江西省红粘土公路边坡病害调查

蒋洪 蒋浩 陈开圣 季永新

摘 要：针对红粘土边坡病害现象，采用现场调查、观测与统计的方法，对江西省10条高速公路，6条国道公路总共294处边坡的破坏形式、特点和边坡防护类型、坡高、坡率，稳定性等方面进行调查分析。调查结果发现，无支护结构下红粘土边坡病害存在坡面冲蚀、剥落、冲刷、溜方、坍塌等现象，以浅、表层破坏为主，整体破坏相对少见;支护结构下边坡破坏主要发生在植物防护处产生的小面积冲蚀、剥落等现象，边坡基本上不会出现整体滑塌，同时给出了边坡在各种支护形式下的适用坡率，为红粘土边坡的防护提供了参考。

关键词：红粘土边坡;边坡病害;边坡防护;调查统计

中图分类号：U416.14

文献标识码： A

近几年随着经济的发展，江西省公路发展迅速，境内高速公路达到6000 km，广泛通过红粘土地区。由于红粘土具有高含水率，高塑性和高孔隙比的特殊性质，加之南方地区降雨较多，干湿循环等复杂气候导致红粘土公路边坡出现灾害，损失巨大，实践也证明一些红粘土按照规范设计，但在运营初期甚至在施工阶段都遭到破坏[1]。陈开圣对贵州省内公路边坡进行了调查，发现红粘土边坡失稳模式与特征很复杂，表现为冲沟、风化剥落、坍塌、溜塌及总体失稳破坏，但大部分属浅层滑动[2-3]。郭双枫等认为边坡稳定性受坡高、坡角和结构面强度等多因素影响，不同因素其影响程度不同[4]。

邹新奇等认为红黏土边坡失稳特征与常规边坡不同，先出现坡脚破坏，再逐步扩张，直至延伸至边坡后缘，失稳滑面为折线-圆弧组合型[5]。陈南等针对红粘土边坡稳定性评价问题，采用现场试验的方法对边坡浅层破坏机理进行研究，提出了适用的稳定安全性评价方法[6]。但是，目前工程中对红粘土边坡破坏特点和机理认识还不够充分，导致红粘土边坡稳定性分析结果与实际不相符合，有必要开展江西省红粘土边坡病害调查。本文采用现场调查与理论分析的方法，对江西省红粘土边坡破坏特点与防护形式进行了调查，为江西省红粘土边坡设计提供更加完善的科学依据。

1 调查内容与方法

本文对江西省内的南昌绕城高速、105国道、319国道、323国道、206国道、223省道、224省道、大广高速、赣州绕城高速、夏蓉高速、宁定高速、兴赣高速、泉南高速、樟吉高速、福银高速、沪昆高速等路段的边坡进行实地调查，调查的边坡段落共计294处。主要调查边坡破坏形式、特点和边坡防护类型、坡高、坡率，稳定性。调查方法在收集资料的基础上，以现场实地调查为主，采用测量，拍照和记录，并对调查结果进行统计分析。

2 调查结果分析

2.1 无支护结构下红粘土边坡破坏形式及稳定性分析

2.1.1 坡面冲沟

调查中发现，此类破坏形式均发生在高度不大的边坡，而且比较普遍，坡高一般在4～9 m之间，坡率的范围高速路上在1∶0.6～1∶0.3之间，国道在

1∶0.6～1∶1.4之间。边坡开挖后，由于坡面没有防护而使得土体直接暴露在大气中。干燥期，红粘土失水收缩产生裂缝，强度降低，降雨期雨水的溅蚀作用使土体强度进一步降低。由于红粘土的低渗透性，使得渗入边坡内部的雨水较少，雨水不断填充坡面裂隙，同时在自重的作用下，沿边坡表面向下流动，水分在流动过程中将裂隙内部的土粒带走，且不断冲刷裂隙两侧，使得裂隙不断加宽加深，原先裂隙处便形成一条条从坡顶贯通至坡脚的冲沟。

