高速公路邊坡病害及防治技術淺析

□張雙梅（鄭州市市政工程總公司）

□史新偉（河南省水利科學研究院）

□呂 彤（國家開發銀行河南省分行）

隨著高速公路的長期運營，水文地質引起的病害日益凸顯，已影響到高速公路的行車安全。水文地質病害是由于工程體所處的工程地質條件較差，遇到地下水或地表水下滲，工程體的工程地質條件惡化，繼而產生地質災害。水文地質病害在高速公路工程中極為常見，主要表現為隧道滲水、邊坡失穩等。公路邊坡是高速公路建設中重要的組成部分，近年來高速公路滑坡事故時有發生，嚴重影響公路運輸的發展及人身安全，威脅了公路的正常運行，加劇了地質環境的惡化。同時，公路建設中的邊坡災害也制約了公路建設的順利進行。

為了更好地對高速公路邊坡治理技術進行論述，首先要對公路邊坡滑坡的特點進行分析。公路邊坡滑坡主要在平面形態上，都有一定的幾何形狀，如橢圓形、三角形、簸箕形及其他幾何形態或不規則形態。其滑出方向大多數與線路方向垂直或近于垂直，少數滑體滑動方向與公路線路方向斜交，公路規模的大小也直接影響滑坡的規模。成因上講，大多數滑坡都是在開挖過程中復活，而且公路滑坡有一個共性，就是超過90%的滑坡都是由于公路開挖造成的。

一、邊坡的分類

在實際工程中，由于設計或施工不當，或因地質條件的特殊復雜性難以預計，邊坡中一部分坡體相對于另一部分坡體產生相對位移以至喪失原有穩定性，從而形成滑坡，其滑動形式可用圖1表示。

（一）牽引式滑坡

主要是由于邊坡開挖卸載，坡體內部應力釋放，原有平衡狀態被打破，在坡頂后緣一定位置處產生拉裂縫，隨著邊坡開挖深度的增加，裂縫逐漸向后發展，滑動面位置相應由淺部向深部發展。

（二）推移式滑坡

主要是由于整個路堤（或堤壩、土堤等）向下滑動，推動坡體變形或破壞，坡頂出現明顯的下沉，并出現拉裂縫，形成臺階；坡腳附近的地面有較大的側向位移并向上隆起。

（三）整體式滑坡

由于坡體開挖或填筑，破壞了整個古滑坡體的平衡狀態，致使整個古滑坡體復活，在整個坡面上均出現大小不同的拉裂縫，坡腳產生明顯的向上隆起。

圖1 邊坡滑動特征圖

二、影響邊坡穩定性的因素

（一）巖石風化

研究及施工實踐表明全～強風化帶內的巖、土體呈現了很不穩定的特征，是邊坡失穩的高發地段。

巖石的風化程度除與本地區氣候(氣溫、雨水)、植被、地貌等外在因素有關外，巖石的成分、組構、裂隙發育程度、巖層產狀則是影響風化作用程度的內在因素。

在條件基本相同的情況下，路段內片巖、片麻巖類強風化帶較變粒巖的強風化帶厚，亦即片巖、片麻巖類風化更快，這主要是片巖、片麻巖類片狀構造較發育的緣故。

巖層產狀對巖石風化程度的影響主要表現為巖層傾角越大，風化帶越厚。這種現象主要系巖層傾角越陡，沿片理方向的受水概率隨之加大，同時地下水沿片理面的下滲動水壓力亦越大，對巖層的侵蝕也越強，故風化帶也越厚。因此，路塹開挖后，對高傾角巖層構成的邊坡，應加強坡頂的保護，減少水的入滲，降低巖石風化速度。

節理裂隙對風化程度的影響顯而易見，裂隙愈發育，越有利于風化，野外所見巖石風化絕大部分是沿裂隙進行的。同時，由于風化作用，加快了巖石裂隙面上物質的轉變、流失，從而加大了節理裂隙寬度和數量，兩者相互促進。路塹開挖后，對出露的邊坡巖體應采取防護措施，防止巖體裂隙加大，風化加劇。

（二）結構面

1.層面

根據某調查區的情況，基巖基本為沉積巖，層理產狀與邊坡產狀的組合關系對邊坡穩定性有著重要的影響。按層理傾向與坡向關系可分為斜交順向坡和斜交逆向坡。斜交順向坡若片理傾角小于自然邊坡或開挖邊坡坡角，則邊坡巖體可沿片理面產生整體下滑，反之則不會產生滑動。

2.節理、裂隙面

邊坡巖體節理裂隙較發育，長度數10厘米至數10米。由這些節理、裂隙切割形成的結構巖體規模較小，即使產生破壞也是局部。因此，路塹開挖后應特別注意邊坡體內部巖體裂隙發育分布情況，及時消除隱患。

