公路路基設計中的邊坡防護問題分析

摘要 隨著路網的不斷完善，公路建設逐步向丘陵和山區深入，路基邊坡防護問題也隨之出現。文章首先介紹了一般路基與特殊土路基邊坡的常見病害，并在此基礎上分析了其破壞的原因；然后針對工程防護、植被防護與綜合防護的特點及適用性展開討論，并對以上防護形式進行了綜合對比分析；最后詳細介紹了路基邊坡防排水設計及土工格室防護的設計施工要點。

關鍵詞 公路路基；邊坡；防護設計；邊坡防排水

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0157-03

0 引言

隨著路網的不斷完善發展，公路建設也向丘陵和山區不斷深入，路基邊坡防護問題也隨之出現。不同類型的防護技術具有不同的特點和適用性，不同地區、不同氣候條件也有其不同的需求。在公路建設時，無論是深挖的路塹邊坡還是填筑的路基邊坡，都對原有的生態環境造成破壞，打破了原有的水土平衡，因此在公路建設時，如何減少破壞、快速恢復平衡成為路基邊坡設計需要重點關注和解決的問題。在公路建設的早期，針對邊坡防護常采用圬工材料和鋼筋混凝土進行防護，比如各種類型的護面墻、噴錨、擋墻、防護網、抗滑樁等，此類防護雖可快速形成強度，穩定邊坡，但造價較高，后期養護維修成本較高，耐久性也一般，而且其抵抗極端環境破壞的能力弱，多數的防護不能再種植植物，無法真正恢復原有的水土平衡，破壞了生態環境，而且還容易造成駕駛員的視覺疲勞[1]，引起安全隱患。因此，邊坡設計應結合固坡與生態，即采用工程防護與植被防護相結合的方式，在固坡的同時，恢復原有的生態環境。

該文以路基邊坡的常見病害為切入點，對病害的成因展開分析，分別介紹工程防護、植被防護與綜合防護的特點和適用條件，并從造價、養護、環境效應等方面進行對比，最后以土工格室防護為例對其設計要點展開論述。

1 路基邊坡常見病害及成因分析

1.1 邊坡病害

（1）一般土路基邊坡病害

普通地質區的邊坡自身具有較好的穩定性，但其坡面常年暴露在大氣環境中，在降水、日照、日夜溫差及季節變化等因素的作用下，改變了原狀邊坡土體的物理力學指標。在降水的沖刷作用下，土質邊坡被浸潤，抗剪強度降低，滑動面的抗剪能力減弱，造成表層或深層的滑坡。對于風化程度較大的巖層邊坡，在溫差、干濕作用下出現膨脹收縮、干濕循環等情況，加深了風化程度，表層巖石在降水作用下被沖刷剝蝕，最終導致邊坡失穩。

（2）特殊土路基邊坡

特殊土地基包括黃土、膨脹土、軟土、鹽漬土、凍土等，此類土體對環境變化較為敏感，常見的病害以塌方與邊坡失穩滑動為主。對于高邊坡地段，一旦出現滑坡，則會攜帶大量的巖土體，對道路或者邊坡下的其他障礙物造成巨大沖擊。

1.2 病害成因分析

（1）降水與地下水

水對公路的影響無處不在，其影響程度與水量、流速及作用時間有關。對于裂隙較為發達的巖質邊坡，在降水的侵蝕和滲透下，巖石裂隙內的細顆粒流失，裂隙間的連接減弱，坡體的受力發生較大變化，進而導致邊坡失穩。一方面，由于地下水和地表水的浸入，導致巖土體的自重增加，另一方面弱化了軟弱夾層的抗剪強度，成為潛在滑動面。對于季節差異顯著的地區，路基邊坡在季節性的凍融循環作用下，也會造成邊坡失穩。對于黃土地區，在集中的降雨期，邊坡極易被沖刷，導致護坡結構下部懸空、脫落，出現沖溝與局部溜坡滑塌[2]。

（2）設計不合理

原處于平衡狀態的巖土體，在路基施工時打破了原有的平衡，如果設計的邊坡坡率或者加固方案不合理，會導致在建設階段甚至運營階段出現滑坡甚至塌方，影響道路的正常使用。

（3）環境影響

邊坡開挖或者填筑后，采取合理的設計可確保邊坡的穩固，但受到地震或周邊施工等影響，會改變了原有的穩定狀態，從而導致邊坡失穩。

2 路基邊坡防護類型

為提高邊坡抵抗環境破壞的能力，應不斷提高建設與運營階段邊坡防護設計的重要性，而邊坡防護設計技術也在不斷更新，從單一的工程防護和植被防護向新材料與生態防護相結合的綜合防護發展，由封閉坡面阻絕與外部大氣的聯系向構建開放式坡面防護發展，由單一固坡功能向兼顧固坡與生態恢復相結合的方向發展。

