2022年土木工程土工合成材料防治公路邊坡病害的應(yīng)用技術(shù)

土工合成材料防治公路邊坡病害的應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)讀：1．黃土地區(qū)大路邊坡病害類型及成因黃土地區(qū)大路邊坡病害破壞形式可歸結(jié)為兩種基本類型，即坡面破壞，包括剝落和沖刷等；坡體破壞，包括崩坍、坡腳坍塌、滑坡和流泥等。1)邊坡坡面破壞(1)剝落坡面剝落是黃土邊坡

1．黃土地區(qū)大路邊坡病害類型及成因

黃土地區(qū)大路邊坡病害破壞形式可歸結(jié)為兩種基本類型，即坡面破壞，包括剝落和沖刷等；坡體破壞，包括崩坍、坡腳坍塌、滑坡和流泥等。

1)邊坡坡面破壞

(1)剝落

坡面剝落是黃土邊坡變形的一種一般現(xiàn)象，會發(fā)生在各種黃土層中，雖然這種邊坡變形不是坡體整體變形，但對路塹邊溝危害極大，會引起其他更嚴(yán)峻的邊坡變形或破壞，處理也非常困難。剝落按其形態(tài)一般有以下4類：

①魚鱗狀剝落：這種變形易發(fā)生在含易溶鹽多(一般為1％-2％)的地區(qū)，即新第四系風(fēng)積黃土和沖積洪積黃土中。

②片狀剝落：主要發(fā)生在新第四系風(fēng)積和近代坡積的均質(zhì)黃土層中。這種土層的較陡峻邊坡表面，常形成一層厚約3-4cm的硬殼，這層硬殼在自然營力作用下呈大塊片狀剝落。

③層狀剝落：主要發(fā)生在洪積沖積黃土互層中，這類黃土多由黏土、砂黏土及砂等互層構(gòu)成。由于各層的巖性、含水量以及含易溶鹽狀況不同，使得風(fēng)化的快慢和劇烈程度也不盡相同。一般黏粒含量高者，剝落快而嚴(yán)峻，相比較而言，粉土粒和砂粒含量高者剝落較輕、較慢，因而形成層狀或帶狀的剝落現(xiàn)象。

④混合狀剝落：邊坡坡面剝落并非如上面那樣類型單一，有時幾種剝蝕類型同時消失。這是由于黃土表層的剝落，直接同黃土的巖性有關(guān)，因而在同一坡上可能同時消失幾種類型剝落現(xiàn)象的混合狀剝落。

(2)坡面沖刷

坡面沖刷是常見的大路邊坡變形，會引起大量的水土流失。坡面沖刷使坡面呈溝狀或地窖狀，一般形成坡肩沖刷坍塌、坡面沖刷串溝、坡面沖刷跌水、坡腳沖刷掏空、坡面沖刷溝穴、巖石接觸的沖刷溝穴等。黃土邊坡坡面沖刷與土層、巖性、微地貌條件、水文條件等有親密的關(guān)系。

2)邊坡坡體破壞

①崩坍：黃土邊坡崩坍是土體沿節(jié)理面倒坍和下錯的斜坡動力地質(zhì)現(xiàn)象，是多種自然因素及人為因素綜合作用的結(jié)果。主要影響因素有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降水、氣溫變化、人為因素或地質(zhì)運(yùn)動等。

對黃土而言，土層節(jié)理發(fā)育，邊坡陡峻，在風(fēng)化和水的沖蝕、浸潤作用下，坡腳嚴(yán)峻沖刷，往往會使坡體崩坍。

②坡腳坍塌：坡腳坍塌易在濕陷性新黃土中發(fā)生。因其結(jié)構(gòu)松散，坡腳松軟受水浸濕或沖刷會發(fā)生坡腳局部坍塌，一般規(guī)模較小，但較普遍。坡腳坍塌是產(chǎn)生滑坡的前提，也有可能誘發(fā)規(guī)模更大的坍塌。

