某高速公路边坡破坏原因分析及治理方案设计

某高速公路边坡破坏原因分析及治理方
案设计
摘要：膨胀土属于一类特殊性岩土，其形成边坡后的自稳能力极差，具
有缓坡滑动的特点。

本文对膨胀土地区某高速公路边坡的破坏原因进行了分析，
并根据边坡的变形破坏特征，进行了针对性的治理方案设计。

关键词：高速公路；膨胀土；边坡分析；边坡治理
0概况
该段高速公路沿东西向穿越膨胀土发育区，采用挖方路堑形式通过，区段全
长约350米，其中北侧地势高，开挖后形成的最大边坡高度达约36米，设计采
用分级放坡开挖，单级坡高5米，开挖坡比1:2，各级边坡间设置宽2米的平台，并在坡面采取格栅植草护坡。

在完成北侧挖方坡面防护施工之后不到1个月，发
现北侧坡体表层发生小规模浅层滑移，再经过连续多次晴雨交替之后，边坡表面
可见裂缝发展，且数量逐渐增多，裂缝宽度逐渐增大。

考虑到该段属膨胀土特殊
深挖路堑，拟对全段北侧在坡脚增加桩承台式挡墙支挡设计。

由于正值雨季，该
段连续多日强降雨，支挡设计尚未实施，北侧边坡便突然发生了大规模失稳下滑，从开挖施工完成到发生整体失稳破坏不足2个月时间。

1工程地质条件
（1）气象：工程区地处暧温带向北亚热带过渡区，属大陆性季风气候，年
平均气温14.9℃，自然降水偏丰，年均降水量为1000毫米左右，夏季雨水充沛，占全年降水量的47%~53%；冬季占6%~9%；春秋两季各占20%左右。

（2）地形地貌：工程区属构造剥蚀低山地貌。

线路段在山间谷地内紧靠北
侧斜坡展布，谷底地势平缓，以农田为主，两侧谷坡呈上陡下缓，线路就总体位
于坡脚缓坡带，横坡坡度约15～25°。

（3）地层岩性：根据地质调绘和钻孔资料，沟谷两侧山顶有零星基岩出露，山体下部为缓坡地形，分布厚度较大（厚约22.3～32m）的第四系中更新统坡洪
积层，以含碎石粉质黏土为主，呈浅红褐色，含灰白色及灰绿色蒙脱石膨胀矿物，碎石分布不均匀，含量介于5～40%，总体上部含量少，下部含量高，偶夹块石，
土体的主要物理力学指标：=16～25MPa，c=30～60kPa，=21～30°，=32～55%（具膨胀性）。

下伏基岩为上第三系泥岩。

（4）水文地质条件：工程段所处地势低洼，易于汇水，第四系中更新统粉
质黏土下部含有较多碎石，局部含量高，地下水在这些部位多以透镜状孔隙潜水
或上层滞水形式存在，其下伏第三系泥岩为良好隔水层，在开挖之前的部分斜坡
冲沟内可见季节性下降泉水出露。

2边坡变形破坏特征
根据现场查看情况，滑体宽约230m，主滑轴长约160m，滑坡前后缘高差约
40m，滑体总方量约85万方。

滑坡前缘向前推进10～25m，主滑轴滑舌已接近对
面路堑坡脚。

在原挖方坡口线以上20m处，可见高2～5m的滑坡后缘土质陡壁（原为农田），呈“簸箕”状，并在陡壁上部的缓坡平台段出现长8～12m的拉裂隙，呈
纵向雁行排列，其错台变形严重；滑坡前缘滑舌部位发生臌胀，并伴有诸多小裂缝。

滑坡体上可见三个明显的牵引式台阶区，各台阶高1.8～3.0m不等。

对坡面
所做的土工隔室防护和排水沟均发生严重的拉裂错位，面目全非。

3边坡失稳原因分析
综合分析认为，该路堑边坡发生失稳破坏主要与以下因素有关：
（1）该段为深挖路堑，最大边坡高度约36 m，边坡开挖高度大，且地质结
构主要为膨胀性特殊土，形成边坡的自稳能力极差。

依据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中条文规定，设计过程中明显缺少与隧道方案的综合比选；按
挖方路基形式，也没有及时采取“固坡脚”强化支挡抗滑的关键措施。

（2）膨胀土边坡开挖后长时间暴露于大气，受降雨及蒸发作用影响，土体
内部易受不均匀胀缩影响而产生杂乱排列的破裂隙，一方面导致坡体内部应力变
化再分布，另一方面也利于降水入渗，最终导致土体抗剪强度锐减。

（3）第四系中更新统粉质黏土含有灰白色及灰绿色蒙脱石强膨胀矿物，局
部呈透镜体，下部含有较多碎石，局部含量高，地下水为透镜状孔隙潜水或上层
滞水，其下伏泥岩为良好隔水层，其层面长期处于受地下水浸泡的环境，抗剪强
度低。

