路堤边坡破坏形态及治理综述

路堤边坡破坏形态及治理综述摘要近几年随着我国经济快速发展，现有的交通条件不足以满足社会经济发展的需求，高速公路不断在各地大力建设。随之而来的就是高速公路的各种破坏。在平原地区，公路穿过农田一般都是以低路堤的形式穿过，而在山区，由于地形的差异，路堤都是高且陡，这就使路堤边坡形多种多样，造型各异。由于受到高速公路斜坡路基上的高填方路堤的斜坡角不同、路堤两侧填土材料的土性和岩性的不同、地下水沿路堤坡面产生的渗透压力、高填方路堤中的孔隙水压力等因素，使人们对该类型的路堤破坏机理和变形模式并不了解。而且，高等级道路跨越黄土地区冲沟时，高填路堤成为一种常见的结构形式。使用高路堤既有好处，也有他的弊端。高路堤破坏形式复杂多样，由于填方量大,占地面积广,而且施工完成后,常出现路堤的整体沉陷、局部沉陷或边坡失稳。路堤的破坏不仅给行车安全带来严重影响，还造成重大经济损失，这就需要我们对高速公路路堤的破坏模式进行研究，并对路堤进行合理的治理。本文从路堤的研究现状、破坏模式、破坏机理、路堤边坡稳定性计算方法以及对路堤的治理防护进行详细的介绍，对路堤边坡的治理有一定的作用。关键词：路堤边坡破坏机理破坏模式稳定性验算治理措施绪论从第一条高速公路的建设到现在高速公路的迅猛发展,，我国高速公路建设以经走到世界前列。“要想富，先修路”这句话成为各地发展经济的首要目标，而高速公路的大力建设不可避免的会带来各种工程事故。随之而来的就是各种各样的问题出现，其中，路堤边坡的破坏就非常严重。路堤既有低路堤，也有高路堤，破坏形式也是各种各样。在平原地区，以低路堤为主，而在西部山区，以高路堤形式为主。特别是国家作出西部大开发战略决策以来,山区高等级公路得到迅速的发展。高速公路斜坡高路堤,其数量之多、灾害之严重、处治之困难皆为世界罕见,这无疑给高等级公路尤其是修建在高速公路上的陡斜坡路堤的建设带来了许多困难。下面总结出全国高速公路路堤破坏形式及原因，如表1-1序号工程案例路堤形式破坏模式破坏原因1陵沁线杨寨河至西河底段高路堤填方边坡沉陷,顶面出现宽20cm的裂长期大量降雨造成左侧山体的裂隙水渗透到连续性较好的泥K21+300～K21+390段隙，造成滑坡，如图所示页岩和煤层后,导致内部孔隙水急剧增多,内磨擦力和内聚力逐渐减弱,液限指数增大,泥页岩发生软化、泥化,造成边坡土体抗剪强度的降低2京珠（北京－珠海）路的湘耒（湘潭－耒阳）、耒宜（耒阳－宜章）段一般路堤1冲刷缺口。2滑坡。连续降雨导致地基孔隙水增多，液限指数增大，发生软化3哈大客运专线试验段K692+948高路堤路基热融沉陷相当严重，整体下沉变形明显，冻土路基的坑槽、波浪、倾斜等不均匀沉陷变形尤为突出季节冻土区高填路堤土体由于受温度场的影响，冻结期将产生向上的位移,融沉期则产生沉降位移，且随着路堤位移的变化，路堤应力也随着变化。4南桂高速K400~K900一般路堤和高路堤相结合不均匀沉降，路面开裂排水不良，填料不佳，填挖交接及台阶处理不当，软基压缩变形过大5贵阳--新寨高速公路K22+960~K70+830一般路堤纵向路面裂缝，路基塌陷地基未处理好，路堤稳定性不足6成都--雅安高速公路K5+260~K53+520一般路堤纵向路面裂缝，路面不平整带膨胀性材料，所在区域为沟谷稻田软基，地基中存在软弱层7成都--南充高速公路K101+500~K188+560一般路堤和半填半挖路堤纵向裂缝，并出现滑动破坏地基处理不好，沟谷相软基，变形较大，地下水丰富，处理不彻底8太原--旧关高速公路K446+750~K508半填半挖路堤横向裂缝，位于纵向填挖结合处路线右侧洼地未处理好，填挖结合部也未设置盲沟+1009青藏公路K2938+600~K2942一般路堤路基严重不均匀沉降变形，有纵向裂缝，如图所示冻土含冰量大，排水条件差表1-1路堤破坏模式及破坏原因分析1.1引言修筑在陆斜坡路基上的路堤要充分考虑其稳定性和沉降这两方面的因素。