淺析山區(qū)公路涵洞水毀原因及設(shè)計(jì)預(yù)防措施

胡 鍇（四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都610000）

淺析山區(qū)公路涵洞水毀原因及設(shè)計(jì)預(yù)防措施

胡 鍇（四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都610000）

公路工程在山區(qū)建設(shè)過(guò)程中，受地形地貌、水流沖刷、地質(zhì)災(zāi)害等不利因素的影響較為明顯。因此，涵洞作為公路工程不可或缺的排水構(gòu)造物，在建設(shè)過(guò)程中進(jìn)行科學(xué)合理化設(shè)計(jì)顯得非常重要，直接關(guān)系到公路的使用壽命以及行車安全。本文結(jié)合工程實(shí)例闡述了山區(qū)公路沿線涵洞水毀、淤塞等成因的分析，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)預(yù)防對(duì)策，以期本文能夠?yàn)楦呱綅{谷地區(qū)的公路設(shè)計(jì)提供借鑒作用。

山區(qū)；涵洞；水毀原因分析；設(shè)計(jì)預(yù)防措施；效果

引言

公路是推進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，公路建設(shè)對(duì)于我國(guó)西部山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的意義。山區(qū)公路的建設(shè)對(duì)原有地表流徑進(jìn)行了改變，橋梁涵洞對(duì)于引導(dǎo)疏通公路范圍內(nèi)的河流、溝渠發(fā)揮著重要作用。尤其是作為宣泄地表水流的涵洞，在公路建設(shè)中尤其重要。涵洞的作用不僅僅在于公路自身排水系統(tǒng)通暢，還能為公路用地范圍以外的工、農(nóng)產(chǎn)業(yè)提供輔助作用。但山區(qū)公路路線受地形限制，需要依山展線，沿線涵洞逢溝而設(shè)，在公路工程中所占比重很大，且分布也很廣。公路建成通車使用一段時(shí)間后，涵洞水毀、水害逐漸呈現(xiàn)，輕則造成道路行車受阻，重則導(dǎo)致道路斷道，是公路建設(shè)、通車運(yùn)行的一大難題。

1 工程概況

G356線金陽(yáng)縣城至通陽(yáng)大橋段公路改建工程是原S208線烏（斯河）金（陽(yáng)）公路的一段，本項(xiàng)目金陽(yáng)縣是連接布拖、昭通、寧南的重要陸路通道。

1.1 工程區(qū)地貌

工程區(qū)屬?zèng)錾缴皆孛?，為西南山地地貌區(qū)，嶺谷高差大，一般為1500～2000m，呈內(nèi)陸型的幽谷，路線沿山腳金陽(yáng)河而布設(shè)，公路周圍山體陡峭，為典型的高山峽谷地貌。

1.2 工程區(qū)氣候

工程區(qū)屬典型亞熱帶氣候區(qū)，多年平均降水量為732.8mm，年最大降雨量為851.2mm，最小降雨量為586.3mm。6～9月為雨季，雨季降雨量為全年降雨量的90.37～96.55%，夏季常有短時(shí)大雨或暴雨，最大日降雨量可達(dá)100mm以上，造成山洪及泥石流爆發(fā)，沖毀道路和橋梁。

2 工程區(qū)老路現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)原有S208線道路基本能勉強(qiáng)滿足四級(jí)公路線型標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別回頭半徑不足10m，路基寬度6.5～7.5m不等，沿線防護(hù)排水及交安設(shè)施嚴(yán)重缺乏，且路基、涵洞受水毀、自然災(zāi)害的影響較大，尤其是公路沿溪線段落的涵洞損毀最為嚴(yán)重。本項(xiàng)目全長(zhǎng)33km，其中老路在沿溪線段落有原涵280.5m/28道，原有涵洞主要為鋼筋混凝土蓋板涵、鋼筋混凝土圓管涵，不同程度地出現(xiàn)：不均勻沉降、斷板、墻體開裂、洞口損壞、洞口洞內(nèi)淤塞等病害，進(jìn)而造成路基沉陷、掏空，致使車輛通行受阻，以現(xiàn)有道路的行車條件，不僅影響到金陽(yáng)縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且無(wú)法保障過(guò)往車輛的行駛安全和行人的人身安全（見圖1）。

