關于安徽邊坡與路基的防災調查研究

文/楊彬 重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074

關于安徽邊坡與路基的防災調查研究

文/楊彬 重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074

安徽是個以山地丘陵為主的省份，各種地質災害頻發(fā)，而研究山區(qū)公路邊坡和路基地質災害對公路交通安全具有重大意義。本文在淺析路基邊坡災害的基礎上，給出了相應的預防和治理辦法，希望能在實際防護工作中起到借鑒作用。

邊坡；路基；防災

安徽省地處郯廬斷裂帶（沿嘉山-廬江分布）中南段，山地、丘陵、平原南北相間排列，地貌類型復雜，而深大斷裂發(fā)育有多期褶皺變形和同變質期的斷層作用，斷層在后期不斷改造變形形成十分復雜的地質構造。由于安徽以山地丘陵為主，西南地勢偏高，東北地勢偏低。安徽地質災害常見為邊坡滑坍，泥石流和路基塌陷等，其中皖南山區(qū)的地災較多，而“霍山震情窗”又是現代地震學家研究的重要內容，因此山區(qū)的防災防震研究也顯得尤為重要。普通地質災害多發(fā)時間為夏季，以強降雨引發(fā)的較多。除自然因素外，災害的發(fā)生也與大興土木（如興修水利、開礦采礦）、挖坡建房以及公路橋梁建設等工程活動有著密不可分的聯(lián)系，尤其是不合理的路基修建和挖坡建房所引發(fā)的地質災害最多。因此，本文將著重論述山區(qū)公路邊坡，水庫堤壩與路基建設在防災防震方面應注意的問題及防治措施。

1、邊坡穩(wěn)定性問題

2015年8月10日上午，臺風“蘇迪羅”進入安徽境內，安慶、六安市多縣發(fā)生崩塌滑坡和泥石流事件，多地水庫水電站均發(fā)生較大規(guī)模的邊坡失穩(wěn)，經濟損失巨大，尤其是強降雨導致水庫蓄水后，產生了許多邊坡崩滑體，給庫區(qū)帶來了極大的安全隱患。

邊坡變形失穩(wěn)主要由兩大因素導致：一類是由過多的人類活動導致大型邊坡土體在重力作用下沿某個滑動面剪切破壞而發(fā)生邊坡滑動或崩塌；另一類則是指一些中小型土楔體浸泡后發(fā)生的滑移、傾倒等破壞現象。而影響邊坡變形失穩(wěn)的因素則有很多，如：巖石性質，地勢變化，邊坡復挖，地下水的毛細滲透作用等。調查表明，山谷邊坡抗風化能力差的巖體和巖體卸荷帶的巖石結構完整性差，即使是弱風化帶上部的表層土，也會發(fā)生結構面次生夾泥充填嚴重和松弛泥化的情況。因此這類結構面都極易導致在工程開挖和施工用水過程中發(fā)生邊坡失穩(wěn)。

另一方面，巖體結構面松弛帶來的又一大危害就是水流滲透，在水庫堤壩或路塹下，地下水位不斷上漲，邊坡土體發(fā)生流砂和管涌。

引起邊坡發(fā)生流砂現象的原因主要是在土基中，滲流水在土體空隙間流動產生的動水壓力對土顆粒作用引起的，當動水壓力D與有效壓力P方向相反時，土的抗剪強度τ隨之降低：

τ=σtanψ=（P-D）tanψ

其中σ、ψ分別為作用在剪切面上的法向應力和內摩擦角，當動水壓力D逐漸增大，達到D=P時，τ=0，土顆粒變?yōu)閼腋顟B(tài)，而當D（方向向上）繼續(xù)增大到一定值時，較細顆粒將通過空隙被帶出，流砂形成，而D方向向下時則將使土體趨于穩(wěn)定。流砂現象產生后，邊坡土壤承載力為0，施工挖坡時土體不斷外涌，嚴重時可能發(fā)生基坑邊坡塌陷。

