特大暴雨对京承高速公路边坡防护工程的影响及其对策

贾剑波，黄灏峰，邹大林，南海龙，朱建刚，李海光

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京;2.北京金五环风景园林工程有限公司，100022，北京;3.北京市园林绿化国际合作项目管理办公室，100013，北京;4.鄂尔多斯市水土保持世行贷款项目服务中心，017000，鄂尔多斯)

1 问题的提出

2011-07-24 T 20:00—2011-07-25 T 06:00期间，北京地区降下特大暴雨。密云县平均降雨量达到243 mm，最大降雨强度115.2 mm/h，使得京承三期高速公路边坡出现20多处滑坡。同样，2012-07-21的北京“7·21”暴雨使京承三期高速公路出现23处滑坡，滑坡面积达2 580 m2。这2场降雨总量大，降雨历时长，降雨强度大，虽然在一定程度上缓解了北京地区生活、生态用水的紧张状况;但京承三期高速公路作为全国生态公路示范项目，在连续2年的暴雨中出现多处滑坡，促使我们对高速公路的边坡绿化、工程设计标准，以及水土保持工程质量产生质疑与反思。21世纪初期“生态高速公路”概念进入我国后，加大了公路边坡的防护;但防护工程效果有待于时间的检验［1］。因设计、施工和后期养护管理等等问题而引起暴雨后平铺植被层被冲走，成活率低，工程质量难以保证，达不到满意的边坡防护效果，进而造成坡面冲沟，表土流失、坍滑等边坡病害，会导致大量的边坡病害整治和修复工程［2］。有效的生态护坡通过在边坡上种植植物，利用植物与岩土体的相互作用对边坡进行防护、加固，并能恢复自然生态环境的护坡方式，可增强沿线景观效应［3］。笔者就高速公路滑坡现场出现的问题进行总结与分析，并提出一些对策和建议，以期为今后边坡恢复设计和暴雨条件下边坡滑坡应急处理提供依据和参考。

2 分析与讨论

2.1 边坡植被层滑坡

到目前为止，边坡植被恢复没有一个统一而完善的标准，对边坡植被的护坡效应探讨更是鲜见涉及，严重制约了该技术的发展［4-5］，而且从事边坡恢复的人大多是按照园林景观设计行规来进行，加上不同地区高速公路边坡恢复中植物种的选择与配置技术有很大差异;因此，虽然在视觉上呈现植被恢复效果，但大部分植物很快就死去，形成“假绿”现象。更主要的是没有收到植被固坡的效果，一场暴雨过后，坡面植被层被洪水冲走，导致护坡失败。

2.2 六棱花饰护坡的冲毁

六棱花饰护坡是目前高速公路护坡中使用最广泛的一种方式，边坡恢复成功率较高，但在暴雨过后依然出现了冲毁现象。通过现场分析，主要存在以下5方面问题。

1)边坡上部的排水设施设计与修建不当。这样，暴雨在坡面上形成的股流和急流将坡顶冲毁。雨水进入坡体使整个坡体松动，造成坡顶冲沟和坡体整体滑动。

2)边坡恢复的植被选用不当。六棱护坡格中的植物种选择和栽植密度没有标准，京承三期高速公路六棱花饰护坡多选用草本植物。由于草本植物的根系不如灌木根系固土能力强，坡面的稳定性也相应降低，暴雨过后六棱护坡格中的土体被冲走，导致护坡失败。

3)施工不达标，坡面平整度不够。施工过程中对坡面处理要求不高，平整度不够，坡面凹凸处较多。暴雨过后坡面凹陷处很容易积水，久而久之雨水渗入坡体中，稳定性下降，容易发生滑坡。

4)坡面填垫紧实度不足，无硬基础。坡面处理中用来填垫的土多半是垃圾土，黏着度和紧实度都不好，很容易被雨水冲走。另外，坡面的基础不够坚硬，也是导致坡面紧实度不足的原因之一。

5)土层中排水措施考虑不够，在工程设计时由于对暴雨强度考虑不足，对坡面土体内部的排水考虑不够，当暴雨过后，土壤中的潜水量很大。如果不能迅速排出，水分就会从坡面的裂缝处冒出，长期下去会导致整体滑坡，对公路安全危害极大。

2.3 坡顶垮塌

坡顶的排水系统和汇水面处理不好，导致上部排水失效。边坡对降雨的影响表现敏感，在降雨条件下自然边坡会因为含水量增大而强度降低，表面冲刷严重，导致坡体稳定性降低［6］。暴雨过程中形成的股流和急流不会沿排水沟流入，而是从坡顶低洼处猛冲，在坡顶形成V字形的冲沟。洪水冲入坡体，坡顶稳定性变差，沿坡面发生垮塌。

2.4 坡体滑动

坡体滑动的原因很多，其中坡度设计不合理、坡体不平、地形处理不足是导致坡面滑动的主要因素。图1示出2011年京承高速公路一处边坡发生的滑坡。另外，土工处理不足、风化层处理不够，也是坡面滑动的隐形因素。