3 造成涵洞水毀成因分析

3.1 水壓力水毀

圖1

老路涵洞孔徑普遍偏小，多數(shù)涵洞出現(xiàn)不同程度的洞口脹裂、涵身偏位。項(xiàng)目區(qū)降雨量較大，地處山區(qū)，尤其是在洪水時(shí)期，沖溝來(lái)水在受到地形側(cè)面束窄的作用下，水流流速加快，在涵洞的入水口形成壓縮的水流斷面。洪水的流量大、流速大，超過(guò)了涵洞過(guò)水能力時(shí)，使得涵洞難以承受水流的壓強(qiáng)作用，進(jìn)而引發(fā)上述破壞。[1]

3.2 淤積、堵塞水毀

因項(xiàng)目區(qū)坡面生長(zhǎng)植物較少，覆蓋層松散，邊坡上裸露的基巖風(fēng)化嚴(yán)重，加之老路部分路段開挖后的路塹邊坡失去原有的自然整體穩(wěn)定狀態(tài)，又因當(dāng)時(shí)建設(shè)資金有限，無(wú)法對(duì)邊坡進(jìn)行坡面防護(hù)處理，坡面抗風(fēng)化、沖刷能力薄弱。在雨季時(shí)期，坡面來(lái)水裹挾作用下，松散的覆蓋層和破碎的坡面巖體順?biāo)?，堆積、堵塞在涵洞進(jìn)水口，造成擁堵破壞。

3.3 沖擊、沖刷水毀

老路邊坡陡峭、坡降大，在無(wú)水流沖刷的情況下時(shí)常發(fā)生局部的落石、坡面覆蓋層垮塌。從高處落下的飛石、垮塌的土石覆蓋層，在重力加速度的作用下沖擊力巨大，老路涵洞洞口或涵身部位在這種直接沖擊作用下，破壞嚴(yán)重。在雨季時(shí)期，洪水夾雜碎石、塊石宣泄而下，部分沖溝更爆發(fā)小型的泥石流，對(duì)涵洞洞口、涵身進(jìn)行沖擊、沖刷，造成老路涵洞嚴(yán)重破壞，喪失排水功能，導(dǎo)致水流無(wú)法從涵洞排水而滲入路基。

3.4 基礎(chǔ)破壞

老路涵洞年久失修，其地基的地質(zhì)情況因?yàn)榈叵滤蚝雌茐暮蟮牡孛鏉B水而發(fā)生變化，加之當(dāng)時(shí)施工條件惡劣，技術(shù)條件有限，未對(duì)部分涵洞的地基作處理，導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)傾斜、錯(cuò)位等病害。進(jìn)而發(fā)生路基沉陷、路面開裂，對(duì)來(lái)往車輛造成安全隱患。

4 設(shè)計(jì)預(yù)防措施

4.1 涵洞位置、孔徑選擇

從老路涵洞出現(xiàn)不同程度的洞口脹裂、涵身偏位來(lái)看，部分老路涵洞存在偏位沖刷、涵洞孔徑偏小的問(wèn)題。涵洞位置、孔徑大小的選擇尤為重要，直接關(guān)系涵洞及公路路基的安全。選址和確定孔徑前，必須對(duì)公路沿線的地形地貌、水文、地質(zhì)情況，進(jìn)行充分調(diào)查研究，特別是應(yīng)重點(diǎn)對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娫L問(wèn)和原有的排水設(shè)施進(jìn)行調(diào)查。[4]在取得了能支撐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料后，應(yīng)綜合公路路線的平面型、縱坡，沿線沖溝及水渠分布情況，進(jìn)行涵洞布設(shè)。在有沖溝的地方，涵洞位置選擇應(yīng)正對(duì)沖溝、泥石流溝，避免因選址偏位形成阻流，水流及物質(zhì)不能快速通過(guò)涵洞，影響涵洞排水效果。涵洞孔徑大小設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)生的洪水流量大小，沖溝、河床的地質(zhì)情況，平均流速等綜合考慮，并詳細(xì)計(jì)算，確定最大過(guò)水?dāng)嗝妗Ｆ淇讖降拇笮№殱M足涵洞內(nèi)部流速、設(shè)計(jì)洪水流量，并保證洞口前涌水高度不超過(guò)帽石。

