深季凍區(qū)公路路基邊坡常見病害與技術(shù)對策

任少輝

(黑龍江省交通運輸信息和科學(xué)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 前 言

黑龍江省地處高緯度低海拔寒冷地區(qū)，春秋兩季比較干燥，降水偏少；夏季相對短暫，降雨集中，氣候濕潤；冬季較長，氣候寒冷。由于土質(zhì)、氣候等因素影響，公路路基邊坡經(jīng)常出現(xiàn)沖蝕、滑塌或防護結(jié)構(gòu)損壞，直接影響公路整體使用性能和交通觀感。

有關(guān)調(diào)查表明，黑龍江省公路路基邊坡病害主要為土質(zhì)邊坡的凍融失穩(wěn)和坡面的徑流沖蝕。因此，在總結(jié)現(xiàn)有防護經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，更加優(yōu)選地、有針對性地采取路基邊坡防護技術(shù)措施，將有助于提升路基邊坡養(yǎng)護、維修和管理費用使用的效率，對減少路基邊坡病害和提高公路整體使用功能具有重要意義。

2 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展動態(tài)

在邊坡防護技術(shù)方面，國外的研究側(cè)重于整體穩(wěn)定性和侵蝕機理，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)程體系。如日本道路協(xié)會早在1972年10月就頒布了第一版《道路邊坡及自然坡面穩(wěn)定技術(shù)規(guī)程》，迄今為止，已先后進行了10余次比較大的修訂。

近些年，隨著對公路沿線景觀與生態(tài)環(huán)境保護的日益關(guān)注，我國不斷借鑒和改進國際上先進的路基邊坡防護技術(shù)，并逐步發(fā)展到路基整體穩(wěn)定與坡面穩(wěn)定相結(jié)合、圬工防護與綠色防護相結(jié)合。建設(shè)部頒布的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2002)是我國首次編制的建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范；2014年6月開始實行修訂后的《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2013)；水利部發(fā)布的《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL 386-2007)則屬于較為系統(tǒng)的行業(yè)性邊坡防護技術(shù)規(guī)程；交通運輸部頒布的《公路路基設(shè)計規(guī)范》對公路路基邊坡的穩(wěn)定與防護提出了具體要求，但尚未編制專門針對公路邊坡防護的單項技術(shù)規(guī)程。國內(nèi)各地通過長期研究積累逐步提出了本地區(qū)的防護技術(shù)規(guī)范或技術(shù)指南，如《內(nèi)蒙古自治區(qū)公路路塹邊坡設(shè)計規(guī)范》、浙江省《公路邊坡植被防護工程施工技術(shù)規(guī)范》、廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《道路邊坡生態(tài)防護工程施工及驗收技術(shù)規(guī)范》、《福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南:邊坡生態(tài)恢復(fù)》等。

3 黑龍江省公路路基邊坡常見病害

3.1 路基邊坡坡面沖刷損壞

路基邊坡的沖刷侵蝕普遍存在。從黑龍江省的現(xiàn)場觀測可知，路基邊坡沖刷以施工期和竣工后的1～3年內(nèi)多發(fā)，之后隨著持續(xù)的維修養(yǎng)護而逐漸減少。

路基坡面沖蝕緣于雨水的作用，包括雨滴的擊打、徑流的沖刷等。嚴(yán)重時會造成邊坡的淺層滑移或失穩(wěn)。

路基坡面的沖刷是一個綜合作用的復(fù)雜過程，可能在坡面上形成比較嚴(yán)重的沖溝，部分沖溝可深達60 cm以上。

黑龍江省的年降雨量較低，但雨季時間較短、降雨比較集中，夏季降雨強度與年降水量1 000～1 500 mm的省(區(qū))相當(dāng)。

由于降雨強度較高，無防護路基邊坡坡面有的在一個雨季即出現(xiàn)嚴(yán)重沖蝕；有防護的邊坡受沖刷影響，除坡面的沖刷外，還可能出現(xiàn)防護結(jié)構(gòu)周邊淘刷、變形滑落等。

3.2 邊坡表面淺層的凍融滑塌

寒冷地區(qū)春融期常見的路基邊坡病害之一是凍融滑塌，填方路基邊坡和路塹邊坡都有發(fā)生，但以路塹較多。一般表現(xiàn)為防護結(jié)構(gòu)的隆起或沉陷，嚴(yán)重時出現(xiàn)滑移、散落，同時伴隨淺層失穩(wěn)滑塌。

影響路基邊坡淺層滑塌的因素較為復(fù)雜。主要包括土體自重、層間水、坡面滲水、凍融交界面出現(xiàn)的冰面、水分積聚和坡面附加荷載等。

4 常用防護技術(shù)措施及其特點

4.1 漿砌片石和拱形防護

漿砌片石防護在黑龍江省的應(yīng)用相對較早。從公路邊坡漿砌片石網(wǎng)格及魚鱗拱形防護的使用情況來看，砌石網(wǎng)格類防護多采用圬工配合植物的形式，后期出現(xiàn)改進的拱形防護，增加了拱檐(拱楣)，并利用拱肋作集排水槽，對拱肋也進行了強化；近年出現(xiàn)的“預(yù)制塊拼裝式拱形防護”更具有質(zhì)量穩(wěn)定、施工方便、支撐效果好的特點。

