閩北地區(qū)高速公路泥流病害防控對策分析

方炬洋

(福建省交通信息通信中心，福建福州 350001)

閩北地區(qū)高速公路泥流病害防控對策分析

方炬洋

(福建省交通信息通信中心，福建福州 350001)

通過對閩北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)的統(tǒng)計和分析，其泥流病害發(fā)生頻率最高、危害范圍最廣，對高速公路的建設(shè)和運(yùn)營安全影響最為嚴(yán)重。針對閩北地區(qū)高速公路泥流病害發(fā)生的區(qū)域特點(diǎn)和對高速公路的影響范圍，提出了其病害的類型，即路塹邊坡泥流和山體泥流；同時根據(jù)其病害發(fā)生的氣候影響因素、病害特點(diǎn)，提出了泥流病害的防控原則，即采取清除、疏排、攔截和加固為原則的綜合預(yù)防和整治措施，對閩北地區(qū)高速公路的建設(shè)和運(yùn)營管理在防控泥流災(zāi)害方面具有一定的借鑒意義。

地質(zhì)災(zāi)害； 泥流； 成因分析； 災(zāi)害防治； 閩北地區(qū)

閩北地區(qū)位于政和-大埔斷裂帶以西，南平-寧化構(gòu)造巖漿帶以北的區(qū)域，主要屬于南平市的行政區(qū)域范圍。閩北地區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一，其地質(zhì)災(zāi)害主要類型為滑坡、泥流、崩塌、地面塌陷等。根據(jù)該區(qū)域南平市國土與地礦部門的不完全統(tǒng)計，自1990年至2006年，全市共發(fā)生、發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)近4 000處，其中滑坡、泥石流病害占了約60%，不穩(wěn)定斜坡、崩塌及地面沉陷占了約40%[1]；2012年根據(jù)國土資源部門排查數(shù)據(jù)，全市有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)1 245處。可見，該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害問題極為突出。

對于該區(qū)域高速公路，在2010年遭遇特大暴雨襲擊，其浦南高速發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害水毀工點(diǎn)70余處；部分路塹邊坡線外山體發(fā)生滑坡、溜坍，形成典型泥流[2-3]病害，大量泥流涌入高速公路對高速公路的安全運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響。2014年，建設(shè)中的延順高速公路受局部持續(xù)強(qiáng)降雨影響，發(fā)生泥流病害10余處，對工程建設(shè)造成很大影響。隨著2000年以來福建省高速公路建設(shè)向山區(qū)延伸，目前該區(qū)域高速公路建成運(yùn)營通車的線路有浦南高速等6條高速公路約800km，正在建設(shè)的南平京臺高速、延順高速等6條高速公路約300km，合計約1 100km。屆時，該區(qū)域高速公路安全運(yùn)營風(fēng)險較高，對該區(qū)域的泥流等自然地質(zhì)災(zāi)害的防控則日趨重要。

1 泥流病害成因分析

1.1 持續(xù)強(qiáng)降雨

閩北區(qū)域位于福建省西北部，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均降水量在1500～2300mm之間，局部年降水量高達(dá)4 037mm(1998年建陽市坳頭站資料)[4-5]。其降雨特點(diǎn)突出，一次降雨量較大、降雨集中；小區(qū)域性氣候明顯，局部區(qū)域降雨量特大。持續(xù)強(qiáng)降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要觸發(fā)條件之一。

1.2 工程地質(zhì)

閩北地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與巖土性質(zhì)(殘坡積層土質(zhì)邊坡)以及巖土結(jié)構(gòu)(巨厚的松散的第四系殘坡積物)有一定的聯(lián)系。閩北地區(qū)大地構(gòu)造處于華南褶皺系的東部，武夷山-四明山古隆起帶的中段，屬閩北隆起帶，為福建省三大構(gòu)造單元之一。該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造活動具多期次特點(diǎn)，燕山期花崗巖大面積侵入，巖性主要為中粗粒黑云母花崗巖,形成的風(fēng)化層及殘積土厚度較大。同時，該區(qū)域巖體構(gòu)造發(fā)育，土層結(jié)構(gòu)松散，地表植被茂密，地表人為活動性強(qiáng)，為該區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害病害的主要工程地質(zhì)因素。

