工程地質(zhì)特征對(duì)百色弄福公路養(yǎng)護(hù)的影響及防災(zāi)策略探討

李正臣

摘要：山區(qū)道路交通量低，卻常因具有社會(huì)發(fā)展與災(zāi)害防治的需求，需投入大量的養(yǎng)護(hù)資源。文章依托弄福公路工程實(shí)例，根據(jù)該公路路線以及崩塌、蝕溝等發(fā)育位置，選擇公路線形及結(jié)構(gòu)型式變化較大區(qū)段，探討公路養(yǎng)護(hù)受環(huán)境與工程地質(zhì)因素的影響，并提出相應(yīng)的防災(zāi)策略。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì);公路養(yǎng)護(hù);防災(zāi)策略

0 引言

廣西多山地，人口密度高，山區(qū)交通建設(shè)成為社會(huì)發(fā)展、國土保育與災(zāi)害防治的核心。山區(qū)道路交通量低，卻常因維護(hù)沿線邊坡穩(wěn)定、修復(fù)天候變化造成的路面損壞以及維持基本通行安全的標(biāo)志、通訊及運(yùn)維人力，養(yǎng)護(hù)成本往往超出一般道路。本研究針對(duì)弄福公路，分析公路路線以及崩塌、蝕溝等發(fā)育位置，據(jù)此選擇公路線形及結(jié)構(gòu)型式變化較大區(qū)段，探討公路養(yǎng)護(hù)受環(huán)境與工程地質(zhì)因素的影響。

1 工程概況

弄福公路是廣西1998年鄉(xiāng)村道路建設(shè)大會(huì)戰(zhàn)的“經(jīng)典作品”，也是當(dāng)時(shí)百色地區(qū)村級(jí)道路建設(shè)大會(huì)戰(zhàn)中最艱險(xiǎn)的工程。全線打通3個(gè)分別長228m、70m、40m的隧道，填平了一個(gè)長80m、深28m的深洞，開挖土石方46.6萬m3，漿砌石磚墻159萬m3，干砌擋土墻10.7萬m3，全線修建了12個(gè)回轉(zhuǎn)彎，從海拔300m一直盤旋到1200m。它的建成接通了坪山至閣樓的斷頭路，使縣城至沙里瑤族鄉(xiāng)的里程比原來縮短了30km，還為凌云至巴馬的跨線公路找到了便捷的路徑。弄福公路建造于物資缺乏的20世紀(jì)90年代，公路開辟多仰賴人力打造而成，地形地質(zhì)環(huán)境造成施工條件困難。通車迄今逾20年，因公路路基及上邊坡災(zāi)害造成的交通阻斷逾250次，投入了大量的養(yǎng)護(hù)資源穩(wěn)定邊坡、平整路面以及改善潛在高危害路段，包括調(diào)整路線線形、結(jié)構(gòu)型式及邊坡保護(hù)等。

2 工程地質(zhì)特征

弄福公路是廣西第一條通過地質(zhì)作用強(qiáng)烈、山嶺重疊且地勢(shì)險(xiǎn)峻的中央山脈，串聯(lián)東部與西部的公路。然而弄福公路開通迄今逾20年，邊坡抗災(zāi)能力不佳，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，進(jìn)而造成交通阻斷或危及路人安全，為我國公路致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)值最高的路段。

研究區(qū)域內(nèi)出露的巖性分別為大理巖層、碧綠層、片巖層及階地堆積層。大理巖層主要為透鏡狀大理巖體;碧綠層以千枚巖、變質(zhì)砂巖與變質(zhì)燧石為主;片巖層以千枚巖、云母片巖與石英云母片巖為主。主要的地質(zhì)構(gòu)造為復(fù)背斜。巖層片理面位態(tài)大多呈現(xiàn)北偏東走向，傾向西北，與公路兩側(cè)邊坡坡面呈斜交或逆向。大理巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)燧石及各類片巖多屬中強(qiáng)巖石，受到強(qiáng)烈褶皺作用影響，不連續(xù)面相當(dāng)發(fā)達(dá)。

