路基高邊坡的穩定性影響因素與防護措施

林克堅

(福建省連江縣住房和城鄉建設局城建科，福建 連江 350500)

1 引言

近年來，隨著我國交通工程基礎設施的建設，出現了大量填方較高的路堤和挖深較大的路塹。道路路基邊坡過高存在發生滑坡、塌方等病害的危險，威脅著道路使用者的生命財產安全，因此有必要對高邊坡采取必要的防護措施，以確保邊坡的穩定性，防控風險事故的發生，提升道路的安全水平[1]。

本路基邊坡工程位于福州市連江縣敖江鎮沈海高速與丹鳳東路交叉口東北角,規劃道路由三條道路組成，分別為：站西路、站北路、站東路。其中站西路長度為418.893 m，寬度為18 m，站北路長度為400.38 m，規劃寬度調整為18 m，站東路長度為337.557m，規劃寬度為18 m。三條道路均按城市支路等級設計，其設計時速均為30 km/h。站西路西側邊坡為三階邊坡，靠近現有羅長高速邊坡，坡頂離羅長高速邊坡的最小凈距為10.5 m，最大開挖高度為17 m。項目地質調查情況顯示，該段邊坡的工程土質類型多為中風化花崗巖。因開挖高度較大，故應對此邊坡采取防護措施。

2 路基邊坡穩定性的主要影響因素分析

2.1 邊坡坡率、高度和坡長

如圖1所示，路基邊坡的坡率用邊坡角α的正切值(即坡高H與坡寬B的比值)表示，并寫成1∶m的形式。邊坡坡率對路基的穩定性至關重要，因此確定邊坡坡率是設計邊坡時應首先考慮的因素。對于填挖高度較大的路基，邊坡坡率既是保證邊坡穩定的關鍵，又關系著土石方調配數量及工程的經濟合理性[2]。當邊坡為路堤，邊坡高度小于20 m，地質條件良好時，根據《公路路基設計規范(JTG D30-2015)》中的規定，其坡率不應超出表1中所列的值[2]。當邊坡高度超過20m時，應對邊坡進行穩定性分析計算。對于挖方邊坡，其坡率可參照表2進行確定[3]。

除邊坡坡率外，影響邊坡穩定性的因素還包括邊坡的高度和坡長。分析表明，路基邊坡穩定安全系數隨著邊坡高度的增大而逐漸變小，且存在一個臨界高度，此高度上下的安全系數變化率有所差異[4]。在降雨條件相同時，坡長越長，水的流速越大，匯水流量也越大，雨水沖刷造成的破壞越強[5]。

圖1 邊坡坡率示意

表1 填方邊坡坡率參照

填土性質坡率上部高度(H≤8 m)坡率下部高度(H≤12 m)巨粒土1∶1.31∶1.5粗粒土1∶1.51∶1.75細粒土1∶1.51∶1.75

表2 挖方邊坡坡率參照

2.2 邊坡土的性質

邊坡土的性質主要是指土的重度γ、粘聚力c、內摩擦角φ。邊坡穩定性分析方法中的瑞典圓弧法認為，邊坡穩定安全系數K的表達式為：

(1)

Wi的計算公式為：

Wi=γiSi

(2)

由式(1)、式(2)可見，γ、c、φ3個參數都影響了邊坡穩定安全系數K。研究表明，在其他條件相同的情況下，邊坡土的粘聚力和內摩擦角越大，邊坡安全系數也隨之增大[6]。

2.3 自然條件

自然條件對邊坡穩定性的影響因素中，降雨是一個尤其值得關注的因素。統計數據顯示，大量的邊坡失穩事故都與降雨有著密切關系。降雨對路基邊坡穩定性的影響過程為：隨著降雨的開始，邊坡穩定安全系數逐漸減小，且其變化率隨著時間的遞增而增大，當降雨停止時，安全系數達到最小值[7]。降雨一方面打擊坡面并發生擊濺侵蝕，另一方面還會形成坡面徑流，沖刷邊坡，且降雨的強度越大，對邊坡造成的侵蝕和沖刷作用越強，危害也就越大[5]。

