熊浩森,汪 梦,邹 翀

（葛洲坝集团交通投资有限公司,湖北 武汉 430030）

社会经济的快速发展，促进了我国高速公路建设的进一步发展。然而，随着高速公路事业的快速发展，其边坡水毁问题也日益凸显[1-4]，不但影响了高速公路的使用寿命及安全通行，而且对高速公路事业的进一步发展造成了阻碍。因此，分析高速公路边坡水毁的原因以及研究修复施工关键技术，对推动高速公路的发展建设有着重要的意义[5-13]。

在高速公路的边坡建设期间，施工单位需要根据设计要求的坡比进行坡面开挖，当高度较大时，应采用分级开挖方式，并进行坡面防护。防护有圬工防护和植物防护及两者相结合的形式，直至开挖至设计的坡脚，与高速公路路面的高程基本一致。因此，高速公路边坡是裸露状态，要经受降雨、日照及自身岩土体风化、坡面附着的圬工体强度衰减等不利因素的影响。雨季，我国部分地区高速公路易受到边坡水毁威胁，边坡轻则发生掉块、坡面植物和圬工构造物发生变形等，重则塌方导致车辆及人员伤亡事故、中断交通。因此，一旦发现有水毁边坡，应即时进行响应，做出快速、有效处治，消除安全隐患，尽快恢复交通。常见的锚杆格子梁、锚索框架梁、喷射表面混凝土等坡面圬工防护，要与坡面坡比匹配，进行稳定性验算，并设置排水圬工，确保施加圬工设施后与边坡雨季稳定性满足要求。对坡面进行植物防护设计时，应考虑景观美化以及雨季水饱和状态下边坡稳定性的要求。文章以某高速公路边坡水毁路段为例进行分析。该段高速长120 km，连接线长15.5 km，主线按双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用80 km/h，路基宽度24.5 m。

该路堑自然坡角30°~40°，如图1所示，岩土层从上至下分别为：

图1 现场边坡图

（1）种植土：灰黄色，稍湿，稍密，含碎石，为山坡表土。

（2）粉质粘土：褐灰，褐黄色夹灰白色，稍湿，硬塑，含少量砂岩角砾，分布于山坡地带，厚度1~3.5 m。

（3）角砾土：褐灰，褐黄色，稍湿，稍密—中密状态，角砾成分主要为砂岩，含量约40%。

（4）砂岩：黄褐，灰色，细粒—粉粒结构，硅质及钙质胶结，薄—中厚层状，节理裂隙极度发育，岩石破碎，为强风化。

（5）泥灰岩及泥质页岩：灰黄，褐黑，青灰色，泥质结构，岩质极软，受区域构造影响，岩石极破碎，多见揉皱现象，糜棱岩化，岩石呈土状，为全—强风化状态。

经查阅高速公路建设期地质勘察资料中的路堑地质断面图可知，该路堑边坡的左侧比右侧地质条件差，稳定性较差，现场揭示的地质情况与地质勘察资料基本一致。

通过对边坡滑塌范围内及附近的踏勘发现，从边坡滑塌的范围、形式、滑塌历史、滑塌深度，边界综合判断，该处边坡应属于膨胀土边坡的滑塌，不属于顺向岩层滑坡。

2.1 影响路基边坡稳定性的因素

边坡土体为黏土、粉质粘土、高岭土、泥灰岩和泥质砂岩，特别是其中夹有灰白色膨胀土层，呈灰白色，灰白色夹红黄色，湿，可塑，局部软塑，密实，土层夹有薄层的铁染层，为高液性土，具中等偏弱的膨胀性，强度较低。在强降雨或长时间降雨时，边坡土体易被雨水渗透浸泡而软化，并导致边坡局部垮塌，也导致坡面排水系统损坏，使雨水渗透至坡体，冲刷严重。另外，膨胀土路堑会出现剥落、冲蚀、滑塌等破坏。

2.2 水毁机理分析

2.2.1 内部因素

地质构造是引起边坡滑塌的主导因素之一，无论何种类型的膨胀土，都是由两组以上的裂隙组合而成的裂隙结构体，在裂隙附近易产生应力集中现象，集中的程度一旦超过土体的峰值强度，该点开始破坏，强度下降，剩余应力转移到附近土体。如此继续下去，遂产生连续的渐进性破坏，结果使土的强度降低到接近于残余强度。

2.2.2 外部因素

一是水的作用。膨胀土一般呈棕、黄、褐色及灰白等色，常呈斑状，多含有钙质或铁锰质结构的强亲水性黏土矿物，有较强的胀缩性。在水的作用下，这些矿物质颗粒会吸附大量水分在自身周围形成水膜，使颗粒周围的结合水膜增厚，颗粒间的距离增大，土体中原始孔隙率增大，使颗粒间的连结力减小，导致土体抗剪强度降低。二是风化作用。挖后形成路堑，出现了新的临空面，若坡面不加保护，将暴露于大气中。这些坡面，在长期的温度、湿度变化和冻融等作用下，破坏了土体表面的粒间连接，形成风化带。在干旱季节，坡面出现裂缝、裂隙，结构面上强度丧失。而在降雨季节，由于粒间连接减弱，体积膨胀，使坡面成为泥泞状态，大大降低了抗剪强度。