2.1.2 风化剥落

降雨期雨水不断对坡面溅蚀，使得土粒、土团从完整的坡面中脱离出来，干燥期土体失水收缩形成裂缝，土体被分割成土块，土块四周失去了约束，仅内侧受约束，土块相当于悬臂杆件，同时干湿循环使得边坡表层土体强度降低，在裂隙深度范围内，随着裂隙深度的增加，土块自重不断加大，当内部能提供的约束力小于土块自重时，便出现边坡表层翘皮剥落的现象。

2.1.3 坡脚坍塌

调研中发现，红粘土边坡局部坍塌基本上为坡脚坍塌，由于边坡所有雨水均由冲沟汇集到坡脚，造成坡脚径流增大，坡脚土体含水率增大，孔隙水压力也增大，坡脚抗剪强度降低，抗滑力降低。土体吸水后自重逐渐增大，引起坡脚的下滑力增大。同时边坡风化剥落后的土体在坡脚堆积，这也加大了坡脚下滑力。由于坡脚滑塌后，上部边坡土体失去下层土体的支撑，形成临空面，上层土体也极不稳定，随时都有滑塌的可能。实际工程中也注重坡脚的防护。

无支护条件下江西省红粘土边坡典型破坏类型可以分为3类： 第1类是以冲沟风化剥落为代表的表层破坏，这类破坏侵害边坡浅表，一般不会造成较大危害，但是边坡长期发生表层破坏会影响稳定性。第2类是以坍塌、溜塌为代表的浅层失稳破坏，这类破坏是指浅层土体在环境因素的扰动影响下，强度及稳定性逐步衰减所导致的局部坍塌、溜塌等破坏现象。浅层失稳破坏在江西省较为普遍，是红粘土边坡最主要的工程问题。第3類是整体失稳破坏，较为少见。

2.2 支护结构下红粘土边坡破坏形式及稳定性分析

调研发现大部分边坡主要采用植物防护+挡土墙或者骨架防护的方式以及全面的护面墙防护，防护效果比较好，护面墙防护基本都处于稳定状态，并且与环境较为和谐。下面就防护条件下红粘土边坡发生的破坏形式及稳定性进行分析。

根据边坡的病害形式将边坡等级分为3类。I类为边坡及防护体系性能良好，边坡稳定性良好; Ⅱ类边坡及防护结构局部受损，但不影响边坡稳定性;Ⅲ类边坡及防护结构已受损、破坏严重，边坡稳定性一般， 存在局部失稳的可能[7]。调查结果显示（表1和图1），江西省边坡绝大多数稳定性良好，占调查总量的64%，仅仅少量的有局部破坏，占总量的25%，Ⅲ类仅仅占总量的10%，同时，植被防护占总数约27%，植被与其他防护形式组合占总数24.8%，包含植被防护的则占总数的52.3%，从表1中可以看出，高速公路的防护措施相比国道省道要完善许多，大部分均处于稳定状态。同时，单一植被防护还不能够很好地防护边坡，单一的植被防护下，出现了不同程度的少许剥落，植被缺失。

2.2.1 植被防护

植被防护在坡率较小时能有效提高边坡稳定性，根系锁住土体表层起加筋保水作用，

避免边坡开裂。但是植被加因有限，在坡平、径流较大时，植被在雨水冲刷作用下部分被冲走，土体裸露，在干湿循环作用下进一步演变为剥落和冲沟。本次调研的81处植被防护中，

边坡整体稳定44处，坡率均缓于1∶1.75，坡面冲沟15处，风化剥落14处，局部坍塌8处。如206国道某处植被防护边坡，剥落坍塌严重，裂隙纵向长2～15 cm宽2～5 mm 深1～3mm;因此，植被防护不宜单独使用，应采取边坡

