高速公路邊坡水毀修復施工關鍵技術研究

熊浩森,汪 夢,鄒 翀

（葛洲壩集團交通投資有限公司,湖北 武漢 430030）

0 引言

社會經濟的快速發展，促進了我國高速公路建設的進一步發展。然而，隨著高速公路事業的快速發展，其邊坡水毀問題也日益凸顯[1-4]，不但影響了高速公路的使用壽命及安全通行，而且對高速公路事業的進一步發展造成了阻礙。因此，分析高速公路邊坡水毀的原因以及研究修復施工關鍵技術，對推動高速公路的發展建設有著重要的意義[5-13]。

在高速公路的邊坡建設期間，施工單位需要根據設計要求的坡比進行坡面開挖，當高度較大時，應采用分級開挖方式，并進行坡面防護。防護有圬工防護和植物防護及兩者相結合的形式，直至開挖至設計的坡腳，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，要經受降雨、日照及自身巖土體風化、坡面附著的圬工體強度衰減等不利因素的影響。雨季，我國部分地區高速公路易受到邊坡水毀威脅，邊坡輕則發生掉塊、坡面植物和圬工構造物發生變形等，重則塌方導致車輛及人員傷亡事故、中斷交通。因此，一旦發現有水毀邊坡，應即時進行響應，做出快速、有效處治，消除安全隱患，盡快恢復交通。常見的錨桿格子梁、錨索框架梁、噴射表面混凝土等坡面圬工防護，要與坡面坡比匹配，進行穩定性驗算，并設置排水圬工，確保施加圬工設施后與邊坡雨季穩定性滿足要求。對坡面進行植物防護設計時，應考慮景觀美化以及雨季水飽和狀態下邊坡穩定性的要求。文章以某高速公路邊坡水毀路段為例進行分析。該段高速長120 km，連接線長15.5 km，主線按雙向四車道高速公路標準建設，設計速度采用80 km/h，路基寬度24.5 m。

1 路基工程地質特征

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 現場邊坡圖

（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，角礫成分主要為砂巖，含量約40%。

（4）砂巖：黃褐，灰色，細粒—粉粒結構，硅質及鈣質膠結，薄—中厚層狀，節理裂隙極度發育，巖石破碎，為強風化。

（5）泥灰巖及泥質頁巖：灰黃，褐黑，青灰色，泥質結構，巖質極軟，受區域構造影響，巖石極破碎，多見揉皺現象，糜棱巖化，巖石呈土狀，為全—強風化狀態。

經查閱高速公路建設期地質勘察資料中的路塹地質斷面圖可知，該路塹邊坡的左側比右側地質條件差，穩定性較差，現場揭示的地質情況與地質勘察資料基本一致。

2 路基邊坡水毀原因分析

通過對邊坡滑塌范圍內及附近的踏勘發現，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 影響路基邊坡穩定性的因素

邊坡土體為黏土、粉質粘土、高嶺土、泥灰巖和泥質砂巖，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，土層夾有薄層的鐵染層，為高液性土，具中等偏弱的膨脹性，強度較低。在強降雨或長時間降雨時，邊坡土體易被雨水滲透浸泡而軟化，并導致邊坡局部垮塌，也導致坡面排水系統損壞，使雨水滲透至坡體，沖刷嚴重。另外，膨脹土路塹會出現剝落、沖蝕、滑塌等破壞。

2.2 水毀機理分析

2.2.1 內部因素

地質構造是引起邊坡滑塌的主導因素之一，無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構體，在裂隙附近易產生應力集中現象，集中的程度一旦超過土體的峰值強度，該點開始破壞，強度下降，剩余應力轉移到附近土體。如此繼續下去，遂產生連續的漸進性破壞，結果使土的強度降低到接近于殘余強度。

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，多含有鈣質或鐵錳質結構的強親水性黏土礦物，有較強的脹縮性。在水的作用下，這些礦物質顆粒會吸附大量水分在自身周圍形成水膜，使顆粒周圍的結合水膜增厚，顆粒間的距離增大，土體中原始孔隙率增大，使顆粒間的連結力減小，導致土體抗剪強度降低。二是風化作用。挖后形成路塹，出現了新的臨空面，若坡面不加保護，將暴露于大氣中。這些坡面，在長期的溫度、濕度變化和凍融等作用下，破壞了土體表面的粒間連接，形成風化帶。在干旱季節，坡面出現裂縫、裂隙，結構面上強度喪失。而在降雨季節，由于粒間連接減弱，體積膨脹，使坡面成為泥濘狀態，大大降低了抗剪強度。