3.1 历史处治措施

2020年边坡开始发生多次浅层滑塌，滑塌范围约为K181+170~K181+240左侧。图2为该段边坡2021年4月现状。养护部门对该段边坡清方以后，设置了坡脚挡墙并设置了截水沟及急流槽。修筑挡墙及排水设施后，该段边坡的变形并未停止，仍旧在发生缓慢变形，如图3所示，挡墙顶部的急流槽已经发生变形（15~20 cm）。

图2 2021年4月边坡

图3 挡墙顶部图

2021年9 月对该段高速公路的K181+170~K181+240左侧边坡进行了处治，当时是按破坏范围处治，定性为膨胀土边坡滑塌，采取了削方卸载，把边坡由1∶1放缓到1∶2，坡脚设置挡土墙，坡面采取拱形骨架护坡，加强排水系统。11月施工完成至今，坡面边坡在K181+240处，拱形骨架与原人字骨架交接处土体形成的凸锥体处由于受力和雨水作用，由上至下出现饱水滑移。

3.2 应急措施

如果正值雨季，需立即进行对裂缝采用防水纤维布遮盖，保持排水系统的顺畅。养护人员应进行每日检查和暴雨后检查，做好路面警示。同时，加快施工的削方卸载消除隐患。

3.3 处治措施

根据目前情况，去年采取的处治措施是积极有效的，特别是放缓边坡对该处二级边坡的稳定有着关键作用。但未处理段与处理段在交接处存在应力集中，如果局部处理，下一雨季还会出现同样问题，因此，建议对此处特殊膨胀土边坡采取一次处理到位，提出3种方案并列出其优缺点：

方案一：放缓边坡+坡脚挡墙+骨架护坡

优点：骨架护坡的优点是比满铺式省材。骨架护坡因为不是全封闭，格内或拱内坡面土体水分可以调节，可以避免较大的膨胀应力产生。骨架护坡常见形式有拱形骨架护坡、方格骨架护坡及人字骨架护坡（原设计采用）。拱形骨架护坡对坡面风化土体的支撑稳固作用较之方格形骨架护坡更好，造价低。

缺点：单纯采用骨架护坡防护，骨架内坡面冲蚀现象较普遍，格内细小纹沟密布，因此，现场大多采用骨架护坡与骨架内护面防护相结合的措施，效果显著，但是景观效果较差。

方案二：放缓边坡+坡脚挡墙+浆砌片石护面墙护坡

优点：满铺式浆砌片石护坡是一种刚性结构，主要靠其自重或片石与砂浆的黏结力阻止坡面的膨胀变形。它的防冲刷性强，能抵御较大能量的集中水流的侵蚀冲刷，施工简单。

缺点：由于雨水的浸入(总有薄弱部位可进入)，往往聚集在边坡的表层，来不及蒸发造成坡面土层软化膨胀，易造成较大的膨胀力，致使护坡变形开裂直到损坏，还容易风化，景观效果差。

方案三：放缓边坡+柔性防护（非膨胀土覆盖技术及防渗）

优点：刚性防护措施，不能缓解膨胀土张缩变形所产生的膨胀力，常使这些支挡结构产生变形破坏。柔性支护，既解决了膨胀土挖方边坡稳定问题，又使公路与周围环境融为一体。

缺点：土方开挖量及回填量大，覆盖层土需要借土或者掺灰回填处理，施工要求高，造价高。

3.4 处治方案

（1）坡面防护设计：对K181+225~345清理垮塌体，放缓边坡至1∶2，并且按照高度每8 m设置边坡平台，边坡平台采用素混凝土硬化防渗，坡面防护采用拱形骨架防护。整个边坡坡脚设置一道C25片石混凝土护脚墙，长120 m×高2 m，坡面采用拱形骨架护坡。

（2）排水工程：加强地表排水措施，建立地表网系，对于整治膨胀土滑塌具有特殊重要意义。以往的成功经验：截水沟、平台水沟、排水沟紧密相连，同时，要求所有排水系统应一律浆砌，随时检查维修，防止积水或淤塞，保证排水畅通。该项目拟设置截水沟+平台排水沟+急流槽综合排水系统。

截水沟：是坡面排水网系的第一道防线，必须有效可靠。坡顶设置一道浆砌片石截水沟拦截渗漏水流。

边坡平台排水沟：路堑台阶形边坡应在每一级边坡平台内侧设置纵向排水沟，截排上部坡面与平台水流。边坡平台均应采用素混凝土硬化防渗。

文章对某高速公路的边坡水毁工程进行了内、外部成因分析，结合现场调查，提出了处治方案，并对坡面防护、排水工程做了针对性设计。处治方案根据沿线公路边坡特点，边坡平台采用素混凝土硬化防渗，坡面防护采用拱形骨架防护，在排水工程设计中该项目拟设置截水沟+平台排水沟+急流槽综合排水系统。通过此设计方案，高速公路边坡水毁路段取得了不错的修复治理效果，并提供了新的高速公路边坡水毁修复施工技术，也为高速公路养护部门以后解决水毁问题提供了参考依据和价值。

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