③滑坡：滑坡是土體沿著明顯的滑動帶或滑動面下滑，滑動面呈上陡下緩的圓弧狀。其產(chǎn)生緣由，主要是由于黃土的強(qiáng)度下降引起的土體穩(wěn)定性平衡破壞。大型滑坡常發(fā)生在松散結(jié)構(gòu)或黃色濕陷性黃土層中，在新黃土中也會消失小型滑坡?；露喟l(fā)生在老黃土和巖土間消失不整合傾斜接觸面處，此處的黃土本身穩(wěn)定性差，遇水作用或其他條件如地震、大爆破等作用下，極易產(chǎn)生土體滑移和崩坍。

④流泥：呈斜坡狀的黃土假如土質(zhì)松散，具有滲水性較小的下臥層時，土體在地下水或在地下水與地表水相互作用下浸潤黃土土體，使土飽和形成塑性流淌，稱之為流泥。它可能誘發(fā)其他病害，使邊坡消失崩坍或滑坡等更嚴(yán)峻的破壞。

3)邊坡破壞的影響因素

邊坡破壞的影響因素主要有內(nèi)因和外因兩方面。

(1)內(nèi)在因素

①黃土的成因：松散結(jié)構(gòu)的新黃土和密實(shí)結(jié)構(gòu)的黃土，具有不同的密實(shí)性和物質(zhì)組成，穩(wěn)定性也不一樣，一般坡積的松散結(jié)構(gòu)黃土最不穩(wěn)定。

②黃土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造：黃土中存在不同節(jié)理且特性不同，組成結(jié)構(gòu)的勻稱程度、結(jié)構(gòu)孔隙特征、夾層及構(gòu)造的變動等都影響著邊坡的穩(wěn)定。

③下臥層：下臥層的巖性、產(chǎn)狀、風(fēng)化程度及與黃土的接觸關(guān)系等，也影響著邊坡的穩(wěn)定。

④物質(zhì)成分：由于易溶鹽含量的變遷，礦物組成不同，土體的變外形況也不一樣，都會引起土體強(qiáng)度的變化，從而影響邊坡的穩(wěn)定。

⑤物理力學(xué)性質(zhì)：與黃土邊坡穩(wěn)定性有關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)有黏粒和砂粒含量、干密度、液限等，以及塑性指數(shù)、自然?含水量、孔隙率和抗剪強(qiáng)度等物理力學(xué)指標(biāo)。

(2)外界因素

環(huán)境條件的轉(zhuǎn)變是促使邊坡變形發(fā)生進(jìn)展的外界緣由。

①地貌單元和微地貌特征：邊坡在階地上所處位置、坡頂?shù)膮R水條件及陷穴、暗洞、坑溝、低洼積水、沖溝的位置和分布狀況等，對邊坡的穩(wěn)定有直接影響。

②水文條件：如地下水的出露，地表水對坡面、坡腳、截水溝和邊溝的浸濕和沖刷等。滲入土體中的水將引起土體重量增加及強(qiáng)度的降低，滲入裂隙和節(jié)理中的水產(chǎn)生的靜水壓力，將促進(jìn)沖溝、陷穴的進(jìn)展，對邊坡的穩(wěn)定極為不利。

③風(fēng)化與震驚等自然外力：由于黃土節(jié)理發(fā)育，受大氣雨水和地震及車輛行車引起的震驚等，都有可能促使邊坡變形，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

(3)人為因素

設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，人為對邊坡的破壞，都是引起邊坡破壞的直接緣由。

2．黃土地區(qū)大路邊坡病害防治方案的選擇

黃土邊坡的防護(hù)是黃土地區(qū)大路建設(shè)中的一個突出問題。假如不能準(zhǔn)時有效地對黃土邊坡進(jìn)行科學(xué)防護(hù)，不僅簡單造成水土流失，嚴(yán)峻時還會危及工程的平安，造成巨大鋪張。圖7-51所示為未做防護(hù)的邊坡破壞狀況。

目前，在黃土地區(qū)常用的邊坡防護(hù)方法有直接植草防護(hù)、拱式砌石或3m3m漿砌片石結(jié)合植草防護(hù)、六角形預(yù)制塊邊坡防護(hù)及土工網(wǎng)植被防護(hù)等，各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)直接植草防護(hù)