对于修筑在水平路基上的填方路堤,国内外学者在设计方法、填筑方式及稳定性研宄等方面均进行了大量的研究工作,并取得了系统性的研宄成果。但由于山区高速公路斜坡路基上的高填方路堤的斜坡坡角不同、路堤填土两侧材料的土性和岩性的不同、地下水沿路堤坡面产生渗透压力、高填方路堤中的孔隙水压力等因素,使得人们对该类路堤的变形模式与破坏机理并不了解。再者由于填方地段固有的土体密实度不足等问题,使陆斜坡路基上的高填方路堤在竣工运营期间,其顶部会产生较大的垂直方向和水平方向的位移,路面将会产生沿线路方向的水平裂缝,这些迹象预示着路堤可能会发生路肩外挤、路堤边坡滑塌,甚至直接塌方等病害,严重影响了高速公路的安全运营和附近居民的人身安全。因此要解决陆斜坡路堤的失稳破坏问题,首先需要对其变形模式与破坏机理进行研究。1.2研究意义路基边坡包括路堤边坡以及路堑边坡,是公路的重要组成部分。80年代中期以前,我国公路建设主要以低等级公路为主,深挖高填式公路不多,所以路基边坡失稳案例也较少。到了90年代以后,随着我国高等级公路的大力建设,大量的深挖高填路基也随之不断的涌现,由此而引起一系列的边坡稳定性问题也日渐突出。在90年代初期,路基边坡病害治理技术仍旧以采用低等级公路的边坡治理工程技术为主来实施局部处理,但因为在处治时缺乏综合全面的考虑,二次病害时有发生,这给工程建设及病害治理埋下了隐患,造成了不可估量的损失。例如,早期竣工的沈大高速公路和深汕高速公路等，这些高速公路在通车运营后发生了路基边坡滑塌病害,造成了不少的经济财产损失。沈阳-大连高速公路鲅鱼圈所段以南180km长的路段范围,通车运营后期治理工程费用占整个工程防治费的比例达到了80%。深汕高速公路跪门滑坡区段长约2km,滑坡整治费用超过1亿元。由此可见,路基病害的治理成本是相当高的。随着高速公路网的不断扩张,而且由于我国山地、丘陵和高原地区占我国陆地面积的67%,这样的地形条件决定了我国存在不少山区高速公路。西方发达国家在山区修建高速公路时秉持尽可能保护自然环境和少占耕地的理念,多数情况下采取高架桥,明洞和隧道的结构形式绕过陆斜坡地段,这样既起到确保高速公路安全运营,又起到了保护自然环境的效果。鉴于这些原因,国外对山区高速公路陆斜坡路基上高填方路堤稳定性的研究成果甚少。而高架桥,明洞和隧道所需要的建设资金投入大,我国由于地形条件比较复杂,加之经济及技术方面的原因,在山区陆斜坡地段修建高速公路时,主要还是采取修筑路堤的形式通过,尤其在山区,地势高且坡度陆,出现了不少陆坡路堤形式。目前,国内在陆坡路堤失稳类型、失稳机理、破坏模式及失稳治理技术等方面虽进行了一些研宄,但缺乏系统性及针对性。山区高等级公路从技术和投资方面考虑,斜坡地基上的填方路堤无疑是其路基的主要结构型式。对于斜坡路堤尤其是陆坡路堤,①受施工工期和施工条件限制,容易产生部分区域填土压实质量难以控制,使路基产生不均勾沉降;②设计和施工时,填土与原地面之间抗滑措施不力,降雨入渗导致路基土体强度降低,造成路堤边坡螺动变形。这些因素最终会对陆坡路堤稳定性产生影响,使我国山区高速公路陆坡路堤病害时有发生。由此可见,陆坡路堤病害是我国高速公路建设与养护工作中不得不面对的问题,幵展山区陆坡高路堤破坏模式分析及治理措施的研宄对解决我国山区高速公路陆坡路堤病害问题具有重大意义。1.3路堤边坡研究现状1.3.1路堤边坡破坏模式及机理研究现状1994年,郭瑞林在对山区铁路的路堤边坡病害实例进行分析时，归纳得出三条结论:①陡斜坡路堤上部有地表水存留并渗入路堤的地形条件,该条件可引起路堤发生沉降或路堤边坡发生滑动;②陡斜坡路堤边坡坡脚有被河流冲刷的地形环境,可导致路堤边坡发生滑塌③陡斜坡路堤基底地下水丰富的地方,也可能会导致路堤边坡整体崩塌。2005年,罗卫华对路堤边坡研究得出:①对于山区陡坡路基基底为基岩或整体稳定性很好的山坡,山坡坡度大,其主要的破坏模式有:a.路堤整体沿与山坡接触的坡面产生滑动;b.路基连同山坡覆盖层沿倾斜基岩面滑动;C.