沿河傍山公路路基水毀成因及防治技術(shù)

毛雪松，鄭福森，肖金華，孫朱旭

（長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710000）

0 引言

公路水毀是指公路沿線的工程設(shè)施由于受到水的作用遭到損壞的現(xiàn)象與過程[1]。公路水毀是山區(qū)道路的典型病害形式，其發(fā)生具有季節(jié)性。水毀的發(fā)生嚴(yán)重影響道路的營運與安全，從而產(chǎn)生極大的經(jīng)濟損失和安全隱患[2]。沿河傍山公路是一種常見的公路線形，是指路線沿山腳分布，沿著河流修筑的道路，其路基多以半填半挖橫斷面的形式存在。山區(qū)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件以及不完備的防護措施，在強降雨等因素誘發(fā)下會發(fā)生水毀現(xiàn)象，造成交通中斷，帶來不同程度的經(jīng)濟損失。

水毀是一種常見的路基病害，研究人員對水毀類型劃分、水毀機理、防治措施等方面進行了相關(guān)研究。付紹俊[3]通過對水毀類型的分析，提出了狹義與廣義的水毀概念；金鑫[4]針對山區(qū)公路水毀，從氣候、人為、地形及設(shè)計施工等角度分析了其發(fā)生的原因；任利平[5]提出了水毀防治方案，以減少公路路基水毀造成的損失，從而延長公路路基使用壽命。

現(xiàn)有研究主要從水毀的類型和水毀發(fā)生機制方面開展研究，本文側(cè)重分析山區(qū)沿河傍山公路的水毀。論文基于略陽某沿河傍山路線的調(diào)查，在分析其橫斷面類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合橫斷面類型對水毀進行分類，結(jié)合該區(qū)域降雨特征、地質(zhì)條件、設(shè)計和施工等因素分析水毀發(fā)生機制；在此基礎(chǔ)上，從坡面防護和沖刷防護的角度，提出路基水毀防治建議。本文的研究成果對山區(qū)沿河傍山公路預(yù)防水毀的發(fā)生和防治具有重要價值。

1 略陽實地某沿河傍山公路路基橫斷面形式

半填半挖路基一般取路中心的高程接近原地面的高程，是路基的典型橫斷面形式之一，該類斷面由一部分挖方和一部分填方組成，一般情況下，將挖方的土石用于填方部分，以便減少土石方外運數(shù)量。

調(diào)查的道路是一側(cè)沿河另一側(cè)靠山體的沿河傍山公路，調(diào)查路段長5km，該路段范圍的路基主要為半填半挖路基，其橫斷面以一般填挖路基、路肩墻路基及半山橋路基斷面形式為主。

1.1 一般填挖路基橫斷面表現(xiàn)形式

一般填挖路基橫斷面一部分為填方，一部分為挖方。為保證填方穩(wěn)定，填方下部坡面通常做成臺階狀。理想填方材料是強度高、水穩(wěn)定性好、壓縮性好、施工方便以及運距短的巖土材料，施工過程中，為節(jié)約成本可選取同斷面挖方作為填方材料。

1.2 路肩墻路基橫斷面表現(xiàn)形式

路肩墻路基的墻頂置于路肩，可減少土石方工程量和占地面積，尤其是針對沿河邊坡，可以防止水流沖刷路基。沿河修筑路基擋土墻時，設(shè)墻后應(yīng)保持水流順暢，避免因擠壓河道造成局部沖刷。

1.3 半山橋路基橫斷面表現(xiàn)形式

半山橋路基的填方側(cè)采取立柱支撐的橋梁形式拓寬道路。該形式的路基具有占地面積小，工程投資少等優(yōu)勢，是一種值得推廣的道路拓寬方式。橋梁部分下方懸空，荷載通過立柱等下部結(jié)構(gòu)傳至山體，因此，設(shè)計時應(yīng)特別注意立柱結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定程度[6]。

2 路基水毀情況及發(fā)生原因

2.1 路基水毀情況

2020年8月中旬，略陽地區(qū)嘉陵江上游發(fā)生強降水，導(dǎo)致江水水位暴漲，洪峰席卷之下，多處路段發(fā)生水毀，損失慘重。本節(jié)通過對略陽某沿河傍山公路實地踏勘結(jié)果，根據(jù)沿河傍山線沿線水毀情況劃分水毀類別。

2.1.1 一般半填半挖斷面的上邊坡滑塌水毀

圖1為閣老嶺沿線某處傍山側(cè)上邊坡局部垮塌水毀，該邊坡坡度較陡，僅坡面淺層土體出現(xiàn)部分滑塌，墜于路面之上，陡坡其他部分植被覆蓋情況較好，未發(fā)生明顯變形，坡面整體形態(tài)保持良好[7]。發(fā)生滑塌部位為凸形坡且未采取科學(xué)的防治措施，坡面處于半裸露狀態(tài)。滑塌邊坡是由經(jīng)過物理、化學(xué)風(fēng)化的殘積物及經(jīng)過斜坡上的降水的重力搬運、堆積作用形成的坡積物組成。殘坡積層的碎屑物顆粒大小分布不均勻，具有較多的孔隙和裂縫，易遭沖刷，強度和穩(wěn)定性較差。坡積層多由碎石及黏土組成，孔隙率較大。二者構(gòu)成松散、多孔的土層覆蓋于堅硬的巖層之上。

