高速公路边坡病害及防治技术浅析

□张双梅（郑州市市政工程总公司）

□史新伟（河南省水利科学研究院）

□吕 彤（国家开发银行河南省分行）

随着高速公路的长期运营，水文地质引起的病害日益凸显，已影响到高速公路的行车安全。水文地质病害是由于工程体所处的工程地质条件较差，遇到地下水或地表水下渗，工程体的工程地质条件恶化，继而产生地质灾害。水文地质病害在高速公路工程中极为常见，主要表现为隧道渗水、边坡失稳等。公路边坡是高速公路建设中重要的组成部分，近年来高速公路滑坡事故时有发生，严重影响公路运输的发展及人身安全，威胁了公路的正常运行，加剧了地质环境的恶化。同时，公路建设中的边坡灾害也制约了公路建设的顺利进行。

为了更好地对高速公路边坡治理技术进行论述，首先要对公路边坡滑坡的特点进行分析。公路边坡滑坡主要在平面形态上，都有一定的几何形状，如椭圆形、三角形、簸箕形及其他几何形态或不规则形态。其滑出方向大多数与线路方向垂直或近于垂直，少数滑体滑动方向与公路线路方向斜交，公路规模的大小也直接影响滑坡的规模。成因上讲，大多数滑坡都是在开挖过程中复活，而且公路滑坡有一个共性，就是超过90%的滑坡都是由于公路开挖造成的。

一、边坡的分类

在实际工程中，由于设计或施工不当，或因地质条件的特殊复杂性难以预计，边坡中一部分坡体相对于另一部分坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性，从而形成滑坡，其滑动形式可用图1表示。

（一）牵引式滑坡

主要是由于边坡开挖卸载，坡体内部应力释放，原有平衡状态被打破，在坡顶后缘一定位置处产生拉裂缝，随着边坡开挖深度的增加，裂缝逐渐向后发展，滑动面位置相应由浅部向深部发展。

（二）推移式滑坡

主要是由于整个路堤（或堤坝、土堤等）向下滑动，推动坡体变形或破坏，坡顶出现明显的下沉，并出现拉裂缝，形成台阶；坡脚附近的地面有较大的侧向位移并向上隆起。

（三）整体式滑坡

由于坡体开挖或填筑，破坏了整个古滑坡体的平衡状态，致使整个古滑坡体复活，在整个坡面上均出现大小不同的拉裂缝，坡脚产生明显的向上隆起。

图1 边坡滑动特征图

二、影响边坡稳定性的因素

（一）岩石风化

研究及施工实践表明全～强风化带内的岩、土体呈现了很不稳定的特征，是边坡失稳的高发地段。

岩石的风化程度除与本地区气候(气温、雨水)、植被、地貌等外在因素有关外，岩石的成分、组构、裂隙发育程度、岩层产状则是影响风化作用程度的内在因素。

在条件基本相同的情况下，路段内片岩、片麻岩类强风化带较变粒岩的强风化带厚，亦即片岩、片麻岩类风化更快，这主要是片岩、片麻岩类片状构造较发育的缘故。

岩层产状对岩石风化程度的影响主要表现为岩层倾角越大，风化带越厚。这种现象主要系岩层倾角越陡，沿片理方向的受水概率随之加大，同时地下水沿片理面的下渗动水压力亦越大，对岩层的侵蚀也越强，故风化带也越厚。因此，路堑开挖后，对高倾角岩层构成的边坡，应加强坡顶的保护，减少水的入渗，降低岩石风化速度。

节理裂隙对风化程度的影响显而易见，裂隙愈发育，越有利于风化，野外所见岩石风化绝大部分是沿裂隙进行的。同时，由于风化作用，加快了岩石裂隙面上物质的转变、流失，从而加大了节理裂隙宽度和数量，两者相互促进。路堑开挖后，对出露的边坡岩体应采取防护措施，防止岩体裂隙加大，风化加剧。

（二）结构面

1.层面

根据某调查区的情况，基岩基本为沉积岩，层理产状与边坡产状的组合关系对边坡稳定性有着重要的影响。按层理倾向与坡向关系可分为斜交顺向坡和斜交逆向坡。斜交顺向坡若片理倾角小于自然边坡或开挖边坡坡角，则边坡岩体可沿片理面产生整体下滑，反之则不会产生滑动。

