川西特大暴雨后公路山洪泥石流災(zāi)損分析

摘要：為分析山洪泥石流對(duì)公路的災(zāi)損特征，基于2019年8月雅安特大暴雨后國(guó)道351調(diào)查，結(jié)合區(qū)域工程地質(zhì)條件，針對(duì)63處公路損毀段落從泥石流堆積物、支擋結(jié)構(gòu)損毀、路基損毀和總損失4個(gè)方面研究災(zāi)損特征，并提出應(yīng)急措施。結(jié)果表明：泥石流堆積物超2×104m3的工點(diǎn)占81.28%，堆積多呈扇形，且泥石流沖出物粒徑差異較大，其成分因物源形成而存在差異；支擋結(jié)構(gòu)損毀超1500m3的工點(diǎn)占56.82%，損毀主要為河道側(cè)蝕、塊石撞擊等導(dǎo)致；路基損毀超300m的工點(diǎn)占26.67%，主要為河流沖刷側(cè)蝕掏空路基、靠山側(cè)崩塌、滑坡掩埋路基等導(dǎo)致；總損失超700萬(wàn)元的工點(diǎn)占26.55%。山區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)應(yīng)充分評(píng)估公路沿線易損區(qū)段和承災(zāi)脆弱區(qū)段，分階段實(shí)施不同粒徑填料搭建臨時(shí)保通道路是有效的應(yīng)急搶修措施。

關(guān)鍵詞：公路山洪泥石流暴雨水毀路基損毀應(yīng)急處治

中圖分類號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

AnalysisofHighwayDamageCausedbyMountainTorrentsandDebrisflowsAfterExtremelyHeavyRainstorminWesternSichuan

ZHANGXi1RANXiaosong1*HEYunyong2ZHANGLe2

1.YaAnJiaoJianJiTuan，Ya'an，SichuanProvince，625000China;

2.SichuanHighwayPlanning，Survey，DesignandResearchInstituteLtd.，Chengdu，SichuanProvince，610041China

Abstract：Theobjectiveistoanalyzethedamagecharacteristicsofhighwaysduetomountaintorrentsanddebrisflows.BasedontheinvestigationofNationalHighway351aftertheextraordinarytorrentialraininYa'aninAugust2019，Combiningtheregionalengineeringgeologicalconditions，thedamagecharacteristicsof63damagedsectionsofthehighwaywerestudiedfromfouraspects：debrisflowdeposits，damagetoretainingstructures，roadbeddamage，andtotalloss，andemergencytreatmentmeasureswereproposed.Theresultsshowthat：Worksiteswithdebrisflowdepositsexceeding2×104m3accountedfor81.28%，withthedepositsmostlyfan-shapedandtheparticlesizesofthedebrisflowejectavaryinggreatly，andtheircompositionsvaryduetotheformationofthesedimentsource;Worksiteswithmorethan1500m3ofdamagetoretainingstructuresaccountedfor56.82%，mainlycausedbyriverbanksideerosionandboulderimpacts;Worksiteswithmorethan300mofroadbeddamageaccountedfor26.67%，mainlyduetorivererosionhollowingouttheroadbed，mountainsidecollapses，andlandslidesburyingtheroadbed;Worksiteswithtotallossesexceeding7millionCNYaccountfor26.55%.Mountainhighwaysurveysanddesignsshouldfullyassessthevulnerablesectionsalongthehighwayandthedisasterpronesections.Implementingtemporarypassageroadsbuiltwithdifferentparticlesizesoffillmaterialsinstagesisaneffectiveemergencyrepairmeasure.

KeyWords：Highway;Mountaintorrentsanddebrisflow;Rainstormflooddamage;Subgradedamage;Emergencytreatment

2019年8月，四川雅安遭受“8·22”特大暴雨洪災(zāi)。受強(qiáng)降雨影響，青衣江支流蘆山河蘆山站洪峰水位806.85m，超警戒4.2m；寶興河寶興站洪峰水位1002.55m，超警戒2.85m；均為歷史實(shí)測(cè)第一大洪水。持續(xù)強(qiáng)降雨作用下，通往寶興縣城的國(guó)道351線全線受災(zāi)點(diǎn)80處。研究該區(qū)域特大暴雨后地質(zhì)災(zāi)害，尤其是山洪泥石流對(duì)公路的災(zāi)損影響，對(duì)山區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)設(shè)計(jì)和治理具有重要意義，亦可支撐災(zāi)后公路應(yīng)急搶修與快速保通[1-2]。

山洪泥石流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程常伴隨劇烈的溝道侵蝕，并夾帶泥沙、塊石最終堆積于溝口等平坦區(qū)域[3]。山洪泥石流多由短期強(qiáng)降雨所誘發(fā)，區(qū)域物源和地形地貌條件是主要控災(zāi)因子[4]。山洪泥石流運(yùn)動(dòng)夾雜的漂浮物具有沖擊破壞、堵塞-淹沒(méi)、堵塞-沖刷和潰決-沖刷等方面，具有典型的致災(zāi)效應(yīng)[5]。災(zāi)害發(fā)生后，公路工程搶通保通是搶險(xiǎn)救援工作的關(guān)鍵瓶頸[6-8]。基于災(zāi)后調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，是研究區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)特征與應(yīng)急處治措施的有效途徑[9-11]。

