川南山區某運營高速公路水毀邊坡致災機理分析

陳彬 熊坤

摘要 運營高速公路的路塹邊坡發生規模較大的坡體病害相對較少，但在降雨等作用影響下，規模相對較小的邊坡及坡面病害仍不可避免，常出現坡面水毀現象。水毀邊坡災害體規模雖小，但對運營的高速公路影響卻很大。文章根據川南某山區高速公路降雨后路塹邊坡的變形破壞特征，對水毀邊坡的致災機理進行分析，進而提出相應的治理措施建議，為類似邊坡的設計、施工及后期養護提供了相應的參考意義。

關鍵詞 運營高速公路；水毀邊坡；致災機理；治理措施

中圖分類號 U418.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0117-03

0 引言

隨著我國公路行業的快速發展，工程建設期間對高邊坡、順層邊坡等有了足夠的重視，并已基本采用抗滑樁、框架錨桿（索）等措施對其進行了有效的加固、防護處治。運營期間的高速公路路塹邊坡發生規模較大的坡體病害相對較少，但在降雨等作用影響下，規模相對較小的邊坡及坡面病害仍不可避免，尤其是采用掛網植草、矮擋等防護措施較弱的邊坡受水毀影響尤為明顯，常出現小規模垮塌、滑坡等不良地質現象。近年來，隨著極端天氣增多，在四川紅層地區的高速公路水毀邊坡病害較為頻發，主要表現為降雨滲入坡體后導致淺表層覆蓋層或強風化巖體沿坡面發生變形破壞[1-3]，水毀邊坡災害體規模雖小，但對運營期間的高速公路影響卻很大，滑塌堆積體易堵塞邊溝，甚至堆積于路面，不僅影響高速公路的正常通行，也增加了養護工作難度。因此，運營高速公路的水毀邊坡病害治理問題日益突出[4]。

該文以川南山區某運營高速公路水毀邊坡應急搶險調查成果為基礎，總結降雨后路塹邊坡的變形破壞特征，對水毀邊坡的致災機理進行分析，進而提出相應的治理措施建議，為類似邊坡的設計、施工及后期養護提供相應參考意義。

1 情況概述

某運營高速位于川南地區，全線長約130 km，沿線地形起伏較大，以填挖方路基、橋梁等構筑物為主，其中高挖方路基段均采用框架錨桿（錨索）、擋墻的加固防護措施進行預加固處理，低挖方路段則主要采用掛網植草等措施進行坡面防護處理。

2015年7—9月期間，該區域降雨量較往年偏多，且多發暴雨，尤其是8月中旬最大降雨量達到146.4 mm，此次強降雨天氣導致該運營高速公路主線、匝道、收費站等位置發生16處水毀病害點（詳見表1），水毀點主要分布于低挖路塹邊坡段，其中巖質邊坡占14個，土質邊坡占2個。沿線水毀邊坡規模雖小，但垮塌體均堆積于下方高速公路處，堵塞路側排水邊溝，個別甚至堆積于行車道路上，嚴重影響了高速公路的運營安全（詳見圖1）。

2 水毀邊坡致災機理分析

根據上述水毀災害體特征可知，該運營高速公路是在強降雨作用下誘發的淺表層破壞體，變形體物質以覆蓋層、強風化層為主，其致災機理是在地形地貌、地層巖性、降雨、人工活動等內外力共同作用下所誘發的水毀變形。

2.1 內在影響作用

2.1.1 地形地貌

運營高速公路位于四川盆地南緣，屬于盆地與云貴高原過渡地帶，沿線以侵蝕構造低中山、丘陵等山區地貌為主，地形起伏較大，斜坡地形易于形成坡面水流，為降雨匯水及坡面沖刷提供了較好的地形條件。

2.1.2 巖土層性質

該高速公路沿線邊坡主要為二元結構，上部覆蓋層以殘坡積粉質黏土為主，局部段為含碎石粉質黏土，覆蓋層厚度一般約1～3 m。黏性土隔水性和富水性均較好，受水浸泡易于軟化，抗剪強度降低明顯。

下伏基巖以砂巖、泥巖為主，局部段分布少量泥灰巖，一方面沿線巖質路塹邊坡表面因晝夜溫差變化、降雨淋濾等作用影響，易導致邊坡表面巖石發生風化碎裂現象，對于具有遇水易軟化、失水易開裂特性的黏土巖[5]，風化碎裂現象尤為嚴重。另一方面黏土巖、泥灰巖透水性差，為降水入滲富集提供了有利條件，地下水易在不透水層頂面匯集，形成潛在滑動破壞面。

2.2 外在影響作用

2.2.1 人工活動

該高速公路水毀邊坡災害點均為低挖路塹邊坡，其中基巖開挖坡比為1∶0.75，覆蓋層開挖坡比為1∶1.0，邊坡開挖后未采取加固防護措施或僅采用掛網植草等簡單措施。人工開挖破壞了巖土體結構的完整性，坡體產生卸荷、松弛現象，并且加大了坡體的人工暴露面，增大了降雨入滲面積，加速了黏土巖的風化進程。邊坡開挖不僅為降水入滲提供了有利條件，而且為滑塌體提供了新的臨空面。

2.2.2 降雨

該水毀邊坡均是在降雨作用下發生的滑塌變形破壞，而且在調查期間部分地段仍可見地下水滲出現象。俗話說“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”，降雨就像“潤滑劑”，是誘發邊坡失穩破壞至關重要的外在因素[6]。降雨下滲不僅增加滑塌體的重量，大幅降低其抗剪強度，而且在節理裂隙內易產生水壓力，從而誘發路塹邊坡水毀的發生。

