高速公路邊坡病害及防治技術(shù)淺析

□張雙梅（鄭州市市政工程總公司）

□史新偉（河南省水利科學(xué)研究院）

□呂 彤（國家開發(fā)銀行河南省分行）

隨著高速公路的長期運(yùn)營，水文地質(zhì)引起的病害日益凸顯，已影響到高速公路的行車安全。水文地質(zhì)病害是由于工程體所處的工程地質(zhì)條件較差，遇到地下水或地表水下滲，工程體的工程地質(zhì)條件惡化，繼而產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害。水文地質(zhì)病害在高速公路工程中極為常見，主要表現(xiàn)為隧道滲水、邊坡失穩(wěn)等。公路邊坡是高速公路建設(shè)中重要的組成部分，近年來高速公路滑坡事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展及人身安全，威脅了公路的正常運(yùn)行，加劇了地質(zhì)環(huán)境的惡化。同時(shí)，公路建設(shè)中的邊坡災(zāi)害也制約了公路建設(shè)的順利進(jìn)行。

為了更好地對高速公路邊坡治理技術(shù)進(jìn)行論述，首先要對公路邊坡滑坡的特點(diǎn)進(jìn)行分析。公路邊坡滑坡主要在平面形態(tài)上，都有一定的幾何形狀，如橢圓形、三角形、簸箕形及其他幾何形態(tài)或不規(guī)則形態(tài)。其滑出方向大多數(shù)與線路方向垂直或近于垂直，少數(shù)滑體滑動(dòng)方向與公路線路方向斜交，公路規(guī)模的大小也直接影響滑坡的規(guī)模。成因上講，大多數(shù)滑坡都是在開挖過程中復(fù)活，而且公路滑坡有一個(gè)共性，就是超過90%的滑坡都是由于公路開挖造成的。

一、邊坡的分類

在實(shí)際工程中，由于設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，或因地質(zhì)條件的特殊復(fù)雜性難以預(yù)計(jì)，邊坡中一部分坡體相對于另一部分坡體產(chǎn)生相對位移以至喪失原有穩(wěn)定性，從而形成滑坡，其滑動(dòng)形式可用圖1表示。

（一）牽引式滑坡

主要是由于邊坡開挖卸載，坡體內(nèi)部應(yīng)力釋放，原有平衡狀態(tài)被打破，在坡頂后緣一定位置處產(chǎn)生拉裂縫，隨著邊坡開挖深度的增加，裂縫逐漸向后發(fā)展，滑動(dòng)面位置相應(yīng)由淺部向深部發(fā)展。

（二）推移式滑坡

主要是由于整個(gè)路堤（或堤壩、土堤等）向下滑動(dòng)，推動(dòng)坡體變形或破壞，坡頂出現(xiàn)明顯的下沉，并出現(xiàn)拉裂縫，形成臺階；坡腳附近的地面有較大的側(cè)向位移并向上隆起。

（三）整體式滑坡

由于坡體開挖或填筑，破壞了整個(gè)古滑坡體的平衡狀態(tài)，致使整個(gè)古滑坡體復(fù)活，在整個(gè)坡面上均出現(xiàn)大小不同的拉裂縫，坡腳產(chǎn)生明顯的向上隆起。

圖1 邊坡滑動(dòng)特征圖

二、影響邊坡穩(wěn)定性的因素

（一）巖石風(fēng)化

研究及施工實(shí)踐表明全～強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)的巖、土體呈現(xiàn)了很不穩(wěn)定的特征，是邊坡失穩(wěn)的高發(fā)地段。

巖石的風(fēng)化程度除與本地區(qū)氣候(氣溫、雨水)、植被、地貌等外在因素有關(guān)外，巖石的成分、組構(gòu)、裂隙發(fā)育程度、巖層產(chǎn)狀則是影響風(fēng)化作用程度的內(nèi)在因素。

在條件基本相同的情況下，路段內(nèi)片巖、片麻巖類強(qiáng)風(fēng)化帶較變粒巖的強(qiáng)風(fēng)化帶厚，亦即片巖、片麻巖類風(fēng)化更快，這主要是片巖、片麻巖類片狀構(gòu)造較發(fā)育的緣故。

巖層產(chǎn)狀對巖石風(fēng)化程度的影響主要表現(xiàn)為巖層傾角越大，風(fēng)化帶越厚。這種現(xiàn)象主要系巖層傾角越陡，沿片理方向的受水概率隨之加大，同時(shí)地下水沿片理面的下滲動(dòng)水壓力亦越大，對巖層的侵蝕也越強(qiáng)，故風(fēng)化帶也越厚。因此，路塹開挖后，對高傾角巖層構(gòu)成的邊坡，應(yīng)加強(qiáng)坡頂?shù)谋Ｗo(hù)，減少水的入滲，降低巖石風(fēng)化速度。

