某在建二級(jí)公路水毀病害調(diào)查及形成機(jī)制淺析

張紅日，肖　侃，蘭素戀

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007；2.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南　長沙　410114；3.南寧市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣西　南寧　530001)

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某在建二級(jí)公路水毀病害調(diào)查及形成機(jī)制淺析

張紅日1，2，肖侃3，蘭素戀1

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007；2.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南長沙410114；3.南寧市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣西南寧530001)

水是公路破壞的主要原因，是在建公路路基毀壞最直接的原因。文章基于對(duì)廣西某在建二級(jí)公路水毀病害的調(diào)查，分析路基水毀的原因及其形成機(jī)制，結(jié)果表明：地形地質(zhì)為內(nèi)在原因，路基正在施工以及降雨量大為外在原因，路基排水不暢為誘發(fā)原因。

山區(qū)公路；在建；水毀；路基；機(jī)制

0　引言

在我國，公路水毀每年造成的損失多達(dá)幾十億，公路水毀涉及區(qū)域地質(zhì)條件、地形地貌特征、工程地質(zhì)條件、水文氣象和水文地質(zhì)條件、公路標(biāo)準(zhǔn)、公路設(shè)施與河流、邊坡、沖溝之間的關(guān)系，以及公路水毀防治結(jié)構(gòu)物的設(shè)置等諸多因素[1-7]。廣西地處北回歸線附近屬于溫帶、亞熱帶地區(qū)，年降雨量充沛，是全國降水量比較多的地區(qū)之一，一般在1 000～2 800 mm之間，部分地區(qū)年降雨量超過3 000 mm，氣候多變，災(zāi)害性天氣出現(xiàn)頻繁[8]。另外，據(jù)《廣西地貌區(qū)劃》(廣州地理研究所，中科院華南綜考隊(duì)，1963年)統(tǒng)計(jì)，海拔>500 m以上的山地面積127 280.25 km2，占廣西面積的53.7%。廣西山脈連綿，山區(qū)廣大，是我國南方山區(qū)省(區(qū))份之一。山區(qū)公路線型迂曲、高填深挖多、山洪暴發(fā)頻繁，廣西山區(qū)公路，尤其是山區(qū)二級(jí)路網(wǎng)工程，由于項(xiàng)目投資控制，排水及防護(hù)工程弱化或缺失，水毀現(xiàn)象每年都發(fā)生，造成重大損失。

在建公路由于路基路面、橋涵等尚未成型，尤其是山區(qū)公路，受到雨水毀壞更加突出，造成的損失更加重大，對(duì)于水毀原因必須進(jìn)行研究，對(duì)于在建工程項(xiàng)目水毀的治理以及預(yù)防具有重要意義。本文以某在建二級(jí)公路為例，通過對(duì)該項(xiàng)目路塹邊坡坍塌、路堤邊坡滑移、路基沉陷、路基沖斷、涵洞破壞、排水損毀等水毀情況進(jìn)行調(diào)查，從地形、氣候、施工、降雨、排水等多方面對(duì)其水毀形成機(jī)制進(jìn)行了探討，對(duì)于廣西區(qū)內(nèi)路網(wǎng)水毀成因的預(yù)防具有良好的借鑒意義。

1　工程概況

1.1項(xiàng)目概況

某公路是舊路改建工程，位于廣西西北部地區(qū)，屬于廣西省道，是重要的路網(wǎng)公路和縣際公路，是多縣通往首府南寧最便捷的公路，也是紅水河沿岸的重要公路。路線全長112 km，路基寬8.5～10.0 m，設(shè)計(jì)時(shí)速40～60 km/h，總投資超過7.2億。

1.2地形地貌概況

路線地處云貴高原向桂中平原過渡的斜坡地帶，地勢大致由西向東傾斜，西部地形起伏較大，東部地形平坦開闊，海拔大多在500～800 m之間。K95+000處最高，紅水河河谷最低。路線走向由東往西，基本上沿山間溝谷、丘陵山坡布設(shè)，所經(jīng)地區(qū)主要地貌為構(gòu)造剝蝕低山丘陵、構(gòu)造侵蝕低山地貌、剝蝕溶蝕地貌、巖溶谷地等類型。