2.节理、裂隙面

边坡岩体节理裂隙较发育，长度数10厘米至数10米。由这些节理、裂隙切割形成的结构岩体规模较小，即使产生破坏也是局部。因此，路堑开挖后应特别注意边坡体内部岩体裂隙发育分布情况，及时消除隐患。

3.破碎带

在一些边坡体内存在一定宽度和延伸的破碎带，路堑开挖后，破碎带岩石有一部分将被挖去，有些将构成坡体，对后一种情形，在进行边坡稳定性分析计算时，其强度按强风化岩石取值。

4.软弱夹层

软弱夹层岩性主要为绢(白)云母片岩，风化后呈黑褐色，厚度数十厘米至数米不等，夹于绢(白)钠长石英片岩或变粒岩中，产状与其围岩一致。因其强度很低，遇水极易软化、崩解，是十分危险的滑动面(带)，但其厚度较小，钻探时极易被忽略。从已有的钻探资料看，仅在少数边坡体内有所揭露，但分布不详。因此，路堑开挖后应特别注意查明该软弱夹层的分布，及时提出治理对策。

三、边坡防护措施

（一）坡面防护

边坡的防护类型可分为边坡坡面防护和冲刷防护。边坡坡面防护主要是保护路基边坡表面，免受雨水冲刷，降低温差及温度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变过程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可以美化路容，协调自然环境。

1.边坡种草防护

种草防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微，且宜于草类生长的土质路堤与路堑边坡，用以防止表面水土流失，固结表土，增强路基的稳定性。经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不宜生长，不宜采用种草防护。边坡上已扎根的种草防护，可容许缓流水短时冲刷。

采用边坡种草防护的注意事项：选用草籽应注意当地的土壤和气候条件，通常应以容易生长、根部发达、叶茎低矮、枝叶茂密或有匍匐茎的多年生草种为宜，常用的有白茅草、毛鸭嘴、鱼肩草、果园、雀稗、鼠尾草和小冠等。最好采用几种草籽混合播种，使之生成一个良好的覆盖层。种植时草籽宜掺砂或与土粒拌和，使之播种均匀，播种时间以气候温暖、温度较大的季节为宜。

2.铺草皮防护

路基坡面上铺草防护，其作用与种草防护相同，前者使用时要求当地有足供挖取使用的草皮地段，但在边坡高陡和坡面冲刷较严重的地方，铺草皮较种草防护收效快。块状草皮的尺寸，一般为20cm×25cm、25cm×40cm及30cm×50cm几种；带状草皮一般宽25cm，长200～300cm；草皮厚度根据草根的深度而定，一般为6～10cm，干旱和炎热地区可增加到15cm。挖草皮时，草皮两端斜切（横切面为平行四边形），铺草皮的方法有平铺草皮、平铺叠置草皮、方格式草皮、卵（片）石方格草皮。

采用铺草皮防护的注意事项：草皮应选用根系发达、茎矮叶茅草、假俭草等，干枯、腐朽及喜水草种不宜采用，泥沼地区的草皮禁用；铺草皮前应将边坡表面挖松整平，如有地下水露头，应做好排水设施；铺草皮应在春季或初夏，干燥地区在雨季进行，不宜在冬季寒冷天气施工；路堑边坡铺草皮，应铺过路堑顶部1m或铺至截水沟边。

3.植树防护

在路基边坡上合理地植树，对于加固路基有良好的效果。也可和种草、铺草皮配合采用，使坡面形成良好的防护层。植树适用于土质边坡及严重风化的岩石边坡和裂隙粘土边坡。但对盐渍土、经常浸水及经常干旱的边坡及粉质土边坡不宜采用。植树可以加强路基的稳定性、降低流速、防止和减少水流对路基的冲刷；植树能防风、防沙、防雪；植树还可美化路容、调节气候，并可获得部分木材，增加收益。

植树防护应注意事项：

一是植树最好选在1：1.5或更缓的边坡上；二是树种宜选用在当地土壤与气候条件下能迅速生长、根系发达、枝叶茂密的树种。用于冲刷防护的树种宜选用成长很快的杨柳类，或不怕水淹的灌木类，常用的有紫穗槐及夹竹桃等；三是植树后在树木未成长前，应防止流速大于3m/s的水流侵害。当植树地带可能受到流水冲击作用时，应在前方设置障碍物，加以保护；四是采用植树方法防护路基，应使树木及早成林，才能起到防护作用。