（4）受持续降雨工况影响，雨水下渗加速软化粉质黏土和泥岩。

（5）工程段地势低洼，地形平缓，汇水面积大，有利于地表水聚集和渗入，不利于排泄。

（6）该挖方边坡按1：2缓坡率设计是符合规范规定的，但对于膨胀性特殊
岩土，重视强化坡脚支挡是重要关键环节，前期设计过程中未予以充分重视。

4治理思路
（1）边坡滑动后，滑体超越坡脚，对前推占压路面长度的部分滑体应为抗
滑段，致使滑体处于暂时稳定状态，治理方案的推力计算应参考该抗滑段的抗力。

（2）滑体推力计算按推移切层折线破裂面滑动破坏模型，并考虑到各滑床
段岩土结构差异及下滑推力差异。

（3）基于抗滑段的抗滑力，滑坡体处于暂时稳定状态。

则在实施任何一种
治理方案时，严禁先挖除超越坡脚占压路堑长度的抗滑段滑体，应首先实施强坡
脚的支挡措施，并以滑体稳定为前提，方可清除侵占道路的抗滑段滑体。

5治理方案比选
（1）方案一（改线方案）：因全线工程已基本完成，若改线，其改线段过长，故不可行。

（2）方案二（削坡减载方案）：基于已实施完成1:2缓坡，且该方案无削坡减载的地形条件，故不可行。

（3）方案三（坡脚重力抗滑挡墙方案）：鉴于滑坡发生后，超越坡脚占压路堑长度的滑体起到了支挡抗滑作用，滑坡处于暂时稳定状态，该方案的实施需先清除路面范围的抗滑段滑体，容易造成后方滑体复活，故该方案不可行。

（4）方案四（坡脚采用抗滑桩板墙支档方案）：该方案可在碎落台位置采用分段并间隔实施人工挖孔成桩，在其强度满足规定后方可清除抗滑段滑体。

若坡脚支挡设计不能满足抗滑推力，可在坡体辅以锚杆抗滑设计。

基于该方案的实施不存在先清除路堑长度的抗滑段滑体及挖坡脚危及坡体稳定问题，则认为是可行方案。

（5）方案五（抗滑明洞方案）：该方案有两步程序：第一步，在明洞侧墙外增作抗滑桩支挡结构，以确保明洞侧墙的抗滑设计满足要求；第二步，清除超越坡脚占压路堑部分的滑体，并实施明洞的整体工程。

方案比较结果：基于方案四、方案五的共同点均为先作固坡脚抗滑桩支挡，以确保道路清理完成之后，后方滑体保持稳定而不发生更大复活，则认为两方案均可行，但还应从经济、施工难易程度、工期、环保等方面综合比选后确定。

6结束语
（1）本案例是公路工程深挖路堑失稳造成的次生工程滑坡问题，应严格执行《公路工程地质勘察规范》（JTG C20- 2011）和《公路路基设计规范》（JTG D30- 2015）中的强制性条款要求，作好工程地质勘察及动态设计至关重要。

（2）在工程地质勘察阶段应查明深挖路段的工程地质条件，对其现状及开挖后的稳定性进行评价。

对该段中心最大挖深达36m的膨胀土特殊路基，应按《公路路基设计规范》（JTG D30- 2015）7.9.7条规定，与隧道方案比选。

（3）该挖方边坡按1: 2缓坡率设计是符合规范规定的，其发生巨型中层工程滑坡与上述综合因素有关，同时设计及施工中对膨胀性特殊岩土坡脚支挡重视不足也是重要因素之一，今后勘察设计过程中须总结经验，吸取教训。

（4）该边坡破坏属推移切层折线破裂裂面滑动破坏，而对刚开始坡体局部
表层发生的小规模浅层滑移及出现的裂缝，应属表层膨胀土因胀缩风化作用形成
的风化软弱层所发生的浅层平面线形滑动破坏。

（5）该路堑为中心最大挖深达38 m的非均质层状结构膨胀土特殊路基，仅
采用放缓边坡和格室植草防护设计方案，缺少必要的“固坡脚”支挡抗滑的重要
环节。

（6）应全方位加强在施工全过程对深挖方路堑边坡的监测，及时发现坡体
变形迹象，及时分析问题，以便更有针对性的采取应急处治措施。

（7）应切实执行膨胀土深挖边坡工程中有关施工程序的规定，并及时防护。

参考文献：
[1]中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范:JTG D30-2015[S].北京:
人民交通出版社,2015.
[2]中华人民共和国交通运输部.工程地质勘察规范:JTG C20-2011[S].北京:
人民交通出版社,2011.
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2019[S].北京:人民交通出版社,2018.
[4]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理(第二版)[M],北京:地质出版社,1994.
[5]卢淑萍.膨胀土地区公路病害及其工程设计对策[J].公路，2003(6);75-77.。