K48+700～K60+300、K85+000～K101+400山勢巍峨，層巒疊嶂，溝谷深切。山脊走向明顯，多順構(gòu)造線發(fā)育，即山脊走向與構(gòu)造線一致。山體下部谷坡形態(tài)及沉積特點(diǎn)，反映了晚近時(shí)期侵蝕作用強(qiáng)烈，碎屑巖區(qū)500 m以上地段劃分為構(gòu)造侵蝕低山地貌區(qū)。河谷呈V字型，水流急。

1.3地層巖性

沿線出露的地層主要有石炭系(C)、二迭系(P)、三迭系(T)及第四系(Q)。K48+700～K60+300、K85+000～K101+400巖性為T1、T2碎屑巖，主要表現(xiàn)為：灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)頁巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰綠色泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，偶夾少量中粗粒砂巖及硅質(zhì)巖，沉積物自東向西變粗，其中大部分為全～強(qiáng)風(fēng)化，表現(xiàn)為硬土～軟石，局部較硬，呈中風(fēng)化狀。

1.4水文氣候

該公路位于廣西西北部地區(qū)、北回歸線附近，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和、雨量充沛，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨熱同季。屬南亞熱帶至中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均日照總時(shí)數(shù)1 531.3 h，年均氣溫18.8 ℃～20.8 ℃，年均降雨量約1 600 mm，相對(duì)濕度79%。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)北緣，處于廣西盆地向云貴高原過渡的斜坡上，故氣候亦有過渡特點(diǎn)。

1.5地質(zhì)構(gòu)造

1.5.1褶皺

榜圩背斜位于測區(qū)西部中部，屬廣西山字型構(gòu)造前弧西翼的一部分。主要構(gòu)造線呈北西向。保安背斜位于測區(qū)的東南側(cè)。主要分布于紅水河西岸，長約50 km，寬15 km左右。其軸向西南翼，軸線彎曲，中段為320°，背斜軸部寬闊，巖層產(chǎn)狀平緩，兩翼變陡，褶皺緊密。

保安背斜褶皺出露長45 km，寬15～20 km，位于本路線的東南方向，呈箱狀，軸部寬闊平緩，傾角>10°，翼部陡30°～40°，軸部由泥盆系、石炭系碳酸鹽組成，翼部為二疊系地層組成。

1.5.2斷層

測區(qū)東部，那貫-那料斷層，長度>30 km，走向?yàn)?10°，擠壓破碎性的壓扭斷層。

測區(qū)中部，屬于樂業(yè)-昆侖關(guān)斷褶帶的一部分。由古生界地層組成的箱狀背斜，三迭系組成的復(fù)式線狀向斜，走向310°～315°，由數(shù)條北西向逆沖斷裂組成。

2　水毀情況調(diào)查

2.1施工狀態(tài)

項(xiàng)目于2014年年初開工建設(shè)，截止到2015年6月，橋梁涵洞基本完成，項(xiàng)目主體路基土方大部分完成，部分路面鋪完墊層或者水穩(wěn)層，少部分路面已經(jīng)施工完成。

2.2降雨及水毀損失情況

2015年6月13日晚8點(diǎn)至6月14日連續(xù)大暴雨為100年一遇，造成中斷交通，斷水、斷電、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)中斷，項(xiàng)目部建設(shè)辦召集設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、各個(gè)標(biāo)段施工單位對(duì)交通進(jìn)行搶修和調(diào)查，路段水毀較嚴(yán)重，損失巨大。根據(jù)調(diào)查情況，本次暴雨造成的損失估計(jì)如下：路基塌方約42.5萬m3/169處，路面沖毀約3 409 m2/12處，擋墻下沉開裂約378 m/6處，涵洞沖毀約80 m/15道、邊坡碼砌毀壞7 875 m3/1處，需補(bǔ)充征地約120畝等。各項(xiàng)水毀直接經(jīng)濟(jì)損失約1 162萬元，加上預(yù)估處理費(fèi)用1 413萬元及補(bǔ)充征地需增加費(fèi)用約413萬元，累計(jì)損失達(dá)2 989萬元。

