中巴公路布紅段路基病害及防治工程研究

孫云龍 羅文功

摘要：中巴公路作為中巴經(jīng)濟(jì)走廊要道，近年來因沿線路基破壞逐漸受到關(guān)注。中巴公路布紅段路基破壞形式主要表現(xiàn)為：泥石流破壞和水毀破壞，破壞性強(qiáng)，危害嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域地質(zhì)地形條件、氣象和水文因素均會造成公路沿線路基破壞，產(chǎn)生公路局部和整體病害，影響道路通行。文章在道路路基病害特征的基礎(chǔ)上，給出了針對性的防治手段和建議，對于中巴經(jīng)濟(jì)走廊安全暢通和區(qū)域經(jīng)濟(jì)交流有一定的意義。

關(guān)鍵詞：中巴公路;路基破壞類型;防護(hù)措施;地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類號：U416.1A200714

0 引言

中巴公路布紅段（布倫口-紅其拉甫段）為中巴公路國內(nèi)段連接巴基斯坦國內(nèi)喀喇昆侖公路的重要部分，全長約258 km（如圖1所示）。沿線地形地質(zhì)復(fù)雜、氣候多變，公路常受到洪水、泥石流和滑坡等病害侵?jǐn)_，暢通能力欠佳。

近年來對于本研究區(qū)的成果較為豐富，涵蓋了泥石流、滑坡、冰川災(zāi)害和道路雪害等地質(zhì)災(zāi)害[1-13]，其中以泥石流災(zāi)害研究最為豐富[1-5]。本研究經(jīng)過實(shí)地調(diào)研和分析歷史資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前中巴公路布紅段路基破壞類別主要包括：泥石流破壞、水毀沖刷破壞和不良土質(zhì)破壞，其中不良土質(zhì)破壞程度較輕。通過對各類災(zāi)害成因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地形、地質(zhì)、水文和氣象條件為路基病害的主要成因。本研究在路基破壞成因和破壞現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，對公路路基病害進(jìn)行針對性防治研究，以期達(dá)到路基安全穩(wěn)固和免于重復(fù)性破壞的效果。本研究對于保障中巴公路國內(nèi)段的暢通和安全穩(wěn)定起到重要作用，對于新疆地區(qū)和中巴兩國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著一定的推動作用。

1 研究區(qū)路基破壞類型和分布特征

1.1 路基破壞病害類型

（1）泥石流沖刷破壞

泥石流的發(fā)生條件包括：地形條件、物源條件和水流條件[14]，布紅段主要為中小型溝谷型泥石流和山坡型泥石流間斷分布，沿線泥石流段落長度一般在20～100 m，破壞較為嚴(yán)重。

（2）水毀破壞

公路水毀破壞通常是指，暴雨洪水、冰雪融水及河道水流等造成的公路結(jié)構(gòu)及公路附屬結(jié)構(gòu)物破壞的統(tǒng)稱[15-16]，當(dāng)前研究區(qū)公路沿線常見的水毀破壞為河道水流沖刷破壞。踏勘發(fā)現(xiàn)水毀累計段落長度達(dá)18 km，洪水期對沿河路基沖刷危害總體達(dá)到輕微-中等，局部無防護(hù)構(gòu)造物路段沖刷強(qiáng)烈。

1.2 路基病害分布及災(zāi)害特征

根據(jù)中巴公路布紅段實(shí)地踏勘及歷史資料收集，對公路沿線主要路基病害分布區(qū)間進(jìn)行劃分，如表1所示。

2 路基災(zāi)害成因分析

2.1 氣象因素

中巴公路布紅段整體氣候?qū)倥瘻貛Ц珊禋夂颍芯繀^(qū)整體年平均氣溫5 ℃以下，最高氣溫32.5 ℃，最低氣溫-39.1 ℃，年平均降水量為77.5 mm。研究區(qū)處于高原氣候區(qū)和高山帶氣候區(qū)，整體溫度較低，山體冰雪堆積發(fā)育，偶遇極端水熱條件時，會隨著日照和氣溫的增強(qiáng)，加速冰川和積雪的消融，為下游河流和溝道提供豐富的水源補(bǔ)給，河道水位激增，同時助增水毀、泥石流及水石流等災(zāi)害的隱患。

