一种膨胀土路堑边坡结构及其构建方法与流程

本发明涉及公路工程领域，特别是涉及一种膨胀土路堑边坡结构及其构建方法。

背景技术：

在我国公路工程中，经常会遇到膨胀土路堑边坡这种地质情况，膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的特点，显著的干缩湿胀变形，会造成路堑边坡变形、位移、开裂以及滑坡。

目前，我国常用的膨胀土路堑边坡处理方法有浆砌片石护坡、浆砌片石挡墙、抗滑桩、锚杆法、树根桩以及水泥石灰土桩法。浆砌片石护坡、浆砌片石挡墙、抗滑桩、锚杆法及树根桩法通过提高边坡的整体性，为边坡坡体提供抗滑力来达到加固边坡的目的。水泥石灰土桩法，水泥石灰土桩一方面为边坡提供部分抗滑力，另一方面桩体中的水泥、石灰对膨胀土起到改良作用，从而来加固路堑边坡。

但是，这些传统的膨胀土路堑边坡处理方法，不仅增加路堑边坡的挖方和弃方，带来了严重的水土流失问题，造成边坡整体环境协调性差，同时施工造价较高，且一些方法如浆砌片石护坡及锚杆法边坡治理的稳定性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是针对由于浅层水损害引发膨胀土干缩湿胀变形，导致公路边坡滑塌现象，提出一种膨胀土路堑边坡结构及其构建方法，以解决膨胀土路堑边坡的浅层破坏，防止膨胀土干缩湿胀变形引发的路堑边坡变形、位移以及滑坡。

为实现上述目的，本发明提供了一种膨胀土路堑边坡结构，包括设置在路堑边坡顶部的截水盲沟、设置在所述路堑边坡内外侧的内排水渗沟与外排水渗沟、设置所述路堑边坡底部的碎石排水垫层、设置在所述路堑边坡侧面的路面结构层，所述截水盲沟、内排水渗沟与外排水渗沟内填筑碎石，所述内排水渗沟与外排水渗沟内侧、路堑边坡地面及顶部均铺设有两布一膜隔水土工布封层，所述碎石排水垫层上自下而上依次循环铺设土工格栅、膨胀土层、熟石灰层、膨胀土层，所述膨胀土层内侧设有侧向碎石渗水层，所述路堑边坡的外坡面上铺设有种植土，所述种植土内种植草本植物。

优选地，所述截水盲沟的断面宽度为0.5m，高度为1m；所述内排水渗沟与外排水渗沟的宽度为0.5m，高度为0.5m；所述碎石排水垫层的厚度为40cm，宽度为4m。

优选地，所述土工格栅的铺设宽度为3.5m，相邻两幅土工格栅的搭接宽度大于或等于200mm；所述膨胀土层的宽度为3.8m，外侧比土工格栅宽30cm，碾压密实后的膨胀土层的厚度为20cm，压实度应大于或等于轻型压实标准的93％；所述熟石灰层的厚度为1cm；所述侧向碎石渗水层的宽度为0.5m，分层铺设的厚度为20cm。

优选地，所述路面结构层包括底部的路面基层、设置在所述路面基层上部的面层以及设置在所述面层内的坡脚排水边沟。

优选地，所述坡脚排水边沟采用现浇混凝土结构，宽度为0.4m，高度为0.5m，坡脚排水边沟的纵坡与路面纵坡相同。

本发明的另一目的在于提供一种膨胀土路堑边坡结构的构建方法，包括如下步骤：

a、对公路工程路堑开挖段平整场地，进行测量放样，测放出路线中桩，路堑开挖上口边线桩；

b、采用通道式纵挖法进行路堑土方开挖，直至路床顶高程，并在路堑边坡顶部设置截水盲沟，之后在截水盲沟内填筑碎石，再将路床顶部用平地机整平，刮出路拱并预留压实量，碾压整平；

c、在路堑边坡超挖部分的内外侧分别进行土方开挖，分别施工内排水渗沟与外排水渗沟，所述内排水渗沟与外排水渗沟底部纵坡与路面纵坡相同，之后在所述内排水渗沟与外排水渗沟内侧及边坡超挖部分的地面铺设两布一膜隔水土工布封层，然后在所述内排水渗沟与外排水渗沟内填筑碎石；

d、在路堑边坡超挖部分底部回填形成碎石排水垫层，并在碎石排水垫层上自下而上依次铺设土工格栅、膨胀土层，在膨胀土层内侧回填形成侧向碎石渗水层，之后在膨胀土层上部自下而上依次铺设熟石灰层、膨胀土层，并在膨胀土层内侧回填形成侧向碎石渗水层；

e、重复步骤d中碎石排水垫层以上部分施工，直至回填至路堑边坡顶部后，在路堑边坡顶部铺设两布一膜隔水土工布封层，之后对路堑边坡进行刷坡处理，然后在外坡面铺设种植土并对外坡面植草防护；

f、依次对路面基层、面层以及坡脚排水边沟进行施工，。

优选地，所述通道式纵挖法的步骤包括：开始时沿路堑纵向挖掘一通道，然后将通道向两侧拓宽，上侧通道拓宽至超挖路堑边坡，边坡比为1:1.5，再开挖下层通道，进行拓宽，直至分层开挖至路床顶高程。

