山區(qū)公路水庫(kù)路段岸坡坍塌預(yù)測(cè)及處治淺析

陳裕邦

【摘 要】公路在庫(kù)區(qū)路段布線，由于處于復(fù)雜的工程環(huán)境，路基受庫(kù)區(qū)動(dòng)水力、巖土性質(zhì)、邊坡形式等影響，路基邊坡易變形、坍塌。在公路前期設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)測(cè)出水庫(kù)路段坍岸影響范圍，從而進(jìn)行避讓或提前進(jìn)行有效處治，保證路基的安全、穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù);坍塌;支護(hù)

中圖分類號(hào)： TV554文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）16-0197-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.086

Prediction and Treatment of Bank Slope Collapse of Highway Reservoir Section in Mountain Area

CHEN Yu-bang

（Gansu Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou Gansu 730000， China）

【Abstract】Because of the complex engineering environment， the roadbed is affected by the dynamic hydraulic power， geotechnical properties and slope form of the reservoir area， and the subgrade slope is easy to deform and collapse. In the early design of highway， the influence range of bank collapse of reservoir section is predicted， so as to avoid it or deal with it effectively in advance， so as to ensure the safety and stability of subgrade.

【Key words】Reservoir; Collapse; Support

0 概述

隨著我國(guó)交通路網(wǎng)的不斷完善和交通事業(yè)的發(fā)展，對(duì)于貧困和偏遠(yuǎn)地區(qū)的公路建設(shè)不斷增加，山區(qū)公路和沿河公路以及沿庫(kù)區(qū)公路得以改建或新建。山區(qū)公路受地形、地質(zhì)限制，基本以沿地形展線為主。典型情況為兩山夾一溝，公路沿溝展線，形成沿溪線。由于沿溝水流比降，溝下游路段常遇水庫(kù)存在，此路段路基受到常年或季節(jié)性浸水、河流的淘蝕和搬運(yùn)的作用，造成路基邊坡穩(wěn)定性下降，對(duì)駕乘人員的安全和財(cái)產(chǎn)造成一定的影響。

公路在庫(kù)區(qū)路段布線時(shí)，受水流沖刷、波浪侵蝕影響，土質(zhì)邊坡發(fā)生坍塌破壞，原有自然平衡條件遭到破壞，溝岸或路基邊坡易導(dǎo)致變形、坍塌，因此，對(duì)水庫(kù)路段岸坡進(jìn)行坍塌預(yù)測(cè)及提前支護(hù)處治，關(guān)系著路基的安全、穩(wěn)定。筆者以省道313線宕昌（南河）至迭部二級(jí)公路所經(jīng)水泊峽水庫(kù)、斑鳩水庫(kù)等多處水庫(kù)為案例，針對(duì)其處理方案，對(duì)山區(qū)公路水庫(kù)路基岸坡坍塌預(yù)測(cè)及處治方案進(jìn)行探討。項(xiàng)目中水泊峽路段，路基左側(cè)為水庫(kù)，右側(cè)山體陡峻，巖層破碎，經(jīng)常發(fā)生崩塌、碎落等不良地質(zhì)現(xiàn)象，舊路存在20cm的裂縫，并且在不斷擴(kuò)張，其中有60m路基左側(cè)形成臨空面，僅限一個(gè)車道通行，路基存在失穩(wěn)坍塌的危險(xiǎn)隱患。斑鳩水庫(kù)路段，根據(jù)地質(zhì)分析，本段屬于斷層區(qū)，路基位于河流凹陷線位處，當(dāng)水流流動(dòng)時(shí)，路基處于頂沖位置。本路段路基處在堆積層上，堆積層與斷層破碎帶存在軟弱夾層，由于電站運(yùn)營(yíng)，導(dǎo)致水位升降，水流流動(dòng)帶走路基土中細(xì)顆粒填料，從而導(dǎo)致路基滑移，形成塌岸現(xiàn)象。

1 影響岸坡邊坡穩(wěn)定的主要因素

1.1 波浪作用

影響塌岸的主要外因?yàn)椴ɡ俗饔?。在水?kù)蓄水、運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)浪及地表水沖刷作用下，地形坡度較陡的岸坡的土體和巖石不斷被沖刷、淘蝕，造成土體直接被水流搬運(yùn)帶走，巖石表面不斷風(fēng)化侵蝕而剝落，造成原有岸坡失穩(wěn)。坍落物堆積形成淺灘，直至波浪無(wú)力沖擊岸壁與塌落物時(shí)，塌岸作用結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 邊岸的地質(zhì)形態(tài)構(gòu)造

根據(jù)水庫(kù)以往邊岸的情況，一般邊岸較陡、高度較高路段，都是形成塌岸較為嚴(yán)重路段。一般岸嘴由于受到多面風(fēng)浪的侵蝕，塌岸寬度較大。凹岸和平直岸段較為輕微。岸坡上陡下緩路段，淺灘不易形成，塌岸發(fā)展速度較快。