圖1 上邊坡松散沉積物垮塌

邊坡垮塌水毀的發(fā)育過程具有鏈?zhǔn)教匦?，邊坡表面土體在雨水沖刷后會進一步侵蝕深層土體，進而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)垮塌。其中沖刷和侵蝕階段具有漸變性，邊坡垮塌階段具有突變性[8]。在連續(xù)降雨量較大的情況下，坡面水流下滲使坡面表層土體變得軟弱濕潤，不僅使松散堆積體的自重增大，抗剪強度也隨之降低，同時減少土層與頂層基巖間的摩阻力，上邊坡穩(wěn)定性大幅減弱。最終受重力影響，上邊坡土體垮塌誘發(fā)水毀病害。

2.1.2 擋土墻滑移路基沉陷水毀

該段路基為半填半挖式路肩墻路基，屬嘉陵江沿河路段路基，受強降水的沖刷作用，路基邊坡?lián)跬翂Πl(fā)生滑移，未對路基填土起到有效的支撐作用，導(dǎo)致路基填土整體滑移，造成路基沉陷，路面開裂，如圖2所示。

圖2 嘉陵江沿岸路基沉陷

該路段一側(cè)沿著嘉陵江，為防止河水對路基邊坡穩(wěn)定性造成影響，設(shè)置沿河擋墻以增強路基邊坡的穩(wěn)定性。但由于嘉陵江逢20年一遇洪水水位上漲，加劇了對路基坡腳及擋土墻基礎(chǔ)的沖蝕作用，加之對擋土墻的基礎(chǔ)埋深設(shè)計較淺，導(dǎo)致?lián)跬翂β坊钔林巫饔脺p弱。

通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該段公路缺乏科學(xué)的排水系統(tǒng)，在連續(xù)陰雨天氣的影響下，未能及時將土體中多余水分排出，土體長期處于濕度較大的環(huán)境中，含水率不斷加大，導(dǎo)致?lián)跬翂Τ惺艿耐翂毫υ龃?。另外，水分入滲使土體內(nèi)部的抗剪強度下降，導(dǎo)致路基邊坡內(nèi)部形成滑動面，加之擋墻基礎(chǔ)被沖蝕，推動擋墻外移，發(fā)生路基沉陷類水毀。

2.1.3 半山橋路基垮塌水毀

該段路基為半山橋路基，位于河道的凹岸處。在降雨及河水的沖刷作用下，路基樁柱垮塌，路基及半山橋橋面失去支撐，發(fā)生垮塌水毀，如圖3所示。在河道的凹岸處，河流沖刷以橫向環(huán)流的侵蝕作用為主，加之嘉陵江水位暴漲，臨河設(shè)置橋梁樁基一側(cè)，樁基礎(chǔ)不斷受河流沖刷與掏蝕，導(dǎo)致樁基懸空而垮塌。同時，在設(shè)計中樁基基礎(chǔ)埋深設(shè)計過淺，且沒有設(shè)計有效的預(yù)防水毀病害措施。例如修筑護坦、排水系統(tǒng)等。

圖3 略陽靈巖寺沿線半山橋垮塌水毀

在連續(xù)多日的陰雨天氣影響下，路基邊坡對水的吸收性能趨于飽和，由于降雨量相對較大，造成路基邊坡填土松動，樁基垮塌，對半山橋的橋面失去支撐作用，造成半山橋橋面垮塌。

2.2 路基水毀的原因

通過以上分析表明，引起路基發(fā)生水毀的原因有以下幾個方面。

（1）降水的影響

據(jù)氣象局對略陽地區(qū)2020年8月天氣情況統(tǒng)計結(jié)果，略陽地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)的陰雨天氣及連續(xù)多日的大到暴雨天氣，造成略陽地區(qū)河流水位迅速上漲，淹沒部分地區(qū)，造成交通中斷、房屋沖刷損壞。

特別是在山區(qū)，汛期強降水集中，匯流面積大，河水流速快，洪水暴漲暴落，攜帶泥沙等對山區(qū)公路基礎(chǔ)的沖刷和破壞力極大。高強度、長時間的持續(xù)降雨，誘發(fā)了公路水毀等災(zāi)害，同時暴雨引發(fā)的洪水易攜帶泥沙等對路基邊坡進行沖刷，誘發(fā)邊坡出現(xiàn)滑塌等次生災(zāi)害。

（2）地質(zhì)條件

略陽山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，公路布設(shè)大多沿河傍山，路基大多選取半填半挖形式。邊坡裸露土體多為殘坡積體，該類土體疏松、多孔，碎屑物大小不均勻，多由碎石及黏土組成，裂縫較多、孔隙較大、穩(wěn)定性較差，易受到水流的沖刷作用引發(fā)路基水毀問題。

