川南山區(qū)某運(yùn)營(yíng)高速公路水毀邊坡致災(zāi)機(jī)理分析

陳彬 熊坤

摘要 運(yùn)營(yíng)高速公路的路塹邊坡發(fā)生規(guī)模較大的坡體病害相對(duì)較少，但在降雨等作用影響下，規(guī)模相對(duì)較小的邊坡及坡面病害仍不可避免，常出現(xiàn)坡面水毀現(xiàn)象。水毀邊坡災(zāi)害體規(guī)模雖小，但對(duì)運(yùn)營(yíng)的高速公路影響卻很大。文章根據(jù)川南某山區(qū)高速公路降雨后路塹邊坡的變形破壞特征，對(duì)水毀邊坡的致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的治理措施建議，為類(lèi)似邊坡的設(shè)計(jì)、施工及后期養(yǎng)護(hù)提供了相應(yīng)的參考意義。

關(guān)鍵詞 運(yùn)營(yíng)高速公路；水毀邊坡；致災(zāi)機(jī)理；治理措施

中圖分類(lèi)號(hào) U418.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）05-0117-03

0 引言

隨著我國(guó)公路行業(yè)的快速發(fā)展，工程建設(shè)期間對(duì)高邊坡、順層邊坡等有了足夠的重視，并已基本采用抗滑樁、框架錨桿（索）等措施對(duì)其進(jìn)行了有效的加固、防護(hù)處治。運(yùn)營(yíng)期間的高速公路路塹邊坡發(fā)生規(guī)模較大的坡體病害相對(duì)較少，但在降雨等作用影響下，規(guī)模相對(duì)較小的邊坡及坡面病害仍不可避免，尤其是采用掛網(wǎng)植草、矮擋等防護(hù)措施較弱的邊坡受水毀影響尤為明顯，常出現(xiàn)小規(guī)?？逅⒒碌炔涣嫉刭|(zhì)現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著極端天氣增多，在四川紅層地區(qū)的高速公路水毀邊坡病害較為頻發(fā)，主要表現(xiàn)為降雨滲入坡體后導(dǎo)致淺表層覆蓋層或強(qiáng)風(fēng)化巖體沿坡面發(fā)生變形破壞[1-3]，水毀邊坡災(zāi)害體規(guī)模雖小，但對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的高速公路影響卻很大，滑塌堆積體易堵塞邊溝，甚至堆積于路面，不僅影響高速公路的正常通行，也增加了養(yǎng)護(hù)工作難度。因此，運(yùn)營(yíng)高速公路的水毀邊坡病害治理問(wèn)題日益突出[4]。

該文以川南山區(qū)某運(yùn)營(yíng)高速公路水毀邊坡應(yīng)急搶險(xiǎn)調(diào)查成果為基礎(chǔ)，總結(jié)降雨后路塹邊坡的變形破壞特征，對(duì)水毀邊坡的致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的治理措施建議，為類(lèi)似邊坡的設(shè)計(jì)、施工及后期養(yǎng)護(hù)提供相應(yīng)參考意義。

1 情況概述

某運(yùn)營(yíng)高速位于川南地區(qū)，全線(xiàn)長(zhǎng)約130 km，沿線(xiàn)地形起伏較大，以填挖方路基、橋梁等構(gòu)筑物為主，其中高挖方路基段均采用框架錨桿（錨索）、擋墻的加固防護(hù)措施進(jìn)行預(yù)加固處理，低挖方路段則主要采用掛網(wǎng)植草等措施進(jìn)行坡面防護(hù)處理。