4.2 涵洞淤積、堵塞的防治

4.2.1 設(shè)置束流構(gòu)筑物

涵洞入水端的沖溝設(shè)置束流構(gòu)筑物，如漏斗形式的急流槽、導(dǎo)流槽等并對(duì)已有的天然溝槽進(jìn)行漿砌護(hù)面，使束流構(gòu)筑物匯集并引導(dǎo)散流的水流及其夾雜的固體物質(zhì)匯入槽中。[1]通過(guò)束流構(gòu)筑物的人為設(shè)置方向，可避免因沖溝水流或山洪沖刷而導(dǎo)致原有天然溝槽擴(kuò)大、偏位，發(fā)生散流、偏流，使洪水順著預(yù)定的方向匯入并通過(guò)涵洞；通過(guò)調(diào)整束流構(gòu)筑物的縱坡，加大了束流構(gòu)筑物中水流的流量及流速，適當(dāng)增大了水流對(duì)涵洞進(jìn)口建筑的沖刷力，可有效的沖刷涵洞進(jìn)口處淤積的固體物質(zhì)，使淤積物質(zhì)順?biāo)懦龊础?/p>

急流槽、導(dǎo)流槽等束流構(gòu)筑物的設(shè)置應(yīng)注意槽身的設(shè)計(jì)尺寸，須保證槽身尺寸要滿足最大洪水流量，山洪來(lái)襲時(shí)不能漫過(guò)其頂部造成漫流、散流。本項(xiàng)目邊坡陡峭，水勢(shì)兇猛，不僅槽身采用較高強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行澆筑，設(shè)置槽身基礎(chǔ)時(shí)，須保證其基礎(chǔ)有足夠的埋置深度，并在基礎(chǔ)下每隔5m設(shè)置混凝土臺(tái)座，加強(qiáng)基礎(chǔ)與地基的咬合，保證槽身的使用安全。

4.2.2 加強(qiáng)沿線邊坡防護(hù)

對(duì)于沿線的松散土質(zhì)、破碎巖質(zhì)邊坡采用了如框架梁、掛網(wǎng)噴錨、素噴、掛三維網(wǎng)植草等多種防護(hù)措施。對(duì)原本脆弱易受風(fēng)化剝落的坡面物質(zhì)進(jìn)行了保護(hù)，使其在雨水、洪水來(lái)臨時(shí)，不再被沖刷而大量掉落入公路邊溝，進(jìn)而順邊溝流水匯入涵洞進(jìn)口形成淤積、堵塞，有效的從公路沿線的邊坡源頭減少了淤堵涵洞的大量固體物質(zhì)。

4.3 沖擊、沖刷水毀的防治

項(xiàng)目區(qū)沖溝、小型泥石流溝密布，且山高坡陡，雨季時(shí)期山洪、小型泥石流來(lái)勢(shì)兇猛，做好涵洞防沖擊、沖刷措施直接關(guān)系到涵洞的使用壽命。

4.3.1 消能防沖

沿線的沖溝設(shè)置鋪砌、導(dǎo)流槽的同時(shí)，在槽身每隔4m設(shè)置一道消力坎，通過(guò)多層消力坎的阻緩作用，減緩洪水流速，從而降低洪水對(duì)涵洞進(jìn)口、涵身的沖刷力度，延長(zhǎng)涵洞的使用壽命。

