高速公路邊坡水毀修復(fù)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

熊浩森,汪 夢(mèng),鄒 翀

（葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司,湖北 武漢 430030）

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)高速公路建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。然而，隨著高速公路事業(yè)的快速發(fā)展，其邊坡水毀問(wèn)題也日益凸顯[1-4]，不但影響了高速公路的使用壽命及安全通行，而且對(duì)高速公路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展造成了阻礙。因此，分析高速公路邊坡水毀的原因以及研究修復(fù)施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)推動(dòng)高速公路的發(fā)展建設(shè)有著重要的意義[5-13]。

在高速公路的邊坡建設(shè)期間，施工單位需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求的坡比進(jìn)行坡面開(kāi)挖，當(dāng)高度較大時(shí)，應(yīng)采用分級(jí)開(kāi)挖方式，并進(jìn)行坡面防護(hù)。防護(hù)有圬工防護(hù)和植物防護(hù)及兩者相結(jié)合的形式，直至開(kāi)挖至設(shè)計(jì)的坡腳，與高速公路路面的高程基本一致。因此，高速公路邊坡是裸露狀態(tài)，要經(jīng)受降雨、日照及自身巖土體風(fēng)化、坡面附著的圬工體強(qiáng)度衰減等不利因素的影響。雨季，我國(guó)部分地區(qū)高速公路易受到邊坡水毀威脅，邊坡輕則發(fā)生掉塊、坡面植物和圬工構(gòu)造物發(fā)生變形等，重則塌方導(dǎo)致車輛及人員傷亡事故、中斷交通。因此，一旦發(fā)現(xiàn)有水毀邊坡，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行響應(yīng)，做出快速、有效處治，消除安全隱患，盡快恢復(fù)交通。常見(jiàn)的錨桿格子梁、錨索框架梁、噴射表面混凝土等坡面圬工防護(hù)，要與坡面坡比匹配，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，并設(shè)置排水圬工，確保施加圬工設(shè)施后與邊坡雨季穩(wěn)定性滿足要求。對(duì)坡面進(jìn)行植物防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮景觀美化以及雨季水飽和狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性的要求。文章以某高速公路邊坡水毀路段為例進(jìn)行分析。該段高速長(zhǎng)120 km，連接線長(zhǎng)15.5 km，主線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m。

1 路基工程地質(zhì)特征

該路塹自然坡角30°~40°，如圖1所示，巖土層從上至下分別為：

圖1 現(xiàn)場(chǎng)邊坡圖

（1）種植土：灰黃色，稍濕，稍密，含碎石，為山坡表土。

（2）粉質(zhì)粘土：褐灰，褐黃色夾灰白色，稍濕，硬塑，含少量砂巖角礫，分布于山坡地帶，厚度1~3.5 m。

（3）角礫土：褐灰，褐黃色，稍濕，稍密—中密狀態(tài)，角礫成分主要為砂巖，含量約40%。

（4）砂巖：黃褐，灰色，細(xì)?！哿＝Y(jié)構(gòu)，硅質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，薄—中厚層狀，節(jié)理裂隙極度發(fā)育，巖石破碎，為強(qiáng)風(fēng)化。

（5）泥灰?guī)r及泥質(zhì)頁(yè)巖：灰黃，褐黑，青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)極軟，受區(qū)域構(gòu)造影響，巖石極破碎，多見(jiàn)揉皺現(xiàn)象，糜棱巖化，巖石呈土狀，為全—強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)。

經(jīng)查閱高速公路建設(shè)期地質(zhì)勘察資料中的路塹地質(zhì)斷面圖可知，該路塹邊坡的左側(cè)比右側(cè)地質(zhì)條件差，穩(wěn)定性較差，現(xiàn)場(chǎng)揭示的地質(zhì)情況與地質(zhì)勘察資料基本一致。

2 路基邊坡水毀原因分析

通過(guò)對(duì)邊坡滑塌范圍內(nèi)及附近的踏勘發(fā)現(xiàn)，從邊坡滑塌的范圍、形式、滑塌歷史、滑塌深度，邊界綜合判斷，該處邊坡應(yīng)屬于膨脹土邊坡的滑塌，不屬于順向巖層滑坡。

2.1 影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素

邊坡土體為黏土、粉質(zhì)粘土、高嶺土、泥灰?guī)r和泥質(zhì)砂巖，特別是其中夾有灰白色膨脹土層，呈灰白色，灰白色夾紅黃色，濕，可塑，局部軟塑，密實(shí)，土層夾有薄層的鐵染層，為高液性土，具中等偏弱的膨脹性，強(qiáng)度較低。在強(qiáng)降雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨時(shí)，邊坡土體易被雨水滲透浸泡而軟化，并導(dǎo)致邊坡局部垮塌，也導(dǎo)致坡面排水系統(tǒng)損壞，使雨水滲透至坡體，沖刷嚴(yán)重。另外，膨脹土路塹會(huì)出現(xiàn)剝落、沖蝕、滑塌等破壞。