2015年7—9月期間，該區(qū)域降雨量較往年偏多，且多發(fā)暴雨，尤其是8月中旬最大降雨量達(dá)到146.4 mm，此次強(qiáng)降雨天氣導(dǎo)致該運(yùn)營(yíng)高速公路主線(xiàn)、匝道、收費(fèi)站等位置發(fā)生16處水毀病害點(diǎn)（詳見(jiàn)表1），水毀點(diǎn)主要分布于低挖路塹邊坡段，其中巖質(zhì)邊坡占14個(gè)，土質(zhì)邊坡占2個(gè)。沿線(xiàn)水毀邊坡規(guī)模雖小，但垮塌體均堆積于下方高速公路處，堵塞路側(cè)排水邊溝，個(gè)別甚至堆積于行車(chē)道路上，嚴(yán)重影響了高速公路的運(yùn)營(yíng)安全（詳見(jiàn)圖1）。

2 水毀邊坡致災(zāi)機(jī)理分析

根據(jù)上述水毀災(zāi)害體特征可知，該運(yùn)營(yíng)高速公路是在強(qiáng)降雨作用下誘發(fā)的淺表層破壞體，變形體物質(zhì)以覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化層為主，其致災(zāi)機(jī)理是在地形地貌、地層巖性、降雨、人工活動(dòng)等內(nèi)外力共同作用下所誘發(fā)的水毀變形。

2.1 內(nèi)在影響作用

2.1.1 地形地貌

運(yùn)營(yíng)高速公路位于四川盆地南緣，屬于盆地與云貴高原過(guò)渡地帶，沿線(xiàn)以侵蝕構(gòu)造低中山、丘陵等山區(qū)地貌為主，地形起伏較大，斜坡地形易于形成坡面水流，為降雨匯水及坡面沖刷提供了較好的地形條件。

2.1.2 巖土層性質(zhì)

該高速公路沿線(xiàn)邊坡主要為二元結(jié)構(gòu)，上部覆蓋層以殘坡積粉質(zhì)黏土為主，局部段為含碎石粉質(zhì)黏土，覆蓋層厚度一般約1～3 m。黏性土隔水性和富水性均較好，受水浸泡易于軟化，抗剪強(qiáng)度降低明顯。

下伏基巖以砂巖、泥巖為主，局部段分布少量泥灰?guī)r，一方面沿線(xiàn)巖質(zhì)路塹邊坡表面因晝夜溫差變化、降雨淋濾等作用影響，易導(dǎo)致邊坡表面巖石發(fā)生風(fēng)化碎裂現(xiàn)象，對(duì)于具有遇水易軟化、失水易開(kāi)裂特性的黏土巖[5]，風(fēng)化碎裂現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。另一方面黏土巖、泥灰?guī)r透水性差，為降水入滲富集提供了有利條件，地下水易在不透水層頂面匯集，形成潛在滑動(dòng)破壞面。

2.2 外在影響作用

2.2.1 人工活動(dòng)

該高速公路水毀邊坡災(zāi)害點(diǎn)均為低挖路塹邊坡，其中基巖開(kāi)挖坡比為1∶0.75，覆蓋層開(kāi)挖坡比為1∶1.0，邊坡開(kāi)挖后未采取加固防護(hù)措施或僅采用掛網(wǎng)植草等簡(jiǎn)單措施。人工開(kāi)挖破壞了巖土體結(jié)構(gòu)的完整性，坡體產(chǎn)生卸荷、松弛現(xiàn)象，并且加大了坡體的人工暴露面，增大了降雨入滲面積，加速了黏土巖的風(fēng)化進(jìn)程。邊坡開(kāi)挖不僅為降水入滲提供了有利條件，而且為滑塌體提供了新的臨空面。

2.2.2 降雨

該水毀邊坡均是在降雨作用下發(fā)生的滑塌變形破壞，而且在調(diào)查期間部分地段仍可見(jiàn)地下水滲出現(xiàn)象。俗話(huà)說(shuō)“大雨大滑、小雨小滑、無(wú)雨不滑”，降雨就像“潤(rùn)滑劑”，是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)破壞至關(guān)重要的外在因素[6]。降雨下滲不僅增加滑塌體的重量，大幅降低其抗剪強(qiáng)度，而且在節(jié)理裂隙內(nèi)易產(chǎn)生水壓力，從而誘發(fā)路塹邊坡水毀的發(fā)生。