1.3 成因分析

該地區(qū)泥流體多發(fā)生在花崗巖風(fēng)化區(qū)域，山體殘坡積層、全風(fēng)化層厚，形成的泥流的多為黃土、黏土、砂質(zhì)黏土等松散土類。

持續(xù)強(qiáng)降雨對泥流的形成主要是通過地表補(bǔ)給地下水及土壤含水，使其巖土體重度增大，減少土體顆粒間摩擦力，造成溜坍等變形。同時，在地表匯水作用下，造成泥流病害。

不同的降雨狀態(tài)對泥流病害發(fā)生的影響程度不同：暴雨，特別是持續(xù)性暴雨易形成較大匯水，其流量大、流速高，對地表巖體沖擊力強(qiáng)，是泥流病害發(fā)生主要影響氣象影響因素；連陰雨和強(qiáng)對流天氣引起的短時強(qiáng)降雨或局部小區(qū)域強(qiáng)降雨也會造成泥流災(zāi)害,但相對發(fā)生幾率較前者小。

2 高速公路泥流病害的類型及影響

2.1 路塹邊坡泥流

路塹邊坡泥流指由于持續(xù)強(qiáng)降雨影響，高速公路路塹邊坡發(fā)生淺層溜坍、滑坡等病害，在坡面及山體的匯水條件下，發(fā)生的泥流病害。在路塹邊坡中此類病害通常的發(fā)生，地質(zhì)上以坡體淺層巖體為坡殘積層和全風(fēng)化層的土質(zhì)邊坡、二元結(jié)構(gòu)邊坡為主；結(jié)構(gòu)上通常以邊坡建設(shè)時未采取主動加固和防護(hù)的邊坡為主，一般為綠化生態(tài)防護(hù)。

此類泥流產(chǎn)生的規(guī)模、體量相對較??；其主要固體物質(zhì)以土、小灌木及草等為主，道路應(yīng)急處理時易清理。

2.2 山體泥流

山體泥流指由于持續(xù)強(qiáng)降雨等影響，高速公路線外的山體(未經(jīng)人工改造過的山體)發(fā)生淺層的溜坍、滑坡，在坡面匯水作用下，發(fā)生的泥流病害。此類病害發(fā)生的山體，地形地貌上一般有較大匯水面積或位于溝谷中，坡度以10°～40°居多，坡面植被發(fā)育；地質(zhì)上，山體的巖體坡殘積層和全風(fēng)化層較深厚，淺層巖體結(jié)構(gòu)松散，地表水下滲較容易。

此類泥流產(chǎn)生的規(guī)模、體量往往較大，影響的范圍較廣；其主要固體物質(zhì)以泥土、灌木、樹木及小量碎石等為主。道路應(yīng)急處理時，需動用大型機(jī)械設(shè)備，對道路安全通行影響嚴(yán)重。

2.3 泥流對高速公路設(shè)施的影響

泥流病害對高速公路設(shè)施的影響主要以隧道口、道路路基、線路服務(wù)區(qū)及道路涵洞、河道堵塞最為嚴(yán)重。

隧道口的泥流病害(圖1)，多發(fā)生在存在高大山體及溝槽的隧道進(jìn)出口。泥流病害存在突發(fā)性，其泥流沖出，堵塞隧道口、進(jìn)入隧道，對雨季期間的高速公路安全運(yùn)營影響極大，且易堵塞交通。

圖1 隧道口泥流

路基段泥流病害，多發(fā)生在路側(cè)溝槽段落、路塹邊坡范圍。其延坡面、溝槽匯集后，堆積于道路，阻斷交通，往往能形成較大的影響范圍。

山區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)泥流病害(圖2)，其后側(cè)山體規(guī)模大，山體沿坡面、溝槽等匯集沖至服務(wù)區(qū)范圍，對服務(wù)區(qū)人員、建筑、設(shè)備及加油站等安全影響巨大。