2.2 水毀機(jī)理分析

2.2.1 內(nèi)部因素

地質(zhì)構(gòu)造是引起邊坡滑塌的主導(dǎo)因素之一，無(wú)論何種類型的膨脹土，都是由兩組以上的裂隙組合而成的裂隙結(jié)構(gòu)體，在裂隙附近易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，集中的程度一旦超過(guò)土體的峰值強(qiáng)度，該點(diǎn)開(kāi)始破壞，強(qiáng)度下降，剩余應(yīng)力轉(zhuǎn)移到附近土體。如此繼續(xù)下去，遂產(chǎn)生連續(xù)的漸進(jìn)性破壞，結(jié)果使土的強(qiáng)度降低到接近于殘余強(qiáng)度。

2.2.2 外部因素

一是水的作用。膨脹土一般呈棕、黃、褐色及灰白等色，常呈斑狀，多含有鈣質(zhì)或鐵錳質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)親水性黏土礦物，有較強(qiáng)的脹縮性。在水的作用下，這些礦物質(zhì)顆粒會(huì)吸附大量水分在自身周圍形成水膜，使顆粒周圍的結(jié)合水膜增厚，顆粒間的距離增大，土體中原始孔隙率增大，使顆粒間的連結(jié)力減小，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低。二是風(fēng)化作用。挖后形成路塹，出現(xiàn)了新的臨空面，若坡面不加保護(hù)，將暴露于大氣中。這些坡面，在長(zhǎng)期的溫度、濕度變化和凍融等作用下，破壞了土體表面的粒間連接，形成風(fēng)化帶。在干旱季節(jié)，坡面出現(xiàn)裂縫、裂隙，結(jié)構(gòu)面上強(qiáng)度喪失。而在降雨季節(jié)，由于粒間連接減弱，體積膨脹，使坡面成為泥濘狀態(tài)，大大降低了抗剪強(qiáng)度。

3 路基邊坡水毀治理措施

3.1 歷史處治措施

2020年邊坡開(kāi)始發(fā)生多次淺層滑塌，滑塌范圍約為K181+170~K181+240左側(cè)。圖2為該段邊坡2021年4月現(xiàn)狀。養(yǎng)護(hù)部門對(duì)該段邊坡清方以后，設(shè)置了坡腳擋墻并設(shè)置了截水溝及急流槽。修筑擋墻及排水設(shè)施后，該段邊坡的變形并未停止，仍舊在發(fā)生緩慢變形，如圖3所示，擋墻頂部的急流槽已經(jīng)發(fā)生變形（15~20 cm）。

圖2 2021年4月邊坡

圖3 擋墻頂部圖

2021年9 月對(duì)該段高速公路的K181+170~K181+240左側(cè)邊坡進(jìn)行了處治，當(dāng)時(shí)是按破壞范圍處治，定性為膨脹土邊坡滑塌，采取了削方卸載，把邊坡由1∶1放緩到1∶2，坡腳設(shè)置擋土墻，坡面采取拱形骨架護(hù)坡，加強(qiáng)排水系統(tǒng)。11月施工完成至今，坡面邊坡在K181+240處，拱形骨架與原人字骨架交接處土體形成的凸錐體處由于受力和雨水作用，由上至下出現(xiàn)飽水滑移。

3.2 應(yīng)急措施

如果正值雨季，需立即進(jìn)行對(duì)裂縫采用防水纖維布遮蓋，保持排水系統(tǒng)的順暢。養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)進(jìn)行每日檢查和暴雨后檢查，做好路面警示。同時(shí)，加快施工的削方卸載消除隱患。

3.3 處治措施

根據(jù)目前情況，去年采取的處治措施是積極有效的，特別是放緩邊坡對(duì)該處二級(jí)邊坡的穩(wěn)定有著關(guān)鍵作用。但未處理段與處理段在交接處存在應(yīng)力集中，如果局部處理，下一雨季還會(huì)出現(xiàn)同樣問(wèn)題，因此，建議對(duì)此處特殊膨脹土邊坡采取一次處理到位，提出3種方案并列出其優(yōu)缺點(diǎn)：