節(jié)理裂隙對風(fēng)化程度的影響顯而易見，裂隙愈發(fā)育，越有利于風(fēng)化，野外所見巖石風(fēng)化絕大部分是沿裂隙進(jìn)行的。同時(shí)，由于風(fēng)化作用，加快了巖石裂隙面上物質(zhì)的轉(zhuǎn)變、流失，從而加大了節(jié)理裂隙寬度和數(shù)量，兩者相互促進(jìn)。路塹開挖后，對出露的邊坡巖體應(yīng)采取防護(hù)措施，防止巖體裂隙加大，風(fēng)化加劇。

（二）結(jié)構(gòu)面

1.層面

根據(jù)某調(diào)查區(qū)的情況，基巖基本為沉積巖，層理產(chǎn)狀與邊坡產(chǎn)狀的組合關(guān)系對邊坡穩(wěn)定性有著重要的影響。按層理傾向與坡向關(guān)系可分為斜交順向坡和斜交逆向坡。斜交順向坡若片理傾角小于自然邊坡或開挖邊坡坡角，則邊坡巖體可沿片理面產(chǎn)生整體下滑，反之則不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。

2.節(jié)理、裂隙面

邊坡巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，長度數(shù)10厘米至數(shù)10米。由這些節(jié)理、裂隙切割形成的結(jié)構(gòu)巖體規(guī)模較小，即使產(chǎn)生破壞也是局部。因此，路塹開挖后應(yīng)特別注意邊坡體內(nèi)部巖體裂隙發(fā)育分布情況，及時(shí)消除隱患。

3.破碎帶

在一些邊坡體內(nèi)存在一定寬度和延伸的破碎帶，路塹開挖后，破碎帶巖石有一部分將被挖去，有些將構(gòu)成坡體，對后一種情形，在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)，其強(qiáng)度按強(qiáng)風(fēng)化巖石取值。

4.軟弱夾層

軟弱夾層巖性主要為絹(白)云母片巖，風(fēng)化后呈黑褐色，厚度數(shù)十厘米至數(shù)米不等，夾于絹(白)鈉長石英片巖或變粒巖中，產(chǎn)狀與其圍巖一致。因其強(qiáng)度很低，遇水極易軟化、崩解，是十分危險(xiǎn)的滑動(dòng)面(帶)，但其厚度較小，鉆探時(shí)極易被忽略。從已有的鉆探資料看，僅在少數(shù)邊坡體內(nèi)有所揭露，但分布不詳。因此，路塹開挖后應(yīng)特別注意查明該軟弱夾層的分布，及時(shí)提出治理對策。

三、邊坡防護(hù)措施

（一）坡面防護(hù)

邊坡的防護(hù)類型可分為邊坡坡面防護(hù)和沖刷防護(hù)。邊坡坡面防護(hù)主要是保護(hù)路基邊坡表面，免受雨水沖刷，降低溫差及溫度變化的影響，防止和延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂、剝蝕演變過程，從而保護(hù)路基邊坡的整體穩(wěn)定性，在一定程度上還可以美化路容，協(xié)調(diào)自然環(huán)境。

1.邊坡種草防護(hù)

種草防護(hù)適用于邊坡穩(wěn)定，坡面沖刷輕微，且宜于草類生長的土質(zhì)路堤與路塹邊坡，用以防止表面水土流失，固結(jié)表土，增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。經(jīng)常浸水或長期浸水的路堤邊坡，種草不宜生長，不宜采用種草防護(hù)。邊坡上已扎根的種草防護(hù)，可容許緩流水短時(shí)沖刷。

采用邊坡種草防護(hù)的注意事項(xiàng)：選用草籽應(yīng)注意當(dāng)?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件，通常應(yīng)以容易生長、根部發(fā)達(dá)、葉莖低矮、枝葉茂密或有匍匐莖的多年生草種為宜，常用的有白茅草、毛鴨嘴、魚肩草、果園、雀稗、鼠尾草和小冠等。最好采用幾種草籽混合播種，使之生成一個(gè)良好的覆蓋層。種植時(shí)草籽宜摻砂或與土粒拌和，使之播種均勻，播種時(shí)間以氣候溫暖、溫度較大的季節(jié)為宜。

2.鋪草皮防護(hù)

