川南山区某运营高速公路水毁边坡致灾机理分析

陈彬 熊坤

摘要 运营高速公路的路堑边坡发生规模较大的坡体病害相对较少，但在降雨等作用影响下，规模相对较小的边坡及坡面病害仍不可避免，常出现坡面水毁现象。水毁边坡灾害体规模虽小，但对运营的高速公路影响却很大。文章根据川南某山区高速公路降雨后路堑边坡的变形破坏特征，对水毁边坡的致灾机理进行分析，进而提出相应的治理措施建议，为类似边坡的设计、施工及后期养护提供了相应的参考意义。

关键词 运营高速公路；水毁边坡；致灾机理；治理措施

中图分类号 U418.5文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0117-03

0 引言

随着我国公路行业的快速发展，工程建设期间对高边坡、顺层边坡等有了足够的重视，并已基本采用抗滑桩、框架锚杆（索）等措施对其进行了有效的加固、防护处治。运营期间的高速公路路堑边坡发生规模较大的坡体病害相对较少，但在降雨等作用影响下，规模相对较小的边坡及坡面病害仍不可避免，尤其是采用挂网植草、矮挡等防护措施较弱的边坡受水毁影响尤为明显，常出现小规模垮塌、滑坡等不良地质现象。近年来，随着极端天气增多，在四川红层地区的高速公路水毁边坡病害较为频发，主要表现为降雨渗入坡体后导致浅表层覆盖层或强风化岩体沿坡面发生变形破坏[1-3]，水毁边坡灾害体规模虽小，但对运营期间的高速公路影响却很大，滑塌堆积体易堵塞边沟，甚至堆积于路面，不仅影响高速公路的正常通行，也增加了养护工作难度。因此，运营高速公路的水毁边坡病害治理问题日益突出[4]。

该文以川南山区某运营高速公路水毁边坡应急抢险调查成果为基础，总结降雨后路堑边坡的变形破坏特征，对水毁边坡的致灾机理进行分析，进而提出相应的治理措施建议，为类似边坡的设计、施工及后期养护提供相应参考意义。

1 情况概述

某运营高速位于川南地区，全线长约130 km，沿线地形起伏较大，以填挖方路基、桥梁等构筑物为主，其中高挖方路基段均采用框架锚杆（锚索）、挡墙的加固防护措施进行预加固处理，低挖方路段则主要采用挂网植草等措施进行坡面防护处理。

2015年7—9月期间，该区域降雨量较往年偏多，且多发暴雨，尤其是8月中旬最大降雨量达到146.4 mm，此次强降雨天气导致该运营高速公路主线、匝道、收费站等位置发生16处水毁病害点（详见表1），水毁点主要分布于低挖路堑边坡段，其中岩质边坡占14个，土质边坡占2个。沿线水毁边坡规模虽小，但垮塌体均堆积于下方高速公路处，堵塞路侧排水边沟，个别甚至堆积于行车道路上，严重影响了高速公路的运营安全（详见图1）。

2 水毀边坡致灾机理分析

根据上述水毁灾害体特征可知，该运营高速公路是在强降雨作用下诱发的浅表层破坏体，变形体物质以覆盖层、强风化层为主，其致灾机理是在地形地貌、地层岩性、降雨、人工活动等内外力共同作用下所诱发的水毁变形。

2.1 内在影响作用

2.1.1 地形地貌

运营高速公路位于四川盆地南缘，属于盆地与云贵高原过渡地带，沿线以侵蚀构造低中山、丘陵等山区地貌为主，地形起伏较大，斜坡地形易于形成坡面水流，为降雨汇水及坡面冲刷提供了较好的地形条件。

2.1.2 岩土层性质

该高速公路沿线边坡主要为二元结构，上部覆盖层以残坡积粉质黏土为主，局部段为含碎石粉质黏土，覆盖层厚度一般约1～3 m。黏性土隔水性和富水性均较好，受水浸泡易于软化，抗剪强度降低明显。

下伏基岩以砂岩、泥岩为主，局部段分布少量泥灰岩，一方面沿线岩质路堑边坡表面因昼夜温差变化、降雨淋滤等作用影响，易导致边坡表面岩石发生风化碎裂现象，对于具有遇水易软化、失水易开裂特性的黏土岩[5]，风化碎裂现象尤为严重。另一方面黏土岩、泥灰岩透水性差，为降水入渗富集提供了有利条件，地下水易在不透水层顶面汇集，形成潜在滑动破坏面。

2.2 外在影响作用

2.2.1 人工活动

该高速公路水毁边坡灾害点均为低挖路堑边坡，其中基岩开挖坡比为1∶0.75，覆盖层开挖坡比为1∶1.0，边坡开挖后未采取加固防护措施或仅采用挂网植草等简单措施。人工开挖破坏了岩土体结构的完整性，坡体产生卸荷、松弛现象，并且加大了坡体的人工暴露面，增大了降雨入渗面积，加速了黏土岩的风化进程。边坡开挖不仅为降水入渗提供了有利条件，而且为滑塌体提供了新的临空面。

2.2.2 降雨

该水毁边坡均是在降雨作用下发生的滑塌变形破坏，而且在调查期间部分地段仍可见地下水渗出现象。俗话说“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”，降雨就像“润滑剂”，是诱发边坡失稳破坏至关重要的外在因素[6]。降雨下渗不仅增加滑塌体的重量，大幅降低其抗剪强度，而且在节理裂隙内易产生水压力，从而诱发路堑边坡水毁的发生。