直接植草防護(hù)具有方法簡潔、施工便利、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但在黃土地區(qū)有著不宜植物生長的致命缺點(diǎn)。在寧夏黃土地區(qū)，草籽撒播后，簡單受風(fēng)吹雨淋等因素的影響而大量流失，導(dǎo)致坡面植草掩蓋率很低。同時坡面又沒有任何加筋處理，雨季時，在暴雨和徑流的沖蝕下最終導(dǎo)致坡面破壞。因此，直接植草防護(hù)牢靠度極低，不相宜于黃土邊坡防護(hù)。

(2)拱式砌石或3m3m漿砌片石結(jié)合植草防護(hù)該方法由于施工繁瑣、速度慢、勞動強(qiáng)度大、造價高等缺點(diǎn)不宜推廣應(yīng)用。

(3)六角形預(yù)制塊防護(hù)是上述3m3m骨架防護(hù)的改進(jìn)。由于六角形預(yù)制塊中間空格面積較小，最大限度地減小了坡面防護(hù)對植草綠化的依靠性。換言之，即使坡面綠化效果不好，也不簡單產(chǎn)生太嚴(yán)峻的沖蝕現(xiàn)象，目前應(yīng)用較多。

(4)土工網(wǎng)植被防護(hù)

為了滿意護(hù)坡和綠化的要求，近年來多采納土工網(wǎng)(CE131)與植被結(jié)合的方法。土工網(wǎng)的厚度為5mm，開孔尺寸為27mm27mm，其開孔率為70％，即30％的坡面被土工網(wǎng)掩蓋，以免受雨水的直接沖擊。該方法的優(yōu)點(diǎn)是造價較低，施工便利，能滿意肯定的護(hù)坡綠化要求；缺點(diǎn)是由于其厚度只有5mm，所以在草皮未長成之前草籽易被風(fēng)雨沖蝕，致使表面綠化效果參差不齊。同時，由于其網(wǎng)眼較大，導(dǎo)致草根的連接和嚙合作用較小，這樣就減弱了護(hù)坡的整體效果。因此牢靠度較低，在暴雨的沖刷下簡單產(chǎn)生沖溝。

雖然有多種邊坡防護(hù)方式，但由于黃土具有不宜植物生長與極易沖刷的特別性，用于黃土地區(qū)的大路邊坡防護(hù)，都不能取得有效的護(hù)坡效果。

3．土工合成材料防治黃土地區(qū)大路邊坡病害的基本原理

將土工織物置于土體表面或相鄰?fù)翆又g，可以有效地阻擋土顆粒通過，從而防止由于土顆粒的過量流失造成土體的破壞。同時，允許土中的水或氣體穿過織物自由排出，以免由于孔隙水壓力的上升而造成土體的失穩(wěn)等不利后果。

土工網(wǎng)墊是由單層或多層塑料凹凸網(wǎng)和平面網(wǎng)經(jīng)熱熔后黏結(jié)成的一種穩(wěn)定立體結(jié)構(gòu)。面層外觀凸凹不平，材質(zhì)疏松柔韌，留有約90％的空間填充土壤及砂粒；底部平面網(wǎng)延長率較低，強(qiáng)度較高，能防止土體滑坡，植物根系可穿過土壤深化地下0.5-2m深，使植被、網(wǎng)墊和土形成堅(jiān)固的嵌鎖。因此，土工網(wǎng)墊一方面具有防止水土流失的作用，同時又具有保持水流通暢的效果，能夠起到護(hù)坡的作用。

土工格室是目前國內(nèi)外較為流行的一種新型高強(qiáng)度土工合成材料，是由強(qiáng)化的HDPE片，經(jīng)高強(qiáng)力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。它具有伸縮自如、運(yùn)輸可縮疊、施工時可張開成網(wǎng)狀的特點(diǎn)。綻開后的格室壁形成一層層擋墻，可以緩解水流流速，避開坡面徑流的形成。格室內(nèi)可填充土壤，上面可以植草或灌木，具有抱負(fù)的綠化效果。另外，土工格室因具有整體性和肯定的柔性，大大彌補(bǔ)了片石骨架防護(hù)具有的松動、塌陷、架空等缺陷，并且具有施工快捷、造價低等優(yōu)點(diǎn)。

