公路路塹邊坡防護(hù)與治理措施分析

鄒宇壇

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

近年來，隨著各地公路建設(shè)里程快速增長，公路路塹邊坡的多種防護(hù)方式也隨之得到廣泛應(yīng)用。在工程實(shí)踐中由于自然環(huán)境、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、設(shè)計(jì)施工等多種因素，公路路塹邊坡也暴露出一些問題。因此，對(duì)公路路塹邊坡實(shí)施因地制宜的防護(hù)與治理方式勢(shì)在必行，切實(shí)提高邊坡防護(hù)工程的技術(shù)性與合理性，充分保障路塹邊坡的強(qiáng)度和穩(wěn)定。同時(shí)，充分響應(yīng)、貫徹國家綠色公路、生態(tài)公路的公路建設(shè)新理念，營造安全、舒適的公路交通環(huán)境。

1 公路路塹邊坡防護(hù)與治理的重要性

公路作為帶狀構(gòu)筑物，在適應(yīng)沿線不同地形條件時(shí)會(huì)形成填方與挖方。特別是在我國西南山區(qū)及重丘地區(qū)，因挖方而產(chǎn)生的路塹邊坡甚為常見。路塹邊坡是公路路基的主體結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度與穩(wěn)定是保障公路建設(shè)質(zhì)量、公路運(yùn)行安全的重要一環(huán)。路塹邊坡失穩(wěn)破壞可能導(dǎo)致邊坡溜塌、剝落、淺層或深層滑移等工程地質(zhì)災(zāi)害，造成公路交通中斷、降低公路通行能力和道路服務(wù)水平。同時(shí)，路塹邊坡的失穩(wěn)會(huì)引起水土流失，對(duì)周邊自然生態(tài)環(huán)境造成破壞，降低道路美觀度，影響行車舒適性。提高公路路塹邊坡的防護(hù)質(zhì)量，對(duì)于公路作為交通通道的安全性、舒適性及周邊生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

2 路塹邊坡常見破壞形式

2.1 淺層破壞

淺層破壞主要包括剝落、滑坍、崩塌等。

首先，對(duì)于易風(fēng)化巖石邊坡，在氣溫變化、熱脹冷縮等自然應(yīng)力的作用下，邊坡巖體表層巖體因風(fēng)化成碎裂結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，導(dǎo)致泥土碎石等剝離物進(jìn)入公路的路基范圍內(nèi)，影響公路行車安全，還經(jīng)常造成排水溝、邊溝等的排水系統(tǒng)阻塞，降低路基路面的排水能力[1]。持續(xù)的排水不暢會(huì)導(dǎo)致道路路基的巖土性能降低，引發(fā)路基的變形破壞，無法滿足公路交通通行的安全要求。

其次，滑坍是坡面局部范圍的土體受雨水沖刷、重力作用，沿淺層軟弱面同時(shí)產(chǎn)生水平與豎向位移，主要產(chǎn)生于土質(zhì)邊坡和散碎粒結(jié)構(gòu)狀的巖質(zhì)邊坡。該類破壞形式雖厚度薄、體量小，但容易阻塞交通，且對(duì)邊坡淺表植被造成破壞，影響路容美觀。

最后，對(duì)于斜坡陡峭的硬質(zhì)巖邊坡，坡面上的淺層局部巖石在雨水沖刷、風(fēng)化等作用下產(chǎn)生松動(dòng)，在重力作用下順坡面滑落而產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象，主要包括滑移式、傾倒式、錯(cuò)斷式。除了對(duì)過往行車行人產(chǎn)生威脅外，還容易在坡腳形成巖堆甚至掩埋公路，影響通行效率。

2.2 深層破壞

巖土體在重力作用下，沿深層軟弱面逐步下移，并隨時(shí)間逐漸產(chǎn)生劇烈變形，邊坡局部或整體沿深層滑動(dòng)面滑動(dòng)。巖質(zhì)邊坡破壞面主要形態(tài)有平面、曲面、楔形面等，土質(zhì)邊坡常為圓弧面，滑面深度常在坡面2m 以下。

3 影響路塹邊坡穩(wěn)定的因素

影響路塹邊坡穩(wěn)定的因素主要包括自然因素與人為因素，兩大因素相互作用、共同影響路塹邊坡的穩(wěn)定。

3.1 自然因素

3.1.1 水的影響

各類理論研究與工程實(shí)踐都表明水的活動(dòng)與邊坡失穩(wěn)密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為：