圖2 服務(wù)區(qū)線外山體泥流全貌

線外山體泥流病害發(fā)生后，其固體物質(zhì)堵塞河道、涵洞等斷面，積水溢出河道至高速公路上，形成漫灘，對行車安全影響較大。

3 工程對策

3.1 高速公路泥流特點(diǎn)

對路塹邊坡泥流而言，路塹邊坡由工程建設(shè)已對其進(jìn)行坡面調(diào)整，坡體表層松散體被鏟除部分，且工程建設(shè)后，坡面常以綠化工程防護(hù)，具有一定的穩(wěn)定性，此類病害發(fā)生較少。且此類泥流病害常以坡面溜坍出現(xiàn)，規(guī)模相對較小，已于清理。

山體泥流是高速公路泥流病害的主體，其泥流病害隱患點(diǎn)和發(fā)生地，山體巖體較松散、植被茂密、地形復(fù)雜，往往位于線外。山體泥流發(fā)生的隨機(jī)性強(qiáng)、范圍廣、危害評估與預(yù)測難以確定，防護(hù)與治理難度較大，山體泥流是泥流病害防治的主體。

3.2 泥流病害防治原則

閩北地區(qū)泥流病害的防治不同于路塹邊坡、滑坡病害的防護(hù)與加固。泥流[3]主體物質(zhì)為泥與水，發(fā)生于坡面淺層，范圍廣。其主要防治方式可分為工程治理與工程預(yù)防，其防治原則可分為清除、疏排、攔截和加固四個方面。

清除,指清除泥流堆積物、松散體及坡面固體物質(zhì)，主要是用于病害已經(jīng)發(fā)生的坡體。對于預(yù)防性防護(hù)的隱患工點(diǎn)，主要是清除坡面上的雜物、危害較大的固體物質(zhì)，如孤石、樹木及其它雜物等。

疏排,指建立坡面完整的地表匯水、排水系統(tǒng)，完善坡體下部匯集物的疏導(dǎo)系統(tǒng)，防止地表水下滲影響坡體淺層的穩(wěn)定。匯水、排水系統(tǒng)主要工程措施是在坡面設(shè)置樹枝狀和網(wǎng)狀的截水溝、排水溝；疏導(dǎo)系統(tǒng)主要是完善截、排水溝的疏導(dǎo)，延設(shè)置的溝槽排除坡體。

攔截,指在坡體設(shè)置固體物質(zhì)的攔截措施，防止其沖出坡面進(jìn)入高速公路，一般設(shè)置于坡體的中下部。攔截系統(tǒng)主要的工程措施有被動網(wǎng)攔截、主動網(wǎng)攔截及攔截壩、攔截墻、攔截樁等。主動網(wǎng)主要是對坡面松散固體物質(zhì)進(jìn)行主動攔截，防治其滑離坡面。其它攔截措施主要是對滑離坡面的固體物質(zhì)進(jìn)行攔截。被動網(wǎng)、攔截樁攔截，主要是對大型固體物質(zhì)進(jìn)行攔截，泥、水等小型物質(zhì)可以從其孔洞中滲出，沿疏導(dǎo)系統(tǒng)流出坡面。減少大型固體物質(zhì)對高速公路的危害，其適用地形較廣；攔截壩、攔截墻主要是對泥流進(jìn)行攔截和堆積，減少泥流的沖擊速度、規(guī)模，其適用于相對較緩的地形。

加固，是指對穩(wěn)定性較差的山體采取預(yù)應(yīng)力加固等主動加固措施穩(wěn)定坡面。主要使用在已經(jīng)變形破壞的邊坡和山體。

4 工程案例

閩北南平市境建設(shè)中的延順高速公路，受2014年“8·19”特大暴雨影響下際服務(wù)區(qū)后山泥流災(zāi)害最為嚴(yán)重(見圖2、圖3)。其樁號K32+241、K32+430、K32+470范圍右上方發(fā)生溜塌，原有邊坡受暴雨作用影響發(fā)生了較大范圍的淺層溜塌形成泥流病害。