從使用情況來看，改進型結(jié)構(gòu)更加合理，雖仍有局部變形、沖刷、松散等，但對其使用沒有產(chǎn)生較多的影響。

4.2 預(yù)制塊防護與護面墻

混凝土預(yù)制塊防護主要分為滿鋪式預(yù)制塊防護和空心預(yù)制塊防護。其中空心預(yù)制塊有六角形(空心六邊形)等多種形式。滿鋪式預(yù)制塊防護一般用于有水流沖刷的沿河路堤或防洪路堤。

預(yù)制塊滿鋪防護與漿砌片石滿鋪防護相似，但預(yù)制塊防護在總體外觀、坡面支撐、結(jié)構(gòu)耐久性方面更有優(yōu)勢。

護面墻防護結(jié)構(gòu)具有觀感整齊、支撐牢固的優(yōu)點，但造價高、圬工特征明顯。

空心預(yù)制塊是近年來使用較多的邊坡防護材料，空心結(jié)構(gòu)有利于減緩坡面水流流速、減少沖刷，預(yù)制塊的嵌擠可以對坡面形成支撐，對路基邊坡的防護和綠化效果良好。

從現(xiàn)場調(diào)查情況看，空心預(yù)制塊護坡總體良好，但在凍融、沖刷等作用下，也有局部脫空、凍脹、沉陷、滑落等情況出現(xiàn)。

4.3 土工合成材料配合植物防護

隨著土工網(wǎng)植草護坡、三維植被網(wǎng)護坡的應(yīng)用總結(jié)，土工格室防護型式也在逐漸增多。

土工合成材料配合植物防護，具有綠化覆蓋率高、適應(yīng)變形能力強、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、施工便捷等優(yōu)點。

通過選用適合的植物，土工合成材料與植物莖株及其根系能夠穩(wěn)固土壤，形成復(fù)合抗沖刷體，坡面及淺層穩(wěn)固效果良好。

4.4 植物防護

路基邊坡的純植物防護或形成天然植被難點較多，因此才有了圬工與土工合成材料的大量應(yīng)用。

植物防護的難點在于：(1)公路呈條帶狀分布，地域差別較大；(2)土質(zhì)條件復(fù)雜，土層瘠薄；(3)立地條件差，限制因子多；(4)邊坡較陡，施工難度大。因此難以形成統(tǒng)一、普遍適用的植物防護措施。

在深季凍區(qū)路基邊坡防護植物中，馬藺(Iris ensataThunb)適合種植在日照強烈的邊坡；對于背陰邊坡或有凍融滑塌可能的邊坡，宜采取邊坡淺層排水措施，針對性地配合選用五葉地錦、紫羊茅、無芒雀麥、黑麥草等草本植物；或種植紫穗槐等木本植物。其中五葉地錦還適用于對圬工結(jié)構(gòu)的綠化覆蓋。

4.5 賓格網(wǎng)防護

賓格網(wǎng)(石籠、石籠網(wǎng)箱、生態(tài)網(wǎng)箱、格賓網(wǎng)箱、六角網(wǎng)箱、固濱網(wǎng))是用高強度鍍鋅鋼絲或聚合物絲編織成不同規(guī)格的矩形籠子，籠子內(nèi)填充石料進行拼接、疊加組合，形成柔性、透水、整體的支檔結(jié)構(gòu)。

適用于邊坡植生(綠化)、邊坡支護、山體巖面掛網(wǎng)噴漿、邊坡沖刷防護等。在人為或自然因素的作用下，石塊之間的縫隙逐漸被泥土充填，植物種子可以在石塊之間的泥土中生長。

因其柔性、多孔、組合拼裝的特點，故具有變形適應(yīng)性好、透水能力強、施工組裝靈活、耐久性良好的優(yōu)點，適合石料供應(yīng)充足路段的邊坡防護。

5 結(jié) 論

(1)黑龍江省及類似寒冷地區(qū)的公路路基邊坡凍融滑塌具有特殊性，坡度不是唯一的決定因素。對于可能發(fā)生凍融滑塌的路塹邊坡不宜采用大幅度降低坡度的方法來保證邊坡的穩(wěn)定性，重點在于春融期的坡面淺層排水。

(2)附加荷載對凍融滑塌有較大影響，自重較輕的防護結(jié)構(gòu)配合根系較深、抗逆性強的植物具有相對優(yōu)勢。

(3)路基邊坡沖刷有一個受徑流影響相對嚴(yán)重的臨界坡度范圍，應(yīng)盡量避開或加強坡面沖刷防護。

(4)馬藺草適合種植在日照強烈的邊坡；有凍融滑塌可能的邊坡宜采取邊坡淺層排水措施，針對性地配合選用五葉地錦、紫羊茅、無芒雀麥、黑麥草等草本植物；或種植紫穗槐等木本植物。應(yīng)利用“先鋒植物”快速覆蓋路基邊坡，以減少前期沖刷、穩(wěn)定坡面、防止水土流失。