2.1 工程防護

工程防護主要針對邊坡的構成要素（坡腳、坡率、坡高、坡面、坡頂）及附屬排水結構進行設計。工程防護主要是采用圬工材料或鋼筋混凝土，對坡面進行封閉，以隔絕或減少大氣環境對邊坡的影響，減緩巖體風化、土體沖刷，達到護坡的目的。根據邊坡情況，若邊坡穩定則需進行坡面防護，如不穩定則需先支擋后護面。

（1）坡面防護

坡面防護常見的形式包括封面防護、護面墻防護、框格防護、防護網防護等。封面防護常采用水泥、石灰等無機材料對坡面進行防封閉，防止雨水滲入造成淺表層失穩，可采用抹面、勾縫等進行表面灌漿，采取噴射水泥漿或者混凝土的方式進行封閉，一般適用于緩坡的土質邊坡及穩定的巖石邊坡。護面墻防護，可采用干砌或漿砌的方式，將片石、塊石或預制混凝土塊滿鋪在自穩的邊坡表面，起到防止地表水對邊坡的沖刷破壞作用，此類方式一般適用于輕微沖刷的土質邊坡或風化嚴重的軟巖質邊坡。框格防護，可采用現澆混凝土或者預制混凝土塊在穩定的邊坡構建各類形式的骨架網格結構，在框格內部可植草或者鋪磚，起到減緩流速、減小沖刷的作用，一般適用于坡率小于1∶0.75的土質邊坡及全風化和強風化的巖質邊坡。防護網防護，一般采用柔性金屬網或鋼絲格柵網覆蓋于坡面進行防護，根據防護作用的形式又可分為主動防護（結合錨桿）和被動防護（結合鋼柱形成柵欄），其適用于各種類型的邊坡，實際應用中的邊坡坡率大于1∶0.3。

（2）支擋結構

常用的支擋結構有錨桿與錨索加固、擋土墻、抗滑樁等。錨桿與錨索通常結合擋土墻與抗滑樁、框架梁或者混凝土臺座聯合使用，巖土質邊坡均可適用，必要時可對錨桿（索）施加預應力，其施工簡單、施工速度快、施工靈活、造價相對較低，能夠充分發揮巖土體的自承能力，適用于放坡困難或者放坡工作量較大的高陡邊坡。擋土墻防護是利用擋墻抵抗坡體的側向水土壓力，有重力式（衡重式）擋土墻、懸臂擋墻、扶壁擋墻、結合錨桿與土釘的擋墻及采用土工材料的加筋擋墻，設計時應因地制宜選擇適合的形式。抗滑樁則利用樁穿過滑動體進入下部的穩定土層，利用樁身的強度抵抗滑動體的下滑，從而起到穩定邊坡的作用[3]。

工程防護一般適用于不適宜植物生存的邊坡，如風化嚴重、節理裂隙發育的巖層邊坡、碎石土邊坡或者不適宜植被生長的特殊土路基邊坡。

2.2 植被防護

植被防護適用于穩定的邊坡，在其表面植草、鋪草皮或者采用草+灌+喬相結合的方式。植草和鋪草皮一般適用于低緩的邊坡，由于種類單一難以形成植物群落，使得其存活率較低，抵抗強降雨能力弱。草+灌+喬相結合的方式，可以彌補植草、鋪草皮的不足，發揮不同植物的護坡作用，對加固邊坡、防止沖刷具有較好作用。

2.3 綜合防護

綜合防護是結合土工材料、工程防護與植被防護的一種新理念的防護技術，主要包括生態防護、土工材料+植被防護，以及工程+植被防護。

（1）生態防護

生態防護是對植被防護的一種改進，目前常見的有水力播種、客土噴播、TBS厚層基材噴播、CBS植被混凝土噴播。此類防護可在維系自身特性的基礎上，實現能量流動與物質循環。

（2）土工材料+植被防護

利用植生袋、土工生態袋、土工布、土工格柵、土工格室、三維植被網墊等土工材料與植被防護相結合，利用土工材料的輕質高強、整體性好、耐老化抗侵蝕能力強等優點，在滿足邊坡穩定的前提下，還能為植被生長提供生長環境，待植被群落穩定后，與土工材料共同防護并加固邊坡。

（3）工程+植被防護

以工程防護形成骨架，在骨架間采用植被防護、生態防護或土工材料+植被，兼顧工程防護與植被防護的優點，在加固邊坡的基礎上提高邊坡表面的抗沖刷能力，同時實現較好的景觀效果。骨架結構包括現澆框架防護、錨桿（索）的框架梁。此外，還包括結合擋土墻、護面墻設計的綜合防護[4]。