依托2019年四川雅安822山洪泥石流災(zāi)后國(guó)道351線公路災(zāi)損調(diào)查，統(tǒng)計(jì)分析公路災(zāi)損特征，并給出應(yīng)急處治措施和建議。研究成果可供多雨區(qū)公路泥石流防治設(shè)計(jì)和應(yīng)急搶修提供參照。

1工程地質(zhì)條件

研究區(qū)位于川西盆周近青藏高原東南麓位置，地形西北高東南低，北部、西部最高海拔約3000～5000m。區(qū)內(nèi)地形地貌可分為構(gòu)造剝蝕地貌、河流侵蝕堆積地貌和巖溶地貌，其中，構(gòu)造剝蝕地貌按山地地貌形態(tài)細(xì)分為高山、高中山和中山。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及災(zāi)后調(diào)查，路線穿越區(qū)域地表上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、坡洪積層（Q4dl+pl）、人工堆積層（Q4me）和上更新統(tǒng)冰磧堆積層（Q3gl）等；下伏基巖主要為三疊系砂巖、板巖，二疊系灰?guī)r、板巖，石炭系灰?guī)r，泥盆系白云巖、灰?guī)r等。

因地殼差異隆升和河流下切侵蝕，區(qū)內(nèi)河谷兩岸殘留階地多樣，青衣江及其支流流域可分為3級(jí)階地：一級(jí)階地主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4al+pl）砂卵石地層為主，高出河流常水位約10m；二級(jí)階地主要由第四系上更新統(tǒng)冰水堆積物（Q3fgl）和沖洪積物（Q3al+pl）砂卵石地層為主，局部混合堆積，殘存于河谷兩側(cè)斜坡上，高出河流常水位約30m；三級(jí)階地主要以第四系中更新統(tǒng)冰水堆積物（Q2fgl）為主，殘存于河谷兩側(cè)斜坡上，高出河流常水位約280m。

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以趕羊溝斷裂為界，分屬2部分，即中南部的龍門山構(gòu)造帶和北部的金湯弧形構(gòu)造帶。其中，龍門山構(gòu)造帶總體呈40°～50°方向展布，由五龍斷裂、鹽井?dāng)嗔眩ㄓ承銛嗔眩?、趕羊溝斷裂（茂汶斷裂）等組成。金湯弧形構(gòu)造位于寶興縣西北部，主要為弧形構(gòu)造的核部和東翼。

研究區(qū)降雨多年平均降雨量1101.5mm，最大日降雨量達(dá)123.5mm，具有時(shí)空分布不均、年際變化較大等特征。降雨空間分布上，從北向南降雨量由不到1100mm遞增至1700mm，時(shí)間分布上75%以上集中在6—9月，降水分配很不均勻。此外，區(qū)域地震活動(dòng)顯著發(fā)育，使得陡峭山體斜坡發(fā)生震裂松動(dòng)，強(qiáng)降雨為山洪泥石流、滑坡形成提供了充足的水源條件，致使寶興、蘆山等地多處發(fā)生較大規(guī)模的滑坡和泥石流，造成道路中斷。

綜上可知，研究區(qū)以中高山地貌為主，斜坡高陡利于匯水，斜坡與階地具有松散物源，地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈發(fā)育使得區(qū)域巖體節(jié)理裂隙顯著發(fā)育，為崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育形成奠定了基礎(chǔ)條件；下伏基巖受構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，降雨豐沛且集中，利于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

2山洪泥石流災(zāi)害災(zāi)損統(tǒng)計(jì)分析

國(guó)道351公路K3050+000～K3133+600山洪泥石流公路災(zāi)損調(diào)查統(tǒng)計(jì)，83.6km線路范圍內(nèi)共63處災(zāi)害點(diǎn)，泥石流堆積物累計(jì)1.16×106m3，路基支擋結(jié)構(gòu)損毀5.02×104m3，路基損毀9.02km，總損失達(dá)1.92億元。

2.1泥石流堆積特征分析

以泥石流堆積物超2×104m3的工點(diǎn)為代表，分析公路山洪泥石流大方量堆積的特征，共7個(gè)工點(diǎn)符合此條件，如表1。由表內(nèi)容可知，7個(gè)工點(diǎn)泥石流堆積物占63處工點(diǎn)總量的81.28%，堆積多呈扇形，且泥石流沖出物粒徑差異較大，其成分因物源形成而存在差異[9]。圖1為泥石流淤埋路面。