黃土地區(qū)大路邊坡形成的雨水徑流，可能使邊坡土體產(chǎn)生嚴(yán)峻滲透和沖刷而導(dǎo)致破壞。利用土工格室可以通過換土轉(zhuǎn)變邊坡土的性質(zhì)，保證坡面的整體穩(wěn)定性；利用土工網(wǎng)墊的過濾、排水及防沖刷機(jī)理，結(jié)合生物防護(hù)，通過對地表水形成的徑流的疏排、截阻、封閉等，可防止地表水的沖刷和滲入，起到護(hù)坡和美化環(huán)境的作用。假如將二者結(jié)合使用，不僅可以愛護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷、減緩溫差及溫度變化的影響，而且還能夠防止坡面失穩(wěn)，保證路基邊坡的整體穩(wěn)定性，并達(dá)到路基美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境的效果。

4．土工格室換土穩(wěn)定邊坡結(jié)合三維網(wǎng)墊植草護(hù)坡的應(yīng)用技術(shù)

(1)材料選型

土工合成材料的選擇要充分考慮其工程特性，把握適用性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合、因地制宜與合理取材相結(jié)合以及有利施工與便利養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的原則，必要時進(jìn)行方案比選。

①土工格室

試驗(yàn)方案選擇型號為TGLG－PE－100的高密度聚乙烯土工格室。

②土工網(wǎng)墊

由于土工網(wǎng)墊長期暴露于大氣中受紫外線照耀，具有褪色變脆的缺點(diǎn)，因此，要求所選型號在暴露下的使用壽命不小于5年；水土保持力量系數(shù)不小于5；30mm的回彈恢復(fù)率不小于80％。

(2)土工格室施工工藝

①先將邊坡上的碎石、雜草等雜物清理潔凈，然后將邊坡整平到設(shè)計(jì)坡度。

②掛線確定固定釘位置，如圖7-53所示。確定坡面鋪設(shè)格室的起始位置并掛線，掛線位置要精確?????，且保證橫、縱線位垂直。釘子位置是從邊上第一個小室開頭，自上而下每隔1.1m(兩個小室)一排釘子，自左向右每隔0.88m(一個小室)一列鋼釘，并且每塊格室材料頂部的第一排加密。按0.44m一個釘子確定位置并在相應(yīng)的位置上打入1.0m長的鐵釘，除了土層松軟部分也打入1.0m長的鐵釘外，中、下部釘子的長度為50cm，但不要完全打入，外留部分以15cm為宜。釘子可由直徑為12mm螺紋鋼筋制成，并帶5cra的彎鉤。

③坡頂修整成外高內(nèi)低的反坡槽，槽寬1-2m，內(nèi)深0.5m。從坡頂反坡槽掛起，然后順坡自上而下鋪設(shè)。掛格室時要盯準(zhǔn)格室行，保證釘子應(yīng)在小格室的相應(yīng)位置，然后將釘子打入，并使釘子的頂部正好卡住格室壁的上邊緣。

④按同樣方法鋪設(shè)其次塊格室，上下及左右相鄰格室之間用虹0mm的塑料螺栓、螺母通過格室孔連接，要求死扣并扣緊。

⑤考慮到坡面的穩(wěn)定性，依據(jù)邊坡不同的坡度和高度，在坡面頂部和坡面中間位置，做一部分混凝土樁，以增加格室面的穩(wěn)定性，頂部可用排水溝壓住。

⑥重復(fù)以上3-5道工序。

⑦坡面格室鋪完之后，即可向格室內(nèi)填充種植土。種植土按15(土)：1(羊糞)比例，并按每平方米加入20g復(fù)合肥進(jìn)行混合。種植土要求經(jīng)反復(fù)澆水、補(bǔ)土，直至拍實(shí)填滿，并輔以人工木板使坡面平齊，并保證坡面密實(shí)平順。