3.破碎帶

在一些邊坡體內存在一定寬度和延伸的破碎帶，路塹開挖后，破碎帶巖石有一部分將被挖去，有些將構成坡體，對后一種情形，在進行邊坡穩定性分析計算時，其強度按強風化巖石取值。

4.軟弱夾層

軟弱夾層巖性主要為絹(白)云母片巖，風化后呈黑褐色，厚度數十厘米至數米不等，夾于絹(白)鈉長石英片巖或變粒巖中，產狀與其圍巖一致。因其強度很低，遇水極易軟化、崩解，是十分危險的滑動面(帶)，但其厚度較小，鉆探時極易被忽略。從已有的鉆探資料看，僅在少數邊坡體內有所揭露，但分布不詳。因此，路塹開挖后應特別注意查明該軟弱夾層的分布，及時提出治理對策。

三、邊坡防護措施

（一）坡面防護

邊坡的防護類型可分為邊坡坡面防護和沖刷防護。邊坡坡面防護主要是保護路基邊坡表面，免受雨水沖刷，降低溫差及溫度變化的影響，防止和延緩軟弱巖土表面的風化、碎裂、剝蝕演變過程，從而保護路基邊坡的整體穩定性，在一定程度上還可以美化路容，協調自然環境。

1.邊坡種草防護

種草防護適用于邊坡穩定，坡面沖刷輕微，且宜于草類生長的土質路堤與路塹邊坡，用以防止表面水土流失，固結表土，增強路基的穩定性。經常浸水或長期浸水的路堤邊坡，種草不宜生長，不宜采用種草防護。邊坡上已扎根的種草防護，可容許緩流水短時沖刷。

采用邊坡種草防護的注意事項：選用草籽應注意當地的土壤和氣候條件，通常應以容易生長、根部發達、葉莖低矮、枝葉茂密或有匍匐莖的多年生草種為宜，常用的有白茅草、毛鴨嘴、魚肩草、果園、雀稗、鼠尾草和小冠等。最好采用幾種草籽混合播種，使之生成一個良好的覆蓋層。種植時草籽宜摻砂或與土粒拌和，使之播種均勻，播種時間以氣候溫暖、溫度較大的季節為宜。

2.鋪草皮防護

路基坡面上鋪草防護，其作用與種草防護相同，前者使用時要求當地有足供挖取使用的草皮地段，但在邊坡高陡和坡面沖刷較嚴重的地方，鋪草皮較種草防護收效快。塊狀草皮的尺寸，一般為20cm×25cm、25cm×40cm及30cm×50cm幾種；帶狀草皮一般寬25cm，長200～300cm；草皮厚度根據草根的深度而定，一般為6～10cm，干旱和炎熱地區可增加到15cm。挖草皮時，草皮兩端斜切（橫切面為平行四邊形），鋪草皮的方法有平鋪草皮、平鋪疊置草皮、方格式草皮、卵（片）石方格草皮。

采用鋪草皮防護的注意事項：草皮應選用根系發達、莖矮葉茅草、假儉草等，干枯、腐朽及喜水草種不宜采用，泥沼地區的草皮禁用；鋪草皮前應將邊坡表面挖松整平，如有地下水露頭，應做好排水設施；鋪草皮應在春季或初夏，干燥地區在雨季進行，不宜在冬季寒冷天氣施工；路塹邊坡鋪草皮，應鋪過路塹頂部1m或鋪至截水溝邊。

3.植樹防護

在路基邊坡上合理地植樹，對于加固路基有良好的效果。也可和種草、鋪草皮配合采用，使坡面形成良好的防護層。植樹適用于土質邊坡及嚴重風化的巖石邊坡和裂隙粘土邊坡。但對鹽漬土、經常浸水及經常干旱的邊坡及粉質土邊坡不宜采用。植樹可以加強路基的穩定性、降低流速、防止和減少水流對路基的沖刷；植樹能防風、防沙、防雪；植樹還可美化路容、調節氣候，并可獲得部分木材，增加收益。

植樹防護應注意事項：

一是植樹最好選在1：1.5或更緩的邊坡上；二是樹種宜選用在當地土壤與氣候條件下能迅速生長、根系發達、枝葉茂密的樹種。用于沖刷防護的樹種宜選用成長很快的楊柳類，或不怕水淹的灌木類，常用的有紫穗槐及夾竹桃等；三是植樹后在樹木未成長前，應防止流速大于3m/s的水流侵害。當植樹地帶可能受到流水沖擊作用時，應在前方設置障礙物，加以保護；四是采用植樹方法防護路基，應使樹木及早成林，才能起到防護作用。