弄福公路下伏河流右岸地形的平均坡度約為20°～40°，河道狹窄、水流湍急，邊坡長期受淘刷作用影響，側(cè)向侵蝕現(xiàn)象相當(dāng)明顯。加上河道蜿蜒，部分邊坡因此被河流沖蝕，導(dǎo)致坡趾材料流失，造成坍方。弄福公路行經(jīng)路段坡面多向東傾，坡度在50°～80°之間，特別陡峭，部分區(qū)段甚至出現(xiàn)倒懸地形。植生帶以林木為主，灌木及草本植物則在崩塌的坡面上發(fā)育較多。

3 災(zāi)害點(diǎn)地質(zhì)分析

本研究搜集了弄福公路建成以來歷年遙測(cè)影像進(jìn)行比對(duì)，挑選地形、地貌變異較大年份的影像描繪道路線形，并判釋邊坡崩塌、河道變化等現(xiàn)象，從而探討道路線形變化與地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性。經(jīng)比對(duì)1999—2019年的遙測(cè)影像，研究區(qū)域共有4個(gè)范圍道路線形變化較明顯。

4個(gè)道路變形明顯的位置公路皆因崩塌造成養(yǎng)護(hù)困難而調(diào)整線形或變更結(jié)構(gòu)型式，且皆有明顯的蝕溝發(fā)育。顯而易見的，公路線形或結(jié)構(gòu)型式調(diào)整與緊鄰的邊坡崩塌有關(guān)，邊坡崩塌又受鄰近蝕溝發(fā)育、曲流凹側(cè)攻擊坡強(qiáng)烈的沖刷與河岸側(cè)蝕等因素影響。公路最北側(cè)位于凸側(cè)堆積坡，大量崩塌土石堆積于河床，局部改變河道水流方向，造成左岸凸側(cè)的堆積坡遭河岸側(cè)蝕，形成緊鄰河道修建的中北部路段下邊坡路基流失，因而將路線向山側(cè)偏移改線。中南部路段雖位于曲流攻擊坡，亦有發(fā)育幾乎達(dá)河流狀態(tài)的蝕溝，然而其與大沙溪交會(huì)處流向下游側(cè)，明顯不同于其他路段受河岸侵蝕影響的蝕溝型態(tài)。中南部道路蝕溝兩岸時(shí)有崩塌，材料先堆積于溝中，再逐漸向大沙溪方向運(yùn)移，形成河岸豐富的土砂來源，因此中南部曲流攻擊坡受河岸側(cè)蝕作用并不明顯，公路線形近20年并無重大的變化。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，弄福公路北部路段右岸崩塌與中北部左岸崩塌位置恰位于片巖與碧綠層界面位置;中部主要蝕溝溯源向上快速發(fā)育，并影響蝕溝匯入大沙溪附近邊坡坡趾穩(wěn)定;中南部公路轉(zhuǎn)彎處位于片巖與大理巖界面附近，主要蝕溝發(fā)育約略垂直于地層界面方向，然而其兩側(cè)規(guī)模較大崩塌多發(fā)生在地層界面附近;至于最南端公路，片巖與大理巖界面恰通過其崩塌坡面處。

弄福公路通過復(fù)背斜與復(fù)向斜軸部，巖層劈理走向大致與褶皺軸傾沒相近，呈東北西南向。各地層因巖質(zhì)不同，在區(qū)域性地質(zhì)作用下有不同的變形程度。出露地表的巖層因解壓而釋放應(yīng)變能，界面附近因巖質(zhì)差異而出現(xiàn)不同程度的裂隙產(chǎn)狀。裂隙間距與延續(xù)性亦有較大的變化，在流水作用下風(fēng)化相對(duì)快速，形成大轉(zhuǎn)彎、邊坡陡峭的地形。公路建設(shè)難免局部開挖邊坡，透過人工護(hù)坡設(shè)施維持邊坡穩(wěn)定，短期內(nèi)可以承受降雨、地震、沖刷侵蝕等作用的影響，然而經(jīng)年累月后，先天地質(zhì)條件較差路段終究難以抵抗來自河岸側(cè)蝕、蝕溝發(fā)育等因素造成的較大范圍的邊坡崩塌，而將路線往山側(cè)偏移、改采隧道通過，是解決此類型公路養(yǎng)護(hù)深受邊坡崩塌影響的有效對(duì)策。