(3)土工網(wǎng)墊施工工藝

①預(yù)備：依據(jù)坡面長度將土工網(wǎng)墊裁剪好，搬運(yùn)到工地，開頭鋪設(shè)三維植被網(wǎng)。

②覆網(wǎng)：用小木棍穿于整卷網(wǎng)墊中，從上而下順坡平鋪網(wǎng)墊，使土工網(wǎng)墊與坡面密貼，不允許懸空、歪斜或有皺褶，上下溝槽內(nèi)應(yīng)使網(wǎng)墊有足夠的反壓量。土工網(wǎng)墊上下邊均按倒L形埋入土中，埋深不小于0.4m，回轉(zhuǎn)長度不小于0.2m，埋入后應(yīng)充分夯實(shí)，不得有凹坑造成積水。

③固定：土工網(wǎng)墊平鋪于坡面上，鋪設(shè)范圍包括路肩和坡腳，其搭接寬度不小于5cm。當(dāng)網(wǎng)墊需要上下連接時，應(yīng)讓坡上部分壓住坡下部分10cm以上。鋪設(shè)時網(wǎng)墊與格室用鐵絲或U形梢釘將其按梅花形固定，間距1.0m。

④網(wǎng)上覆土：在平鋪固定密貼的土工網(wǎng)墊上撒細(xì)粒腐殖土，稍蓋住網(wǎng)墊并拍實(shí)，使土粒布滿網(wǎng)泡。噴水使松散的種植土沉降密實(shí)，再向坡面填充細(xì)粒腐殖土，覆土以不超過中層網(wǎng)面為準(zhǔn)。

⑤播種：在平整密貼的網(wǎng)墊上適當(dāng)灑水使土粒密實(shí)潮濕，將草籽與肥料、保水劑、黏合劑、纖維等幫助材料勻稱攪拌，利用專用液力噴播機(jī)進(jìn)行噴播植草。假如采納人工播種，可將草種與肥料及細(xì)土按1：10的比例勻稱混合后，勻稱地撒在網(wǎng)墊上。邊坡靠上部分應(yīng)適當(dāng)增加草籽用量，播撒完畢后，用掃帚輕掃一遍，以保證草種全部落入網(wǎng)墊內(nèi)部。

⑥覆土：假如采納人工播種，應(yīng)在已播種的土工網(wǎng)墊上用過篩的細(xì)粒腐殖土，將種子蓋住，并保證種子的勻稱和穩(wěn)定，以防網(wǎng)墊懸空。結(jié)合噴水使土布滿三維網(wǎng)墊，并以土層掩蓋住最上面網(wǎng)面為準(zhǔn)。播撒時應(yīng)選在無風(fēng)天氣進(jìn)行，避開高溫多雨和低溫寒冷季節(jié)。

⑦掩蓋遮陰網(wǎng)：由于寧夏屬于干旱地區(qū)，紫外線輻射劇烈，為降低強(qiáng)光照耀，保持水分，以提高種子的成活率，宜加蓋遮陰網(wǎng)。

⑧灑水：澆水時應(yīng)呈霧狀噴灑，時間選在早晨或傍晚進(jìn)行，必需避開陽光劇烈的時段。

⑨后期管理：肥料應(yīng)依據(jù)土質(zhì)和草的生長期進(jìn)行科學(xué)選擇，施肥應(yīng)適量、適時。

(4)效果分析

將土工格室與三維網(wǎng)墊結(jié)合用于黃土邊坡防護(hù)，在寧夏銀古高速大路上獲得勝利，起到了愛護(hù)邊坡和美化環(huán)境的作用，效果非常明顯。

①土工格室植草護(hù)坡是20世紀(jì)90年月以來開頭應(yīng)用的斗種新的護(hù)坡技術(shù)，屬于骨架防護(hù)的一種，在國外已廣泛用于坡面防護(hù)工程。土工格室是由聚乙烯片材經(jīng)高強(qiáng)度焊接而制成的一種三維密封小室結(jié)構(gòu)，綻開后的小室內(nèi)可以填充種植土并勻