高速公路路基邊坡水毀成因分析及處治

陳勖

[上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司長沙分公司，湖南 長沙410000]

1 工程概況

某高速公路K188+810—K189+045 段左側(cè)邊坡設(shè)計為三級平臺，高約25m，右側(cè)邊坡設(shè)計為二級平臺，高約17m?；撞捎萌缦路绞教幚恚簷M坡大于1∶5時，采用挖臺階處理，臺階寬度不小于2m，內(nèi)傾4%；當(dāng)橫坡大于1∶2.5 時，臺階寬度不小于4m，高度不大于2m，需挖除路基范圍內(nèi)軟土并換填透水性填料。邊坡坡率設(shè)計如下：采用臺階式邊坡，每級坡高8m。一級坡率1∶1.5，二級坡率1∶1.75，三級坡率1∶2。防護(hù)加固工程，右側(cè)二級平臺以下設(shè)置填石路基，外包厚度不小于2m 的土層，采用拱形骨架+噴草植喬防護(hù)。邊坡橫斷面設(shè)計如圖1 所示。

圖1 邊坡橫斷面設(shè)計圖（單位：m）

2 水毀應(yīng)急搶險方案

為防止該路段邊坡繼續(xù)下滑，影響邊坡和道路路基的穩(wěn)定性，對行車安全帶來危害，決定對該邊坡進(jìn)行應(yīng)急加固處治[1-2]。應(yīng)急搶險方案如下：

第一，封閉引排中分帶地表水。防止分離式路基中央分帶降水滲透進(jìn)入路基，采取開溝引流加地表覆蓋方式。

第二，地表應(yīng)急監(jiān)測。使用全站儀監(jiān)測地表位移、下沉情況；測點(diǎn)布置為路側(cè)混凝土護(hù)欄處6 個，二、三級平臺對應(yīng)斷面各6 個；第一周每天觀測2 次，第二周每天觀測1 次；每天整理一次監(jiān)測數(shù)據(jù)和測點(diǎn)數(shù)據(jù)變化圖，為后續(xù)處理方案的制訂提供參考。

第三，施作坡面排水平孔。每級下邊坡按間距6m、孔深20m 施作，出水量大的間距加密至3m 一孔。

第四，開展深孔位移監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)按間距25～30m、孔深至原地表下10m 設(shè)置。點(diǎn)位分布為中分帶布置1 個、應(yīng)急車道布置4 個，對應(yīng)二、三級斷面平臺各4 個。

測點(diǎn)布置和測試數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 路基邊坡或滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

受雨季連續(xù)強(qiáng)降雨影響，部分坡面溜坍嚴(yán)重，原骨架防護(hù)已垮塌，坡面表層砂包土因長期飽水，基本沒有黏聚力，隨雨水往下流淌。根據(jù)邊坡動態(tài)變形監(jiān)測結(jié)果并結(jié)合地表宏觀變形巡查情況，綜合分析評價認(rèn)為當(dāng)前階段未見邊坡明顯變形發(fā)展，該路堤邊坡整體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，局部穩(wěn)定性較差。

3 水毀滑坡機(jī)制成因分析

3.1 水毀滑坡形成原因分析

該路段位于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和多雨，每年雨季尤其是臺風(fēng)天氣會帶來較強(qiáng)的降雨。管養(yǎng)資料顯示，該路段通車后，在多次臺風(fēng)及強(qiáng)降雨天氣影響下，瀝青路面出現(xiàn)不同程度的橫向裂縫和斜向裂縫，裂縫隨著雨水的影響有進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢，且道路兩側(cè)的路基邊坡出現(xiàn)了不同程度的水毀現(xiàn)象[3]。

