四川山區(qū)公路路基水毀特征及恢復(fù)重建措施

汪曉鋒,向 波,何云勇,,譚 義

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610041； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

四川地貌復(fù)雜，地質(zhì)活動(dòng)頻繁，氣候水文條件多變，經(jīng)常發(fā)生各種公路路基水毀災(zāi)害。如2011年“7.3”汶川縣G213線羅圈灣段路基水毀，雅安境“8.22”山洪泥石流災(zāi)損，平武縣境內(nèi)2017年“8 .28”S205九遂路水毀斷道等，水毀地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施收到了嚴(yán)重破壞，人民的生活水平和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展受到了損傷。因此，指定合理的災(zāi)后快速評估方法和恢復(fù)重建措施對降低災(zāi)后損失尤為重要。近年來，部分專家、學(xué)者及相關(guān)公路設(shè)計(jì)單位和研究人員針對不同地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行研究并在實(shí)踐的基礎(chǔ)上給出了一些零星的應(yīng)對措施[1-2]。但是公路路基水毀的類型眾多，影響因素多變且相互之間錯(cuò)綜復(fù)雜，以至于沒有對路基水毀進(jìn)行系統(tǒng)分類及提出可靠的保障措施，從而造成反復(fù)水毀，重復(fù)修建，造成國家資源浪費(fèi)的惡性循環(huán)。為此本文將基于路基水毀表現(xiàn)形式給出系統(tǒng)分類，提出水毀調(diào)查和評方法，并制定相應(yīng)的恢復(fù)重建措施。為災(zāi)后快速恢復(fù)重建提供參考。

1 公路路基、路面水毀類型

路基、路面水毀主要有以下類型和典型表現(xiàn)形式(表1)。

表1 路基路面水毀類型

1.1 路基沖刷、撞擊

路基沖刷、撞擊多發(fā)生在河灣凹岸部位；當(dāng)受泥石流等災(zāi)害影響時(shí)，局部河段的易產(chǎn)生頂沖或斜沖；河面狹窄段和河流壓縮段也易形成集中沖刷段。主要表現(xiàn)形式為路基坍塌、沉陷、滑移，致使路基整體或部分損毀,如圖1所示。

圖1 河流沖刷致路基全部或局部沖毀

1.2 路基路面淹沒、浸泡、淤埋

路基布設(shè)高度偏低和河道壓縮，因洪水期水位上漲致使路基路面淹沒；因泥石流、崩塌等引發(fā)河道壅塞，或下游橋梁涵洞等構(gòu)造物淤塞，導(dǎo)致河床水位抬高、路基被浸泡，出現(xiàn)路基坍塌、沉陷，如圖2所示。

圖2 洪水淹沒、浸泡路基路面

1.3 支擋防護(hù)構(gòu)造物沖蝕破壞

沿河公路支擋防護(hù)工程布置不合理或公路線形標(biāo)準(zhǔn)，容易遭受洪水的沖蝕，支擋防護(hù)構(gòu)造物缺損后未能及時(shí)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，導(dǎo)致薄弱區(qū)域發(fā)生水毀沖蝕破壞,如圖3所示。

圖3 路基防護(hù)工程沖蝕引起路基沉陷

2 路基水毀調(diào)查與評估

2.1 路基水毀調(diào)查

在進(jìn)行路基水毀調(diào)查時(shí)，應(yīng)結(jié)合路基水毀災(zāi)害位置的地質(zhì)條件、地形，記錄災(zāi)害位置、數(shù)量、規(guī)模、表現(xiàn)形式，分析水毀災(zāi)害的特征、形成原因和工程防護(hù)情況，結(jié)合危害的歷史和現(xiàn)狀，為快速、有效的評估和制定恢復(fù)重建措施提供依據(jù)[3-4]。路基水毀調(diào)查的內(nèi)容和方法如表2所示。

2.2 路基水毀評估

路基損毀是沿河公路水毀災(zāi)害的主要表現(xiàn)形式，常常引發(fā)交通受阻或中斷。因此，應(yīng)根據(jù)沿河公路點(diǎn)單元的路基損毀程度(比如路基水毀的寬度和長度)對交通的影響，對沿河路基水毀進(jìn)行快速評估，將路基受損程度劃分為輕微、中度、嚴(yán)重、三級，采用A、B、C表示[5],見表3。

