高山峽谷區(qū)公路路基水毀成因分析及處治措施

■楊 星 范安軍 李樹鼎 周志林 黃亞磊 蔣發(fā)森

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，成都 610041）

四川盆地西部屬于青藏高原東緣和橫斷山脈的一部分，多高山峽谷。 隨著交通脫貧攻堅(jiān)的有序推進(jìn)，通鄉(xiāng)通村道路猛增，不少公路均修建在深“V”峽谷地區(qū)。 此類高山峽谷區(qū)公路往往因地形限制，采用半填半挖路基，一側(cè)緊臨河道，一側(cè)緊臨山體陡崖，地質(zhì)條件復(fù)雜；再則高山峽谷地區(qū)，河流陡漲陡落，沖刷下切，對(duì)沿河路基形成強(qiáng)烈的掏蝕，同時(shí)氣候多變，溫差大，暴雨多，常常引發(fā)山洪泥石流等不良地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)山區(qū)公路的安全穩(wěn)定有著巨大的影響。

公路水毀主要指沿線公路設(shè)施在暴雨、 洪水的沖刷、滲流作用以及人類活動(dòng)綜合影響下發(fā)生損毀，輕則影響車輛正常安全通行，重則交通中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，是山區(qū)公路常見的一種病害模式[1]。不少研究者對(duì)其成因及防護(hù)措施進(jìn)行過研究[2-3]，毛雪松等[4]通過沿河傍山公路的橫斷面類型對(duì)水毀進(jìn)行分類，結(jié)合降雨對(duì)其發(fā)生機(jī)制進(jìn)行分析；秦軍等[5]通過調(diào)查水毀工點(diǎn)的11 個(gè)技術(shù)指標(biāo)， 采用Logistic回歸方法建立了危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行公路邊坡水毀危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)；陳遠(yuǎn)川等[6]將公路路基缺口形成機(jī)制分成滑動(dòng)失穩(wěn)型、 傾倒失穩(wěn)型和墜落失穩(wěn)型；侯兆軍等[7]對(duì)公路水毀處治措施進(jìn)行優(yōu)化，摒棄傳統(tǒng)擋墻，采用板樁式擋土墻，取得良好效果。

隨著學(xué)者不斷深入的研究，公路水毀形成機(jī)理逐漸明朗，處治措施也豐富多樣。 但每個(gè)地區(qū)都有自己的特點(diǎn)，本文以國道248 丹巴縣城至八美鎮(zhèn)段為研究對(duì)象，分析總結(jié)高山峽谷地帶山區(qū)公路水毀成因，提出合理的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下高山峽谷區(qū)公路水毀修復(fù)處治措施。

1 工程背景

國道248 丹巴縣至八美鎮(zhèn)段全長82.518 km，原路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)至二級(jí)公路，其中四級(jí)公路長約66.5 km， 占項(xiàng)目總長的80.5%， 三級(jí)公路占比5.5%，二級(jí)公路占比14%。 2020 年7 月21 日晚至2020 年7 月22 日凌晨， 東谷河流域遭遇強(qiáng)降雨，2020 年7 月22 日凌晨1 時(shí)河水陡漲， 最大洪峰水位2176 m， 洪水流量529 m3/s， 超警戒水位線0.96 m，超保證水位線0.69 m，形成較大過流通道，造成國道248 線多處路基、路面、涵洞沖毀，伴隨邊坡坍塌、泥石流等自然災(zāi)害的發(fā)生，交通中斷，災(zāi)情嚴(yán)重（圖1）。

圖1 水毀現(xiàn)場(chǎng)照片

2 水毀特征分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查， 本次路基水毀點(diǎn)共計(jì)102 處，水毀段總長4459 m， 水毀點(diǎn)空間分布如圖2 所示。從空間上分析，水毀點(diǎn)主要集中在K1171～K1184段，含52 處水毀工點(diǎn)，占比51%，水毀段落長2356 m，占比53%。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要是由于該段位于東谷河上游地帶，屬于典型的高山峽谷地帶，河谷呈深“V”狀，路線只能緊貼河道，路基多采用半挖半填的形式，壓縮河道，過水?dāng)嗝鏈p?。患由洗硕魏哟部v坡大，平均縱坡約3%，最高達(dá)9%，河水動(dòng)能大、流速快，洪水水位上漲較高，沖刷能力強(qiáng)，路基內(nèi)側(cè)邊坡也因公路開挖發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)，導(dǎo)致此段損毀嚴(yán)重。