加其他防护的综合防护措施。若工程中必须采用植物防护，则工况一般要求边坡高度不大，坡率缓于1∶1.75，坡体稳定，排水通畅且地质良好。

2.2.2 护面墙

采用护面墙防护类型的边坡共有45处，其中墙体破坏的仅1处。如图2所示，坡率为1∶0.5～1∶1之间的护面墙防护边坡有40处，其中1处墙体开裂;而坡率缓于1∶1的边坡共有5处，无1处发生破坏。实体护面墙使坡面土体与大气隔离，土体不受干湿循环的作用，实体护面墙防护效果较好。当边坡坡率缓于1∶1而又不具备支挡加固条件时，建议采用护面墙进行防护。

2.2.3 挡土墙

单一的挡土墙支护效果不佳，挡土墙虽然能阻止边坡在其支护范围内不产生破坏，但是未防护的坡级容易出现破坏。本次调研的6处该类型的支护边坡，仅有2处边坡未出现破坏，1处边坡上部未支护处出现冲沟、风化剥落;3处边坡上部未支护处出现坍塌，其坍塌破坏的破坏面与其他土质边坡的破坏面有很大差别，破坏面不是典型的圆弧滑动面，红粘土边坡滑动面为上陡下缓的折线+圆弧滑动面，滑动剪切出口往往出现在挡土墙与未支护坡级的交界处。所以应考虑挡土墙加其他防护形式综合使用。

2.2.4 植被+挡土墙

本次调研的11处该类型的边坡，8处边坡整体稳定性较好，仅有3处边坡出现在植被处发生土体剥落。如图3（b）图中，植被防护处表面剥落，有碎石;（c）图中边坡表面剥落碎散，坡顶有冲沟和少量塌落并夹杂碎石;（c）坡中有剥落。对比单一挡土墙支护可知：植被能有效防止上部边坡发生局部坍塌，挡土墙与植被综合防护效果比单一挡土墙防护效果好。同时在坡顶设置截水沟如（b）图，则防护效果更佳。

2.2.5 植被+骨架

植被+骨架防护下边坡整体稳定，骨架结构主要为坡面水提供了固定的流动渠道，有效阻止了坡面冲刷;同时，由于骨架在施工时会嵌入边坡表面土体内，因此起到了阻止裂缝蔓延的作用。极少部分边坡在植被处发生局部破坏。本次调研的30处植被+骨架防护中，26处边坡骨架完好，边坡稳定，但是有4处边坡在植被防护处发生表面脱落、滑塌以及滑塌后引起的骨架破损，这4处边坡的坡率均陡于1∶1。如图4（a）图中边坡有部分剥落，夹杂碎石;（b）图和（c）图中均出现坡脚处出现坍塌;（d）图中边坡坡脚处出现坍塌，骨架结构破损。骨架周围土体容易被水蚀掏空现象，说明骨架与红粘土的结合部位较易破坏。综上可知：坡率陡于1∶1时即便采用骨架护坡的方式仍然不能保证红粘土边坡的稳定安全，因此骨架防护的适用坡率为缓于1∶1的边坡。

2.2.6 植被+锚杆框架梁

植被+锚杆框架梁防护下，边坡整体稳定，本次调研的10处植被+锚杆框架支护的边坡中，边坡坡率均缓于1∶1，没有发现边坡出现整体破坏，仅2处边坡在植被处发生小面积剥落。如图5中边坡坡面少量剥落夹杂碎石和少许冲沟，整体稳定。由于锚杆主要起到加固分化破碎岩石边坡的作用，所以锚杆框架梁适用于含碎石较多的红粘土边坡中，坡率缓于1∶1的边坡。

2.2.7 综合防护

本次调研的38处利用三种以上支护方式的综合防护边坡中，防护等级均呈现出由下往上逐级递减，边坡较高时边坡分级，综合防护是所有防护体系中效果最好的形式。例如图6中坡脚采用挡土墙，坡面采用格构+植被的防护形式;（b）图中坡脚采用挡土墙，坡面采用实体护面墙，坡顶采用植被防护;（c）边坡分为两级，第一级采用实体护面墙，第二级采用窗式护面墙;（d）图中边坡分为四级，第一、二级边坡采用锚杆框架+喷浆+植被防护;第三、四级边坡采用喷浆+植被防护。

