雨季中路基边坡的主要病害特征、形成机理及处治方案.doc

雨季中路基边坡的主要病害特征、形成机理及处治方案摘要：雨水是诱发路基边坡失稳的主因，为了防止路基便破雨季病害，本文首先分析路基边坡的雨季病害形式及其特征，再分3种情况对雨季中路基边坡病害的形成机理加以详细的分析研究，最后根据雨季中的路基边坡病害特征及病害形成机理提出了5种有效的路基边坡病害处治措施。这些研究可为今后雨季中路基边坡病害的进一步分析和研究奠定扎实基础。关键词：路基边坡，雨季病害，形成机理，处治方案1. 引言随着我国国民经济建设和公路交通事业的快速发展，公路数目及其等级越来越高，这使得在公路施工中高大路基边坡的数量也越来越多，但随之而来的是路基边坡变形失稳现象也日益突出，因此路基边坡的施工及养护质量防止与加固越来越引起公路施工及养护单位和管理部门的重视。前人对路基边坡失稳问题进行了很多的研究，研究表明：路基边坡失稳大多出现在雨季或暴雨之后，降雨使路基边坡表层土体大量吸水，土体的粘聚力、内摩擦角及基质吸力降低，使坡面成为泥泞状态，并产生较大膨胀力，大大降低了土体抗剪强度，使路基边坡时常出现崩塌、坍滑、滑坡、坡面冲刷、沉陷和泥石流等病害现象，从而引发路基边坡变形失稳，造成巨大的经济损失1-5。2. 雨季中路基边坡的主要病害特征路基边坡是路基的重要组成部分，对路基稳定起着重要的作用2。路基边坡开挖后暴露在雨季和雨季后均出现多处边坡变形和坍方，根据其形成的条件及原因，一般可分为：崩塌、坍滑、滑坡、坡面冲刷和泥石流等形式。（1）崩塌。公路路堑开挖过深，边坡过陡使软弱结构面暴露，都会使边坡上的岩体失去支撑，雨季中暴雨可使路基边坡岩体失稳而绕其根部一点发生转动性倾倒，一旦岩体重心偏离至坡外，容易产生倾倒式崩塌。（2）坍滑。路基边坡浅层土体在湿胀干缩效应与风化作用影响下，由于裂缝切割以及水的作用，土体强度衰减，丧失稳定，沿一定滑面整体滑移并有坍落现象。坍滑多发生在雨季，滑面清晰并有擦痕，滑体裂隙密布，多在坡脚或软弱的夹层滑出，若继续发展，可牵引形成滑坡，厚度多为1.03.0m，一般在风化作用层内。边坡坍滑是一种常见的路基病害，是坡体松散堆积层在降雨作用下发生浅层破坏现象的总称。（3）滑坡。雨季中大量雨水渗入路基边坡滑坡体内，使土体潮湿软化、泥化、冲刷，从而增加了土体重量，降低了土的强度，使路基边坡土层滑动产生滑坡；另外，雨季中地下水量增加，浸湿滑坡面的抗滑能力，也可以加速滑坡的形成2。滑坡具有弧形外貌，有明显的滑床，滑床后壁陡直，前缘比较平缓，主要受裂隙控制。滑坡多呈牵引式出现，具叠瓦状，成群发生，滑体呈纵长形，有的滑坡从坡脚可一直牵引到边坡顶部，有很大的破坏性，整治费用最高。（4）坡面冲刷。路基边坡的花岗岩残积层在高温多雨的条件下，岩石风化迅速，形成一定厚度的残积层，残积层颗粒组成以细砂、中砂、粗砂为主，含少量粘土颗粒。从结构上看为颗粒松散的砂泥质结构，抗水性差。这种残积物高边坡抗冲刷性能很差，易形成密集的鸡爪状冲沟，中下部冲刷成直径15 m，深57 m的落水洞，上下落水洞相连，坡面支离破碎。雨季大量坡面冲刷物冲向公路，堵塞排水沟，严重地淤埋路面，坡面冲刷再进一步发展可能导致边坡坍塌。（5）泥石流。水流冲刷路基边坡滑落物质而形成。边坡或沟岸泥沙由于重力作用而不断的坍塌、碎落或沿坡而落入沟道，在暴雨的冲击下而形成泥石流。这种形式中最严重的是大型滑坡堵断沟道，水流直接由滑坡体上流过或形成溃块，也有的在暴雨时滑坡体中的饱和水与滑坡体一涌而下，形成强大的泥石流。3. 雨季中路基边坡病害的形成机理路基边坡病害受到的影响因素较多3。降雨的强度，路基土层的蒸发程度和路基边坡土层的含水率等因素对路基边坡病害的形成机理影响不一样，下面主要分3种情况加以分析研究。（1）路基刚修好，路基边坡土层含水率中等，以低强度降雨开始。