2.2支擋結(jié)構(gòu)損毀特征分析

以支擋結(jié)構(gòu)損毀超1500m3的工點(diǎn)為代表，分析山洪泥石流后公路支擋結(jié)構(gòu)損毀的特征，共9個(gè)工點(diǎn)符合此條件。其中，9個(gè)工點(diǎn)泥石流堆積物占63處工點(diǎn)總量的56.82%，路基支擋結(jié)構(gòu)的損毀主要為暴雨后河道過(guò)水流量顯著增加，夾雜塊石且流速明顯增大，側(cè)蝕、撞擊等持續(xù)作用下支擋結(jié)構(gòu)易受破壞。同時(shí)，支擋結(jié)構(gòu)面?zhèn)扰c背側(cè)的水頭差將形成滲透通道，進(jìn)一步削弱了其穩(wěn)定性。支檔結(jié)構(gòu)損毀如圖2所示。

此外，圖2可見(jiàn)公路路基支擋結(jié)構(gòu)破壞位置的路面亦有堆積物掩埋。這是因?yàn)楸┯旰蠊费鼐€除泥石流外，崩塌、滑坡等邊坡災(zāi)害同樣頻發(fā)，成災(zāi)后堆積于路面，加大了支擋結(jié)構(gòu)物的背側(cè)壓力，使其趨向于臨空側(cè)失穩(wěn)變形。

2.3路基損毀特征分析

以路基損毀超300m的工點(diǎn)為代表，分析山洪泥石流后路基損毀段的特征，6個(gè)工點(diǎn)符合此條件，如表2?？芍?個(gè)工點(diǎn)泥石流堆積物占63處工點(diǎn)總量的26.67%，其破壞原因與支擋結(jié)構(gòu)相近，即河流沖刷側(cè)蝕掏空路基，靠山側(cè)崩塌、滑坡掩埋路基等。路基損毀如圖3所示。

2.4重大損失工點(diǎn)特征分析

以損失超700萬(wàn)元的工點(diǎn)為代表，分析公路山洪泥石流重大造價(jià)損失的特征（如圖4所示），有4個(gè)工點(diǎn)符合此條件，如表3所示?？芍?，4個(gè)工點(diǎn)泥石流堆積物占63處工點(diǎn)總量的26.55%。這說(shuō)明，山區(qū)公路對(duì)特大山洪暴雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害抵抗力較低，勘察設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分評(píng)估公路沿線易損區(qū)段和承災(zāi)脆弱區(qū)段，并設(shè)置合理有效的防護(hù)措施，臨河段路基支擋結(jié)構(gòu)需注重浸水工況的穩(wěn)定性判識(shí)。此外，泥石流溝谷匯入主河道后應(yīng)設(shè)置停淤區(qū)，避免大粒徑塊石被夾裹運(yùn)移，造成河道沿線路基、橋墩的損毀。

3山洪泥石流災(zāi)害應(yīng)急處治

3.1路基沖毀淤埋搶修

根據(jù)路基沖毀淤埋的破壞程度、規(guī)模和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)沖毀淤埋路段進(jìn)行回填、清理、整平、壓實(shí)，分階段實(shí)施不同粒徑填料搭建是有效的應(yīng)急搶修措施（如圖5所示）。

3.2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)，提高其抗沖刷能力，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（如圖6（a）所示）。間接防護(hù)指通過(guò)改變水流方向來(lái)減少對(duì)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，主要是修筑丁壩、順壩等工程或河道整治（疏浚、理順、改道），改變河道水流結(jié)構(gòu)，使水流偏離被防護(hù)的河岸、墩臺(tái)或?qū)_刷段變成淤積段，以達(dá)到防護(hù)的目的（如圖6（b）所示）。

4結(jié)論

（1）研究區(qū)以中高山地貌為主，降雨豐沛且集中，地形高陡利于匯水，斜坡及階地具有松散物源，下伏基巖受構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，有利于山洪泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

（2）以63處公路損毀工點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，泥石流堆積物超2×104m3的工點(diǎn)占81.28%，堆積多呈扇形，且泥石流沖出物粒徑差異較大，其成分因物源形成而存在差異；支擋結(jié)構(gòu)損毀超1500m3的工點(diǎn)占56.82%，其損毀主要為河道側(cè)蝕、塊石撞擊等導(dǎo)致；路基損毀超300m的工點(diǎn)占26.67%，主要為河流沖刷側(cè)蝕掏空路基、靠山側(cè)崩塌、滑坡掩埋路基等導(dǎo)致；總損失超700萬(wàn)元的工點(diǎn)占26.55%，山區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)應(yīng)充分評(píng)估公路沿線易損區(qū)段和承災(zāi)脆弱區(qū)段，并設(shè)置合理有效的防護(hù)措施，臨河段路基支擋結(jié)構(gòu)需注重浸水工況的穩(wěn)定性判識(shí)。

（3）針對(duì)山洪泥石流沖毀淤埋段，提出“拋填主動(dòng)網(wǎng)包裹的塊片石、拋填大塊石、拋填石料、推平碾壓填料”的搶修技術(shù)；針對(duì)沿河路基防護(hù)加固，分直接、間接兩種途徑討論了多種措施及其適用條件。

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