第一，地表徑流對(duì)巖土體產(chǎn)生搬運(yùn)、推移、懸移等機(jī)械破壞，通過沖刷作用改變邊坡的物理形態(tài)。

第二，一部分轉(zhuǎn)化為地下水，浸潤土體造成孔隙水壓力增大，減小土骨架間的有效應(yīng)力，削弱巖土體的強(qiáng)度、抗剪能力。

第三，水還對(duì)巖體有溶解、侵蝕作用，降低巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。水對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定性的影響尤為明顯，根據(jù)工程項(xiàng)目中大量路塹邊坡失穩(wěn)實(shí)際案例總結(jié)分析，有超過50%的邊坡破壞案例皆是因排水措施考慮不足而引起，在實(shí)地案例調(diào)查中發(fā)現(xiàn)水甚至成為影響路塹邊坡穩(wěn)定、造成邊坡破壞的最重要因素。

3.1.2 其他因素

邊坡的地質(zhì)狀況直接關(guān)系到邊坡的穩(wěn)定與服役年限。

第一，含有軟弱層的邊坡因軟弱層力學(xué)性質(zhì)較差，其應(yīng)力承載水平較低容易引發(fā)邊坡坍塌。

第二，外應(yīng)力作用下，堅(jiān)硬的巖體也可能發(fā)生崩塌。

第三，巖石類型、巖體節(jié)理構(gòu)造、充填物組成、充填程度、連通性和發(fā)展規(guī)模等因素也對(duì)邊坡的穩(wěn)定與服役壽命產(chǎn)生重要影響[2]。

第四，氣象因子對(duì)邊坡使用壽命的影響也較大，如融雪性降雨會(huì)使路塹邊坡的巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯變化，巖土體材料會(huì)發(fā)生變形和流變。

此外，地震作用、風(fēng)化作用等也在一定程度上改變著邊坡自身的物理形態(tài)與力學(xué)平衡。

3.2 人為因素

人為因素對(duì)路塹邊坡穩(wěn)定性的影響不容忽視，如對(duì)地質(zhì)資料采集的不全面及分析判斷的欠缺、設(shè)計(jì)防護(hù)方案的不合理、未充分考慮地下水而排水結(jié)構(gòu)設(shè)置不足、施工方式簡(jiǎn)單粗暴、日常維護(hù)保養(yǎng)的缺失等。

4 公路邊坡防護(hù)與治理的有效措施

4.1 做好邊坡排水

地表水方面，對(duì)于上方地形匯水面積較大、坡面徑流較強(qiáng)的路塹邊坡應(yīng)在坡口線以外設(shè)置截水溝，攔截坡面匯水直接沖刷、浸潤坡面，并封閉截水溝到剖口線之間的土體。同時(shí)，應(yīng)配套設(shè)置急流槽、平臺(tái)截水溝、豎向排水梯坎等引水排水構(gòu)筑物，形成一套較為完備的坡面排水系統(tǒng)，將坡面水順暢地引至路基邊坡以外。

地下水方面，對(duì)于地下水位較高或滲水嚴(yán)重的路塹邊坡，應(yīng)設(shè)置邊坡支撐滲溝或坡內(nèi)泄水管。支撐滲溝多采用透水性好的硬質(zhì)巖片碎石，既能降低地下水位，又能對(duì)邊坡起到一定支撐作用，施工簡(jiǎn)便靈活又能加強(qiáng)邊坡的整體強(qiáng)度。坡內(nèi)泄水管多用鋼花管，管內(nèi)填充粗砂卵石，一般與坡面成10°～15°放置；或采用曲紋網(wǎng)狀PE 硬式透水管，該類透水管以高密度聚乙烯（HDPE）為主要原料并添加一定比例的抗氧化劑和抗酸堿腐蝕劑，具有均勻密集小孔，利用毛細(xì)原理與虹吸原理收集、排出邊坡內(nèi)富集的地下水，集透水、排水為一體，且可預(yù)防二次滲漏[3]。

4.2 邊坡修整及測(cè)量放樣技術(shù)

要重視邊坡支護(hù)對(duì)公路工程的重要作用，為應(yīng)對(duì)外界因素對(duì)邊坡的影響，必須對(duì)其進(jìn)行修整，并在其周圍做好30cm 保護(hù)層預(yù)留，保證邊坡綜合整治的整體效益。

另外，在公路邊坡上，還需要利用全站儀和RTK等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量放樣，以確定參考點(diǎn)，以參考點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)公路開挖邊坡進(jìn)行有效施工，保證公路邊坡的建設(shè)和后期保護(hù)工作均能順利進(jìn)行。在對(duì)公路開挖邊坡進(jìn)行防護(hù)時(shí)，要充分保證施工布置的合理性，使公路邊坡保護(hù)工程的整體質(zhì)量得到全面提升，充分顯示公路邊坡防護(hù)工程的重要性。