2、堤壩管涌的形成與危害

而水庫土堤壩滲透變形中出現管涌的問題在實際災害中非常普遍，對形成的原因進行分析，可以發(fā)現其主要是由于巖土堤壩的基礎部分的結構和構造特點所決定，一般將堤壩基礎分為上部黏土，下部砂石，在漲退潮中，堤壩下部極易受水流作用并流走，長期以往會導致水毀，而對于壓實度低的土堤壩，也極易形成孔洞，滲透水不斷從中流出［1］。其實質為無黏性土或黏性土在水流逐漸向堤壩土滲透過程中，小型土體中細類顆粒通過粗顆粒間的孔隙逐漸移動直至被沖走的現象。

水庫邊坡管涌帶來的次生危害多為滑坡、岸崩、溢水等險情，因而首先分析管涌產生的條件和原因顯得尤為重要。管涌的形成一般具備三個條件：

（1）汛期或強降雨導致水位逐漸上漲；（2）地基部分為透水性良好的砂層；（3）有黏性土覆蓋的透水地基表面局部有軟弱層。

管涌基本發(fā)生在堤壩背水一側，其產生原因是背水面黏土層厚度不足，主要體現在以下幾個方面：1.由于提高了設計水位，水滲流壓力逐漸增加；2.在堤壩使用的歷史過程中上潰口段內黏土層曾被破壞，經修復后背水側仍留有淵潭；3.堤壩背水側多次取土以鞏固堤防；4.水流沖刷及建閘后渠道挖方；5.在背水側鉆孔或勘探爆破孔在施工后密封不實，形成滲流通道給管涌提供形成條件［2］。管涌危害直接體現為被沖走的細土顆?？赡軙饾u堵塞下游排水孔道，使水流無法充分排走，滲透愈加嚴重，并且軟化土基，導致邊坡穩(wěn)定性急劇下降；同時，土粒被沖走也會引起土壤流失，壩體結構遭受破壞，坡面產生不均勻沉降，土堤壩的強度迅速惡化，嚴重時可導致決堤。

3、路基常見災害問題

3.1震時路基破壞模式

整體：（1）斷裂錯動，進而滑移；（2）坍塌；（3）沉陷；（4）水毀；

局部：（5）隆起、擠壓；（6）坑凼、碎裂；（7）脫空；（8）被掩埋；（9）路面縱橫向裂縫。

3.2路基工程中的流砂基礎

道路工程中路基路面整體結構相對橋梁隧道而言較為簡單，但極易受地質構造、地形氣候等外界影響，若設計或施工過程中稍有不妥則會引發(fā)嚴重的道路危害，如流砂基礎，現已成為對路基危害較大的一類災害。對于無黏性土，不均勻系數Cu≤5即流砂，而Cu＞5時可根據細顆粒含量Pc確定：管涌為Pc＜0.35，過渡型為0.25≤Pc≤0.35，流砂為Pc≥0.35。在沒有資料可查的情況下，無黏性土允許水力比降J一般取為如下值：1、流砂：Cu≤3時取0.25-0.35，3＜Cu≤5時取0.35-0.50，Cu≤5時取0.50-0.80；2、過渡型滲透變形取0.25-0.40；3、管涌：級配連續(xù)型取0.15-0.25，級配不連續(xù)型取0.10-0.20。

流砂對路基的影響非常大。其發(fā)生具有突發(fā)性，輕則導致土體流失，引起路面不均勻沉降；重則導致路基、支擋物發(fā)生結構性破壞，路面塌陷或路基局部滑移，導致地基持力層變化，給交通安全埋下巨大隱患。

3.3路基凍脹和翻漿

在海拔較高的山區(qū)，如最高海拔達到1864m的黃山，其盤山公路常年處于低溫狀態(tài)，冬季冰凍作用更加明顯。水量積累后，冰凍作用引起路基局部隆起，導致表層開裂擴展，此即為凍脹現象；春天解凍時，路面比路基先解凍，地表積水先融解但水分很難迅速排出，這就造成上層路基十分潮濕，路面承載力就會大幅下降，經荷載作用，路基結構會產生較大變形，嚴重時路基以泥漿的形式從路面裂縫中冒出，形成翻漿［3］。