优选地，路床碾压整平采用12t以上振动压路机进行碾压，直线段由路基两边向中间推进，超高的平曲线段由内侧向外侧推进，纵向进退式进行，碾压直至表面无明显轮迹为止，压实度满足设计要求。

优选地，所述土工格栅的铺设宽度为3.5m，相邻两幅土工格栅的搭接宽度大于或等于200mm；所述膨胀土层的宽度为3.8m，外侧比土工格栅宽30cm，碾压密实后的膨胀土层的厚度为20cm，压实度应大于或等于轻型压实标准的93％；所述熟石灰层的厚度为1cm；所述侧向碎石渗水层的宽度为0.5m，分层铺设厚度为20cm。

优选地，在所述步骤e中，进行刷坡处理时刷去边坡外侧多余回填30cm厚膨胀土，边坡坡度设置为1:1.5，然后在外坡面铺设30cm厚种植土，并在种植土上采用液压喷播对坡面进行植草。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明的膨胀土路堑边坡结构一方面由于土工格栅的强度和柔性变形特性，再加上熟石灰对膨胀土的改良作用，使得柔性支护土体能抵抗自身的膨胀土在气候干湿循环作用下产生的膨胀力，保证膨胀土的局部稳定；另一方面，柔性支护土体是一个由土工格栅和熟石灰联系起来的整体，再加上其综合排水系统使其在气候干湿循环作用下能长期稳定。

此外，柔性支护土体的自重能抑制膨胀土较明显的变形，能抵抗浅层边坡一部分下滑力，而综合排水系统为柔性支护结构土体自身及底部膨胀土地基、后部膨胀土路堑的保湿防渗提供了最有利的条件，使膨胀土路堑边坡的整体稳定性得到保证。

柔性支护结构对边坡既有支档、抗滑作用，又起到边坡土体保湿防渗作用，有效利用膨胀土，同时减少挖方和弃方量，防止边坡冲刷，避免发生水土流失。通过坡面的植草防护，改善和美化了坡面环境，协调沿线景观。

本发明的膨胀土路堑边坡结构与传统方式相比，施工造价较低，能够有效地防止膨胀土干缩湿胀变形引发的路堑边坡变形、位移以及滑坡，防止膨胀土路堑边坡的浅层破坏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为膨胀土路堑边坡结构示意图；

其中，1～截水盲沟；2～两布一膜隔水土工布封层；3～侧向碎石渗水层；4～熟石灰层；5～土工格栅；6～膨胀土层；7～碎石排水垫层；8～内排水渗沟；9～种植土；10～外排水渗沟；11～路面基层；12～坡脚排水边沟；13～面层。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种膨胀土路堑边坡结构，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。所述膨胀土路堑边坡结构包括以下三个模块：

柔性支护模块：路堑边坡超挖4m，边坡坡度为1:1.5，分层铺土工格栅5、膨胀土层6、熟石灰4、膨胀土层6，按此顺序，循环铺设，碾压密实形成柔性支护结构；排水模块：包括坡顶截水盲沟1、柔性支护背部侧向渗水层、碎石排水垫层7、路堑内外排水渗沟及坡脚排水边沟12；防护模块：坡顶两布一膜隔水土工布封层2及坡面植物防护层，其中，柔性支护结构中的土工格栅5亦可采用土工网、玻纤格栅等土工织物。

地表水排水系统：由坡顶截水盲沟1、坡顶两布一膜隔水土工布封层2、坡面植草防护及坡脚排水边沟12组成。其中坡顶截水盲沟1用来截排坡后地表水；坡顶两布一膜隔水土工布封层2及坡面植草防护层进行坡面防水隔渗；坡脚排水边沟12用来拦截坡面及路面地表水。

地下水排水系统：由侧向碎石渗水层3、碎石排水垫层7、路堑内排水渗沟8及外排水渗沟10组成。其中，侧向碎石渗水层3、路堑内排水渗沟8，用来排除柔性支护结构背后的坡体地下水；碎石排水垫层7、侧向碎石渗水层3、路堑内排水渗沟及外排水渗沟10用来排除柔性支护坡体地下水；路堑外排水渗沟10用来排除开挖路床渗入地下水。

