江西省紅粘土公路邊坡病害調(diào)查

蔣洪 蔣浩 陳開圣 季永新

摘 要：針對紅粘土邊坡病害現(xiàn)象，采用現(xiàn)場調(diào)查、觀測與統(tǒng)計的方法，對江西省10條高速公路，6條國道公路總共294處邊坡的破壞形式、特點和邊坡防護類型、坡高、坡率，穩(wěn)定性等方面進行調(diào)查分析。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無支護結(jié)構(gòu)下紅粘土邊坡病害存在坡面沖蝕、剝落、沖刷、溜方、坍塌等現(xiàn)象，以淺、表層破壞為主，整體破壞相對少見;支護結(jié)構(gòu)下邊坡破壞主要發(fā)生在植物防護處產(chǎn)生的小面積沖蝕、剝落等現(xiàn)象，邊坡基本上不會出現(xiàn)整體滑塌，同時給出了邊坡在各種支護形式下的適用坡率，為紅粘土邊坡的防護提供了參考。

關(guān)鍵詞：紅粘土邊坡;邊坡病害;邊坡防護;調(diào)查統(tǒng)計

中圖分類號：U416.14

文獻標(biāo)識碼： A

近幾年隨著經(jīng)濟的發(fā)展，江西省公路發(fā)展迅速，境內(nèi)高速公路達到6000 km，廣泛通過紅粘土地區(qū)。由于紅粘土具有高含水率，高塑性和高孔隙比的特殊性質(zhì)，加之南方地區(qū)降雨較多，干濕循環(huán)等復(fù)雜氣候?qū)е录t粘土公路邊坡出現(xiàn)災(zāi)害，損失巨大，實踐也證明一些紅粘土按照規(guī)范設(shè)計，但在運營初期甚至在施工階段都遭到破壞[1]。陳開圣對貴州省內(nèi)公路邊坡進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)紅粘土邊坡失穩(wěn)模式與特征很復(fù)雜，表現(xiàn)為沖溝、風(fēng)化剝落、坍塌、溜塌及總體失穩(wěn)破壞，但大部分屬淺層滑動[2-3]。郭雙楓等認為邊坡穩(wěn)定性受坡高、坡角和結(jié)構(gòu)面強度等多因素影響，不同因素其影響程度不同[4]。

鄒新奇等認為紅黏土邊坡失穩(wěn)特征與常規(guī)邊坡不同，先出現(xiàn)坡腳破壞，再逐步擴張，直至延伸至邊坡后緣，失穩(wěn)滑面為折線-圓弧組合型[5]。陳南等針對紅粘土邊坡穩(wěn)定性評價問題，采用現(xiàn)場試驗的方法對邊坡淺層破壞機理進行研究，提出了適用的穩(wěn)定安全性評價方法[6]。但是，目前工程中對紅粘土邊坡破壞特點和機理認識還不夠充分，導(dǎo)致紅粘土邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果與實際不相符合，有必要開展江西省紅粘土邊坡病害調(diào)查。本文采用現(xiàn)場調(diào)查與理論分析的方法，對江西省紅粘土邊坡破壞特點與防護形式進行了調(diào)查，為江西省紅粘土邊坡設(shè)計提供更加完善的科學(xué)依據(jù)。

1?調(diào)查內(nèi)容與方法

本文對江西省內(nèi)的南昌繞城高速、105國道、319國道、323國道、206國道、223省道、224省道、大廣高速、贛州繞城高速、夏蓉高速、寧定高速、興贛高速、泉南高速、樟吉高速、福銀高速、滬昆高速等路段的邊坡進行實地調(diào)查，調(diào)查的邊坡段落共計294處。主要調(diào)查邊坡破壞形式、特點和邊坡防護類型、坡高、坡率，穩(wěn)定性。調(diào)查方法在收集資料的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)場實地調(diào)查為主，采用測量，拍照和記錄，并對調(diào)查結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

2?調(diào)查結(jié)果分析

2.1?無支護結(jié)構(gòu)下紅粘土邊坡破壞形式及穩(wěn)定性分析

2.1.1?坡面沖溝

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，此類破壞形式均發(fā)生在高度不大的邊坡，而且比較普遍，坡高一般在4～9 m之間，坡率的范圍高速路上在1∶0.6～1∶0.3之間，國道在