道路邊坡設(shè)計和滑坡水毀調(diào)查資料顯示，滑坡體厚度基本小于10m，屬于淺層滑坡。調(diào)查結(jié)果顯示，殘積黃黏土和砂土狀凝灰?guī)r交界處為滑坡體的滑動面。由于道路縱坡、橫坡和周圍環(huán)境的影響，左側(cè)坡面的匯水面積較大，大部分地表水匯集在內(nèi)部，通過溝槽排出。但在大雨天氣尤其是臺風(fēng)等極端天氣，匯水量急劇增加，截水溝、溝槽受沖刷影響增大，甚至出現(xiàn)超出設(shè)計服役工況的情況。右側(cè)邊坡采用植草、喬木進(jìn)行防護(hù)，在滑坡發(fā)生后的調(diào)查過程中，最早在施工階段鋪設(shè)的草皮已無法看到，殘積黃黏土基本全部裸露在外。一級、二級之間的平臺是土質(zhì)平臺，在水流的沖刷作用下，出現(xiàn)凹凸不平的情況，加之殘積黃黏土的吸水性較好，一定程度上降低了地表的排水能力。

為了分析邊坡水毀原因，需要對邊坡水毀現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查。由于降雨會增加土體含水量，降低滑動面的正應(yīng)力，會進(jìn)一步降低滑坡體的抗滑能力；孔隙水壓力的增加會破壞風(fēng)化巖，進(jìn)一步促進(jìn)滑坡體的滑動；多次臺風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨，導(dǎo)致地表水積存，持續(xù)增加孔隙水壓力，加之滑坡體裂縫的增加，二者之間的耦合作用會進(jìn)一步促進(jìn)軟弱面的形成，地下水的浸泡會降低滑坡體的抗滑能力，在自重作用下增加滑動面下滑的可能性[4-5]。

3.2 水毀滑坡現(xiàn)狀和穩(wěn)定性分析

經(jīng)過對邊坡水毀情況的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)砌石邊坡存在不同程度的開裂、塌陷等病害。這些病害也在一定程度上引起周圍排水溝的折斷、塌陷，甚至造成二級砌石邊坡的砌石被破壞。如果不能及時進(jìn)行修復(fù)，在降雨來臨時，在一級擋墻和大平臺自重作用下，會產(chǎn)生新的破壞。尤其是持續(xù)的強(qiáng)降雨，使邊坡坡體因大量吸水變得飽和，滑坡體變得更加軟弱。二級坡體還存在一定的向下滑動的趨勢，這也會對二級以上坡體產(chǎn)生新的危險，甚至形成新的塌方[6]。

調(diào)查結(jié)果還顯示，砌石截水溝的頂部存在多處裂縫，二級局部坡面存在開裂和錯臺。這些裂縫經(jīng)過長時間的發(fā)展，存在進(jìn)一步擴(kuò)大和延伸的趨勢。因此，該段滑坡體可被判斷為活滑坡，滑坡體并非處于穩(wěn)定狀態(tài)。在降雨小時由于受到擋墻、平臺堆積的土石方的阻擋，滑坡體的發(fā)展較為緩慢。但如果遇到強(qiáng)降雨，二級坡面的裂縫便會處于較活躍狀態(tài)。

4 水毀滑坡處治方案

4.1 鋼管樁加固

K188+810—K189+045 段邊坡水毀調(diào)查結(jié)果顯示，右側(cè)填方路基發(fā)生變形。根據(jù)路面裂縫及最開始邊坡變形出現(xiàn)在二級平臺處，反算填筑路基參數(shù)，取安全系數(shù)1.05，重度γ=19kN/m3，c=10kPa，采 用Geoslope 軟件反算出內(nèi)摩擦角φ=16.3°。為了有效處理邊坡水毀問題，決定加大邊坡水毀處治范圍，加固范圍確定在K188+920—K189+010 范圍內(nèi)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和以往項(xiàng)目加固處治經(jīng)驗(yàn)，在路肩位置設(shè)置兩排鋼管樁，鋼管樁深度為20m，直徑為108mm。為了減少后期路基沉降造成鋼管樁處邊坡鼓包現(xiàn)象，將路肩處鋼管樁頂埋置于路面標(biāo)高以下。在一級平臺處設(shè)置同樣的兩排鋼管樁，為提高整體剛度，在樁頂位置冠梁。鋼管樁的間距沿橫斷面方向?yàn)?.5m，沿路線方向?yàn)?.5m，交錯布置。計算結(jié)果顯示，加固后邊坡的安全系數(shù)達(dá)到1.29。鋼管樁加固設(shè)計如圖2 所示。

