高速公路路基边坡水毁成因分析及处治

陈勖

[上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司长沙分公司，湖南 长沙410000]

1 工程概况

某高速公路K188+810—K189+045 段左侧边坡设计为三级平台，高约25m，右侧边坡设计为二级平台，高约17m。基底采用如下方式处理：横坡大于1∶5时，采用挖台阶处理，台阶宽度不小于2m，内倾4%；当横坡大于1∶2.5 时，台阶宽度不小于4m，高度不大于2m，需挖除路基范围内软土并换填透水性填料。边坡坡率设计如下：采用台阶式边坡，每级坡高8m。一级坡率1∶1.5，二级坡率1∶1.75，三级坡率1∶2。防护加固工程，右侧二级平台以下设置填石路基，外包厚度不小于2m 的土层，采用拱形骨架+喷草植乔防护。边坡横断面设计如图1 所示。

图1 边坡横断面设计图（单位：m）

2 水毁应急抢险方案

为防止该路段边坡继续下滑，影响边坡和道路路基的稳定性，对行车安全带来危害，决定对该边坡进行应急加固处治[1-2]。应急抢险方案如下：

第一，封闭引排中分带地表水。防止分离式路基中央分带降水渗透进入路基，采取开沟引流加地表覆盖方式。

第二，地表应急监测。使用全站仪监测地表位移、下沉情况；测点布置为路侧混凝土护栏处6 个，二、三级平台对应断面各6 个；第一周每天观测2 次，第二周每天观测1 次；每天整理一次监测数据和测点数据变化图，为后续处理方案的制订提供参考。

第三，施作坡面排水平孔。每级下边坡按间距6m、孔深20m 施作，出水量大的间距加密至3m 一孔。

第四，开展深孔位移监测。监测点按间距25～30m、孔深至原地表下10m 设置。点位分布为中分带布置1 个、应急车道布置4 个，对应二、三级断面平台各4 个。

测点布置和测试数据如表1 所示。

表1 路基边坡或滑坡监测数据汇总表

受雨季连续强降雨影响，部分坡面溜坍严重，原骨架防护已垮塌，坡面表层砂包土因长期饱水，基本没有黏聚力，随雨水往下流淌。根据边坡动态变形监测结果并结合地表宏观变形巡查情况，综合分析评价认为当前阶段未见边坡明显变形发展，该路堤边坡整体处于相对稳定状态，局部稳定性较差。

3 水毁滑坡机制成因分析

3.1 水毁滑坡形成原因分析

该路段位于中亚热带季风气候区，气候温和多雨，每年雨季尤其是台风天气会带来较强的降雨。管养资料显示，该路段通车后，在多次台风及强降雨天气影响下，沥青路面出现不同程度的横向裂缝和斜向裂缝，裂缝随着雨水的影响有进一步扩展的趋势，且道路两侧的路基边坡出现了不同程度的水毁现象[3]。

道路边坡设计和滑坡水毁调查资料显示，滑坡体厚度基本小于10m，属于浅层滑坡。调查结果显示，残积黄黏土和砂土状凝灰岩交界处为滑坡体的滑动面。由于道路纵坡、横坡和周围环境的影响，左侧坡面的汇水面积较大，大部分地表水汇集在内部，通过沟槽排出。但在大雨天气尤其是台风等极端天气，汇水量急剧增加，截水沟、沟槽受冲刷影响增大，甚至出现超出设计服役工况的情况。右侧边坡采用植草、乔木进行防护，在滑坡发生后的调查过程中，最早在施工阶段铺设的草皮已无法看到，残积黄黏土基本全部裸露在外。一级、二级之间的平台是土质平台，在水流的冲刷作用下，出现凹凸不平的情况，加之残积黄黏土的吸水性较好，一定程度上降低了地表的排水能力。

为了分析边坡水毁原因，需要对边坡水毁现象进行调查。由于降雨会增加土体含水量，降低滑动面的正应力，会进一步降低滑坡体的抗滑能力；孔隙水压力的增加会破坏风化岩，进一步促进滑坡体的滑动；多次台风带来的强降雨，导致地表水积存，持续增加孔隙水压力，加之滑坡体裂缝的增加，二者之间的耦合作用会进一步促进软弱面的形成，地下水的浸泡会降低滑坡体的抗滑能力，在自重作用下增加滑动面下滑的可能性[4-5]。

3.2 水毁滑坡现状和稳定性分析

经过对边坡水毁情况的调查分析，发现砌石边坡存在不同程度的开裂、塌陷等病害。这些病害也在一定程度上引起周围排水沟的折断、塌陷，甚至造成二级砌石边坡的砌石被破坏。如果不能及时进行修复，在降雨来临时，在一级挡墙和大平台自重作用下，会产生新的破坏。尤其是持续的强降雨，使边坡坡体因大量吸水变得饱和，滑坡体变得更加软弱。二级坡体还存在一定的向下滑动的趋势，这也会对二级以上坡体产生新的危险，甚至形成新的塌方[6]。