1∶0.6～1∶1.4之間。邊坡開挖后，由于坡面沒有防護而使得土體直接暴露在大氣中。干燥期，紅粘土失水收縮產(chǎn)生裂縫，強度降低，降雨期雨水的濺蝕作用使土體強度進一步降低。由于紅粘土的低滲透性，使得滲入邊坡內(nèi)部的雨水較少，雨水不斷填充坡面裂隙，同時在自重的作用下，沿邊坡表面向下流動，水分在流動過程中將裂隙內(nèi)部的土粒帶走，且不斷沖刷裂隙兩側(cè)，使得裂隙不斷加寬加深，原先裂隙處便形成一條條從坡頂貫通至坡腳的沖溝。

2.1.2?風(fēng)化剝落

降雨期雨水不斷對坡面濺蝕，使得土粒、土團從完整的坡面中脫離出來，干燥期土體失水收縮形成裂縫，土體被分割成土塊，土塊四周失去了約束，僅內(nèi)側(cè)受約束，土塊相當(dāng)于懸臂桿件，同時干濕循環(huán)使得邊坡表層土體強度降低，在裂隙深度范圍內(nèi)，隨著裂隙深度的增加，土塊自重不斷加大，當(dāng)內(nèi)部能提供的約束力小于土塊自重時，便出現(xiàn)邊坡表層翹皮剝落的現(xiàn)象。

2.1.3?坡腳坍塌

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，紅粘土邊坡局部坍塌基本上為坡腳坍塌，由于邊坡所有雨水均由沖溝匯集到坡腳，造成坡腳徑流增大，坡腳土體含水率增大，孔隙水壓力也增大，坡腳抗剪強度降低，抗滑力降低。土體吸水后自重逐漸增大，引起坡腳的下滑力增大。同時邊坡風(fēng)化剝落后的土體在坡腳堆積，這也加大了坡腳下滑力。由于坡腳滑塌后，上部邊坡土體失去下層土體的支撐，形成臨空面，上層土體也極不穩(wěn)定，隨時都有滑塌的可能。實際工程中也注重坡腳的防護。

無支護條件下江西省紅粘土邊坡典型破壞類型可以分為3類： 第1類是以沖溝風(fēng)化剝落為代表的表層破壞，這類破壞侵害邊坡淺表，一般不會造成較大危害，但是邊坡長期發(fā)生表層破壞會影響穩(wěn)定性。第2類是以坍塌、溜塌為代表的淺層失穩(wěn)破壞，這類破壞是指淺層土體在環(huán)境因素的擾動影響下，強度及穩(wěn)定性逐步衰減所導(dǎo)致的局部坍塌、溜塌等破壞現(xiàn)象。淺層失穩(wěn)破壞在江西省較為普遍，是紅粘土邊坡最主要的工程問題。第3類是整體失穩(wěn)破壞，較為少見。

2.2?支護結(jié)構(gòu)下紅粘土邊坡破壞形式及穩(wěn)定性分析

調(diào)研發(fā)現(xiàn)大部分邊坡主要采用植物防護+擋土墻或者骨架防護的方式以及全面的護面墻防護，防護效果比較好，護面墻防護基本都處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且與環(huán)境較為和諧。下面就防護條件下紅粘土邊坡發(fā)生的破壞形式及穩(wěn)定性進行分析。

根據(jù)邊坡的病害形式將邊坡等級分為3類。I類為邊坡及防護體系性能良好，邊坡穩(wěn)定性良好; Ⅱ類邊坡及防護結(jié)構(gòu)局部受損，但不影響邊坡穩(wěn)定性;Ⅲ類邊坡及防護結(jié)構(gòu)已受損、破壞嚴重，邊坡穩(wěn)定性一般， 存在局部失穩(wěn)的可能[7]。調(diào)查結(jié)果顯示（表1和圖1），江西省邊坡絕大多數(shù)穩(wěn)定性良好，占調(diào)查總量的64%，僅僅少量的有局部破壞，占總量的25%，Ⅲ類僅僅占總量的10%，同時，植被防護占總數(shù)約27%，植被與其他防護形式組合占總數(shù)24.8%，包含植被防護的則占總數(shù)的52.3%，從表1中可以看出，高速公路的防護措施相比國道省道要完善許多，大部分均處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時，單一植被防護還不能夠很好地防護邊坡，單一的植被防護下，出現(xiàn)了不同程度的少許剝落，植被缺失。