路基刚修好后，由于路基边坡体土层初始含水量处于中等水平，渗透性比较差，地下水位以上土坡处于非饱和状态，以低强度降雨开始后，随着时间的延长，渗入的水几乎全被土层吸收，吸水时，土体膨胀、软化、强度降低，土坡上部逐渐变为饱和，非饱和区的范围逐渐变小，土层渗透性下降，过一段时间后，当土层被缓慢的渗入水完全饱和后，它的渗透性也几乎降到了最低水平，从开始到现在这段时间内低强度降雨都没有补给地下水，而是大部分降水已转化为地表径流，这是由于事实上土层中的结构性空隙和干裂缝将在此过程中已快速闭合，砂粘土已成为一道隔水屏障，所以，在该段时间后，即使再以高强度降雨降临也无法补给地下水，而只能转变为地表径流。随着砂粘土层饱水，由于雨水弱化了潜在滑动面的抗滑能力，增加了后缘的静水推力，土层内聚力降低，将发生缓慢塑性蠕变，大大降低了坡体的稳定性，因此，如果继续降雨，很可能发生表层溜坍。这说明，对于溜坍这种病害，只要降水时间长，降水量大，就有可能发生。（2）路基边坡土层经过强烈蒸发，以低强度降雨开始。路基边坡经历了强烈的蒸发过程后，表层砂粘土具有较强的初始透水性，但经过失水后，土体收缩，随之产生裂隙，在表层多见垂直裂隙，在浅层及其以下，网状裂隙占优势，多种相互交织的裂隙把土体切割成块状，削弱了土体的强度，破坏了土体的完整性，为地表水的浸人提供了通道。在雨季中，若以低强度降雨开始并持续较长时间，在此过程中，土层中的结构性空隙和干裂缝逐渐闭合，由于土层初始透水性具有明显的垂向不均匀性，很可能在砂粘土层中积聚上层滞水，当土层接近饱和，不再吸收渗入水时，土层本身的渗透性也接近降到了最低点，后续降水将无法补给地下水。因此，土层强烈蒸发后，地下水位不易受到以低强度降雨开始的降水过程的影响。如果继续降雨，雨水将继续软化土体及裂隙中的充填物，土体的重量增加，当降雨量达到或超过某个确定值时，最终将改变边坡的局部应力场，当土体强度降低到难以维持边坡的稳定时，虽发生深层滑坡的可能性依然较小，但很可能发生坍滑。故降雨量的多少在一定程度上控制着路基边坡坍滑发生的速度、密度和规模，降雨张度越高，时间越长，连续降雨量越大，边坡坍滑规模也越大。（3）路基边坡土层经过强烈蒸发，以高强度降雨开始。路基边坡土层强烈蒸发后，以高强度降雨开始后，土坡上部很快变为饱和，非饱和区的范围明显变小，立即有地表径流出现，但由于结构性空隙和干裂缝从遇水收缩到完全闭合有一个时间过程，在他们完全消失以前，会有大量的降水通过土层宽大的空隙快速补给地下水，引起地下水位上升，地下水水位的大幅抬升使边坡应力场发生明显改变，引起边坡的变形与破坏，这也使滑体上的裂缝进一步加宽、加深，滑坡体上的裂缝将会逐渐贯通，进一步导致交接面岩土抗剪强度的降低，即岩土强度软化，由于入渗量大，下渗速度快，空隙壁受到较强烈的冲刷，此时明显的出现土块崩塌现象。实际上在此过程中这种冲刷作用在很大程度上，抵消和减缓了由于粘土矿物膨胀而引起的空隙闭合过程，所以过水较长时间后，砂粘土结构仍较疏松，仍能保持较好的渗透性，这也延缓了因粘土矿物膨胀引起的空隙闭合过程，故砂粘土中由于强烈蒸发而形成的结构性孔隙和干裂缝是降水的最主要下渗通道5。随着降水时间的加长，土层将因结构性空隙的消失而转化为一道近乎隔水的屏障，降水入渗强度进一步减小，地下水位上升速度越来越缓慢，而地表径流则越来越强，地下水在通过上部自由边界接受补给的同时，通过坡角的定水头边界以泉的形式排泄，一段时间后，地下水水量动态表现出暂时的动态平衡，此时降水补给强度和径流的排泄强度已趋于相等，再过一段时间后，地下水开始表现为负均衡，地下水位开始回落，地下水将主要沿砂泥岩接触带以泉的形式排泄，此时坡体单位时间接受的降水补给量已小于排泄量。在降雨强度保持不变的情况下，地下水位由上升到下降的转变，主要是由砂粘土层的渗透性随过水时间的加长而降低引起的，地下水位达到最高水位后将逐渐趋于稳定，再过段时间地下水位将回落，在回落的过程中，路基边坡将出现拉裂缝，该拉裂缝随着时间的延长将逐渐延伸和扩展，最后会使坡体发生整体滑移。4. 路基边坡病害的处治方案通过分析路基边坡病害的特征和形成机理，不难发现，水是诱发路基边坡失稳的主因，因此路基边坡之上有积水渗透或坡底有地下水均需设置渗水及排水设施，及时封闭坡面，顺畅排水以及加强对边坡坡脚的防护是防治路基边坡破坏的首要重点。本人认为针对路基边坡失稳现象采取的处治措施主要包括建立完善的排水系统、防护边坡的坡面及防护坡面的冲刷。