2.3 致灾机理分析

该运营高速公路灾害点为强降雨作用下诱发的边坡水毁问题，根据水毁灾害点变形破坏特征和影响因素，水毁边坡致灾机理可分为两类。其中，第一类为水压力作用下诱发的推移式滑坡，其典型破坏点为K1815+900右侧匝道处的路堑边坡，为顺层基岩滑坡。路堑边坡开挖导致岩体产生卸荷作用，卸荷带宽度约5 m，卸荷带成为降雨下渗的有利通道，致使粉质黏土及强风化砂质泥岩饱水，自重增加，抗剪强度降低，而且下伏泥灰岩隔水性较好，易导致后缘裂隙带内和泥岩与泥灰岩分界面处地下水富集，从而产生静水压力和浮托力，滑体下滑力增加，而抗滑力大幅降低，上部岩土体在水压力和自重作用下沿下部泥灰岩顶面发生推移式滑动破坏，滑坡体堆积于坡脚及匝道路面，导致交通中断。

第二类为饱水自重作用下诱发的浅层滑塌破坏，根据滑体物质成分和滑体位置，又可细分为坡面强风化层的滑塌破坏和坡顶近水平土质滑坡破坏。其中坡面强风化层水毁破坏主要分布于黏土岩边坡段，其典型水毁点为K1867+700左侧路堑边坡，边坡开挖增加了人工暴露面，使中风化黏土岩在雨水浸泡和太阳暴晒的反复交替作用下，产生风化碎裂现象，影响厚度约1～2 m，而后在强降雨淋滤、冲刷作用下，当强风化黏土岩的自重下滑力大于抗滑力时，将发生圆弧形滑塌破坏。

近水平土质滑坡破坏则主要分布于坡顶第四系残坡积层内，主要受降雨影响。张群等[7]通过物理模型试验研究表明，在大气环境中红层地区的降雨入渗影响深度最大约为5.37 m，而该区域土体厚度一般在0.5～2 m之间。在干湿循环作用下，残坡积土体内部产生大量的不规则裂隙，加之农耕用地及大量的植物根系通道，降水有较好的入渗通道，导致土体饱和软化。尤其是地下水汇集的基覆界面处抗剪强度大幅降低，前缘临空条件较好的覆盖层发生局部失稳、滑塌破坏，同时，易导致后缘土体内形成次生拉张裂缝。

3 水毁边坡防治措施建议

根据该运营高速公路水毁边坡发育情况可知，大部分水毁灾害点主要分布于无防护措施或防护措施较弱的浅挖路堑边坡段，滑塌变形规模不大，但直接影响运营阶段高速公路的安全和畅通，导致我国经济发展受到损失。因此，在勘察设计阶段，需做到防患于未然，对浅挖路堑边坡同样足够重视，尤其是对于干湿循环作用明显的红层边坡，需考虑其后期风化碎裂剥落问题。而挂网在长期风化作用下易损毁，建议对非顺层浅挖边坡可采用框架植草护坡，对顺层浅挖路堑边坡可采用框架锚杆植草护坡，以避免运营高速公路边坡由局部水毁滑塌发展为大面积滑塌问题。

水毁边坡的主要外在因素就是水，防治水毁的基本措施就是做好坡表和坡体内的截排水，截排水的主要目标是保持边坡范围内的岩土体常年处于干燥或者中湿的状态，避免出现积水的现象，确保边坡的强度及稳定性，以防后期运营高速公路边坡的结构受到水的危害。

运营高速公路水毁边坡的挽救处治措施，需根据水毁病害特征和公路运营特征综合考虑。由于水毁边坡滑塌破坏，易将原有截排水措施损毁，结构功能退化，从而促进水对边坡的影响不断加大，建议将边坡截排水措施放在首要位置。此外，由于水毁边坡处治时需占道施工，施工作业面受限，灾害点分散，点多量少，宜减少多种工艺的治理工程，且不宜采用抗滑桩、挡土墙等大体积圬工工程，建议采用小型、轻型且易于施工的措施，如轻型面板式锚杆挡墙、拱形骨架护坡等，可有效防止边坡的差异风化和水毁滑塌破坏。此外，在连续降雨季节，应全面加强对高速公路的质量检查，尤其是相关截排水设施和防护工程的完整性和安全性检查，有效排除水毁隐患。

4 结束语

该文以川南某运营高速公路在连续降雨后的边坡水毁情况为例，通过现场调查和统计分析，对川南山区运营高速公路水毁路堑边坡的致灾机理进行了分析研究，得出结论：运营高速公路水毁路堑边坡多分布于无防护措施或预加固防护措施较弱的边坡段，其致灾机理是在地形地貌、地层岩性、降雨、人工活动等内外力共同作用下所诱发的水毁变形破坏。其中地形、岩土性质及人工活动是边坡变形破坏的基本条件，而降雨则是边坡变形破坏的主导因素，致使长期风化碎裂的岩土体在雨水入渗及冲刷坡面的情况下发生变形破坏，从而发展成水毁边坡。该类边坡在施工階段或运营初期稳定性暂无大碍，但随着风化进程的加剧，在降雨条件下发生水毁的概率逐渐增加，常导致边坡绿植树木一起发生损毁破坏，严重影响交通的安全通行。

因此，建议在前期勘察、设计及施工阶段就对该类浅挖路堑边坡足够重视，坚持“预防为主、防治结合”的原则。设计时采用经久耐用的预加固处理，做好边坡截排水措施；发生水毁后需根据水毁病害特征和公路运营特征综合考虑挽救处治措施。

参考文献

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