2.2.1?植被防護

植被防護在坡率較小時能有效提高邊坡穩(wěn)定性，根系鎖住土體表層起加筋保水作用，

避免邊坡開裂。但是植被加因有限，在坡平、徑流較大時，植被在雨水沖刷作用下部分被沖走，土體裸露，在干濕循環(huán)作用下進一步演變?yōu)閯兟浜蜎_溝。本次調(diào)研的81處植被防護中，

邊坡整體穩(wěn)定44處，坡率均緩于1∶1.75，坡面沖溝15處，風(fēng)化剝落14處，局部坍塌8處。如206國道某處植被防護邊坡，剝落坍塌嚴重，裂隙縱向長2～15 cm寬2～5 mm 深1～3mm;因此，植被防護不宜單獨使用，應(yīng)采取邊坡

加其他防護的綜合防護措施。若工程中必須采用植物防護，則工況一般要求邊坡高度不大，坡率緩于1∶1.75，坡體穩(wěn)定，排水通暢且地質(zhì)良好。

2.2.2?護面墻

采用護面墻防護類型的邊坡共有45處，其中墻體破壞的僅1處。如圖2所示，坡率為1∶0.5～1∶1之間的護面墻防護邊坡有40處，其中1處墻體開裂;而坡率緩于1∶1的邊坡共有5處，無1處發(fā)生破壞。實體護面墻使坡面土體與大氣隔離，土體不受干濕循環(huán)的作用，實體護面墻防護效果較好。當(dāng)邊坡坡率緩于1∶1而又不具備支擋加固條件時，建議采用護面墻進行防護。

2.2.3?擋土墻

單一的擋土墻支護效果不佳，擋土墻雖然能阻止邊坡在其支護范圍內(nèi)不產(chǎn)生破壞，但是未防護的坡級容易出現(xiàn)破壞。本次調(diào)研的6處該類型的支護邊坡，僅有2處邊坡未出現(xiàn)破壞，1處邊坡上部未支護處出現(xiàn)沖溝、風(fēng)化剝落;3處邊坡上部未支護處出現(xiàn)坍塌，其坍塌破壞的破壞面與其他土質(zhì)邊坡的破壞面有很大差別，破壞面不是典型的圓弧滑動面，紅粘土邊坡滑動面為上陡下緩的折線+圓弧滑動面，滑動剪切出口往往出現(xiàn)在擋土墻與未支護坡級的交界處。所以應(yīng)考慮擋土墻加其他防護形式綜合使用。

2.2.4?植被+擋土墻

本次調(diào)研的11處該類型的邊坡，8處邊坡整體穩(wěn)定性較好，僅有3處邊坡出現(xiàn)在植被處發(fā)生土體剝落。如圖3（b）圖中，植被防護處表面剝落，有碎石;（c）圖中邊坡表面剝落碎散，坡頂有沖溝和少量塌落并夾雜碎石;（c）坡中有剝落。對比單一擋土墻支護可知：植被能有效防止上部邊坡發(fā)生局部坍塌，擋土墻與植被綜合防護效果比單一擋土墻防護效果好。同時在坡頂設(shè)置截水溝如（b）圖，則防護效果更佳。

2.2.5?植被+骨架

植被+骨架防護下邊坡整體穩(wěn)定，骨架結(jié)構(gòu)主要為坡面水提供了固定的流動渠道，有效阻止了坡面沖刷;同時，由于骨架在施工時會嵌入邊坡表面土體內(nèi)，因此起到了阻止裂縫蔓延的作用。極少部分邊坡在植被處發(fā)生局部破壞。本次調(diào)研的30處植被+骨架防護中，26處邊坡骨架完好，邊坡穩(wěn)定，但是有4處邊坡在植被防護處發(fā)生表面脫落、滑塌以及滑塌后引起的骨架破損，這4處邊坡的坡率均陡于1∶1。如圖4（a）圖中邊坡有部分剝落，夾雜碎石;（b）圖和（c）圖中均出現(xiàn)坡腳處出現(xiàn)坍塌;（d）圖中邊坡坡腳處出現(xiàn)坍塌，骨架結(jié)構(gòu)破損。骨架周圍土體容易被水蝕掏空現(xiàn)象，說明骨架與紅粘土的結(jié)合部位較易破壞。綜上可知：坡率陡于1∶1時即便采用骨架護坡的方式仍然不能保證紅粘土邊坡的穩(wěn)定安全，因此骨架防護的適用坡率為緩于1∶1的邊坡。