调查结果还显示，砌石截水沟的顶部存在多处裂缝，二级局部坡面存在开裂和错台。这些裂缝经过长时间的发展，存在进一步扩大和延伸的趋势。因此，该段滑坡体可被判断为活滑坡，滑坡体并非处于稳定状态。在降雨小时由于受到挡墙、平台堆积的土石方的阻挡，滑坡体的发展较为缓慢。但如果遇到强降雨，二级坡面的裂缝便会处于较活跃状态。

4 水毁滑坡处治方案

4.1 钢管桩加固

K188+810—K189+045 段边坡水毁调查结果显示，右侧填方路基发生变形。根据路面裂缝及最开始边坡变形出现在二级平台处，反算填筑路基参数，取安全系数1.05，重度γ=19kN/m3，c=10kPa，采 用Geoslope 软件反算出内摩擦角φ=16.3°。为了有效处理边坡水毁问题，决定加大边坡水毁处治范围，加固范围确定在K188+920—K189+010 范围内。

根据相关规范和以往项目加固处治经验，在路肩位置设置两排钢管桩，钢管桩深度为20m，直径为108mm。为了减少后期路基沉降造成钢管桩处边坡鼓包现象，将路肩处钢管桩顶埋置于路面标高以下。在一级平台处设置同样的两排钢管桩，为提高整体刚度，在桩顶位置冠梁。钢管桩的间距沿横断面方向为1.5m，沿路线方向为1.5m，交错布置。计算结果显示，加固后边坡的安全系数达到1.29。钢管桩加固设计如图2 所示。

图2 钢管桩加固设计示意图（单位：m）

4.2 钻孔灌注桩加固

针对边坡水毁现象，钻孔灌注桩加固是一种较为有效的处治方式。此次拟加固范围为K188+920—K189+010。根据相关规范和类似项目经验，计划在一级平台处设置一排钻孔灌注桩，灌注桩间距为3m，直径为1.5m，并在桩顶位置设置冠梁。经计算，加固后边坡的安全系数达到1.215。钻孔灌注桩加固设计如图3 所示。

图3 钻孔灌注桩加固设计示意图（单位：m）

4.3 方案比选

从加固费用方面对比钢管桩和钻孔灌注桩两种加固方式，具体如表2 所示。

表2 方案费用分析对比

5 水毁滑坡处治措施

对于高速公路路基边坡水毁处治，除了采取钢管桩或钻孔灌注桩的主动加固处治措施，也需要一些必要的防排水措施、路基注浆加固和坡面修复措施。

5.1 防排水措施

根据对路基变形和边坡水毁成因的分析，发现路基变形主要是中央加宽绿化带排水不畅造成的。因此，解决雨水下渗并尽快引排是处理该段路基病害的关键。为此，计划将中央加宽的绿化带移走，并向下翻挖1m 深种植土。在底部填土压实后，将铺设防渗土工膜，再重新回填种植土。考虑后期沉降，回填种植土必须中间高两侧低，且边部需高于两侧的水沟，以便雨水能顺利汇入边沟排出。靠边坡一侧，在路床顶设置一排纵向间距1m 长度2m 的排水管，以排除路面与路基交界处的内部滞水。为了确保排水通畅，泄水孔采用外径为75mm 的PVC 管。

5.2 路基注浆加固

采用φ65mm 钢花管对路基脱空及裂缝处进行注浆处理加固。注浆材料选择42.5 号普硅水泥，控制水灰比在0.8～1 之间。在现场进行注浆试验，确定注浆压力。一般情况下，注浆压力不小于0.6MPa，并在初始和结束阶段适当加大注浆压力。此次采用多次注浆工艺，且注浆后不拆除花管。

5.3 坡面修复

针对坡面已经出现的浅层溜坍病害，可以采取清除松土后开挖台阶，然后采用M7.5 浆砌片石回填码砌至设计边坡面的方法进行修复。在浆砌片石码砌护坡上，需要每隔2m 上、下、左、右交错设置泄水孔，用直径为10cm 的PVC 管。

6 结语

高速公路路基边坡水毁问题是当前高速公路尤其是南方高速公路管养工作中需要重点关注的问题。上述整治路段的调查分析和针对水毁病害成因所制订的针对性处治方案，完全符合实际情况，有效解决了该路段路基边坡滑坡和积水侵蚀问题。上述病害处治方法可以为同类项目的设计、施工和管养维护工作提供借鉴。