4 防災(zāi)策略

弄福公路坡地崩塌發(fā)生在五種土地利用上，其中農(nóng)業(yè)使用土地大類只有旱作和果樹類有坡地崩塌的發(fā)生，但比例頗低，分別占全部崩塌面積的0.26%和0.15%;然而森林使用土地的坡地崩塌面積比例甚高，其中，天然林內(nèi)的坡地崩塌所占比例高達(dá)77.32%，人工林則有17.92%。此結(jié)果顯示，人類活動(dòng)雖對(duì)邊坡造成擾動(dòng)，但自然環(huán)境的影響仍為主要因素，因?yàn)樘烊涣侄嗌L在高度和坡度較陡的地方，是居民較少接觸的區(qū)域。因此在防災(zāi)應(yīng)用上，因其自然環(huán)境已經(jīng)相當(dāng)脆弱，因此除了禁止開發(fā)天然林之外，也禁止在環(huán)境脆弱區(qū)活動(dòng)。

弄福公路農(nóng)作使用土地的平均風(fēng)險(xiǎn)值都較森林使用土地低，其中天然林的平均風(fēng)險(xiǎn)值和其在坡地崩塌所占的面積比例相同，是所有土地利用類型中最高，達(dá)0.38;而與人為建設(shè)有關(guān)的交通與水利設(shè)施的平均風(fēng)險(xiǎn)值也較高，達(dá)0.30;建筑物較低，為0.13。這表明自然的干擾程度較人為的大。當(dāng)?shù)卣畽C(jī)關(guān)在公路沿線各村作周期性的防災(zāi)倡導(dǎo)，也設(shè)置有防災(zāi)標(biāo)示牌，但是居民普遍認(rèn)為坡地崩塌不太可能發(fā)生，因此建議在居民的防災(zāi)教育上多加宣傳。在災(zāi)害管理應(yīng)用上，因公路沿線各村內(nèi)的主要土地利用與村落環(huán)境背景不盡相同，如村行政中心，位置偏東北方，建筑物的基地較為平坦，也聚集較多商店和住宅，居民的土地利用多位于遠(yuǎn)處的山坡地，而部分宗族村落則建于山坡地，雖離主要河道尚有一段安全距離，居住地卻因其坡度而導(dǎo)致成災(zāi)危險(xiǎn)較高，其主要的土地利用位于山腳下的平坦地。因此政府需針對(duì)沿線各村土地利用與自然環(huán)境背景提出不同的防災(zāi)措施，以有效達(dá)到降低災(zāi)害發(fā)生的可能性，增加抵抗災(zāi)害的能力。

5 結(jié)語

本研究針對(duì)弄福公路，分析其公路路線及崩塌、蝕溝等發(fā)育位置，據(jù)此選擇公路線形及結(jié)構(gòu)型式變化較大區(qū)段，探討公路養(yǎng)護(hù)受工程地質(zhì)因素的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與公路線形或結(jié)構(gòu)型式調(diào)整有關(guān)的邊坡崩塌、蝕溝發(fā)育位置皆位于公路急彎處，且鄰近片巖、大理巖與碧綠層等地層界面。地層界面附近因巖質(zhì)不同造成差異侵蝕，形成較大的轉(zhuǎn)彎、邊坡陡峭的地形，又因巖層工程地質(zhì)特性差異大，在流水作用下風(fēng)化相對(duì)快速，公路沿線人工護(hù)坡短期雖可以承受降雨、地震、沖刷侵蝕等作用的影響，維持邊坡穩(wěn)定，但先天地質(zhì)條件較差路段終究難以抵抗來自河岸側(cè)蝕、蝕溝發(fā)育等因素經(jīng)年累月作用造成的大范圍邊坡崩塌。故將路線往山側(cè)偏移、改采隧道通過，為解決公路養(yǎng)護(hù)深受邊坡崩塌影響的有效對(duì)策。

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