方案一：放緩邊坡+坡腳擋墻+骨架護(hù)坡

優(yōu)點(diǎn)：骨架護(hù)坡的優(yōu)點(diǎn)是比滿鋪式省材。骨架護(hù)坡因?yàn)椴皇侨忾]，格內(nèi)或拱內(nèi)坡面土體水分可以調(diào)節(jié)，可以避免較大的膨脹應(yīng)力產(chǎn)生。骨架護(hù)坡常見(jiàn)形式有拱形骨架護(hù)坡、方格骨架護(hù)坡及人字骨架護(hù)坡（原設(shè)計(jì)采用）。拱形骨架護(hù)坡對(duì)坡面風(fēng)化土體的支撐穩(wěn)固作用較之方格形骨架護(hù)坡更好，造價(jià)低。

缺點(diǎn)：?jiǎn)渭儾捎霉羌茏o(hù)坡防護(hù)，骨架內(nèi)坡面沖蝕現(xiàn)象較普遍，格內(nèi)細(xì)小紋溝密布，因此，現(xiàn)場(chǎng)大多采用骨架護(hù)坡與骨架內(nèi)護(hù)面防護(hù)相結(jié)合的措施，效果顯著，但是景觀效果較差。

方案二：放緩邊坡+坡腳擋墻+漿砌片石護(hù)面墻護(hù)坡

優(yōu)點(diǎn)：滿鋪式漿砌片石護(hù)坡是一種剛性結(jié)構(gòu)，主要靠其自重或片石與砂漿的黏結(jié)力阻止坡面的膨脹變形。它的防沖刷性強(qiáng)，能抵御較大能量的集中水流的侵蝕沖刷，施工簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：由于雨水的浸入(總有薄弱部位可進(jìn)入)，往往聚集在邊坡的表層，來(lái)不及蒸發(fā)造成坡面土層軟化膨脹，易造成較大的膨脹力，致使護(hù)坡變形開(kāi)裂直到損壞，還容易風(fēng)化，景觀效果差。

方案三：放緩邊坡+柔性防護(hù)（非膨脹土覆蓋技術(shù)及防滲）

優(yōu)點(diǎn)：剛性防護(hù)措施，不能緩解膨脹土張縮變形所產(chǎn)生的膨脹力，常使這些支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形破壞。柔性支護(hù)，既解決了膨脹土挖方邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，又使公路與周圍環(huán)境融為一體。

缺點(diǎn)：土方開(kāi)挖量及回填量大，覆蓋層土需要借土或者摻灰回填處理，施工要求高，造價(jià)高。

3.4 處治方案

（1）坡面防護(hù)設(shè)計(jì)：對(duì)K181+225~345清理垮塌體，放緩邊坡至1∶2，并且按照高度每8 m設(shè)置邊坡平臺(tái)，邊坡平臺(tái)采用素混凝土硬化防滲，坡面防護(hù)采用拱形骨架防護(hù)。整個(gè)邊坡坡腳設(shè)置一道C25片石混凝土護(hù)腳墻，長(zhǎng)120 m×高2 m，坡面采用拱形骨架護(hù)坡。

（2）排水工程：加強(qiáng)地表排水措施，建立地表網(wǎng)系，對(duì)于整治膨脹土滑塌具有特殊重要意義。以往的成功經(jīng)驗(yàn)：截水溝、平臺(tái)水溝、排水溝緊密相連，同時(shí)，要求所有排水系統(tǒng)應(yīng)一律漿砌，隨時(shí)檢查維修，防止積水或淤塞，保證排水暢通。該項(xiàng)目擬設(shè)置截水溝+平臺(tái)排水溝+急流槽綜合排水系統(tǒng)。

截水溝：是坡面排水網(wǎng)系的第一道防線，必須有效可靠。坡頂設(shè)置一道漿砌片石截水溝攔截滲漏水流。

邊坡平臺(tái)排水溝：路塹臺(tái)階形邊坡應(yīng)在每一級(jí)邊坡平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置縱向排水溝，截排上部坡面與平臺(tái)水流。邊坡平臺(tái)均應(yīng)采用素混凝土硬化防滲。

4 結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)某高速公路的邊坡水毀工程進(jìn)行了內(nèi)、外部成因分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，提出了處治方案，并對(duì)坡面防護(hù)、排水工程做了針對(duì)性設(shè)計(jì)。處治方案根據(jù)沿線公路邊坡特點(diǎn)，邊坡平臺(tái)采用素混凝土硬化防滲，坡面防護(hù)采用拱形骨架防護(hù)，在排水工程設(shè)計(jì)中該項(xiàng)目擬設(shè)置截水溝+平臺(tái)排水溝+急流槽綜合排水系統(tǒng)。通過(guò)此設(shè)計(jì)方案，高速公路邊坡水毀路段取得了不錯(cuò)的修復(fù)治理效果，并提供了新的高速公路邊坡水毀修復(fù)施工技術(shù)，也為高速公路養(yǎng)護(hù)部門以后解決水毀問(wèn)題提供了參考依據(jù)和價(jià)值。