路基坡面上鋪草防護(hù)，其作用與種草防護(hù)相同，前者使用時(shí)要求當(dāng)?shù)赜凶愎┩谌∈褂玫牟萜さ囟?，但在邊坡高陡和坡面沖刷較嚴(yán)重的地方，鋪草皮較種草防護(hù)收效快。塊狀草皮的尺寸，一般為20cm×25cm、25cm×40cm及30cm×50cm幾種；帶狀草皮一般寬25cm，長200～300cm；草皮厚度根據(jù)草根的深度而定，一般為6～10cm，干旱和炎熱地區(qū)可增加到15cm。挖草皮時(shí)，草皮兩端斜切（橫切面為平行四邊形），鋪草皮的方法有平鋪草皮、平鋪疊置草皮、方格式草皮、卵（片）石方格草皮。

采用鋪草皮防護(hù)的注意事項(xiàng)：草皮應(yīng)選用根系發(fā)達(dá)、莖矮葉茅草、假儉草等，干枯、腐朽及喜水草種不宜采用，泥沼地區(qū)的草皮禁用；鋪草皮前應(yīng)將邊坡表面挖松整平，如有地下水露頭，應(yīng)做好排水設(shè)施；鋪草皮應(yīng)在春季或初夏，干燥地區(qū)在雨季進(jìn)行，不宜在冬季寒冷天氣施工；路塹邊坡鋪草皮，應(yīng)鋪過路塹頂部1m或鋪至截水溝邊。

3.植樹防護(hù)

在路基邊坡上合理地植樹，對于加固路基有良好的效果。也可和種草、鋪草皮配合采用，使坡面形成良好的防護(hù)層。植樹適用于土質(zhì)邊坡及嚴(yán)重風(fēng)化的巖石邊坡和裂隙粘土邊坡。但對鹽漬土、經(jīng)常浸水及經(jīng)常干旱的邊坡及粉質(zhì)土邊坡不宜采用。植樹可以加強(qiáng)路基的穩(wěn)定性、降低流速、防止和減少水流對路基的沖刷；植樹能防風(fēng)、防沙、防雪；植樹還可美化路容、調(diào)節(jié)氣候，并可獲得部分木材，增加收益。

植樹防護(hù)應(yīng)注意事項(xiàng)：

一是植樹最好選在1：1.5或更緩的邊坡上；二是樹種宜選用在當(dāng)?shù)赝寥琅c氣候條件下能迅速生長、根系發(fā)達(dá)、枝葉茂密的樹種。用于沖刷防護(hù)的樹種宜選用成長很快的楊柳類，或不怕水淹的灌木類，常用的有紫穗槐及夾竹桃等；三是植樹后在樹木未成長前，應(yīng)防止流速大于3m/s的水流侵害。當(dāng)植樹地帶可能受到流水沖擊作用時(shí)，應(yīng)在前方設(shè)置障礙物，加以保護(hù)；四是采用植樹方法防護(hù)路基，應(yīng)使樹木及早成林，才能起到防護(hù)作用。

4.抹面與捶面

易于風(fēng)化的巖石，如頁巖、泥巖、泥灰?guī)r、千枚巖等軟質(zhì)巖層的路塹邊坡防護(hù)，可用混合材料抹面。對易受沖刷的邊坡和易受沖刷的邊坡和易風(fēng)化巖石坡防護(hù)可用混合材料捶面。抹面或捶面的邊坡坡度不受限制，但不能擔(dān)負(fù)荷載，亦不能承受土壓力，故要求邊坡必須穩(wěn)定的，坡面應(yīng)平整干燥。常用的抹面混合料有石灰爐混合灰漿、石灰爐渣三合、四合土及水泥石灰砂漿等。

抹面與捶面應(yīng)注意事項(xiàng)：一是抹面或捶面工程的周邊與未防護(hù)坡面銜接處，應(yīng)嚴(yán)格封閉，如在其邊坡頂部作截水溝，溝底及溝邊也要用抹面或捶面防護(hù)；二是大面積抹面或捶面時(shí)，每隔5~10m應(yīng)設(shè)伸縮縫，伸縮縫寬1~2cm，縫內(nèi)用瀝青麻筋或油毛氈填塞緊密；三是為了防止抹面表面開裂，增強(qiáng)抗沖蝕能力，可在表面涂瀝青保護(hù)層，要求瀝青軟化點(diǎn)稍高于當(dāng)?shù)貧鉁?，用量?.3kg/m3；四是抹面厚度為10~15cm，一般采用等厚截面。當(dāng)邊坡較高時(shí)，采用上薄下厚截面；五是抹面或捶面工程應(yīng)經(jīng)常維修，發(fā)現(xiàn)裂縫、開裂或脫落應(yīng)及時(shí)灌漿修補(bǔ)。抹面使用年限為6~8年，捶面使用年限10~15年。