2.3典型水毀調(diào)查

2.3.1路塹邊坡

上邊坡主要表現(xiàn)為塌方、滑坡。降雨作用下，土體飽和塌方，掩埋已經(jīng)成型路基或路面，造成臨時(shí)交通中斷，掩埋邊溝，邊溝排水不暢。

2.3.2路堤邊坡

項(xiàng)目填料為泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖、黃綠色泥巖、頁巖夾粉砂巖等全強(qiáng)風(fēng)化巖土顆粒，巖性較軟、巖石風(fēng)化比較嚴(yán)重，全風(fēng)化層土體顆粒較細(xì)，聯(lián)結(jié)強(qiáng)度低，抗沖刷能力差，原始地形坡度較陡，孔隙率相對(duì)較大，雨水易滲入孔隙并軟化土體，崩塌現(xiàn)象較為多見，且多沿圓弧剪切面滑塌。另外，多處是被洪水沖刷坡腳所致。

2.3.3路基下沉

路基水毀主要表現(xiàn)為路基下沉、擋墻膨脹失效、路面底板掏空。

2.3.4涵洞

涵洞水毀主要表現(xiàn)為圓管涵整體沖走或移位，蓋板涵涵臺(tái)、蓋板沖走、傾斜、拉裂等。

3　水毀形成機(jī)制分析

水毀原因較多，水毀形成機(jī)制復(fù)雜，根據(jù)項(xiàng)目情況，主要從地質(zhì)地形、施工期、降雨、排水等多方面去分析。

3.1地質(zhì)地形原因

項(xiàng)目地形為構(gòu)造侵蝕低山地貌區(qū)，自然邊坡陡峻，邊坡開挖容易形成高大邊坡，根據(jù)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)，K48+700～K60+300、K85+000～K101+400兩段>30 m的高邊坡多達(dá)45座。地層巖性主要為泥巖、頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖及砂質(zhì)泥巖等碎屑巖體，由于巖石風(fēng)化破碎，巖體完整性差，極易發(fā)生崩塌及掉塊現(xiàn)象，個(gè)別挖方邊坡為順向危險(xiǎn)邊坡，在路塹開挖工程中，由于卸荷作用使巖體內(nèi)原本緊密的節(jié)理面變得松弛，雨水易于入滲，滲入的雨水逐漸軟化頁巖、泥巖夾層或碎石土，當(dāng)抗剪強(qiáng)度低于沿層面的剪應(yīng)力時(shí)，上部巖體就會(huì)沿著該軟弱巖層滑動(dòng)形成滑坡。另外，在灰?guī)r和硅質(zhì)巖路段，由于覆蓋一定厚度的碎石土，加上巖層產(chǎn)狀與邊坡同向，在邊坡開挖后，存在產(chǎn)生崩塌或順層滑坡的可能。在項(xiàng)目區(qū)域相關(guān)道路，尤其是不進(jìn)行坡面防護(hù)的道路，崩塌或滑坡常有出現(xiàn)。

3.2施工期原因

項(xiàng)目主體路基土方大部分完成，部分路面結(jié)構(gòu)鋪完墊層或者水穩(wěn)層，少部分路面已經(jīng)完成，路面面層未完成施工，給雨水直接沖床或者穿過墊層下滲提供了重要通道，而從該處下滲水體，直接滲入路堤直達(dá)原地面線并從填方坡腳滲出，對(duì)路堤穩(wěn)定危害極其嚴(yán)重。項(xiàng)目路塹開挖完成，上邊坡基本都是裸坡狀態(tài)，降雨直接沖刷邊坡坡面，加上前文分析項(xiàng)目大多為全強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂巖以及碎石土覆蓋層形成的邊坡，在降雨來臨時(shí)極易形成滑坡或崩塌。路堤剛剛填筑完成，下邊坡基本處于裸坡狀態(tài)，未有任何防護(hù)，土體顆粒松散，受雨水沖刷及入滲、出滲作用，穩(wěn)定性極差。另外路塹開挖和路基填方臨時(shí)產(chǎn)生的余土，堆積到道路內(nèi)側(cè)邊溝或排水溝、涵洞口附近，直接造成排水系統(tǒng)堵塞，當(dāng)大降雨來臨，水匯集而不能順暢排出，造成漫流路面。