4.抹面與捶面

易于風化的巖石，如頁巖、泥巖、泥灰巖、千枚巖等軟質巖層的路塹邊坡防護，可用混合材料抹面。對易受沖刷的邊坡和易受沖刷的邊坡和易風化巖石坡防護可用混合材料捶面。抹面或捶面的邊坡坡度不受限制，但不能擔負荷載，亦不能承受土壓力，故要求邊坡必須穩定的，坡面應平整干燥。常用的抹面混合料有石灰爐混合灰漿、石灰爐渣三合、四合土及水泥石灰砂漿等。

抹面與捶面應注意事項：一是抹面或捶面工程的周邊與未防護坡面銜接處，應嚴格封閉，如在其邊坡頂部作截水溝，溝底及溝邊也要用抹面或捶面防護；二是大面積抹面或捶面時，每隔5~10m應設伸縮縫，伸縮縫寬1~2cm，縫內用瀝青麻筋或油毛氈填塞緊密；三是為了防止抹面表面開裂，增強抗沖蝕能力，可在表面涂瀝青保護層，要求瀝青軟化點稍高于當地氣溫，用量為0.3kg/m3；四是抹面厚度為10~15cm，一般采用等厚截面。當邊坡較高時，采用上薄下厚截面；五是抹面或捶面工程應經常維修，發現裂縫、開裂或脫落應及時灌漿修補。抹面使用年限為6~8年，捶面使用年限10~15年。

（二）沖刷防護

對于沖刷防護，一般在水流流速不大及水流破壞作用較弱地段，可在沿河路基邊坡設砌石護坡、石籠和混凝土預制板等，以抵抗水流的沖刷和淘刷。需要改變水流或提高坡腳處粗糙率，以降低流速、減緩沖刷作用時，可修筑壩類構造物。對于沖刷嚴重地段（急流區、頂沖地區），可采用加固邊坡（砌石護坡）和改變水流情況的綜合措施；水下部分可視水流的淘刷情況，采用砌石、石籠或混凝土預制板等護底護腳。砌石基礎應置于沖刷線以下0.5-1.0m，水上部分采用輕型防護即可。

1.工程防護

工程防護（礦料防護）包括框格防護、封面、護面墻、干砌片石護坡、漿砌預制塊護坡、錨桿鐵絲網噴漿、噴射混凝土護坡。

框格防護適用于土質或坡面防護。目的是防止地表水流的沖刷、坡面巖土的風化剝落以及與環境相協調，近年來，隨著對環境保護的重視，高等級公路邊坡較高時，采用砌石框種草防護，邊坡種草防護類型的選擇很重要，現大多采用草坪植生帶，即將草籽、肥料和土均勻拌和裹于土工物內，當草籽發芽也長成草起到固土作用后，無紡布纖維自然腐爛，不會污染環境，效果很好。

對風化巖石邊坡進行防護框格防護可采用混凝土、漿砌片（塊）石、卵（礫）石等做骨架，框架內宜采用植物防護或其他鋪助防護措施。

2.防護的常見方法

一是封面包括抹面、捶面、噴漿、噴射混凝土等防護形式。抹面防護適用于易風化的軟質巖石挖方邊坡；二是護面墻：分為實體、窗孔式、拱式等類型，用護面墻防護的挖方邊坡不宜陡于1：0.5，并應符合極限穩定邊坡的要求；三是干砌片石護坡適用于易受水流侵蝕的土質邊坡、嚴重剝落的軟土質巖石邊坡、周期性水及受水沖刷較輕的河岸或水庫岸坡的坡面防護；四是漿砌片（卵）石護坡適用于防護流速較大，波浪作用較強，用水流、漂浮等撞擊的邊坡，對過分潮濕或凍害嚴重的土質邊坡應先采取排水措施再進行鋪筑；五是漿砌預制塊防護適用于石料缺乏地區，預制塊的混凝土強度不應低于C15，在嚴寒地區不應低于C20。六是錨桿鐵絲網噴漿或噴射混凝土護坡適用于直面為碎裂結構的硬巖或層狀結構的不連續地層以及坡面巖石與基巖有可能下滑的挖方邊坡；七是土工織物是由高分子合成纖維制成的一種新型建筑材料，在公路工程中有排水、反濾、分隔、加固、防護作用等。

四、結語

以上的幾種防治方法雖然能達到治理邊坡失穩的效果，但是每種方法都有其自身的特點和適用條件，而高速公路邊坡治理是一個系統工程，在確定治理方案的時候應該綜合考慮。單單采用一種技術手段是難以有效地根治邊坡失穩問題的。因此在治理邊坡前，應詳細查明邊坡的各種工程條件，采用多種工程手段對其進行勘察，綜合的把資料都有機地結合起來，采用綜合治理方法對邊坡進行治理。