高速公路路基邊坡水毀成因分析及處治

陳勖

[上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司長沙分公司，湖南 長沙410000]

1 工程概況

某高速公路K188+810—K189+045 段左側邊坡設計為三級平臺，高約25m，右側邊坡設計為二級平臺，高約17m。基底采用如下方式處理：橫坡大于1∶5時，采用挖臺階處理，臺階寬度不小于2m，內傾4%；當橫坡大于1∶2.5 時，臺階寬度不小于4m，高度不大于2m，需挖除路基范圍內軟土并換填透水性填料。邊坡坡率設計如下：采用臺階式邊坡，每級坡高8m。一級坡率1∶1.5，二級坡率1∶1.75，三級坡率1∶2。防護加固工程，右側二級平臺以下設置填石路基，外包厚度不小于2m 的土層，采用拱形骨架+噴草植喬防護。邊坡橫斷面設計如圖1 所示。

圖1 邊坡橫斷面設計圖（單位：m）

2 水毀應急搶險方案

為防止該路段邊坡繼續下滑，影響邊坡和道路路基的穩定性，對行車安全帶來危害，決定對該邊坡進行應急加固處治[1-2]。應急搶險方案如下：

第一，封閉引排中分帶地表水。防止分離式路基中央分帶降水滲透進入路基，采取開溝引流加地表覆蓋方式。

第二，地表應急監測。使用全站儀監測地表位移、下沉情況；測點布置為路側混凝土護欄處6 個，二、三級平臺對應斷面各6 個；第一周每天觀測2 次，第二周每天觀測1 次；每天整理一次監測數據和測點數據變化圖，為后續處理方案的制訂提供參考。

第三，施作坡面排水平孔。每級下邊坡按間距6m、孔深20m 施作，出水量大的間距加密至3m 一孔。

第四，開展深孔位移監測。監測點按間距25～30m、孔深至原地表下10m 設置。點位分布為中分帶布置1 個、應急車道布置4 個，對應二、三級斷面平臺各4 個。

測點布置和測試數據如表1 所示。

表1 路基邊坡或滑坡監測數據匯總表

受雨季連續強降雨影響，部分坡面溜坍嚴重，原骨架防護已垮塌，坡面表層砂包土因長期飽水，基本沒有黏聚力，隨雨水往下流淌。根據邊坡動態變形監測結果并結合地表宏觀變形巡查情況，綜合分析評價認為當前階段未見邊坡明顯變形發展，該路堤邊坡整體處于相對穩定狀態，局部穩定性較差。

3 水毀滑坡機制成因分析

3.1 水毀滑坡形成原因分析

該路段位于中亞熱帶季風氣候區，氣候溫和多雨，每年雨季尤其是臺風天氣會帶來較強的降雨。管養資料顯示，該路段通車后，在多次臺風及強降雨天氣影響下，瀝青路面出現不同程度的橫向裂縫和斜向裂縫，裂縫隨著雨水的影響有進一步擴展的趨勢，且道路兩側的路基邊坡出現了不同程度的水毀現象[3]。

道路邊坡設計和滑坡水毀調查資料顯示，滑坡體厚度基本小于10m，屬于淺層滑坡。調查結果顯示，殘積黃黏土和砂土狀凝灰巖交界處為滑坡體的滑動面。由于道路縱坡、橫坡和周圍環境的影響，左側坡面的匯水面積較大，大部分地表水匯集在內部，通過溝槽排出。但在大雨天氣尤其是臺風等極端天氣，匯水量急劇增加，截水溝、溝槽受沖刷影響增大，甚至出現超出設計服役工況的情況。右側邊坡采用植草、喬木進行防護，在滑坡發生后的調查過程中，最早在施工階段鋪設的草皮已無法看到，殘積黃黏土基本全部裸露在外。一級、二級之間的平臺是土質平臺，在水流的沖刷作用下，出現凹凸不平的情況，加之殘積黃黏土的吸水性較好，一定程度上降低了地表的排水能力。

為了分析邊坡水毀原因，需要對邊坡水毀現象進行調查。由于降雨會增加土體含水量，降低滑動面的正應力，會進一步降低滑坡體的抗滑能力；孔隙水壓力的增加會破壞風化巖，進一步促進滑坡體的滑動；多次臺風帶來的強降雨，導致地表水積存，持續增加孔隙水壓力，加之滑坡體裂縫的增加，二者之間的耦合作用會進一步促進軟弱面的形成，地下水的浸泡會降低滑坡體的抗滑能力，在自重作用下增加滑動面下滑的可能性[4-5]。

3.2 水毀滑坡現狀和穩定性分析

經過對邊坡水毀情況的調查分析，發現砌石邊坡存在不同程度的開裂、塌陷等病害。這些病害也在一定程度上引起周圍排水溝的折斷、塌陷，甚至造成二級砌石邊坡的砌石被破壞。如果不能及時進行修復，在降雨來臨時，在一級擋墻和大平臺自重作用下，會產生新的破壞。尤其是持續的強降雨，使邊坡坡體因大量吸水變得飽和，滑坡體變得更加軟弱。二級坡體還存在一定的向下滑動的趨勢，這也會對二級以上坡體產生新的危險，甚至形成新的塌方[6]。