3 路基邊坡水毀治理措施

3.1 歷史處治措施

2020年邊坡開始發生多次淺層滑塌，滑塌范圍約為K181+170~K181+240左側。圖2為該段邊坡2021年4月現狀。養護部門對該段邊坡清方以后，設置了坡腳擋墻并設置了截水溝及急流槽。修筑擋墻及排水設施后，該段邊坡的變形并未停止，仍舊在發生緩慢變形，如圖3所示，擋墻頂部的急流槽已經發生變形（15~20 cm）。

圖2 2021年4月邊坡

圖3 擋墻頂部圖

2021年9 月對該段高速公路的K181+170~K181+240左側邊坡進行了處治，當時是按破壞范圍處治，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，坡腳設置擋土墻，坡面采取拱形骨架護坡，加強排水系統。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，由上至下出現飽水滑移。

3.2 應急措施

如果正值雨季，需立即進行對裂縫采用防水纖維布遮蓋，保持排水系統的順暢。養護人員應進行每日檢查和暴雨后檢查，做好路面警示。同時，加快施工的削方卸載消除隱患。

3.3 處治措施

根據目前情況，去年采取的處治措施是積極有效的，特別是放緩邊坡對該處二級邊坡的穩定有著關鍵作用。但未處理段與處理段在交接處存在應力集中，如果局部處理，下一雨季還會出現同樣問題，因此，建議對此處特殊膨脹土邊坡采取一次處理到位，提出3種方案并列出其優缺點：

方案一：放緩邊坡+坡腳擋墻+骨架護坡

優點：骨架護坡的優點是比滿鋪式省材。骨架護坡因為不是全封閉，格內或拱內坡面土體水分可以調節，可以避免較大的膨脹應力產生。骨架護坡常見形式有拱形骨架護坡、方格骨架護坡及人字骨架護坡（原設計采用）。拱形骨架護坡對坡面風化土體的支撐穩固作用較之方格形骨架護坡更好，造價低。

缺點：單純采用骨架護坡防護，骨架內坡面沖蝕現象較普遍，格內細小紋溝密布，因此，現場大多采用骨架護坡與骨架內護面防護相結合的措施，效果顯著，但是景觀效果較差。

方案二：放緩邊坡+坡腳擋墻+漿砌片石護面墻護坡

優點：滿鋪式漿砌片石護坡是一種剛性結構，主要靠其自重或片石與砂漿的黏結力阻止坡面的膨脹變形。它的防沖刷性強，能抵御較大能量的集中水流的侵蝕沖刷，施工簡單。

缺點：由于雨水的浸入(總有薄弱部位可進入)，往往聚集在邊坡的表層，來不及蒸發造成坡面土層軟化膨脹，易造成較大的膨脹力，致使護坡變形開裂直到損壞，還容易風化，景觀效果差。

方案三：放緩邊坡+柔性防護（非膨脹土覆蓋技術及防滲）

優點：剛性防護措施，不能緩解膨脹土張縮變形所產生的膨脹力，常使這些支擋結構產生變形破壞。柔性支護，既解決了膨脹土挖方邊坡穩定問題，又使公路與周圍環境融為一體。

缺點：土方開挖量及回填量大，覆蓋層土需要借土或者摻灰回填處理，施工要求高，造價高。

3.4 處治方案

（1）坡面防護設計：對K181+225~345清理垮塌體，放緩邊坡至1∶2，并且按照高度每8 m設置邊坡平臺，邊坡平臺采用素混凝土硬化防滲，坡面防護采用拱形骨架防護。整個邊坡坡腳設置一道C25片石混凝土護腳墻，長120 m×高2 m，坡面采用拱形骨架護坡。

（2）排水工程：加強地表排水措施，建立地表網系，對于整治膨脹土滑塌具有特殊重要意義。以往的成功經驗：截水溝、平臺水溝、排水溝緊密相連，同時，要求所有排水系統應一律漿砌，隨時檢查維修，防止積水或淤塞，保證排水暢通。該項目擬設置截水溝+平臺排水溝+急流槽綜合排水系統。

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

邊坡平臺排水溝：路塹臺階形邊坡應在每一級邊坡平臺內側設置縱向排水溝，截排上部坡面與平臺水流。邊坡平臺均應采用素混凝土硬化防滲。

4 結語

文章對某高速公路的邊坡水毀工程進行了內、外部成因分析，結合現場調查，提出了處治方案，并對坡面防護、排水工程做了針對性設計。處治方案根據沿線公路邊坡特點，邊坡平臺采用素混凝土硬化防滲，坡面防護采用拱形骨架防護，在排水工程設計中該項目擬設置截水溝+平臺排水溝+急流槽綜合排水系統。通過此設計方案，高速公路邊坡水毀路段取得了不錯的修復治理效果，并提供了新的高速公路邊坡水毀修復施工技術，也為高速公路養護部門以后解決水毀問題提供了參考依據和價值。