2.3 致災(zāi)機(jī)理分析

該運(yùn)營(yíng)高速公路災(zāi)害點(diǎn)為強(qiáng)降雨作用下誘發(fā)的邊坡水毀問(wèn)題，根據(jù)水毀災(zāi)害點(diǎn)變形破壞特征和影響因素，水毀邊坡致災(zāi)機(jī)理可分為兩類(lèi)。其中，第一類(lèi)為水壓力作用下誘發(fā)的推移式滑坡，其典型破壞點(diǎn)為K1815+900右側(cè)匝道處的路塹邊坡，為順層基巖滑坡。路塹邊坡開(kāi)挖導(dǎo)致巖體產(chǎn)生卸荷作用，卸荷帶寬度約5 m，卸荷帶成為降雨下滲的有利通道，致使粉質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽水，自重增加，抗剪強(qiáng)度降低，而且下伏泥灰?guī)r隔水性較好，易導(dǎo)致后緣裂隙帶內(nèi)和泥巖與泥灰?guī)r分界面處地下水富集，從而產(chǎn)生靜水壓力和浮托力，滑體下滑力增加，而抗滑力大幅降低，上部巖土體在水壓力和自重作用下沿下部泥灰?guī)r頂面發(fā)生推移式滑動(dòng)破壞，滑坡體堆積于坡腳及匝道路面，導(dǎo)致交通中斷。

第二類(lèi)為飽水自重作用下誘發(fā)的淺層滑塌破壞，根據(jù)滑體物質(zhì)成分和滑體位置，又可細(xì)分為坡面強(qiáng)風(fēng)化層的滑塌破壞和坡頂近水平土質(zhì)滑坡破壞。其中坡面強(qiáng)風(fēng)化層水毀破壞主要分布于黏土巖邊坡段，其典型水毀點(diǎn)為K1867+700左側(cè)路塹邊坡，邊坡開(kāi)挖增加了人工暴露面，使中風(fēng)化黏土巖在雨水浸泡和太陽(yáng)暴曬的反復(fù)交替作用下，產(chǎn)生風(fēng)化碎裂現(xiàn)象，影響厚度約1～2 m，而后在強(qiáng)降雨淋濾、沖刷作用下，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)化黏土巖的自重下滑力大于抗滑力時(shí)，將發(fā)生圓弧形滑塌破壞。

近水平土質(zhì)滑坡破壞則主要分布于坡頂?shù)谒南禋埰路e層內(nèi)，主要受降雨影響。張群等[7]通過(guò)物理模型試驗(yàn)研究表明，在大氣環(huán)境中紅層地區(qū)的降雨入滲影響深度最大約為5.37 m，而該區(qū)域土體厚度一般在0.5～2 m之間。在干濕循環(huán)作用下，殘坡積土體內(nèi)部產(chǎn)生大量的不規(guī)則裂隙，加之農(nóng)耕用地及大量的植物根系通道，降水有較好的入滲通道，導(dǎo)致土體飽和軟化。尤其是地下水匯集的基覆界面處抗剪強(qiáng)度大幅降低，前緣臨空條件較好的覆蓋層發(fā)生局部失穩(wěn)、滑塌破壞，同時(shí)，易導(dǎo)致后緣土體內(nèi)形成次生拉張裂縫。

3 水毀邊坡防治措施建議

根據(jù)該運(yùn)營(yíng)高速公路水毀邊坡發(fā)育情況可知，大部分水毀災(zāi)害點(diǎn)主要分布于無(wú)防護(hù)措施或防護(hù)措施較弱的淺挖路塹邊坡段，滑塌變形規(guī)模不大，但直接影響運(yùn)營(yíng)階段高速公路的安全和暢通，導(dǎo)致我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到損失。因此，在勘察設(shè)計(jì)階段，需做到防患于未然，對(duì)淺挖路塹邊坡同樣足夠重視，尤其是對(duì)于干濕循環(huán)作用明顯的紅層邊坡，需考慮其后期風(fēng)化碎裂剝落問(wèn)題。而掛網(wǎng)在長(zhǎng)期風(fēng)化作用下易損毀，建議對(duì)非順層淺挖邊坡可采用框架植草護(hù)坡，對(duì)順層淺挖路塹邊坡可采用框架錨桿植草護(hù)坡，以避免運(yùn)營(yíng)高速公路邊坡由局部水毀滑塌發(fā)展為大面積滑塌問(wèn)題。