2.2 水文因素

研究區(qū)水源條件主要為塔什庫爾干河和喀拉庫里河，兩條河流水源補(bǔ)給均為春季融雪和夏季冰川融水，水勢較大，冰川融水比例可占到年徑流的45%～55%。研究區(qū)河道水流主要來源于冰雪融水，春夏季節(jié)隨著冰雪消融作用增強(qiáng)，河道水位激增，對沿河公路路基造成極大的沖刷，易滋生公路水毀破壞。

2.3 地形地貌因素

研究區(qū)屬于西昆侖山及喀喇昆侖山高山地貌，區(qū)域地貌形態(tài)在強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動和外應(yīng)力作用下，形成多種地貌類型，海拔高程介于3 280～4 733 m之間。公路沿線地形起伏，加之上山體碎屑物源材料和冰雪融水豐富，易在短時間形成泥石流災(zāi)害，對公路交通的安全穩(wěn)定造成影響。

2.4 地質(zhì)因素

研究區(qū)地層巖性較為復(fù)雜，自元古界-中生界-新生界的地層均有分布。在多種地質(zhì)構(gòu)造作用下，斷裂帶、褶皺以及新的隆起作用發(fā)育，在地形、氣象和水文的共同作用下，山間不良地質(zhì)巖性發(fā)生崩塌、脫落和溜石作用，逐漸存儲于山間溝谷地帶和山麓，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害提供了隱患。在此基礎(chǔ)上，易發(fā)生碎落（崩塌）、泥石流和強(qiáng)震等地質(zhì)災(zāi)害，對沿線公路造成不同程度的破壞。

3 路基病害防治技術(shù)和工程實(shí)例

3.1 針對性處理措施

針對中巴公路布紅段各類地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)且危害嚴(yán)重，現(xiàn)給出較為合理的針對性防治措施和防治技術(shù)，詳見表2。

3.2 水毀工程防治實(shí)例

經(jīng)對中巴公路布紅段踏勘，初步統(tǒng)計水毀影響段落主要有兩段，即：K1637～K1651和K1870～K1874段，累計段落長度達(dá)18 km，洪水期對沿河路基沖刷危害總體輕微-中等。水毀破壞主要表現(xiàn)為路基坡腳沖刷和淘蝕，水流頂沖段局部堤岸發(fā)生坍塌。其中，工點(diǎn)樁號K1640+150～K1640+300處彎道水流頂沖段落，洪水期間受到水流強(qiáng)烈沖刷，路基邊坡坡腳沖刷強(qiáng)烈，局部路段邊坡塌陷影響車輛通行。

2015年群發(fā)性水毀后對中巴公路進(jìn)行重修和部分改線，對水毀工點(diǎn)K1640+150處前后進(jìn)行路基邊坡防護(hù)，考慮采用路肩擋墻搭配丁壩群的形式。設(shè)計期間，對該工點(diǎn)附近橋梁墩臺局部沖刷深度進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、計算。

水毀工點(diǎn)附近K1685+625處大橋概況如下：河道寬度為120～180 m左右，平均河寬約為150 m;河槽最大水深為1.8 m，河槽水位量測均值為1.34 m;河床泥沙平均粒徑為0.5 mm;其他基礎(chǔ)參數(shù)通過實(shí)地量測和統(tǒng)計獲得式（1）。

式中：hb為橋墩局部沖刷深度（m）;Kη1為河床顆粒影響系數(shù);Kξ為墩形系數(shù)，可按附錄B選用;B1為橋墩計算寬度（m）;V0為河床泥沙起動流速（m/s）;V′0為墩前泥沙起沖流速（m/s）。

計算得hb為0.55 m，即：局部沖刷深度為0.55 m。

根據(jù)最大沖刷深度為一般沖刷深度和與部沖刷深度之和，最大沖刷深度共計2.45 m。

丁壩、導(dǎo)流壩等構(gòu)筑物可沿用橋墩沖刷深度進(jìn)行設(shè)置，沖刷原理相似。故2015年后在中巴公路重修期間，根據(jù)K1685+625處橋梁墩臺最大沖刷深度值，K1640+150處“丁壩群+擋墻”組合結(jié)構(gòu)埋置深度設(shè)置>3.0 m，滿足極端水流最大沖刷深度要求。防護(hù)工程落成后，整體防護(hù)效果較好，路基邊坡防護(hù)穩(wěn)固，未見嚴(yán)重水毀破壞見圖4（a）。