表2 水毀調(diào)查的內(nèi)容和方法

表3 路基水毀對交通影響評估

由于路基高程偏低、洪水位壅塞增高、排水系統(tǒng)不完善等原因，受水流沖擊作用影響，使路面、邊坡遭到?jīng)_刷破壞，或路基、構(gòu)造物基礎(chǔ)遭受淘蝕破壞。路基水毀評估內(nèi)容按照水毀承災(zāi)體和破壞形式如表4所示。

在實(shí)際應(yīng)用中，可先按照表3進(jìn)行公路水毀對通行及搶通能力的影響評價(jià)，滿足應(yīng)急評價(jià)和搶險(xiǎn)的需要，然后在調(diào)查測繪和資料收集分析的基礎(chǔ)上，按照表4進(jìn)行路基水毀的詳細(xì)評價(jià)和災(zāi)情損失的評估，綜合橋涵、隧道、沿線交通工程等水毀調(diào)查評價(jià)資料的基礎(chǔ)上，形成公路水毀等級的總體評價(jià)[6]。

3 公路路基恢復(fù)重建措施

水毀防治工程應(yīng)按照“順勢、挫鋒、調(diào)向、穩(wěn)流”的原則布置，首先順應(yīng)洪水流勢，通暢泄洪，然后利用防護(hù)工程逐漸消耗洪水動(dòng)能，改變沖刷水流方向，最終使洪水平穩(wěn)地流向下游[7]。水毀路段的應(yīng)急搶修以搶通保通為主，同時(shí)，根據(jù)公路的損毀程度，對于短時(shí)間內(nèi)難以搶通修復(fù)的道路，宜選擇迂回線路作為臨時(shí)替代道路。

表4 路基水毀評估

應(yīng)充分利用挖掘機(jī)、推土機(jī)等能適應(yīng)各種復(fù)雜地形的履帶式機(jī)械，多點(diǎn)平行作業(yè)，清淤河道，移挖作填，再輔以裝載機(jī)、平地機(jī)等對初通路段進(jìn)一步整修[8]。同時(shí)，采取直接和間接防護(hù)措施加強(qiáng)涉水、沿河路基的防護(hù)。主要水毀類型及處置對策見表5。

3.1 路基沖毀淤埋處置

根據(jù)路基沖毀淤埋的破壞程度、規(guī)模和現(xiàn)場條件，采用挖掘機(jī)和推土機(jī)，以大型預(yù)制塊、塊片石、沖積河漫灘砂礫料為路基填料，并配以平地機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備，對沖毀淤埋路段進(jìn)行回填、清理、整平、壓實(shí)。

表5 主要公路水毀類型和處置對策

(1)對泥石流進(jìn)行開挖，盡量減少泥石流壅塞河道，減少岷江水流變向?qū)ψ蟀兜臎_刷影響，如圖4所示。

圖4 開挖泥石流堆積物，形成泄流槽，減少對左岸的沖蝕

(2)在未破壞的路塹擋土墻內(nèi)側(cè)填筑土石形成新的通行便道，如圖5所示。

圖5 擋土墻內(nèi)側(cè)填筑土石

(3)在沖毀路基段拋填四面體混凝土預(yù)制塊和主動(dòng)網(wǎng)包裹的塊片石，當(dāng)初步形成路基后，迅速填筑土石形成便道，如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場拋填四面體混凝土預(yù)制塊

3.2 路基沖刷坍塌處置

路基受洪水沖刷、掏空而坍塌，可根據(jù)破壞程度、規(guī)模和現(xiàn)場條件，采取路基填筑、路基拓寬、凹形豎曲線通過、袋裝土堆砌攔邊、鍍鋅低碳鋼絲籠攔邊、架設(shè)裝配式公路鋼橋等方法予以處置。

3.3 涉水、沿河路基防護(hù)加固

根據(jù)防護(hù)型式的水流結(jié)構(gòu)和機(jī)理，可將防護(hù)措施分為直接防護(hù)和間接防護(hù)。

直接防護(hù)是直接加固坡腳或基礎(chǔ)，有護(hù)坡、擋土墻、護(hù)坦式基礎(chǔ)、石籠、拋石、混凝土預(yù)制板等，提高其抗沖刷能力。

(1)拋石、石籠防護(hù)宜優(yōu)先選用質(zhì)地堅(jiān)硬、不易風(fēng)化崩解的石料(圖7)，缺乏大石塊時(shí)，也可將混凝土預(yù)制塊作為拋投材料。

圖7 拋石防護(hù)

(2)水流較急、水深較大時(shí)，可采用操作簡便、受氣候干擾小，且適宜機(jī)械化操作的賽克格賓(又稱石籠網(wǎng)袋或合金網(wǎng)兜)裝填片石,也可采用四面體預(yù)制塊對涉水、沿河路基進(jìn)行防護(hù)，如圖8所示。