2.4 防護技術對比

根據上述分析，將三種類型防護進行對比分析，主要從機理、投資、養護、固坡穩定性等各方面進行對比，如表1所示：

單一的植被防護，成本較低，植被群落穩定后對防止降水沖刷造成的水土流失具有顯著作用，灌木與喬木根系的加筋作用，對穩定淺表層土體、加固坡面具有重要作用，但其早期未形成時，易出現成活率低，養護成本高，木本植物的根系劈裂巖土體，為地表水下滲形成通道。傳統的工程防護成本遠高于植被防護與綜合防護，但其適用范圍廣、可快速穩固邊坡，封閉表面。綜合防護則充分發揮工程防護與植被防護的優點，并避免了二者的不足，成本介于工程防護與植被防護之間，從長期看，在持續固坡護坡的同時，節省了后期養護成本，而對于采用土工材料的綜合防護，其耐久性更久、環保性更高。

3 邊坡防護設計要點

3.1 路基邊坡排水設計與施工

根據前文對邊坡失穩成因的分析，降水與地下水是造成邊坡失穩的主要因素，因此路基邊坡設計的重要內容之一就是邊坡的排水設計。對于路堤邊坡而言，其目的是快速排出路面地表水，降低地下水水位，以減少對邊坡的沖刷，而對于路塹邊坡，其主要防止坡頂地表徑流對下部邊坡和路面的沖刷。地面排水系統包括截流槽、截水溝、平臺溝、邊溝、排水溝等，地下排水系統則有滲井、滲溝、盲溝、過水涵洞等，一般需要采用地面與地下排水相結合的綜合排水系統。排水系統的設計需要根據坡面匯流流速計算確定，并結合防護確定布置方式。

施工前應平整邊坡坡面，確保排水系統的平整順暢，避免出現低洼蓄水。對于填方路基邊坡，應控制填料的含水量，防止邊坡沉降造成排水系統失效。在施工階段，可以考慮設置臨時排水系統，盡快排出坡表水，以減少降水的下滲。

3.2 土工格室植被防護設計與施工

土工格室與內部填充料形成高彈連續的覆蓋層，一方面減少降水的入滲，減緩坡面雨水的徑流流速，從而降低坡面被沖刷和侵蝕的風險，同時在格室內部種植植被，發揮其截排水、根系對土體的加筋錨固作用，達到對淺表層的綜合防護與加固。在分析其穩定性時，可將格室、填土、錨桿作為結構受力體系的一部分，其抗滑力學模型如圖1所示，F為坡表徑流沖刷力，JD為滲流力，G為自重，抗滑力的計算公式如下：

R=（Ra?Rb）cosφ+Rf+Rj/Kj （1）

式中，Ra——坡腳處的被動土壓力（kN/m）；Rb——坡頂主動土壓力（kN/m）；Rf——格室結構與土體的摩阻力（kN/m）；Rj——錨釘的錨固力（kN/m）；Kj——格室焊接點的安全系數（一般取1.5）。

土工格室施工的關鍵點是格室焊接的質量控制，施工前應對焊接節點進行抽檢，一般百平方米抽檢≥5次。施工前應對坡面進行平整，避免凹凸不平造成土工格室應力集中而導致焊接節點撕裂，施工時應充分展開，并使用專用連接件進行固定；格室的填料可采用人工或機械自上而下施工。植被的選擇應因地制宜，選擇適合當地的植被。

4 結論

一般地質區的邊坡以表層沖刷和淺表層的滑坡病害為主，特殊土邊坡病害一般為塌方和深層滑坡，并從降水、設計、環境等因素對病害的成因進行了分析，分別論述了工程防護、植被防護與綜合防護的機理及適用范圍。經過對比分析，綜合防護在發揮植被防護與工程防護優點的同時，也彌補了二者的不足，具有較好的經濟性和生態效果，是路基邊坡設計發展的重要方向。

參考文獻

[1]王春，李忠海，張航，等.云南山區高速公路路基工程設計優化[J].公路交通科技（應用技術版），2017（8）：135-139.

[2]王鰲杰.預應力錨索抗滑樁支擋結構在路基邊坡防護中的應用研究[J].公路工程，2018（1）：145-148+190.

[3]耿志軍，劉春杰.加筋土陡邊坡綠色防護施工技術在山區高速公路中的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2010（10）：398-401.

[4]蘆建國，于冬梅.高速公路邊坡生態防護研究綜述[J].中外公路，2008（5）：29-32.