此外，山區(qū)河流迂回曲折，水流狀態(tài)沿途變化較大，特別是河流凹岸處，水流流速大，對路基坡腳沖蝕作用明顯。在汛期洪水來臨時，河流對路基坡腳及邊坡沖蝕作用加劇，對公路路基造成不利影響。

（3）設(shè)計與施工的影響

在合理的路基選線、完備的排水設(shè)施及有效的防護工程基礎(chǔ)上，正確的施工設(shè)計可以有效避免或降低路基水毀災(zāi)害的影響，延長公路的使用年限，保證公路安全穩(wěn)定[9]。

在具體施工過程中，存在施工隊伍管理不嚴(yán)格現(xiàn)象，缺乏相應(yīng)的質(zhì)量監(jiān)督和施工情況檢查，因此，難免會導(dǎo)致施工人員質(zhì)量意識不健全，出現(xiàn)懈怠的現(xiàn)象，造成一些隱藏風(fēng)險。

3 路基水毀防治措施

針對特定沿河傍山路段，對坡面、坡腳采取“順應(yīng)水勢、因勢利導(dǎo)”為原則的防護措施，可在一定程度上減弱水流沖刷對路基的影響，進而增強路基的抗水毀能力。對于路基的傍山側(cè)，對裸露坡面進行合理防護則可大幅降低土石碎落滑塌及崩塌災(zāi)害發(fā)生的概率，進而提高道路的耐久性和安全性。本節(jié)主要從提高坡面和坡腳的抗沖能力、增強坡面的堅固程度等方面，以“預(yù)防為主、防治結(jié)合”為原則，綜合考慮防護形式的適用性等因素，提出安全可靠、節(jié)約環(huán)保的水毀防護措施。

3.1 坡面防護

坡面防護在山區(qū)公路中一般指對公路邊坡的防護，即對路基開挖后形成的斷面防護。為防止暴雨或流水對坡體的松散堆積體或裸露的巖層造成沖蝕影響，采取坡面防護處理。

對一般半填半挖路基上邊坡滑塌問題，通常采取的方法有：

（1）清理坡面的殘坡積層，降低邊坡出現(xiàn)滑塌的風(fēng)險。

（2）對坡面進行抹面、噴鋪灰漿等工程處治措施，避免流水對坡面土層進一步侵蝕。

（3）改善邊坡生態(tài)，以種草、灌木為主的生物防治措施，可有效保持水土，避免坡面因長期沖刷而發(fā)生水毀。

3.2 直接沖刷防護

直接沖刷防護是對路基坡腳及下邊坡加固的防護措施，以減輕或避免水流對路基的直接沖刷。沿河的路基通常修筑路肩墻或路堤墻，以防止水流對路基沖刷。但該地區(qū)汛期集中，暴雨常引發(fā)河水上漲，水流流速大，易對擋墻的基礎(chǔ)造成沖蝕，導(dǎo)致?lián)鯄坡坊料蓊愃畾А＝ㄗh在該地區(qū)增強擋墻基礎(chǔ)的防護，采用拋石或堆石、護坦、石籠、漿砌阻水堤等沿水流方向布設(shè)在擋墻墻腳處，以減少水流的沖蝕作用。針對樁基樁柱垮塌問題，可在樁柱基礎(chǔ)附近采用拋石、護坦等措施，以增強其穩(wěn)定性。

3.3 間接沖刷防護

間接防護指河水不直接對路基坡面沖刷，主要包括丁壩、順壩、改河等。對河流凹岸處，半山橋路基樁基受河流沖刷嚴(yán)重，存在較高的垮塌風(fēng)險，可采用修筑較短的丁壩，改變局部水流方向，避免水流對路基邊坡、坡腳直接沖刷；以挑流為主的丁壩，多采用較長的丁壩，改變河流的主流方向，使水流遠(yuǎn)離被保護的路基。當(dāng)丁壩被水流損壞時，應(yīng)及時進行治理和修復(fù)，避免對路基造成傷害[10]。

4 結(jié)語

沿河傍山公路路基多呈現(xiàn)半填半挖的橫斷面形式，本文以略陽地區(qū)沿河傍山公路為依托，介紹了三種半填半挖路基橫斷面的形式，即一般填挖路基、路肩墻路基、半山橋路基。根據(jù)沿河傍山線沿線具體水毀情況劃分一般半填半挖斷面的上邊坡滑塌水毀、擋土墻滑移路基沉陷水毀、半山橋路基垮塌水毀三種類型；從降水、地質(zhì)條件、設(shè)計與施工三方面概述路基水毀的原因。結(jié)合“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，對該區(qū)域路基三種典型類型的水毀提出有效的防治措施。研究成果對提高山區(qū)沿河傍山公路抗水毀能力及其服務(wù)水平具有參考意義。