圖8 四面體預(yù)制塊防護(hù)

(3)恢復(fù)水毀擋土墻時(shí)宜采用石砌護(hù)坡、擋土墻防護(hù)，或護(hù)坡、擋土墻配合護(hù)坦、拋石進(jìn)行基礎(chǔ)防護(hù)；山區(qū)開闊河段、變遷性河段可采用石砌護(hù)坡、擋土墻防護(hù)，或護(hù)坡、擋土墻配合護(hù)坦、漫水丁壩群進(jìn)行基礎(chǔ)防護(hù)，如圖9所示。

圖9 擋土墻防護(hù)

間接防護(hù)是指通過改變水流方向來減少對水毀路段沖刷而采用的導(dǎo)流與調(diào)治構(gòu)造物工程設(shè)施，主要防護(hù)類型有丁壩、漫水丁壩、順壩、格壩等，改變河道水流結(jié)構(gòu)，使水流偏離被防護(hù)的河岸、墩臺或?qū)_刷段變成淤積段。

(4)丁壩主要設(shè)置于水毀及易受水流沖刷的坡腳或岸邊，使水流遠(yuǎn)離路基坡腳，保護(hù)其免受洪水沖刷(圖10)。丁壩由壩頭、壩身、壩根組成，其橫斷面一般為梯形。

圖10 丁壩群防護(hù)邊坡坡腳

(5)導(dǎo)流壩大致與河岸平行，當(dāng)河床斷面窄小，不允許過多侵占時(shí)采用。搶險(xiǎn)現(xiàn)場多采用木排樁或鋼筋石籠導(dǎo)流壩等形式，通常設(shè)置在橋涵進(jìn)水口、擋土墻上游以及河道轉(zhuǎn)彎處，控制水流方向，防止沖刷，提高抗災(zāi)能力，如圖11所示。

圖11 石籠導(dǎo)流壩

(6)格壩一般與順壩(導(dǎo)流壩)配合使用，使水流反射入主河床，防止高水位時(shí)水流溢入順壩和河岸間，從而沖刷其間的河床及壩內(nèi)坡腳與河岸，并促使其間的淤積，相當(dāng)于加寬了邊灘，如圖12所示。

圖12 格壩和順壩布置示意

4 結(jié)束語

(1)通過分析四川境內(nèi)水毀表現(xiàn)形式，得出路基水毀的主要類型有：路基沖刷、撞擊；路基路面淹沒、浸泡、淤埋；支擋防護(hù)構(gòu)造物沖蝕破壞等。

(2)基于路基水毀特征和主要影響因素提出了路基水毀快速調(diào)查和評估方法，建立了路基水毀評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)，以路基損毀程度對交通的影響劃分為A輕微、B中度、C嚴(yán)重三級。在實(shí)際應(yīng)用中，可先按照表3進(jìn)行公路水毀對通行及搶通能力的影響評價(jià)，滿足應(yīng)急評價(jià)和搶險(xiǎn)的需要，然后在調(diào)查測繪和資料收集分析的基礎(chǔ)上，按照表4進(jìn)行路基水毀的詳細(xì)評價(jià)和災(zāi)情損失的評估，綜合橋涵、隧道、沿線交通工程等水毀調(diào)查評價(jià)資料的基礎(chǔ)上，形成公路水毀等級的總體評價(jià)。

(3)根據(jù)不同的路基水毀類型和評估等級，制定相應(yīng)的恢復(fù)重建措施。路基水毀恢復(fù)重建主要措施有：沖毀淤埋路段進(jìn)行回填、清理、整平、壓實(shí)；對泥石流進(jìn)行開挖，減少泥石流壅塞河道；在受損的路塹擋土墻內(nèi)側(cè)填筑土石形成新的通行便道；對損毀路基段拋填混凝土預(yù)制塊和主動(dòng)網(wǎng)包裹的塊片石，填筑土石形成便道；對路基沖刷坍塌段進(jìn)行路基填筑、路基拓寬、凹形豎曲線通過、袋裝土堆砌攔邊等；對損壞的路基防護(hù)段進(jìn)行設(shè)置護(hù)坡、擋土墻、護(hù)坦式基礎(chǔ)、石籠、拋石、等直接措施提高其抗沖刷能力；修筑丁壩、順壩等工程或河道整治等間接措施減少對水毀路段沖刷，以達(dá)到防護(hù)目的。