對(duì)于為小型泥石流沖溝設(shè)置的涵洞，需要設(shè)計(jì)專用的泥石流導(dǎo)流槽。為保證導(dǎo)流槽的強(qiáng)度、耐久性，兩側(cè)側(cè)墻均采用C15片石混凝土，配備獨(dú)立基礎(chǔ)，并連接底部現(xiàn)澆的C15片石混凝土鋪底。在導(dǎo)流槽入口處需要設(shè)置成漏斗形式的進(jìn)口，將泥石流匯入槽中，并在槽身每隔4m設(shè)置一道0.4～0.8m厚防沖肋板（具體厚度根據(jù)沖溝縱坡、計(jì)算的流量、沖擊力而定），逐級(jí)減緩泥石流的下沖動(dòng)能。在有條件設(shè)置的邊坡上，可考慮攔石壩、積石井等攔截固體物質(zhì)設(shè)施，盡量減少來(lái)襲泥石流所夾攜的物質(zhì)。涵洞進(jìn)口可采用高強(qiáng)度的混凝土修筑跌水井、八字墻等構(gòu)筑物，亦可適當(dāng)?shù)募哟笃浣孛婷娣e，增強(qiáng)其抗沖擊破壞的能力。

4.3.2 涵身快速引流

快速匯流、排出為本項(xiàng)目涵洞的設(shè)計(jì)理念，涵底縱坡取值平緩后，不利于涵洞快速泄水，涵身將更容易發(fā)生雜物擁堵。在適當(dāng)?shù)脑龃蠛卓v坡，可提高水流流速，使涵身內(nèi)水流、雜物能夠快速的被排出，可有效避免涵身堵塞。尤其是對(duì)于泥石流沖溝，涵洞跨徑和高度可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增大、加高，涵底縱坡須調(diào)整至12～16%左右，加大涵洞過(guò)水?dāng)嗝?，加速泥石流從涵洞?nèi)流出，避免因流速過(guò)慢發(fā)生擁堵。

4.4 基礎(chǔ)破壞預(yù)防措施

新建涵洞基坑開挖完成后，地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可采用基礎(chǔ)換填等方式進(jìn)行處理，換填材料須采用透水性好的碎礫石、塊碎石。涵洞涵身和洞口構(gòu)筑物須做好銜接，涵身間的沉降縫采用瀝青麻絮填塞，做好防滲漏工作，避免雨水和洞內(nèi)流水通過(guò)縫隙滲入涵洞地基造成地基破壞，進(jìn)而導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)傾卸、錯(cuò)位等病害。

5 防護(hù)效果

本項(xiàng)目自2016年1月開工后，為滿足公路排水要求，首先修建的就是涵洞工程。同年9月，項(xiàng)目區(qū)出現(xiàn)了較大的暴雨，新建的涵洞承受住了洪水、泥石流的沖刷，雖然部分泥石流涵洞洞口建筑造輕度損傷，但是各涵洞整體未發(fā)生堵塞、破壞等病害，仍能滿足排水引流的功能要求。

6 結(jié)語(yǔ)

公路涵洞在山區(qū)的設(shè)計(jì)與施工，受地形地貌、水文等多方面復(fù)雜條件的影響，是一項(xiàng)復(fù)雜多變的工作。本文針對(duì)原S208線老路涵洞水毀的成因進(jìn)行了分析，重點(diǎn)介紹了G356線金陽(yáng)縣城至通陽(yáng)大橋段公路改建工程所運(yùn)用的涵洞抗水毀病害的能力防治措施，并對(duì)其建設(shè)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)類似地區(qū)公路建設(shè)中的涵洞水毀病害的防治具有一定的借鑒意義。

[1]蘆俊波，楊光煥，孫文浩.公路小橋涵水毀災(zāi)害調(diào)研與防治措施[J].北方交通，2013（6）：99～102.

[2]李雪斌.探討公路水毀的成因與防治措施.黑龍江交通科技，2011，07. [3]李春明.淺談山區(qū)公路的涵洞勘測(cè)設(shè)計(jì)[J].北方交通，2012（5）：82～84.

[4]沈 波，等.我國(guó)山區(qū)公路排水問(wèn)題及水毀調(diào)查分析.2006，10.

U449.7

A

2095-2066（2016）36-0224-02

2016-11-20

胡 鍇（1983-），男，工程師，本科，主要從事道路橋梁設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。