2.3 致災機理分析

該運營高速公路災害點為強降雨作用下誘發的邊坡水毀問題，根據水毀災害點變形破壞特征和影響因素，水毀邊坡致災機理可分為兩類。其中，第一類為水壓力作用下誘發的推移式滑坡，其典型破壞點為K1815+900右側匝道處的路塹邊坡，為順層基巖滑坡。路塹邊坡開挖導致巖體產生卸荷作用，卸荷帶寬度約5 m，卸荷帶成為降雨下滲的有利通道，致使粉質黏土及強風化砂質泥巖飽水，自重增加，抗剪強度降低，而且下伏泥灰巖隔水性較好，易導致后緣裂隙帶內和泥巖與泥灰巖分界面處地下水富集，從而產生靜水壓力和浮托力，滑體下滑力增加，而抗滑力大幅降低，上部巖土體在水壓力和自重作用下沿下部泥灰巖頂面發生推移式滑動破壞，滑坡體堆積于坡腳及匝道路面，導致交通中斷。

第二類為飽水自重作用下誘發的淺層滑塌破壞，根據滑體物質成分和滑體位置，又可細分為坡面強風化層的滑塌破壞和坡頂近水平土質滑坡破壞。其中坡面強風化層水毀破壞主要分布于黏土巖邊坡段，其典型水毀點為K1867+700左側路塹邊坡，邊坡開挖增加了人工暴露面，使中風化黏土巖在雨水浸泡和太陽暴曬的反復交替作用下，產生風化碎裂現象，影響厚度約1～2 m，而后在強降雨淋濾、沖刷作用下，當強風化黏土巖的自重下滑力大于抗滑力時，將發生圓弧形滑塌破壞。

近水平土質滑坡破壞則主要分布于坡頂第四系殘坡積層內，主要受降雨影響。張群等[7]通過物理模型試驗研究表明，在大氣環境中紅層地區的降雨入滲影響深度最大約為5.37 m，而該區域土體厚度一般在0.5～2 m之間。在干濕循環作用下，殘坡積土體內部產生大量的不規則裂隙，加之農耕用地及大量的植物根系通道，降水有較好的入滲通道，導致土體飽和軟化。尤其是地下水匯集的基覆界面處抗剪強度大幅降低，前緣臨空條件較好的覆蓋層發生局部失穩、滑塌破壞，同時，易導致后緣土體內形成次生拉張裂縫。

3 水毀邊坡防治措施建議

根據該運營高速公路水毀邊坡發育情況可知，大部分水毀災害點主要分布于無防護措施或防護措施較弱的淺挖路塹邊坡段，滑塌變形規模不大，但直接影響運營階段高速公路的安全和暢通，導致我國經濟發展受到損失。因此，在勘察設計階段，需做到防患于未然，對淺挖路塹邊坡同樣足夠重視，尤其是對于干濕循環作用明顯的紅層邊坡，需考慮其后期風化碎裂剝落問題。而掛網在長期風化作用下易損毀，建議對非順層淺挖邊坡可采用框架植草護坡，對順層淺挖路塹邊坡可采用框架錨桿植草護坡，以避免運營高速公路邊坡由局部水毀滑塌發展為大面積滑塌問題。

水毀邊坡的主要外在因素就是水，防治水毀的基本措施就是做好坡表和坡體內的截排水，截排水的主要目標是保持邊坡范圍內的巖土體常年處于干燥或者中濕的狀態，避免出現積水的現象，確保邊坡的強度及穩定性，以防后期運營高速公路邊坡的結構受到水的危害。

運營高速公路水毀邊坡的挽救處治措施，需根據水毀病害特征和公路運營特征綜合考慮。由于水毀邊坡滑塌破壞，易將原有截排水措施損毀，結構功能退化，從而促進水對邊坡的影響不斷加大，建議將邊坡截排水措施放在首要位置。此外，由于水毀邊坡處治時需占道施工，施工作業面受限，災害點分散，點多量少，宜減少多種工藝的治理工程，且不宜采用抗滑樁、擋土墻等大體積圬工工程，建議采用小型、輕型且易于施工的措施，如輕型面板式錨桿擋墻、拱形骨架護坡等，可有效防止邊坡的差異風化和水毀滑塌破壞。此外，在連續降雨季節，應全面加強對高速公路的質量檢查，尤其是相關截排水設施和防護工程的完整性和安全性檢查，有效排除水毀隱患。

4 結束語

該文以川南某運營高速公路在連續降雨后的邊坡水毀情況為例，通過現場調查和統計分析，對川南山區運營高速公路水毀路塹邊坡的致災機理進行了分析研究，得出結論：運營高速公路水毀路塹邊坡多分布于無防護措施或預加固防護措施較弱的邊坡段，其致災機理是在地形地貌、地層巖性、降雨、人工活動等內外力共同作用下所誘發的水毀變形破壞。其中地形、巖土性質及人工活動是邊坡變形破壞的基本條件，而降雨則是邊坡變形破壞的主導因素，致使長期風化碎裂的巖土體在雨水入滲及沖刷坡面的情況下發生變形破壞，從而發展成水毀邊坡。該類邊坡在施工階段或運營初期穩定性暫無大礙，但隨著風化進程的加劇，在降雨條件下發生水毀的概率逐漸增加，常導致邊坡綠植樹木一起發生損毀破壞，嚴重影響交通的安全通行。

因此，建議在前期勘察、設計及施工階段就對該類淺挖路塹邊坡足夠重視，堅持“預防為主、防治結合”的原則。設計時采用經久耐用的預加固處理，做好邊坡截排水措施；發生水毀后需根據水毀病害特征和公路運營特征綜合考慮挽救處治措施。

參考文獻

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