下際服務(wù)區(qū)后山植被覆蓋茂密，巖體為坡殘積層及全風(fēng)化花崗巖，覆蓋層較厚、松散，地表水易下滲。該處處泥石流形成的主要固體物質(zhì)來源，以土和植物根、莖為主，無大型石塊。在雨水作用下體沖入服務(wù)區(qū)場內(nèi)，對服務(wù)區(qū)(特別是房建、加油站)存在安全隱患。

該泥流災(zāi)害點(diǎn)分為三個區(qū)，即形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)進(jìn)行針對治理。

形成區(qū)：

(1)清除溜塌浮土及倒塌的樹葉根莖，防止暴雨工況下引發(fā)二次災(zāi)害，對塌方土體裸露區(qū)域植被恢復(fù)；

(2)植被恢復(fù)主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦巍⒌刭|(zhì)、氣候、土壤等條件確定坡面目標(biāo)植物群落，優(yōu)先選用根莖發(fā)達(dá)樹種；

(3)形成區(qū)的下部設(shè)置綠色柔性多維擋墻以支擋后部土體，防止其啟動形成泥石流；同時將形成區(qū)清除的溜塌土體堆砌于綠色柔性多維擋墻后分層碾壓密實(shí)并植草綠化，綠色柔性多維擋墻位置根據(jù)現(xiàn)場地形、溜塌情況動態(tài)調(diào)整，防止擋墻基礎(chǔ)落于虛土上以確保墻身自穩(wěn)性。

流通區(qū)：

(1)根據(jù)現(xiàn)場地形、溜坍等情況，設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)，被動網(wǎng)基礎(chǔ)、地錨等措施落在穩(wěn)定地層；

(2)對溝槽進(jìn)行清理疏通并完善排水系統(tǒng)，防止雨水淤積。

堆積區(qū)：坡體下部堆積區(qū)設(shè)置片石砼攔擋壩，并保證壩體至服務(wù)區(qū)設(shè)置有足夠的安全距離。

5 結(jié)論

(1)總結(jié)和分析了閩北地區(qū)高速公路泥流病害發(fā)生的主要影響因素，即氣象條件因素和工程地質(zhì)因素。

(2)通過對閩北地區(qū)泥流病害發(fā)生影響因素的分析，并結(jié)合該區(qū)域泥流病害對高速公路的影響，提出了該區(qū)域泥流病害的2個主要類型，即路塹邊坡泥流和山體泥流。

(3)針對性的總結(jié)和分析了高速公路泥流病害對其主要設(shè)施的影響，可分為隧道進(jìn)出口、路基段、服務(wù)區(qū)及河道與涵洞的影響。

(4)針對高速公路泥流病害的特點(diǎn)和影響范圍，并提出和適合高速公路泥流病害的防控原則，即采取清除、疏排、攔截和加固為原則的綜合預(yù)防和整治措施。

[1] 蔣宗孝．閩北地質(zhì)災(zāi)害的分布特征及其成因分析[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2007，18(4):34-40

[2] 成都地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境研究所．中國泥石流[M]．北京：商務(wù)印書館，2000

[3]E.K.拉科娃,涂啟華,舒敏玫．論泥流運(yùn)動[J]．人民黃河，1956，(10)

[4] 金保明．80年代以來閩北洪澇災(zāi)害概況及其成因 [J]．災(zāi)害學(xué),2001，16(1)：55-60

[5] 張尾蘭,蔣宗孝,廖才科．閩西北兩次致洪暴雨成因?qū)Ρ确治鯷J]．氣象科技，2012，40(4)：606-612

福建省交通科技發(fā)展項目(201207)

方炬洋(1973～)，男，工學(xué)學(xué)士，高級工程師，主要從事公路與橋梁建設(shè)與管理工作。

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[定稿日期]2015-03-02