路基随同下卧软弱土层沿某一圆弧滑动面发生滑动;d.路基随同其下的岩层沿某一软弱岩层发生滑动。②山区陡斜坡路堤变形机理极其复杂,其变形的原因除了山区斜坡坡度较大外,路基下存在软弱土层、路基变形刚度差异过大、路基填土压实度不足，填筑物成分不均、地下水的动态变化等因素都有可能导致山区斜坡上路堤发生失稳破坏。2007年,王志斌等通过斜坡地基上高填路堤极限承载力研究得出:斜坡(坡度为1/2.5～1/1.5)地基上的高填路堤的型式为梯形时,潜在滑动面形态为折线形,折线由水平填筑层与基岩之间的交界面和斜坡坡面组成,且潜在滑动面与路堤坡面的交线位于路堤高度的2/3处。2007年,王志斌在岩质斜坡地基上填方路堤稳定性研宄中归纳了斜坡地基上(坡度1/3～1/1.75)填方路堤破坏型式,并采用快速拉格朗日差分法对其破坏机理进行了研宄,同时采用FLAC数值软件对其极限承载力影响因素进行了分析。2007年,程飞针对坡路堤的特点,提出了陆斜坡路堤常见的两种破坏形式:①路堤堤身及路堤和地基的整体失稳破坏;②路堤沿斜坡或软弱层带滑动。又分析了种破坏的原因:前种破坏是由于路堤边坡受到水流的冲刷、路基填料土性较差、地基承载力过低、施工质量差等原因,最终发生路堤堤身,路堤和地基的整体失稳滑塌破坏;后种破坏原因有:a.基底接触面较陆或岩层强度较弱,致使路堤整体沿填土与基底接触面产生滑动;b.基底修建在岩性较软弱的土层上,致使路堤连同其下软弱土层沿某一滑动面发生滑动;C.由于基底岩层强度不均匀,例如砂岩中泥质页岩夹层,致使路堤沿某一岩层强度最弱的软弱层发生滑动。并重点介绍了两种陡坡路堤沿陆坡下滑的稳定性分析方法(不平衡推力法和直线破裂面法),并结合设计施工提出采用防排水、改善基底条件和支挡与防护等常用的治理措施。2008年,杨成忠对高填石的斜坡路堤在地面坡度变化对填石路堤稳定性影响分析得出:①最危险滑动面的位置、形状等都会随地层坡度的增大而发生变化,最小安全系数随地层坡度的增加而减小;②地层坡度从水平增大到1:5的过程中,安全系数减小幅度不大;而地层坡度从1:5增大到1:2.5时,安全系数有急剧减小的态势。可见当地层坡度大于1:5时陆坡路堤容易产生失稳破坏,同时规范中所建议的当地层坡度大于1:5时,路基应采取相应的工程防护措施也得到了验证。2、路堤破坏成因分析及破坏模式2.1成因分析（1）高速公路穿越山岭重丘区时，存在较多的高填方路堤，这些路堤多处于山间沟谷和斜坡地带，而在南方地区，雨水多，大部分路堤填料又为天然含水量低、易压实、强度高的低液限粘土和粘土质砂。地表水下渗、浸泡、软化填土层抗剪强度,从而引起地表水下渗范围内浅层填土圆弧形滑动;。（2）由于填方加载，使老地面以下下卧软弱层发生滑动,根据观测资料,推测后缘裂缝位于山侧吊沟、中央分隔带附近,主滑动面大致位于老地面以下坡积、残积软弱岩土层内,前缘剪出口大致在坡脚排水沟附近。（3）在西藏地区，由于地处高寒，一般是由于冻融引起的破坏。冻融边坡破坏形式及特点是由于负温作用使边坡土体在冻结时，上层土含水量显著增加，融化期间融冻层含水量超过液限，过剩水分不能及时排出，土体强度和边坡稳定性急剧降低，呈流体状并沿没有融化的下卧冰冻层滑下。假如遇到春雨或融雪渗流补给，则会加剧滑塌的发生。其他的如地基地质条件勘探不仔细,未引起足够的重视、软弱地基、路堤与地基结合部处理不彻底、斜坡上路堤与地基结合部排水处理不当等等原因。2.2破坏模式从全国高速公路路堤破坏形式来看,路堤破坏主要表现在失稳和不均匀沉降两个方面。而在施工中出现整体失稳的情况时有发生,多数出现在局部软基地段。由于对发生整体失稳的路段在施工期己采取措施进行了处治,因此,公路建成后发生整体失稳的情况并不多见,常见的是不均匀沉降。不均匀沉降表现为局部塌陷(可出现路面裂缝或不裂缝)和路面严重的不平整(柔性路面)。从一定意义上讲,局部塌陷是路基整体不稳定的一种表现。(1)降雨时地表水下渗、浸泡使下渗范围内填土软化,抗剪强度降低,引起浅层填土圆弧形滑动;(2)