4、防災處理辦法

4.1滑坡的防治

在現代滑坡防治與修護工程中，常采用實用、易實施且對邊坡不良作用小的方法，如削坡灌漿、打抗滑樁等。例如道路兩旁削坡后形成的小型巖土滑坡，可二次挖方減小邊坡上部荷載，降低重心來穩(wěn)坡護坡。

4.2邊坡和堤壩的災害防治

對于流砂導致的邊坡塌方等地質災害，通常修建地下連續(xù)墻來增加地基承載力，截住水流防止流砂和邊坡滑移。而對于堤壩管涌險情的應急處理已形成了一些基本共識，包括制止涌口涌水帶沙、加固壩體、降低滲水壓等；其中最為常用的方法是制止涌口水帶沙，此方法是通過預留滲水出口的方式引導壩體內的水流，降低壩體的滲水壓力，保證壩體穩(wěn)定性。

4.3公路路基災害的預防與治理

（1）為了預防和減小地震給道路路基帶來的失穩(wěn)危害，在設計時就應做好地質勘查工作，記錄好不良水文地質等特殊路基，在公路選線時盡量避開。

（2）設計好路基最小施工高度和填筑高度。所謂最小施工高度也即路基臨界高度，是多雨季節(jié)防止路面滯水而侵蝕路基的前提條件；所謂最小填筑高度則是由路基土壤干濕種類、路基壓實度和排水設計等因素決定，二者都是為了是為了預防地面積水和地下水侵入路基，必要時亦可修建地面防水保護層和地下透水隔離層和滲水溝來優(yōu)化防水設計。

（3）在確保地基土質量的同時，有效和合理的監(jiān)督對地基壓實過程十分必要，它用以確保有足夠的壓實力度來保證路基密實度和整體性，避免坍塌等質量問題和事故的發(fā)生。

（4）公路在拖入運營一段時間后，砼就會露筋，而露出的鋼筋極有可能被腐蝕，破壞路基的穩(wěn)定性，降低其承載力。因此有必要對公路進行防腐和修補處理。例如采用一些新型砼材料進行修補，盡量使其密實平整化，并保證新老結構之間能較好的銜接［4］。

（5）普通路基的流砂處理一般方法有換土墊層法、深層密實法、排水固結法等。目前最常用的為前兩種方法，根據實際情況采用多方法組合互補使用效果更好。

（6）對于路基凍脹與翻漿的治理，防水排水和加固路基土十分重要。比如在路基中設置隔離層隔溫層，切斷毛細水上升，減少負溫凍害影響，優(yōu)化路基排水系統(tǒng)；若有地表水聚積，則宜在化凍期將多余的水分及時排除或暫時蓄積在滲水性與水穩(wěn)性良好的路面結構層中，如設置排水或蓋水砂墊層等。

結語：

研究邊坡與路基災害產生的原因及防治辦法對交通運輸業(yè)很有必要，公路災害往往是由多種因素導致，要想將災害帶來的損失降到最低，需要因地制宜，采取科學合理的預防和防治措施，切實保障公路交通安全，并嚴格監(jiān)管控制設計和施工方案。

［1］吳藝標.淺論土堤壩管涌形成原因及其處理技術［J］.科技創(chuàng)新與應用，2015，（13）.

［2］胡建華，帖軍鋒.淺談堤壩管涌應急搶險［J］.水利水電技術，2014，（05）.

［3］羅瓊.公路的病害、養(yǎng)護問題及其防治［J］.科技創(chuàng)新與應用，2014，（12）.

［4］張義.道路工程中流砂基礎處理方法分析［J］.河南科技：上半月，2014，（09）.

楊彬（1996-），男，本科生，專業(yè)研究方向為土木工程（道路工程）。