調查結果還顯示，砌石截水溝的頂部存在多處裂縫，二級局部坡面存在開裂和錯臺。這些裂縫經過長時間的發展，存在進一步擴大和延伸的趨勢。因此，該段滑坡體可被判斷為活滑坡，滑坡體并非處于穩定狀態。在降雨小時由于受到擋墻、平臺堆積的土石方的阻擋，滑坡體的發展較為緩慢。但如果遇到強降雨，二級坡面的裂縫便會處于較活躍狀態。

4 水毀滑坡處治方案

4.1 鋼管樁加固

K188+810—K189+045 段邊坡水毀調查結果顯示，右側填方路基發生變形。根據路面裂縫及最開始邊坡變形出現在二級平臺處，反算填筑路基參數，取安全系數1.05，重度γ=19kN/m3，c=10kPa，采 用Geoslope 軟件反算出內摩擦角φ=16.3°。為了有效處理邊坡水毀問題，決定加大邊坡水毀處治范圍，加固范圍確定在K188+920—K189+010 范圍內。

根據相關規范和以往項目加固處治經驗，在路肩位置設置兩排鋼管樁，鋼管樁深度為20m，直徑為108mm。為了減少后期路基沉降造成鋼管樁處邊坡鼓包現象，將路肩處鋼管樁頂埋置于路面標高以下。在一級平臺處設置同樣的兩排鋼管樁，為提高整體剛度，在樁頂位置冠梁。鋼管樁的間距沿橫斷面方向為1.5m，沿路線方向為1.5m，交錯布置。計算結果顯示，加固后邊坡的安全系數達到1.29。鋼管樁加固設計如圖2 所示。

圖2 鋼管樁加固設計示意圖（單位：m）

4.2 鉆孔灌注樁加固

針對邊坡水毀現象，鉆孔灌注樁加固是一種較為有效的處治方式。此次擬加固范圍為K188+920—K189+010。根據相關規范和類似項目經驗，計劃在一級平臺處設置一排鉆孔灌注樁，灌注樁間距為3m，直徑為1.5m，并在樁頂位置設置冠梁。經計算，加固后邊坡的安全系數達到1.215。鉆孔灌注樁加固設計如圖3 所示。

圖3 鉆孔灌注樁加固設計示意圖（單位：m）

4.3 方案比選

從加固費用方面對比鋼管樁和鉆孔灌注樁兩種加固方式，具體如表2 所示。

表2 方案費用分析對比

5 水毀滑坡處治措施

對于高速公路路基邊坡水毀處治，除了采取鋼管樁或鉆孔灌注樁的主動加固處治措施，也需要一些必要的防排水措施、路基注漿加固和坡面修復措施。

5.1 防排水措施

根據對路基變形和邊坡水毀成因的分析，發現路基變形主要是中央加寬綠化帶排水不暢造成的。因此，解決雨水下滲并盡快引排是處理該段路基病害的關鍵。為此，計劃將中央加寬的綠化帶移走，并向下翻挖1m 深種植土。在底部填土壓實后，將鋪設防滲土工膜，再重新回填種植土。考慮后期沉降，回填種植土必須中間高兩側低，且邊部需高于兩側的水溝，以便雨水能順利匯入邊溝排出。靠邊坡一側，在路床頂設置一排縱向間距1m 長度2m 的排水管，以排除路面與路基交界處的內部滯水。為了確保排水通暢，泄水孔采用外徑為75mm 的PVC 管。

5.2 路基注漿加固

采用φ65mm 鋼花管對路基脫空及裂縫處進行注漿處理加固。注漿材料選擇42.5 號普硅水泥，控制水灰比在0.8～1 之間。在現場進行注漿試驗，確定注漿壓力。一般情況下，注漿壓力不小于0.6MPa，并在初始和結束階段適當加大注漿壓力。此次采用多次注漿工藝，且注漿后不拆除花管。

5.3 坡面修復

針對坡面已經出現的淺層溜坍病害，可以采取清除松土后開挖臺階，然后采用M7.5 漿砌片石回填碼砌至設計邊坡面的方法進行修復。在漿砌片石碼砌護坡上，需要每隔2m 上、下、左、右交錯設置泄水孔，用直徑為10cm 的PVC 管。

6 結語

高速公路路基邊坡水毀問題是當前高速公路尤其是南方高速公路管養工作中需要重點關注的問題。上述整治路段的調查分析和針對水毀病害成因所制訂的針對性處治方案，完全符合實際情況，有效解決了該路段路基邊坡滑坡和積水侵蝕問題。上述病害處治方法可以為同類項目的設計、施工和管養維護工作提供借鑒。