本发明所述的膨胀土路堑边坡结构包括设置在路堑边坡顶部的截水盲沟1、设置在所述路堑边坡内外侧的内排水渗沟8与外排水渗沟10、设置所述路堑边坡底部的碎石排水垫层7、设置在所述路堑边坡侧面的路面结构层，所述截水盲沟1、内排水渗沟8与外排水渗沟10内填筑碎石，所述内排水渗沟8与外排水渗沟10内侧、路堑边坡地面及顶部均铺设有两布一膜隔水土工布封层2，所述碎石排水垫层7上自下而上依次循环铺设土工格栅5、膨胀土层6、熟石灰层4、膨胀土层6，所述膨胀土层6内侧设有侧向碎石渗水层3，所述路堑边坡的外坡面上铺设有种植土9，所述种植土9内种植草本植物。

其中，所述截水盲沟1的断面宽度为0.5m，高度为1m，沟内填筑碎石；所述内排水渗沟8与外排水渗沟10的宽度为0.5m，高度为0.5m，且排水渗沟沟槽底部纵坡同路面纵坡保持一致；所述碎石排水垫层7的厚度为40cm，宽度为4m，碎石垫层分两层，每层20cm，实际施工要分层碾压密实。

优选地，所述土工格栅5的铺设宽度为3.5m，相邻两幅土工格栅的搭接宽度大于或等于200mm，在土工格栅5顶部回填第一层膨胀土；所述膨胀土层6的宽度为3.8m，外侧比土工格栅6宽30cm，碾压密实后的膨胀土层6的厚度为20cm，压实度应大于或等于轻型压实标准的93％；所述熟石灰层4的厚度为1cm，铺在第一层回填膨胀土顶部；所述侧向碎石渗水层3的宽度为0.5m，厚度为20cm，且所述侧向碎石渗水层在膨胀土内侧回填第一层碎石；依据上述设置顺序循环回填，直至回填到路垫边坡顶端。

进一步，优选地，所述路面结构层包括底部的路面基层11、设置在所述路面基层11上部的面层13以及设置在所述面层13内的坡脚排水边沟12。

优选地，所述坡脚排水边沟12采用现浇混凝土结构，宽度为0.4m，高度为0.5m，坡脚排水边沟12的纵坡与路面纵坡相同。

本发明的膨胀土路堑边坡结构一方面由于土工格栅5的强度和柔性变形特性，再加上熟石灰4对膨胀土的改良作用，使得柔性支护土体能抵抗自身的膨胀土在气候干湿循环作用下产生的膨胀力，保证膨胀土的局部稳定；另一方面，柔性支护土体是一个由土工格栅5和熟石灰4联系起来的整体，再加上其综合排水系统使其在气候干湿循环作用下能长期稳定。

此外，柔性支护土体的自重能抑制膨胀土较明显的变形，能抵抗浅层边坡一部分下滑力，而综合排水系统为柔性支护结构土体自身及底部膨胀土地基、后部膨胀土路堑的保湿防渗提供了最有利的条件，使膨胀土路堑边坡的整体稳定性得到保证。

柔性支护结构对边坡既有支档、抗滑作用，又起到边坡土体保湿防渗作用，有效利用膨胀土，同时减少挖方和弃方量，防止边坡冲刷，避免发生水土流失。通过坡面的植草防护，改善和美化了坡面环境，协调沿线景观。

本发明还提供了一种膨胀土路堑边坡结构的构建方法，所述构建方法包括如下步骤：

a、对公路工程路堑开挖段平整场地，进行测量放样，测放出路线中桩，路堑开挖上口边线桩；

b、采用通道式纵挖法进行路堑土方开挖，直至路床顶高程，并在路堑边坡顶部设置截水盲沟1，之后在截水盲沟1内填筑碎石，再将路床顶部用平地机整平，刮出路拱并预留压实量，碾压整平；

c、在路堑边坡超挖部分的内外侧分别进行土方开挖，分别施工内排水渗沟8与外排水渗沟10，所述内排水渗沟8与外排水渗沟10底部纵坡与路面纵坡相同，之后在所述内排水渗沟8与外排水渗沟10内侧及边坡超挖部分的地面铺设两布一膜隔水土工布封层9，然后在所述内排水渗沟8与外排水渗沟10内填筑碎石；

d、在路堑边坡超挖部分底部回填形成碎石排水垫层7，并在碎石排水垫层7上自下而上依次铺设土工格栅5、膨胀土层6，在膨胀土层6内侧回填形成侧向碎石渗水层3，之后在膨胀土层6上部自下而上依次铺设熟石灰层4、膨胀土层6，并在膨胀土层6内侧回填形成侧向碎石渗水层3；

e、重复步骤d中碎石排水垫层以上部分施工，直至回填至路堑边坡顶部后，在路堑边坡顶部铺设两布一膜隔水土工布封层2，之后对路堑边坡进行刷坡处理，然后在外坡面铺设种植土9并对外坡面植草防护；

f、依次对路面基层11、面层13以及坡脚排水边沟12进行施工。

上述构建步骤具体说明如下：

施工准备。首先对公路工程路堑开挖段平整场地，进行测量放样，测放出路线中桩，路堑开挖上口边线桩，注意放边线桩时考虑将路堑边坡按设计边坡超挖4m左右，桩位放样直线段100m一个断面，曲线段50m一个断面。