4.3 邊坡?lián)跬翂χ?/h3>

對(duì)于自身穩(wěn)定性欠缺的邊坡，在坡腳設(shè)置擋土墻起到抵抗土壓力、穩(wěn)固坡腳的作用，多采用重力式、懸臂式、扶壁式等形式。

第一，重力式擋土墻是利用墻本身的自重來平衡土壓力，從而達(dá)到增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定的目的。在適用范圍方面，重力式擋土墻特別適用于小規(guī)模路塹邊坡，對(duì)于深挖路塹邊坡也能減少水流對(duì)坡腳的直接沖刷，一定程度起到穩(wěn)固坡腳的作用。

第二，懸臂式擋土墻的主體結(jié)構(gòu)由力臂、趾板和踵板等組成。與重力式擋土墻相比，懸臂式擋土墻以鋼筋混凝土為主，具有較好的受力性能，能利用墻背土體發(fā)揮自身的抗滑移抗傾覆作用，節(jié)省混凝土的用料。同時(shí)，因?yàn)閴χ簩挾雀?、自重低，?duì)地基承載力的要求普遍不高，能適應(yīng)更多的地基工況。

第三，扶壁式擋土墻是一種由直立板、趾板、踵板和扶肋等構(gòu)件構(gòu)成的擋土墻，底板可視具體情況設(shè)置凸榫，作為一種新型的支擋結(jié)構(gòu)已得到愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。與懸臂式擋土墻相比，扶壁式擋土墻在斷面形狀和尺寸上都有所改進(jìn)，主要增加鋼筋混凝土扶肋增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)剛度，可以更有效抵抗水平土壓力，扶肋間距一般取墻高的1/3～1/2[4]。工程實(shí)踐中，一般規(guī)定5m 以下的墻高采用懸臂式擋土墻，6～12m 墻高時(shí)可考慮采用扶壁式擋土墻。

4.4 抗滑技術(shù)

對(duì)于可能產(chǎn)生深層滑動(dòng)破壞的不穩(wěn)定路塹邊坡需要采用抗滑支擋，主要包括主動(dòng)與被動(dòng)兩種。

其一，被動(dòng)抗滑支擋是較為傳統(tǒng)的剛性防護(hù)形式，主要包括抗滑樁、樁板墻、抗滑擋土墻等，利用圬工寬大的體積、較高的重量和自身強(qiáng)大的抗彎剛度抵御不穩(wěn)定邊坡的下滑力?？够瑯督孛嫘螤钪饕芯匦魏蛨A形，需選取合理的樁間距，一般為6～10m 為宜。錨固段需深入滑面以下穩(wěn)定底層一定深度，樁頂位移需滿足不同工況下的相關(guān)要求，錨固段對(duì)于地層的側(cè)向應(yīng)力不大于地基側(cè)向容許壓力?？够瑩跬翂Τ叽巛^一般的擋土墻更大、墻胸坡率更緩，墻底可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置抗滑凸榫，埋入穩(wěn)定底層深度不小于1m，適用于剩余下滑力不大于300kN/m 的小型路塹滑坡。墻背回填料采用碎石、片石等透水性材料，墻身應(yīng)設(shè)置泄水孔，避免墻背排水不暢造成擋土墻變形與防護(hù)失效。

其二，主動(dòng)抗滑方式一般是以預(yù)應(yīng)力錨索為主的柔性輕型防護(hù)形式，通過對(duì)錨索施加張拉力改善邊坡巖土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，與巖土體共同作用達(dá)到主動(dòng)加固邊坡的目的。其最大優(yōu)點(diǎn)是能充分利用巖土體自身強(qiáng)度和自承能力，大大減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約用料與人工，減少施工對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)具有深層加固、隨機(jī)補(bǔ)強(qiáng)、快捷靈活等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨索已發(fā)展出多種類型，對(duì)于錨固地層為穩(wěn)定巖層的工況，可采用全黏結(jié)拉力型錨索，錨固段長度一般取4～10m；對(duì)于錨固段地層為土層的工況，可采用壓力分散型錨索，避免黏結(jié)摩阻應(yīng)力集中，最大限度地利用孔壁土層自身的黏結(jié)強(qiáng)度。

目前，公路路塹邊坡綜合治理中更趨向采用主、被動(dòng)兩種技術(shù)結(jié)合使用。

第一，預(yù)應(yīng)力錨索之間設(shè)置圬工骨架連接形成錨索框架梁體系，在保留錨索主動(dòng)加固效果的基礎(chǔ)上增強(qiáng)防護(hù)整體性且利于坡面排水。

