进行渗水饱和膨胀，待试样 膨胀稳定后测定其膨胀变形量；在保持法向压力不变的情况下再对前述渗水膨胀后的试 样进行电加热，使其失水收缩，当试样达到预定含水率后测量其收缩变形量；具体步骤 如下：

①膨胀变形：将制好的原状样装入膨胀土胀缩表征参数的测量装置中，待准备工 作一切就绪后，调节气压调压筒，施加竖向荷载，荷载梯度依次为0、30kPa、60kPa， 0kPa下的膨胀率试验即为无荷膨胀率试验，试验仪器采用膨胀仪，待土样压缩稳定，开 始向水槽内注入纯水，记录数据至膨胀稳定，如图1所示；

②收缩变形：膨胀稳定的试样，保持荷载不变，采用电加热的方法使试样失水收 缩，再称量试样质量，计算试样含水率，至试样饱和度达到50%到70%时的变形计算收 缩变形量，记录数据，如图2所示；

③临界荷载的确定：根据试样在不同竖向荷载作用下，干湿循环过程中的胀缩变 形试验，可以得到试样的膨胀率、收缩率与荷载的变化关系曲线.试验结果表明在干湿循 环过程中，收缩率和膨胀率都不超过3%时，土体结构不会发生明显破坏，土体长期强 度较高，由收缩率和膨胀率都不超过3%即可确定土体上覆临界荷载P_cr，如图2和图3 所示的土体临界荷载P_cr为60kPa；

④非膨胀土或改良膨胀土厚度的确定：根据所求上覆临界荷载，算出换填土的厚 度h≥Pcr/γ，其中γ为覆盖土的重度,覆盖土的重度可根据相关设备测定，一般覆盖土 的重度可取值20kN/m³；

（5）再在各级柔性挡墙后和土工膜上铺设一层透水砂砾料，并用非膨胀土或改良 土回填覆盖边坡，回填土和柔性结构面层通过分层铺设有土工格栅连接成一个整体加筋 土边坡或加筋土挡土结构形式，在填土坡面种植草皮或者植被，形成绿色护坡。

如图1所示，就是本发明得到的膨胀土边坡结构示意图，其中，1、柔性支护结构； 2、土工格栅；3、透水砂砾料；4、不透水土工膜；通过在膨胀土边坡铺设土工膜且覆 盖一定厚度的非膨胀土或改良膨胀土，阻止了膨胀土与大气直接的接触，有效防止膨胀 土风化，在上覆压力作用下，减小膨胀土胀缩变形量，保护其不发生明显结构破坏；在 膨胀土表层覆盖防水土工膜并设排水设施，可有效减小膨胀土中含水率变化范围，降低 膨胀土胀缩变形量；上覆荷载作用进一步限制膨胀土的胀缩变形和裂隙的产生与发展， 防止膨胀土结构破坏和结构强度降低；各级挡墙采用柔性支护结构，可避免膨胀土与结 构间的不协调变形使结构发生破坏，使护坡结构具有较强适应变形能力和抗倾覆能力； 发明的结构施工简单、方便，效果好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。