4.抹面与捶面

易于风化的岩石，如页岩、泥岩、泥灰岩、千枚岩等软质岩层的路堑边坡防护，可用混合材料抹面。对易受冲刷的边坡和易受冲刷的边坡和易风化岩石坡防护可用混合材料捶面。抹面或捶面的边坡坡度不受限制，但不能担负荷载，亦不能承受土压力，故要求边坡必须稳定的，坡面应平整干燥。常用的抹面混合料有石灰炉混合灰浆、石灰炉渣三合、四合土及水泥石灰砂浆等。

抹面与捶面应注意事项：一是抹面或捶面工程的周边与未防护坡面衔接处，应严格封闭，如在其边坡顶部作截水沟，沟底及沟边也要用抹面或捶面防护；二是大面积抹面或捶面时，每隔5~10m应设伸缩缝，伸缩缝宽1~2cm，缝内用沥青麻筋或油毛毡填塞紧密；三是为了防止抹面表面开裂，增强抗冲蚀能力，可在表面涂沥青保护层，要求沥青软化点稍高于当地气温，用量为0.3kg/m3；四是抹面厚度为10~15cm，一般采用等厚截面。当边坡较高时，采用上薄下厚截面；五是抹面或捶面工程应经常维修，发现裂缝、开裂或脱落应及时灌浆修补。抹面使用年限为6~8年，捶面使用年限10~15年。

（二）冲刷防护

对于冲刷防护，一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段，可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等，以抵抗水流的冲刷和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处粗糙率，以降低流速、减缓冲刷作用时，可修筑坝类构造物。对于冲刷严重地段（急流区、顶冲地区），可采用加固边坡（砌石护坡）和改变水流情况的综合措施；水下部分可视水流的淘刷情况，采用砌石、石笼或混凝土预制板等护底护脚。砌石基础应置于冲刷线以下0.5-1.0m，水上部分采用轻型防护即可。

1.工程防护

工程防护（矿料防护）包括框格防护、封面、护面墙、干砌片石护坡、浆砌预制块护坡、锚杆铁丝网喷浆、喷射混凝土护坡。

框格防护适用于土质或坡面防护。目的是防止地表水流的冲刷、坡面岩土的风化剥落以及与环境相协调，近年来，随着对环境保护的重视，高等级公路边坡较高时，采用砌石框种草防护，边坡种草防护类型的选择很重要，现大多采用草坪植生带，即将草籽、肥料和土均匀拌和裹于土工物内，当草籽发芽也长成草起到固土作用后，无纺布纤维自然腐烂，不会污染环境，效果很好。

对风化岩石边坡进行防护框格防护可采用混凝土、浆砌片（块）石、卵（砾）石等做骨架，框架内宜采用植物防护或其他铺助防护措施。

2.防护的常见方法

一是封面包括抹面、捶面、喷浆、喷射混凝土等防护形式。抹面防护适用于易风化的软质岩石挖方边坡；二是护面墙：分为实体、窗孔式、拱式等类型，用护面墙防护的挖方边坡不宜陡于1：0.5，并应符合极限稳定边坡的要求；三是干砌片石护坡适用于易受水流侵蚀的土质边坡、严重剥落的软土质岩石边坡、周期性水及受水冲刷较轻的河岸或水库岸坡的坡面防护；四是浆砌片（卵）石护坡适用于防护流速较大，波浪作用较强，用水流、漂浮等撞击的边坡，对过分潮湿或冻害严重的土质边坡应先采取排水措施再进行铺筑；五是浆砌预制块防护适用于石料缺乏地区，预制块的混凝土强度不应低于C15，在严寒地区不应低于C20。六是锚杆铁丝网喷浆或喷射混凝土护坡适用于直面为碎裂结构的硬岩或层状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩有可能下滑的挖方边坡；七是土工织物是由高分子合成纤维制成的一种新型建筑材料，在公路工程中有排水、反滤、分隔、加固、防护作用等。

四、结语

以上的几种防治方法虽然能达到治理边坡失稳的效果，但是每种方法都有其自身的特点和适用条件，而高速公路边坡治理是一个系统工程，在确定治理方案的时候应该综合考虑。单单采用一种技术手段是难以有效地根治边坡失稳问题的。因此在治理边坡前，应详细查明边坡的各种工程条件，采用多种工程手段对其进行勘察，综合的把资料都有机地结合起来，采用综合治理方法对边坡进行治理。