（二）沖刷防護(hù)

對于沖刷防護(hù)，一般在水流流速不大及水流破壞作用較弱地段，可在沿河路基邊坡設(shè)砌石護(hù)坡、石籠和混凝土預(yù)制板等，以抵抗水流的沖刷和淘刷。需要改變水流或提高坡腳處粗糙率，以降低流速、減緩沖刷作用時(shí)，可修筑壩類構(gòu)造物。對于沖刷嚴(yán)重地段（急流區(qū)、頂沖地區(qū)），可采用加固邊坡（砌石護(hù)坡）和改變水流情況的綜合措施；水下部分可視水流的淘刷情況，采用砌石、石籠或混凝土預(yù)制板等護(hù)底護(hù)腳。砌石基礎(chǔ)應(yīng)置于沖刷線以下0.5-1.0m，水上部分采用輕型防護(hù)即可。

1.工程防護(hù)

工程防護(hù)（礦料防護(hù)）包括框格防護(hù)、封面、護(hù)面墻、干砌片石護(hù)坡、漿砌預(yù)制塊護(hù)坡、錨桿鐵絲網(wǎng)噴漿、噴射混凝土護(hù)坡。

框格防護(hù)適用于土質(zhì)或坡面防護(hù)。目的是防止地表水流的沖刷、坡面巖土的風(fēng)化剝落以及與環(huán)境相協(xié)調(diào)，近年來，隨著對環(huán)境保護(hù)的重視，高等級公路邊坡較高時(shí)，采用砌石框種草防護(hù)，邊坡種草防護(hù)類型的選擇很重要，現(xiàn)大多采用草坪植生帶，即將草籽、肥料和土均勻拌和裹于土工物內(nèi)，當(dāng)草籽發(fā)芽也長成草起到固土作用后，無紡布纖維自然腐爛，不會(huì)污染環(huán)境，效果很好。

對風(fēng)化巖石邊坡進(jìn)行防護(hù)框格防護(hù)可采用混凝土、漿砌片（塊）石、卵（礫）石等做骨架，框架內(nèi)宜采用植物防護(hù)或其他鋪助防護(hù)措施。

2.防護(hù)的常見方法

一是封面包括抹面、捶面、噴漿、噴射混凝土等防護(hù)形式。抹面防護(hù)適用于易風(fēng)化的軟質(zhì)巖石挖方邊坡；二是護(hù)面墻：分為實(shí)體、窗孔式、拱式等類型，用護(hù)面墻防護(hù)的挖方邊坡不宜陡于1：0.5，并應(yīng)符合極限穩(wěn)定邊坡的要求；三是干砌片石護(hù)坡適用于易受水流侵蝕的土質(zhì)邊坡、嚴(yán)重剝落的軟土質(zhì)巖石邊坡、周期性水及受水沖刷較輕的河岸或水庫岸坡的坡面防護(hù)；四是漿砌片（卵）石護(hù)坡適用于防護(hù)流速較大，波浪作用較強(qiáng)，用水流、漂浮等撞擊的邊坡，對過分潮濕或凍害嚴(yán)重的土質(zhì)邊坡應(yīng)先采取排水措施再進(jìn)行鋪筑；五是漿砌預(yù)制塊防護(hù)適用于石料缺乏地區(qū)，預(yù)制塊的混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C15，在嚴(yán)寒地區(qū)不應(yīng)低于C20。六是錨桿鐵絲網(wǎng)噴漿或噴射混凝土護(hù)坡適用于直面為碎裂結(jié)構(gòu)的硬巖或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的不連續(xù)地層以及坡面巖石與基巖有可能下滑的挖方邊坡；七是土工織物是由高分子合成纖維制成的一種新型建筑材料，在公路工程中有排水、反濾、分隔、加固、防護(hù)作用等。

四、結(jié)語

以上的幾種防治方法雖然能達(dá)到治理邊坡失穩(wěn)的效果，但是每種方法都有其自身的特點(diǎn)和適用條件，而高速公路邊坡治理是一個(gè)系統(tǒng)工程，在確定治理方案的時(shí)候應(yīng)該綜合考慮。單單采用一種技術(shù)手段是難以有效地根治邊坡失穩(wěn)問題的。因此在治理邊坡前，應(yīng)詳細(xì)查明邊坡的各種工程條件，采用多種工程手段對其進(jìn)行勘察，綜合的把資料都有機(jī)地結(jié)合起來，采用綜合治理方法對邊坡進(jìn)行治理。