3 路基高邊坡防護措施

3.1 植物防護

植物防護的防護方式主要有植草、噴播植草、鋪草皮以及植樹等。國外通常把植物防護這樣定義:利用植物材料或者將植物與工程防護措施相結合，提升邊坡的穩定性，降低侵蝕；或靠植物根莖與土壤之間的作用力及莖葉的作用來加固、綠化邊坡[8]。植物防護的優點在于：①有助于改善路容，美化道路周邊環境；②有效抑制了坡面徑流對邊坡的沖刷；③可以調節邊坡土的溫度和濕度，有助于固結和穩定邊坡；④對生態環境的影響較小，實現了“綠色”防護。《公路路基設計規范(JTG D30-2015)》中對各種植物防護方式的選擇作出了規定，各防護方式的適用條件可歸納為表3。

表3 各種植物防護方式的適用條件

3.2 工程防護

3.2.1 噴護

噴護的水泥用量較大，當工程較為重要時可以考慮噴護，但它不宜用在高速公路、一級公路以及路側景觀要求較高的公路上。噴護防護措施適用于坡率小于等于1∶0.5的易風化但還未被強風化的巖石邊坡，噴護材料可選用水泥砂漿或混凝土。當選用水泥砂漿進行噴護時，水泥砂漿的強度應高于M10，且噴漿的厚度應大于等于50 mm。當選用混凝土進行噴護時，混凝土強度應高于C15，且噴護厚度應大于等于80 mm。為了保證排水通暢，減小溫度應力對坡面造成的危害，噴護后的坡面還應當設置伸縮縫和泄水孔。噴護施工較為簡單，但其費用較高，噴護的厚度難以控制。

3.2.2 錨桿掛網噴護

錨桿掛網噴護防護措施適用于坡率小于等于1∶0.5的易風化剝落的巖石邊坡，它也不宜用在高速公路、一級公路以及路側景觀要求較高的公路上。錨桿掛網的噴護厚度應小于等于25 cm且大于等于10 cm，鋼筋保護層的厚度應大于等于2 cm。

3.2.3 干砌片石防護

干砌片石防護措施適用于坡率小于等于1∶1.25的巖石或土質邊坡，其防護厚度應大于等于25 cm。此防護措施有效地防止了地面水流或河水的沖刷，適用于暴雨較為集中的土質高邊坡抑或橋涵附近的坡面。干砌片石防護的優點是工程建設費用較低且可適應邊坡的較大變形，缺點是較為細小的顆粒容易被水沖刷走進而引發較大的沉陷[9]。

3.2.4 漿砌片石防護

漿砌片石防護適用于坡率小于等于1∶1的土質邊坡或易風化的巖石邊坡，其防護厚度應大于等于25 cm，且砂漿強度應高于M5。進行漿砌片石防護時也要設置伸縮縫和泄水孔。

3.2.5 支擋防護

為了加強邊坡的穩定性，保證邊坡安全，常需對邊坡進行支擋防護，擋土墻是一種最常用的支擋結構。為保證擋土墻的安全穩定，在設計擋土墻時應對擋土墻進行驗算，首先，是抗傾覆和抗滑穩定性驗算，其次，是地基承載力驗算，最后，進行墻身強度驗算。為了保證排水(排出墻后積水和進行地面排水)的通暢，擋土墻應設置排水溝和泄水孔等排水設施。為了減小地基土沉降不均勻、溫度變化作用帶來的危害，還應設置沉降縫和伸縮縫。

4 結語

隨著我國交通基礎設施建設的發展，勢必會出現一些填方或挖方較大的路基邊坡。為了確保路基邊坡的安全穩定，避免邊坡失穩帶來的危害，應選擇工程可行性高、造價經濟合理的防護措施。在提倡“綠色”發展的當下，為了保護自然生態環境、改善路側景觀，應首先考慮植物防護，當植物防護難以保證邊坡的穩定時，則應采取工程防護措施，必要時還應進行支擋防護。