第二，對(duì)于剩余下滑力較大的邊坡滑坡，可采用單樁，其截面尺寸巨大或樁間距較小，在抗滑樁上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索形成錨索抗滑樁，可優(yōu)化單樁受力、大大減小樁身配筋量及圬工量，增大樁間距，減小樁頂位移。

第三，將預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑擋土墻相結(jié)合，可將錨頭設(shè)于墻胸、錨索斜拉錨固，在節(jié)約圬工的同時(shí)增加抗滑擋土墻的實(shí)際抗滑能力。

4.5 公路路塹邊坡植被防護(hù)技術(shù)

在公路邊路塹坡防護(hù)工程中，在確保邊坡穩(wěn)定、保障施工質(zhì)量與安全的同時(shí)，也要注重邊坡的美學(xué)設(shè)計(jì)，響應(yīng)國家關(guān)于綠色公路、生態(tài)公路、交通與環(huán)境相協(xié)調(diào)的指導(dǎo)原則，堅(jiān)持公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益相統(tǒng)一[5]。應(yīng)多采用綠色植物防護(hù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴漿、砌石等圬工坡面防護(hù)形式。采用邊坡植物防護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體地區(qū)的氣候條件、土壤條件，選擇根系發(fā)達(dá)、分生力強(qiáng)、適應(yīng)性好的植物。對(duì)坡面進(jìn)行植物綠化美化，不僅能利用植物根系進(jìn)行對(duì)路塹邊坡產(chǎn)生錨固作用，還能增強(qiáng)坡面的整體美感，增強(qiáng)護(hù)坡的保護(hù)效果。

在公路路塹邊坡保護(hù)工程中，綠植防護(hù)的具體方法主要包括鋪草皮防護(hù)、植生袋防護(hù)、液壓噴播綠化防護(hù)、垂直植物綠化、骨架格構(gòu)式植草防護(hù)等，相關(guān)設(shè)計(jì)及施工需要由專門工作人員結(jié)合道路邊坡的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，確?？茖W(xué)合理的邊坡綠植防護(hù)工藝，體現(xiàn)公路路塹邊坡的保護(hù)水平，做到人與自然的和諧共生。

4.6 路塹邊坡監(jiān)測(cè)技術(shù)

路塹邊坡監(jiān)測(cè)能校驗(yàn)防護(hù)設(shè)計(jì)的合理性、保障施工和運(yùn)營安全，特別是對(duì)于土質(zhì)挖高超過20m、巖質(zhì)挖高超過30m 的深路塹邊坡設(shè)立相關(guān)路塹監(jiān)測(cè)十分必要。其主要類型有施工安全監(jiān)測(cè)、處治效果監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)長期監(jiān)測(cè)等，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容的選取采用應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、建設(shè)工程等級(jí)、邊坡破壞危險(xiǎn)性評(píng)級(jí)、防護(hù)治理措施等綜合確定。監(jiān)測(cè)具體內(nèi)容主要包括路塹地表變形監(jiān)測(cè)、邊坡應(yīng)力監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)等。高速公路邊坡等工程實(shí)踐中基本要求為邊坡變形監(jiān)測(cè)，一般采用C15 混凝土觀測(cè)樁，觀測(cè)斷面前后間距30～40m，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為水平、豎向位移變形量、裂縫發(fā)展等。觀測(cè)頻率施工期間建議3d 觀測(cè)一次固定樁，遇強(qiáng)降雨、持續(xù)暴雨等極端氣候應(yīng)在雨后增設(shè)1 次觀測(cè)，邊坡施工完成至道路通車前此時(shí)間段內(nèi)每?jī)芍苡^測(cè)1 次，通車后1～1.5 年觀測(cè)1 次。

5 結(jié)語

路塹邊坡防護(hù)在公路建設(shè)中具有舉足輕重的地位，邊坡強(qiáng)度與穩(wěn)定性受到各類因素的綜合影響。設(shè)計(jì)者應(yīng)重視邊坡的重要性，充分了解邊坡各類破壞形式及失穩(wěn)機(jī)理，根據(jù)地形地貌、氣候、地質(zhì)條件等綜合選取合理有效的邊坡防護(hù)方式。施工要嚴(yán)格按照施工工序與施工要求，同時(shí)選擇合理的路塹邊坡監(jiān)測(cè)手段，并在保障公路路塹邊坡穩(wěn)固的基礎(chǔ)上融合綠色生態(tài)理念，確保公路路塹邊坡防護(hù)治理的穩(wěn)固與美觀，保障公路運(yùn)營的安全與舒適，切實(shí)提高公路建設(shè)水平。