图1 京承高速公路边坡滑坡Fig.1 Slope landslide of Jingcheng Expressway

2.5 隧道处和桥墩边坡冲毁

为了降低工程成本与施工量，隧道和桥墩的设计对暴雨洪水的考虑不到位，缩小了过水断面的尺寸。洪水对桥墩和隧道两边的浆砌石护坡长期的冲刷使得边坡发生垮塌，影响桥梁和隧道的使用寿命和安全。

2.6 边坡积水

由于公路排水沟和排水涵洞设计不合理或被洪水冲刷垃圾堵塞，使得公路排水系统的排洪能力不足。大量的洪水蓄积在边坡坡脚，使坡脚长时间浸泡在水中。久而久之，雨水渗透到坡体中，坡体基部的抗剪能力减弱，使坡体松动，最终发生滑坡和坍塌。因此在设计时应考虑到路面汇水断面，提升路面的排洪能力，防止坡体基部出现积水。

2.7 挡墙坍塌，排水沟冲毁

坡顶部排水不及时，顶部土体含水量增大，土体增重较多，对下方挡墙的压力突增，使得挡墙承受不住而坍塌，同时坍塌的土体和混凝土将排水沟冲毁，形成恶性循环(图2)。

图2 冲毁的边坡排水沟Fig.2 Destroyed slope drains

3 对策与建议

1)完善坡体内外的截排水系统，避免形成大面积汇流。从现场来看，发生滑坡的坡体都是产生汇流与股流的地方，而这些地方坡面内外的排水系统往往做的不够完善，在设计上没有考虑到如此强度大和历时长的降雨，从而选用的排水材料与规格不能应对;因此，在修复过程中重新考虑设计标准，增强坡内外的排水能力，尤其是坡内，保证雨水最短时间排走，不积水，不汇流。

2)调整喷播基质中草灌种子的配比，适当的提高乡土灌木的比例。不同的地区植物种配置也不同，由于没有一个衡量标准，草灌种的配比和喷种密度都很随意。一方面植被的成活率很低，需要花费大量的时间去养护;另一方面草种比例低时不利于固定在坡体上，稳定性差，暴雨过后将大片的植被冲走，形成坡面水土流失:因此，尽量增加草种的比例，增加根系分布深度，提高固坡能力，延缓滑坡时间，同时提高乡土灌木的比例，提高成活率，也与周围环境协调一致。

3)挂网绿化应对植被层与坡面之间进行加固。植物的根系对基材层和边坡岩体具有一定的加固作用，植物茎叶能够提高边坡抗冲刷性，植物护坡技术在红色粉砂岩边坡应用较成功，可以大规模推广［7］。为防止坡面植被层被雨水冲走，在坡面基础处理完之后，挂网绿化时，应对植被层与坡面之间进行加固，顶桩的深度需要增加，对坡度较大处进行削坡后再覆植被层，坡度减小使摩擦力增大，达到加固效果。

4)坡面碾压夯实与基础处理必须严格。坡面的碾压夯实是边坡防护的基础，对基础的处理必须严格。为了降低成本，往往选用垃圾土作为回填土，垃圾土不易夯实，虽然施工操作没有问题，但地基的稳定性很差，坡面的平整性同样很差，很容易积水。为了保证坡面恢复的质量和效果，需提高回填土的质量，提高坡面的稳定性。对不同的坡面，要按照实际情况，因地制宜，选择合适的坡面恢复措施进行防护。

5)制订相应的防洪标准。现行的措施都是按照国家水利部和建设部制定的防洪标准，而对坡面具体防洪没有统一标准。建议国家林业、水利和建设部门制订一部公路坡面防洪细则，为坡面防洪提供依据和参考。

6)汛前排查，雨后巡查。密切关注汛期的天气变化，在大降雨来临之前，排查公路沿线排水系统故障。对容易积水处采取临时的排水措施。降雨结束时，及时的巡查公路沿线各处，发现有滑坡和冲毁处应将积水排走后进行修复，保证边坡稳定和道路畅通。

［1］杨霄.高速公路对环境保护的影响及对策［J］.青海科技，2011(4):44-46

［2］赵勤忠.生态型护坡在路基施工中的应用［J］.科技风，2011(5):106-107

［3］张占全.对路肩、边坡植被问题的探讨［J］.内蒙古公路与运输，2011(1):36-37

［4］单炜，孙玉英，王强，等.高等级公路边坡植物护坡机理与深根锚固作用［J］.东北林业大学学报，2008，36(11):59-61

［5］Yan Zhixin，Song Yun，Jiang Ping，et al.Preliminary study on interaction between plant frictional root and rocksoil mass ［J］.Science China-Technological Sciences，2010，53(7):1938-1942

［6］王增琪.高速公路边坡的植物防护研究［J］.宁夏农林科技，2012，53(9):73-74

［7］明安刚，温远光，李武志.连栽桉树人工林及其林下植被的研究进展［J］.安徽农业科学，2010，38(26):14370-14371