3 结论与建议

（1）无支护条件下江西省公路边坡病害存在坡面冲蚀、剥落、冲刷、溜方、坍塌等现象，以浅、表层破坏为主，整体破坏相对少见。建议红粘土边坡开挖后必须及时进行防护，无防护红粘土边坡的坡率应当放缓至1∶1.75以上。

（2）江西省红粘土边坡破坏方式不同于其它土，破壞面与传统的圆弧滑动尚有区别，建议对红粘土边坡稳定性分析方法考虑干湿循环和破坏面的特征，采取有针对性的稳定性评价方法，使得边坡稳定性计算结果准确可靠。

（3）单一的植被防护效果不佳，若工程中必须采用植物防护，则工况一般要求边坡高度不大，坡率缓于1∶1.75，坡体稳定，排水通畅且地质良好;实体护面墙防护效果较好，窗式护面墙窗口尺寸应尽量减小。当边坡坡率缓于1∶1而又不具备支挡加固条件时，建议采用护面墙进行防护;单一的挡土墙支护效果不佳，且未防护的坡级容易出现破坏。

（4）植被+骨架防护下边坡整体稳定，骨架与红粘土的结合部位容易被水蚀掏空而较易破坏。植被+骨架防护的适用坡率为缓于1∶1的边坡。植被+锚杆框架梁防护下，边坡整体稳定，锚杆框架梁适用于含碎石较多的红粘土边坡，坡率缓于1∶1的边坡。

（5）综合防护是边坡防护体系中最佳的防护方式，防护等级均呈现出由下往上逐级递减，边坡较高时边坡分级。在边坡坡率较陡，坡高较高时，应将边坡分级且采用不同防护方式对边坡进行支护。

参考文献：

[1]劉天义，王俊喆，吴立坚.红黏土边坡破坏机理与稳定计算方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2015（8）：47-49.

[2]邓爽，陈开圣.某山区公路边坡稳定性调查分析[J].贵州大学学报（自然科学版），2016，33（5） ：121-124.

[3]陈开圣.红粘土边坡降雨冲刷试验研究[J].公路工程，2015，40（5）：18-22.

[4]郭双枫，李宁，姚显春，等. 层状岩质边坡稳定性影响因素及精度问题研究[J]. 地震工程学报，2017，39（2）：362-368.

[5]邹新奇，高永涛，金爱兵，等. 红粘土边坡失稳机理及影响因素灵敏度研究矿业研究与开发[J]. 矿业研究与开发，2017，37（1）：78-81.

[6]陈南，吴立坚，周勇，等. 红黏土边坡浅层破坏机理及稳定评价方法[J].公路交通科技，2016，33（3）：37-42，88.

[7]杨超，王凯，曹运江，舒伟富.浙江高速公路边坡病害调查及处治措施研究[J].公路，2019，64（3）：259-265.

（责任编辑：曾 晶）

Investigation of Red Clay Highway′s Slope

Damages in Jiangxi Province

JIANG Hong1， JIANG Hao1， CHEN Kaisheng1*， JI Yongxin2

（1.College of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

2. Guizhou Construction Science Research and Design Institute of CSCEC Co.， Ltd. Guiyang550006，China）

Abstract：

In order to study the phenomenon of red clay slope damages，  methods such as site investigation， observation and statistics were carried out to investigate the damage form， damage characteristics， slope protection types， slope height， slope rate and stability on 10 high ways， 6 national highways in Jiangxi province， with a total of 294 slope areas. After the investigation and analyzing， it was found that there were erosion， spalling， washout， slipping， collapse and other kind of damages at those unprotected red clay slopes. Those damages mainly happened at the shallow or the surface of the slopes， and the overall damage was relatively less. While for those protected slope， damages such as erosion or spalling could only be seen at small plant protection areas， and the slope remained stable without overall collapse. Meanwhile， different applicable slope rates under various protection forms were put forward， which could provide reference for the protection of the red clay slope.

Key words：

red clay slope; slope disease; slope protection; survey statistics