2.2.6?植被+錨桿框架梁

植被+錨桿框架梁防護下，邊坡整體穩(wěn)定，本次調(diào)研的10處植被+錨桿框架支護的邊坡中，邊坡坡率均緩于1∶1，沒有發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)整體破壞，僅2處邊坡在植被處發(fā)生小面積剝落。如圖5中邊坡坡面少量剝落夾雜碎石和少許沖溝，整體穩(wěn)定。由于錨桿主要起到加固分化破碎巖石邊坡的作用，所以錨桿框架梁適用于含碎石較多的紅粘土邊坡中，坡率緩于1∶1的邊坡。

2.2.7?綜合防護

本次調(diào)研的38處利用三種以上支護方式的綜合防護邊坡中，防護等級均呈現(xiàn)出由下往上逐級遞減，邊坡較高時邊坡分級，綜合防護是所有防護體系中效果最好的形式。例如圖6中坡腳采用擋土墻，坡面采用格構(gòu)+植被的防護形式;（b）圖中坡腳采用擋土墻，坡面采用實體護面墻，坡頂采用植被防護;（c）邊坡分為兩級，第一級采用實體護面墻，第二級采用窗式護面墻;（d）圖中邊坡分為四級，第一、二級邊坡采用錨桿框架+噴漿+植被防護;第三、四級邊坡采用噴漿+植被防護。

3?結(jié)論與建議

（1）無支護條件下江西省公路邊坡病害存在坡面沖蝕、剝落、沖刷、溜方、坍塌等現(xiàn)象，以淺、表層破壞為主，整體破壞相對少見。建議紅粘土邊坡開挖后必須及時進行防護，無防護紅粘土邊坡的坡率應(yīng)當(dāng)放緩至1∶1.75以上。

（2）江西省紅粘土邊坡破壞方式不同于其它土，破壞面與傳統(tǒng)的圓弧滑動尚有區(qū)別，建議對紅粘土邊坡穩(wěn)定性分析方法考慮干濕循環(huán)和破壞面的特征，采取有針對性的穩(wěn)定性評價方法，使得邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果準確可靠。

（3）單一的植被防護效果不佳，若工程中必須采用植物防護，則工況一般要求邊坡高度不大，坡率緩于1∶1.75，坡體穩(wěn)定，排水通暢且地質(zhì)良好;實體護面墻防護效果較好，窗式護面墻窗口尺寸應(yīng)盡量減小。當(dāng)邊坡坡率緩于1∶1而又不具備支擋加固條件時，建議采用護面墻進行防護;單一的擋土墻支護效果不佳，且未防護的坡級容易出現(xiàn)破壞。

（4）植被+骨架防護下邊坡整體穩(wěn)定，骨架與紅粘土的結(jié)合部位容易被水蝕掏空而較易破壞。植被+骨架防護的適用坡率為緩于1∶1的邊坡。植被+錨桿框架梁防護下，邊坡整體穩(wěn)定，錨桿框架梁適用于含碎石較多的紅粘土邊坡，坡率緩于1∶1的邊坡。

（5）綜合防護是邊坡防護體系中最佳的防護方式，防護等級均呈現(xiàn)出由下往上逐級遞減，邊坡較高時邊坡分級。在邊坡坡率較陡，坡高較高時，應(yīng)將邊坡分級且采用不同防護方式對邊坡進行支護。

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（責(zé)任編輯：曾?晶）

Investigation of Red Clay Highway′s Slope

Damages in Jiangxi Province

JIANG Hong1， JIANG Hao1， CHEN Kaisheng1*， JI Yongxin2

（1.College of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

2. Guizhou Construction Science Research and Design Institute of CSCEC Co.， Ltd. Guiyang550006，China）

Abstract：

In order to study the phenomenon of red clay slope damages， ?methods such as site investigation， observation and statistics were carried out to investigate the damage form， damage characteristics， slope protection types， slope height， slope rate and stability on 10 high ways， 6 national highways in Jiangxi province， with a total of 294 slope areas. After the investigation and analyzing， it was found that there were erosion， spalling， washout， slipping， collapse and other kind of damages at those unprotected red clay slopes. Those damages mainly happened at the shallow or the surface of the slopes， and the overall damage was relatively less. While for those protected slope， damages such as erosion or spalling could only be seen at small plant protection areas， and the slope remained stable without overall collapse. Meanwhile， different applicable slope rates under various protection forms were put forward， which could provide reference for the protection of the red clay slope.

Key words：

red clay slope; slope disease; slope protection; survey statistics