3.3降雨量大

降雨是本次水毀最主要原因。此次暴雨為該公路建國以來遭遇的最大暴雨，根據(jù)地方縣防汛辦發(fā)布的信息，6月13日8時(shí)至14日7時(shí)，公路沿線各主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雨量為153～309 mm。降雨對(duì)公路危害從入滲、雨蝕、片流、洪流等方面進(jìn)行分析。

3.3.1入滲作用

路基剛剛成型，土顆粒疏松，空隙大，滲透性強(qiáng)，當(dāng)降雨時(shí)，雨水大量入滲。雨水入滲加大了土體的飽和度，增加土體重度，軟化土體，降低抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，并且滲透對(duì)松散填土具有滲透力作用。更嚴(yán)重的是，填方路堤雨水入滲，直接滲流至原地面線，原地面線陡峻，地面線以下泥巖滲透系數(shù)小，迫使水體直接在填方地面線上形成集中滲流并一直延伸到坡腳，強(qiáng)滲流作用下坡腳土體不斷被帶走掏空，而產(chǎn)生滑塌。

3.3.2雨蝕作用

雨蝕作用主要表現(xiàn)為土體經(jīng)過雨水的多次沖擊，土顆粒物質(zhì)遭受到侵蝕作用。路基填土剛成型或者尚未成型，土顆粒之間尚未形成有效膠結(jié)，土顆粒呈散粒結(jié)構(gòu)，邊坡表面無任何的植被覆蓋，當(dāng)降雨來臨時(shí)，松散的土顆粒隨著雨水的滴濺而大量流失，形成雞爪溝，最后導(dǎo)致滑塌。

3.3.3片流作用

片流對(duì)路基邊坡的地質(zhì)作用主要是沖刷作用。片流沿著整個(gè)斜坡把細(xì)小的松散顆粒沖洗至斜坡下部。降雨量越大、越猛，洗刷作用強(qiáng)度就越大；坡腳在40°左右的山坡洗刷作用最大，坡度過大、過小沖刷作用都會(huì)減弱，山坡為松散物質(zhì)，無粘結(jié)性，有利于片流的洗刷作用。植被茂盛的山坡幾乎不產(chǎn)生洗刷作用。而該公路正在建設(shè)中，基本上都是松散顆粒，上下邊坡都符合降雨沖刷作用的條件，片流沖刷是造成下邊坡形成滑塌的主要原因。

3.3.4洪流作用

洪流作用也是沖刷，洪流以巨大的機(jī)械能猛烈沖刷溝底及溝壁巖石。沖刷的作用強(qiáng)度與氣候、地形及地面巖性和植被有關(guān)。在缺少植被保護(hù)、松散而降雨又集中的路基邊坡，沖刷作用強(qiáng)烈易形成沖溝，淘蝕坡腳形成滑塌。

該路多處路段處于臨河路段，路基下部為破碎堆積層，受暴雨影響，堆積層位移開裂拉動(dòng)路基和擋墻下沉。同時(shí)受上游電站為保證庫容放水，河水快速上漲浸泡軟化巖土，河水消退時(shí)對(duì)路基土體形成拉力，臨河部分邊坡被土體帶走，路基基腳被掏空失穩(wěn)，導(dǎo)致路基滑塌。

3.4排水問題

3.4.1邊溝問題

受投資控制影響，全線挖方路段未設(shè)置三面光(三面漿砌)邊溝，只采用以路肩墻形式的單面光，排水溝底部和外側(cè)阻力系數(shù)大，造成排水不暢和泥石滯留，外側(cè)路塹邊坡被嚴(yán)重沖刷形成滑坡。同時(shí)單面光邊溝開挖形成的斷面尺寸不規(guī)則，造成排水水流突變，加大了沖蝕和滯留，導(dǎo)致排水不暢，不能滿足降雨排水要求。因此排水溝、涵洞多次形成阻塞，雨水漫流未施工成型的路面沖刷下邊坡。