水毀邊坡的主要外在因素就是水，防治水毀的基本措施就是做好坡表和坡體內(nèi)的截排水，截排水的主要目標(biāo)是保持邊坡范圍內(nèi)的巖土體常年處于干燥或者中濕的狀態(tài)，避免出現(xiàn)積水的現(xiàn)象，確保邊坡的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，以防后期運(yùn)營(yíng)高速公路邊坡的結(jié)構(gòu)受到水的危害。

運(yùn)營(yíng)高速公路水毀邊坡的挽救處治措施，需根據(jù)水毀病害特征和公路運(yùn)營(yíng)特征綜合考慮。由于水毀邊坡滑塌破壞，易將原有截排水措施損毀，結(jié)構(gòu)功能退化，從而促進(jìn)水對(duì)邊坡的影響不斷加大，建議將邊坡截排水措施放在首要位置。此外，由于水毀邊坡處治時(shí)需占道施工，施工作業(yè)面受限，災(zāi)害點(diǎn)分散，點(diǎn)多量少，宜減少多種工藝的治理工程，且不宜采用抗滑樁、擋土墻等大體積圬工工程，建議采用小型、輕型且易于施工的措施，如輕型面板式錨桿擋墻、拱形骨架護(hù)坡等，可有效防止邊坡的差異風(fēng)化和水毀滑塌破壞。此外，在連續(xù)降雨季節(jié)，應(yīng)全面加強(qiáng)對(duì)高速公路的質(zhì)量檢查，尤其是相關(guān)截排水設(shè)施和防護(hù)工程的完整性和安全性檢查，有效排除水毀隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

該文以川南某運(yùn)營(yíng)高速公路在連續(xù)降雨后的邊坡水毀情況為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)川南山區(qū)運(yùn)營(yíng)高速公路水毀路塹邊坡的致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行了分析研究，得出結(jié)論：運(yùn)營(yíng)高速公路水毀路塹邊坡多分布于無(wú)防護(hù)措施或預(yù)加固防護(hù)措施較弱的邊坡段，其致災(zāi)機(jī)理是在地形地貌、地層巖性、降雨、人工活動(dòng)等內(nèi)外力共同作用下所誘發(fā)的水毀變形破壞。其中地形、巖土性質(zhì)及人工活動(dòng)是邊坡變形破壞的基本條件，而降雨則是邊坡變形破壞的主導(dǎo)因素，致使長(zhǎng)期風(fēng)化碎裂的巖土體在雨水入滲及沖刷坡面的情況下發(fā)生變形破壞，從而發(fā)展成水毀邊坡。該類(lèi)邊坡在施工階段或運(yùn)營(yíng)初期穩(wěn)定性暫無(wú)大礙，但隨著風(fēng)化進(jìn)程的加劇，在降雨條件下發(fā)生水毀的概率逐漸增加，常導(dǎo)致邊坡綠植樹(shù)木一起發(fā)生損毀破壞，嚴(yán)重影響交通的安全通行。

因此，建議在前期勘察、設(shè)計(jì)及施工階段就對(duì)該類(lèi)淺挖路塹邊坡足夠重視，堅(jiān)持“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則。設(shè)計(jì)時(shí)采用經(jīng)久耐用的預(yù)加固處理，做好邊坡截排水措施；發(fā)生水毀后需根據(jù)水毀病害特征和公路運(yùn)營(yíng)特征綜合考慮挽救處治措施。

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