路堑土方开挖。路堑土方开挖采用挖掘机进行开挖，自卸汽车运土，路堑超挖部分土方考虑边坡处理还要利用，运至临时弃土场备用。开挖方式采用通道式纵挖法，开始时沿路堑纵向挖掘一通道，然后将通道向两侧拓宽，上侧通道拓宽至超挖路堑边坡，边坡比为1:1.5，再开挖下层通道，进行拓宽，直至分层开挖至路床顶高程。

开挖过程中，注意在路堑边坡顶端设置矩形截水盲沟1，截水盲沟1采用排水盲沟形式，截水沟断面尺寸为0.5×1m(宽×高)，沟内填筑碎石，截水盲沟1随挖随填筑碎石。

路床碾压。路堑开挖到路床顶设计高程后，用平地机整平，刮出路拱，并预留压实量，路床碾压采用12t以上振动压路机进行碾压，直线段由路基两边向中间推进，有超高的平曲线段由内侧向外侧推进，纵向进退式进行，碾压直至表面无明显轮迹为止，压实度满足图纸设计要求。

路堑内外排水渗沟施工。路床碾压完毕，路堑边坡超挖部分内外侧分别进行土方开挖，施工内排水渗沟8及外排水渗沟10，内排水渗沟8及外排水渗沟10截面尺寸为0.5×0.5m(宽×高)，沟槽底部纵坡同路面纵坡保持一致，沟槽开挖完毕，在沟槽内侧及边坡超挖部分地面铺设两布一膜隔水土工布封层2，两布一膜隔水土工布封层2铺设完毕，然后在渗沟内填筑碎石。

底部排水垫层施工。路堑边坡超挖部分底部回填40cm碎石排水垫层7，碎石排水垫层7宽度为4m,碎石排水垫层7分两层进行施工，每层20cm,分层碾压密实。

路堑边坡膨胀土回填及侧向渗水层施工。

①、在碎石排水垫层7顶部铺设第一层土工格栅5，土工格栅5铺设宽度为3.5m,相邻两幅土工格栅5的搭接宽度不小于200mm,连接应牢固，受力方向的连接强度不低于材料的设计抗拉强度。在土工格栅5顶部回填第一层膨胀土，膨胀土虚铺厚度30cm,为了保证膨胀土层6外侧边缘压实度，回填宽度为3.8m,外侧比土工格栅5宽30cm,采用振动压路机进行碾压，碾压密实厚度为20cm，压实度应不小于轻型压实标准的93％。

②、侧向碎石渗水层3施工，在膨胀土层6内侧回填第一层碎石，碎石宽度为0.5m，碎石厚度为20cm。

③、在第一回填膨胀土层6顶部，铺1cm厚熟石灰层4，石灰铺筑宽度为3.5m,然后回填第二层膨胀土，膨胀土虚铺厚度30cm,回填宽度为3.8m,外侧比铺设石灰宽30cm,采用振动压路机进行碾压，碾压密实厚度为20cm，压实度应不小于轻型压实标准的93％。

④、侧向碎石渗水层3施工，在第二膨胀土层6内侧回填第二层碎石，碎石宽度为0.5m，碎石厚度为20cm。

⑤、重复循环上述①、②、③、④步骤，直至回填至路堑边坡顶端。

路堑顶部防水层施工。膨胀土回填到路堑边坡顶部后，在顶部铺设两布一膜隔水土工布封层2。

路堑边坡植草防护。顶部防水层施工完毕，对膨胀土路堑边坡刷坡处理，刷去边坡外侧多余回填30cm厚膨胀土，边坡坡度为1:1.5，然后在外坡面铺设30cm厚种植土，采用液压喷播技术对坡面植草绿化进行防护，以减小雨水对坡面的冲刷。

路面结构层施工。膨胀土路堑边坡处理完毕、开始进行路面基层11、面层13以及坡脚排水边沟12施工，坡脚排水边沟12采用现浇混凝土结构，截面尺寸为0.4×0.5m(宽×高)，沟底纵坡与路面纵坡保持一致。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。