圖2 鋼管樁加固設(shè)計示意圖（單位：m）

4.2 鉆孔灌注樁加固

針對邊坡水毀現(xiàn)象，鉆孔灌注樁加固是一種較為有效的處治方式。此次擬加固范圍為K188+920—K189+010。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，計劃在一級平臺處設(shè)置一排鉆孔灌注樁，灌注樁間距為3m，直徑為1.5m，并在樁頂位置設(shè)置冠梁。經(jīng)計算，加固后邊坡的安全系數(shù)達(dá)到1.215。鉆孔灌注樁加固設(shè)計如圖3 所示。

圖3 鉆孔灌注樁加固設(shè)計示意圖（單位：m）

4.3 方案比選

從加固費(fèi)用方面對比鋼管樁和鉆孔灌注樁兩種加固方式，具體如表2 所示。

表2 方案費(fèi)用分析對比

5 水毀滑坡處治措施

對于高速公路路基邊坡水毀處治，除了采取鋼管樁或鉆孔灌注樁的主動加固處治措施，也需要一些必要的防排水措施、路基注漿加固和坡面修復(fù)措施。

5.1 防排水措施

根據(jù)對路基變形和邊坡水毀成因的分析，發(fā)現(xiàn)路基變形主要是中央加寬綠化帶排水不暢造成的。因此，解決雨水下滲并盡快引排是處理該段路基病害的關(guān)鍵。為此，計劃將中央加寬的綠化帶移走，并向下翻挖1m 深種植土。在底部填土壓實(shí)后，將鋪設(shè)防滲土工膜，再重新回填種植土。考慮后期沉降，回填種植土必須中間高兩側(cè)低，且邊部需高于兩側(cè)的水溝，以便雨水能順利匯入邊溝排出?？窟吰乱粋?cè)，在路床頂設(shè)置一排縱向間距1m 長度2m 的排水管，以排除路面與路基交界處的內(nèi)部滯水。為了確保排水通暢，泄水孔采用外徑為75mm 的PVC 管。

5.2 路基注漿加固

采用φ65mm 鋼花管對路基脫空及裂縫處進(jìn)行注漿處理加固。注漿材料選擇42.5 號普硅水泥，控制水灰比在0.8～1 之間。在現(xiàn)場進(jìn)行注漿試驗(yàn)，確定注漿壓力。一般情況下，注漿壓力不小于0.6MPa，并在初始和結(jié)束階段適當(dāng)加大注漿壓力。此次采用多次注漿工藝，且注漿后不拆除花管。

5.3 坡面修復(fù)

針對坡面已經(jīng)出現(xiàn)的淺層溜坍病害，可以采取清除松土后開挖臺階，然后采用M7.5 漿砌片石回填碼砌至設(shè)計邊坡面的方法進(jìn)行修復(fù)。在漿砌片石碼砌護(hù)坡上，需要每隔2m 上、下、左、右交錯設(shè)置泄水孔，用直徑為10cm 的PVC 管。

6 結(jié)語

高速公路路基邊坡水毀問題是當(dāng)前高速公路尤其是南方高速公路管養(yǎng)工作中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。上述整治路段的調(diào)查分析和針對水毀病害成因所制訂的針對性處治方案，完全符合實(shí)際情況，有效解決了該路段路基邊坡滑坡和積水侵蝕問題。上述病害處治方法可以為同類項(xiàng)目的設(shè)計、施工和管養(yǎng)維護(hù)工作提供借鑒。