1.3 水位變化

水位變化主要為水庫(kù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中蓄水、放水造成水位變化和雨水下滲造成地下水位變化兩個(gè)方面。蓄水、放水過(guò)程中，邊岸土質(zhì)和巖石受到水位變化的干濕影響，同時(shí)受到風(fēng)蝕和日照作用下，易產(chǎn)生風(fēng)化破碎現(xiàn)象，導(dǎo)致巖石破壞塌落。水位漲落幅度越大，邊岸破壞范圍越大。雨季地下水水位變化主要是由雨水隨裂縫滲入土體或巖石裂隙，造成土內(nèi)含水量增加，失穩(wěn)后造成坍塌。

1.4 淤積影響

淤積影響主要指邊岸形成淺灘的時(shí)間對(duì)塌岸的影響。一般快速形成淤積而產(chǎn)生淺灘路段，塌岸寬度均較小。形成塌岸主要集中在蓄水期前4年，因此，了解掌握水庫(kù)蓄水時(shí)間是非常必要的。

2 水庫(kù)路段路基設(shè)計(jì)原則

水庫(kù)路段路基勘測(cè)過(guò)程中應(yīng)收集水庫(kù)設(shè)計(jì)水位、淹沒(méi)范圍、氣象等資料。詳細(xì)測(cè)繪水庫(kù)水位變化幅度范圍內(nèi)的地形、地貌及地質(zhì)及受水庫(kù)影響情況。設(shè)計(jì)過(guò)程中首先應(yīng)考慮路基高度應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)洪水頻率水位要求;其次應(yīng)保證路基邊坡的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮水庫(kù)水位變幅帶內(nèi)受到風(fēng)浪的侵襲、沖擊和淘蝕。

3 休止角的確定

路基工程中，安全系數(shù)為K=1，α=φ時(shí)，抗滑力等于滑動(dòng)力，土體處于極限平衡狀態(tài)，達(dá)到自然休止角，此時(shí)相應(yīng)的坡角就等于無(wú)粘性土的內(nèi)摩擦角。庫(kù)區(qū)段邊坡，自然休止角α受動(dòng)水力的作用，與靜止?fàn)顟B(tài)邊坡存在不同，找出α影響范圍，并進(jìn)行避讓或提前支護(hù)，有利于工程的順利實(shí)施及安全運(yùn)營(yíng)。

水庫(kù)路段岸坡受水庫(kù)沖刷、洪水季節(jié)推移力、水體浮力、冰壓力、凹岸沖刷及水位變化等綜合影響，簡(jiǎn)稱動(dòng)水壓力（D=rw·I·A），休止角不斷的變化，因此，對(duì)最不利休止角范圍的確定關(guān)系著項(xiàng)目成敗。一般而言，休止角最不利下滑點(diǎn)選在水庫(kù)設(shè)計(jì)低水位+低水位時(shí)波浪沖刷深度處，通過(guò)K=M抗/M滑=（f∑Nc+clc+fb∑Nb+cblb）/（∑Tc+∑Tb），K>1.25，驗(yàn)算得到休止角，路基在休止角外側(cè)通過(guò)，或在休止角范圍通過(guò)開挖至穩(wěn)定土層進(jìn)行支護(hù)保障路基的穩(wěn)定、安全。

4 坍岸預(yù)測(cè)

路線通過(guò)水庫(kù)區(qū)，對(duì)于庫(kù)區(qū)兩側(cè)山體的土質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)，必須取樣通過(guò)試驗(yàn)確定，以作為預(yù)測(cè)坍岸的依據(jù)。

在坍岸預(yù)測(cè)時(shí)，需綜合考慮水庫(kù)風(fēng)速（v=風(fēng)速比值×陸地風(fēng)速）、浪高2h=0.073KW，波浪侵襲高h(yuǎn)z=3.20K0（2h）tga等影響因素，從而計(jì)算得到波浪沖刷深度hd=2.5h/d。

對(duì)于土質(zhì)路段，通過(guò)計(jì)算確定得到的休止角α，受降雨量、土質(zhì)性質(zhì)、表面植被綜合影響，計(jì)算所得α須增加2-2.5倍確定。

泥沙淤積嚴(yán)重路段，應(yīng)采用穩(wěn)定淤積高程，作為計(jì)算起點(diǎn)，通過(guò)地勘資料確定的勻質(zhì)土或非勻質(zhì)土進(jìn)行計(jì)算，得到坍塌棱體范圍。