但由于水流頂沖較為強(qiáng)烈，頂沖處丁壩的壩頭發(fā)生破壞，壩身基礎(chǔ)局部出露未見底，如圖4（b）所示，破壞較輕，后續(xù)可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行丁壩修復(fù)和加固，增加丁壩自身的抗沖刷破壞性能。

在水毀工程的防治過程中，常規(guī)水毀防護(hù)結(jié)構(gòu)具備一定的防治性能，但各類結(jié)構(gòu)防治特性單一，當(dāng)水流條件較為極端（水位暴漲、挾沙能力大、流速急和下切能力強(qiáng)等）時，單一防護(hù)結(jié)構(gòu)無法滿足防治強(qiáng)度，造成結(jié)構(gòu)本身破壞，最終影響公路路基邊坡的安全穩(wěn)定。進(jìn)行多種防護(hù)結(jié)構(gòu)搭配組合，可有效防止單一防護(hù)結(jié)構(gòu)的弊端，做到穩(wěn)固持久，從而保護(hù)路基安全，避免重復(fù)性水毀帶來的一系列問題。當(dāng)研究區(qū)工點(diǎn)段水毀災(zāi)害較為強(qiáng)烈時，推薦因地制宜采用針對性組合型防護(hù)結(jié)構(gòu)，并嚴(yán)格保證其基礎(chǔ)埋深，一般≥3.0 m。

3.3 泥石流防治工程實(shí)例

在中巴公路K1682+000～K1694+500段蘇巴士達(dá)坂前后存在小型泥石流3段，影響長度達(dá)0.84 km，災(zāi)害危害程度較輕微，早期泥石流常常淤埋路面，清理須耗費(fèi)較大的人力物力，泥石流災(zāi)害無法得到較好的防治。

近年來，在泥石流路段原有老路基礎(chǔ)上設(shè)置了蘇巴士五橋、六橋、七橋、八橋、九橋等橋，拉高了路基高度，放大了橋涵孔徑，并設(shè)置配套排導(dǎo)設(shè)施，如圖5所示。

根據(jù)工點(diǎn)附近K1685+625處大橋的橋梁墩臺最大沖刷深度2.45 m，蘇巴士達(dá)坂段落橋涵結(jié)構(gòu)墩臺及其配套攔擋壩所設(shè)基礎(chǔ)埋置深度均為3.0 m，滿足泥石流及水石流發(fā)生時的水流沖刷要求。

加之本段落內(nèi)三段泥石流本身規(guī)模較小，屬小型溝谷型泥石流，泥石流發(fā)育基本已穩(wěn)定，如圖6所示，使現(xiàn)狀泥石流對蘇巴士達(dá)坂段落路基影響較小，泥石流防治效果較好。

泥石流多發(fā)區(qū)的中小型泥石流災(zāi)害會破壞公路結(jié)構(gòu)，優(yōu)先采用下述選線和防治方案：

（1）盡可能采用避讓的選線方案。

（2）沒有避讓條件的，可采用橋梁跨越。應(yīng)盡可能在流通區(qū)、山谷較窄處采用大跨徑橋梁一次跨越，同時采取必要的攔、排措施，降低泥石流沖擊力，減小影響范圍，順利將泥石流排至路線范圍外。

4 結(jié)語

（1）中巴公路布紅段路基病害分布區(qū)域廣、災(zāi)害破壞性較強(qiáng)，路基破壞形式主要為：泥石流沖刷破壞、水毀破壞，其他病害較輕微，研究區(qū)路基病害的成因主要包括：氣象水文、地質(zhì)地形要素等，在水動力因素、地形地質(zhì)條件共同作用下，布紅段泥石流及水毀災(zāi)害頻發(fā)，危害嚴(yán)重。

（2）本研究針對不同路基病害類型給出了針對性防護(hù)措施，分析了各防護(hù)措施的優(yōu)勢和適用性，經(jīng)泥石流和水毀防治實(shí)例驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，因地制宜開展路基病害防治實(shí)用性強(qiáng)，防治效果好。本研究有效的防護(hù)方式及類型可為本地區(qū)以及疆外公路病害治理和路基防護(hù)提供參考和借鑒。

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收稿日期：2020-04-17