（1）建立完善的排水体系。水是造成路基边坡坍方病害的一项重要因素。对于路基边坡有危害的水分分为地面水和地下水两大类，所以拦截地表水、疏干地下水是防治边坡坍方的有效措施。拦截地表水是建立边沟排水系统，一般要考虑天沟、边沟流量的大小、排水沟足够的截面尺寸、沟底坡度、排水沟的防渗措施，如设置挡水带、集流槽，以集中式排水的方式将路面汇水排入边沟，减少水流对路基的冲刷，边坡仅承受雨水的侵蚀和水流轻微的侵袭，使边坡保持稳定。在地下水丰富的地区要设置盲沟、渗沟、暗管等排水设施将地下水引出，还要经常检查养护保证其流水畅通。（2）防护边坡的坡面。保护路基边坡表面，使其免受雨水冲刷，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。边坡的坡面防护常用措施有植物防护、骨架防护和边坡护脚等。植物防护的方法有种草、铺草皮和植树，种植地被植物作覆盖物主要是为减少对路基边坡上表土层的冲刷，以达到固定边坡的效果；种草及铺草皮，防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微，因宜于草类生长的土质路基边坡，用以防止表面水土流失，固结表土，增强路基的稳定性；在边坡种植低矮灌木类植物，通过绿化植物的根系来固土护坡，并且利用植物的枝叶减弱雨水对路基边坡的直接冲刷，保证边坡的稳定性，搞好边坡绿化种植，可以避免雨水冲刷造成的边坡坍塌4。坡面设置骨架护坡加铺草皮，草皮对边坡的隔热保湿、保温、防止土体的干缩湿胀有一定作用，但草皮固着深度有限，在暴雨季节易被冲刷，故宜设置一些支撑土体的浆砌片石骨架，如在边坡上设置拱形或菱形骨架，骨架内植草，可防止雨水的侵蚀和冲刷边坡，效果会更好。边坡护脚，即在边坡底部与护坡道交界处向上设置一定高度的护脚，与护脚底座一起可抵御边坡的冲刷，护脚可采用预制块或浆砌片石的形式。（3）冲刷防护工程。路基受到水流的直接冲刷和掏空，为了维护路基的坚固稳定，必须采取冲刷防护措施予以防护。冲刷防护有两种类型，一种是直接防护，以加固坡岸为主要措施；一种是为间接防护，以改变水流的方向，降低流速为主要措施，包括抛石防护和石笼防护护坡。抛石防护主要用于防护水下部分的边坡和坡脚，避免或减小水流对护坡的冲刷及淘刷，石笼防护用于返回河岸或路堤边坡，同时可作为加陡边坡，减少路基占地宽度，以加固河床，减少掏刷的措施。（4）对路基范围内已产生的滑坡，采用清除滑坡体加桩板墙的处理方案1。首先清除路基范围内已滑动的滑坡体，并把路基范围内的滑床开挖成台阶状；其次，参照路基设计线，在路堤旁边的路基设计处设置一排抗滑桩，桩与桩之间出露地面部分用钢筋混凝土挡板连接，以稳定路堤填料及上方潜在不稳定边坡体；然后在桩板墙与路堤之间已清除滑坡体的范围内填筑石料作为透水层来疏干地下水。5. 结论本文通过详细分析雨季中路基边坡的主要病害特征、形成机理及处治方案，可得出以下结论：（1）水是诱发路基边坡失稳的主因，降雨使土体含水量增加，粘聚力、内摩擦角及基质吸力降低，从而在整体上降低了土体的抗剪强度，使潜在滑面的抗滑能力降低；（2）如果路基边坡土层未经强烈蒸发，坡体地下水动态对降水反应不敏感，长时间降雨可能诱发溜坍，但发生深层滑坡的可能性较小；（3）边坡经过强烈蒸发后，土层的初始渗透性良好，若降水过程以低强度降雨开始并持续较长时间，那么，即使后期降雨强度变大，也不能明显影响地下水动态，但由于土层初始透水性具有明显的垂向不均匀性，以低强度降雨开始的降水过程很可能在砂粘土层中积聚上层滞水，改变边坡的局部应力场，诱发溜坍；（4）土层蒸发强烈和初始渗透性良好，若降水过程以中到大雨开始且持续较长时间，雨水能补给地下水。地下水水位的大幅抬升可使路基边坡应力场发生明显改变，从而引起边坡的变形与破坏，但边坡的变形与破坏不一定是在地下水位最高时发生，很可能发生于水位回落过程中；（5）路基边坡之上有积水渗透或坡底有地下水均需设置渗水及排水设施，顺畅排水以及加强对边坡坡脚的防护是防治路基边坡破坏的首要重点，建立完善的排水系统、防护边坡的坡面及防护坡面的冲刷等是对路基边坡失稳现象有效的处