岸質(zhì)路段，一般坍岸較少，主要取決于巖層的風(fēng)化速度，內(nèi)摩擦角等確定穩(wěn)定岸坡角。

5 處治方案

當(dāng)公路通過(guò)庫(kù)區(qū)段以路基形式通過(guò)時(shí)，在預(yù)測(cè)坍岸段，可進(jìn)行繞避或加強(qiáng)邊坡處治措施。對(duì)于路基繞避方案不可行時(shí)，坍岸邊坡主要采用以下處治方式：

（1）放緩邊坡并進(jìn)行邊坡加固：路基通過(guò)坍岸段，放緩邊坡，一般大于1：1.75，并沿豎向每高約6-8m設(shè)置一處邊坡平臺(tái)，平臺(tái)寬度不小于2m。坡面設(shè)置現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，其下設(shè)置天然砂礫反濾層，以防止水土流失。設(shè)置護(hù)坡可在水庫(kù)水位下落時(shí)地下水能較為順暢地排出坡提，不會(huì)造成護(hù)坡體過(guò)大的水壓力，保證了岸坡的穩(wěn)定。同時(shí)為了避免護(hù)坡基礎(chǔ)受到水流沖刷，可在基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)置石籠。

（2）設(shè)置擋土墻：U形深窄庫(kù)區(qū)段，展線時(shí)多以挖方通過(guò)，對(duì)于邊坡臨庫(kù)處，采用沿坡面開挖至預(yù)測(cè)休止角外側(cè)安全范圍，設(shè)置擋墻對(duì)路基進(jìn)行支護(hù)。擋土墻適合于下伏完整基巖，土層小于6m的土質(zhì)或混合型岸坡。此種方式是運(yùn)用最廣、造價(jià)較低的支擋工程。正常水位以下宜采用普通擋土墻，正常水位以上考慮加筋擋土墻。

（3）設(shè)置抗滑樁：因庫(kù)區(qū)水位不斷起落影響，帶走階地前緣土體，部分坡積體受軟弱面影響產(chǎn)生滑坍，通過(guò)設(shè)置抗滑樁保證土體穩(wěn)定。對(duì)于具有軟弱夾層的易滑巖石邊坡或土層大于10m，地標(biāo)有明顯的破壞變形跡象或已發(fā)生滑動(dòng)路段，宜采用抗滑樁。其優(yōu)點(diǎn)是可以抵擋較大的推力，治理效果好，缺點(diǎn)是界面大、埋深長(zhǎng)、造價(jià)高。省道313線斑鳩水庫(kù)塌岸路段土質(zhì)岸坡厚8-10m，長(zhǎng)200m，采用抗滑樁進(jìn)行處理，共布設(shè)抗滑樁42根，樁長(zhǎng)25m，直徑1.5m，樁間距5m，嵌入巖層平均深度10m。

（4）橋梁跨越：部分庫(kù)區(qū)段受實(shí)際地形限制，支護(hù)困難，要進(jìn)行路基處理時(shí)，代價(jià)極其高昂，針對(duì)此種情況，采用橋梁方式通過(guò)，避免過(guò)渡支護(hù)及保證運(yùn)營(yíng)安全。

（5）錨桿、錨索框格防護(hù)：路基通過(guò)土層大于6m，坡度較陡的土質(zhì)，以及強(qiáng)風(fēng)化的巖石岸坡穩(wěn)定性較差路段。休止角影響范圍受風(fēng)化、破碎影響，巖石易崩坍變形，采用錨桿、錨索框格對(duì)邊坡進(jìn)行加固，保證邊坡的穩(wěn)定、安全。采用預(yù)應(yīng)力錨桿或錨索框格防護(hù)中現(xiàn)澆混凝土框格起到傳力作用，框格梁與坡面的接觸面積大，可減小坡面反力，同時(shí)它的整體剛度大，使坡面的受力、變形較均勻。因此，此方法適用于松散堆積層滑坡的治理。

6 結(jié)語(yǔ)

公路通過(guò)庫(kù)區(qū)時(shí)，應(yīng)從庫(kù)岸再造影響因素入手進(jìn)行多因素治理設(shè)計(jì)，根據(jù)庫(kù)岸再造速度、特點(diǎn)、庫(kù)水位變化等，分段分區(qū)設(shè)計(jì)防護(hù)工程，根據(jù)實(shí)際地形、地質(zhì)、水文條件，應(yīng)用科學(xué)的方法，提前預(yù)測(cè)休止角的影響范圍，在搜集水庫(kù)資料、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查后，采取針對(duì)性的處治方案，可有效保障后期路基安全，關(guān)系著項(xiàng)目的成敗，意義重大。省道313線宕昌（南河）至迭部二級(jí)公路所經(jīng)庫(kù)區(qū)綜合采用橋梁、擋墻、抗滑樁等多種處理方案，經(jīng)過(guò)約10年的運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)有路基安全穩(wěn)定，說(shuō)明水庫(kù)路段的處理方案是可行的。

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