另外塌方土體造成完工的邊水溝堵塞，排水系統(tǒng)不能充分發(fā)揮作用，加上部分路段縱坡較大較長，雨水沿路面快速流淌匯集，沖刷下邊坡，下邊坡坡腳被沖刷后逐步掏空路基，路基整體失去支撐，導(dǎo)致下邊坡滑塌，路面損毀。

3.4.2截水溝

項(xiàng)目節(jié)約用地全線基本不設(shè)置截水溝。路塹邊坡以上坡面匯水面積較大，由于沒有截水溝匯水截流，直接沖刷路塹坡面，造成路塹邊坡的滑坡，而滑坡直接造成了邊溝堵塞，導(dǎo)致漫流路面。

3.4.3排水溝

排水溝只是采用土溝形式，極易受雨水沖刷而造成破壞。當(dāng)排水溝破壞后，形成水流直接沖刷路堤坡腳，對(duì)坡腳進(jìn)行掏蝕，直接導(dǎo)致路堤滑坡形成，另外土溝阻力系數(shù)較大，上部形成的泥石流無法順暢排出，匯集于縱坡較緩的排水溝段落，當(dāng)量足夠大的時(shí)候，形成排水溝淤堵，水位抬升，溢流并沖蝕路堤坡腳，造成滑坡。

部分路段位于沿河破碎帶上，地形陡峻，地質(zhì)較差，個(gè)別擋墻和涵洞出口位于陡坡的邊坡上，土溝基底被涵洞口、擋墻底部形成的高落差洪水沖蝕掏空，導(dǎo)致?lián)鯄ο鲁廖灰啤⒑幢粵_毀、邊坡滑塌。

4　結(jié)語

通過對(duì)廣西山區(qū)在建二級(jí)公路路基水毀情況進(jìn)行調(diào)查以及形成機(jī)制進(jìn)行分析，得到路基水毀產(chǎn)生的原因有以下幾個(gè)方面：

(1)巖石風(fēng)化破碎、順層，滲透系數(shù)較大，地面線陡峻。

(2)項(xiàng)目施工過程中，路堤填土未固結(jié)，邊坡未防護(hù)，路基余土臨時(shí)堆砌隨意。

(3)降雨量大，對(duì)路基形成入滲、雨蝕、片流、洪流作用。

(4)邊溝、截水溝、排水溝設(shè)置缺失或未漿砌。

總體而言，地形地質(zhì)為內(nèi)在原因，路基正在施工以及降雨量大為外在原因，路基排水不暢為誘發(fā)原因。

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Flood Damage Disease Investigation and Formation Mechanism of A Sec-ondary Highway Under the Construction

ZHANG Hong-ri1，2，XIAO Kan3，LAN Su-lian1

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；2.School of Civil Engineering and Architecture，Changsha University of Science and Technology，Changsha，Hunan，410114；3.Nanning Traffic Engineering Quality Supervision Station，Nanning，Guangxi，530001)

Water is the main reason for highway destruction and is the most direct cause for the damage to highway embankment under construction.Based on the investigation on flood damage disease of a secondary highway under construction in Guangxi，this article analyzed the reasons for embankment flood-damage as well as its forming mechanism，and the results showed that：the geological terrain is the underlying reason，while the embankment construction and heavy rainfall are the external reasons，and the poor embankment drainage is the induction reason.

Mountain highway；Under construction；Flood damage；Roadbed；Mechanism

2016-05-20

U418.5+4

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.003

1673-4874(2016)06-0009-04

張紅日(1983—)，博士研究生，工程師，研究方向：地質(zhì)路基研究與勘察設(shè)計(jì)；

肖侃(1989—)，碩士研究生，工程師，研究方向：地質(zhì)路基研究與管理；

蘭素戀(1987—)，研究生，工程師，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害處理研究與評(píng)估。

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃(桂科攻1598009-4)；廣西交通科學(xué)研究院科技項(xiàng)目(編號(hào)：KJ2014-014)