圖2 沿線路基水毀分布圖

通過分析公路路基損毀特征，將本次水毀成因分為5 類：（1）路基基腳掏蝕損毀：臨河路基在河水不斷下切過程中，原有路肩擋墻基礎(chǔ)被沖毀，導(dǎo)致墻身懸空，在重力作用下發(fā)生下墜拉裂破壞，導(dǎo)致路肩下沉失穩(wěn)；（2）路肩擋墻沖擊損毀：高山峽谷地區(qū)，河床縱坡大，暴雨時(shí)河水陡漲，流速快，洪水?dāng)y帶著漂塊石不斷沖擊路肩擋墻， 導(dǎo)致?lián)鯄p毀，山區(qū)公路多采用漿砌擋墻，更容易被沖擊損毀；（3）滑坡?lián)p毀：高山峽谷區(qū)公路常常依山而建，地面坡度大導(dǎo)致筑路困難，局部較平緩的堆積體地帶也常成為公路選線的首要考慮。 公路下邊坡在雨水的沖刷下常發(fā)生溜滑，路基半幅甚至全幅垮塌；上邊坡由于陡峭的地形常形成高位遠(yuǎn)程滑坡，崩滑速度大，導(dǎo)致路基、路面、護(hù)欄等被撞擊損毀；（4）泥石流損毀：山區(qū)暴雨時(shí)易形成坡面洪流，過水路面現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，但高山峽谷地區(qū)因地形陡峭，匯水面積大，流速快，更易攜帶固體物質(zhì)，在“滾雪球”效應(yīng)下往往導(dǎo)致山洪泥石流爆發(fā)， 這類型泥石流動(dòng)能大，破壞力強(qiáng)，導(dǎo)致公路涵洞淤堵、路面及護(hù)欄損毀，同時(shí)也加劇了公路下邊坡的沖刷失穩(wěn)；（5）滲透損毀：山區(qū)公路邊溝、涵洞等排水不暢，導(dǎo)致路面積水、路基滲水，在滲流作用及車輛碾壓下，路面沉陷龜裂，冬季路面還會(huì)存在凍脹開裂損毀。

通過對(duì)102 處水毀災(zāi)害點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)路基基腳掏蝕損毀60 處， 路肩擋墻沖擊損毀25 處，滑坡?lián)p毀5 處，泥石流損毀8 處，滲透損毀4 處；其中路基基腳掏蝕損毀占絕大比例， 達(dá)59%（如圖3所示），主要是由于高山峽谷地區(qū)，河床較窄，沿河公路修建時(shí)常侵占河道，以及峽谷落差大，河水沖刷劇烈，導(dǎo)致路基下部被嚴(yán)重掏蝕失穩(wěn)。

圖3 不同特征損毀占比示意圖

3 典型水毀處治措施

（1）K1145+520～K1145+555 段長約35 m，原擋墻為漿砌擋墻，埋深較淺，在洪水的沖刷下左側(cè)路肩擋墻被沖毀。 邊坡為碎石土，河床為漂卵石，河床路面高差約5 m， 若采用仰斜式混凝土擋墻恢復(fù)被沖毀路肩墻，則斷面尺寸約16.065 m2。 由上文統(tǒng)計(jì)分析表明，路基擋墻損壞往往是由于基礎(chǔ)埋深不夠?qū)е?，墻身?qiáng)度及尺寸大小并非主要損壞因素，因此在進(jìn)行臨河擋墻修繕時(shí)， 可以考慮加深基礎(chǔ)埋深，并對(duì)擋墻截面進(jìn)行優(yōu)化，減少圬工數(shù)量，既能達(dá)到墻身強(qiáng)度要求又能抗沖刷，如圖4 所示，優(yōu)化后擋墻斷面尺寸為9.625 m2，每延米節(jié)約混凝土6.44 m3，節(jié)約工程造價(jià)40%。

圖4 擋墻截面優(yōu)化前后對(duì)比圖

（2）K1203+100～K1203+142 段位于高山峽谷地區(qū)盤山公路段，地形陡峭，坡面因流水沖刷導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)（圖5）。對(duì)于下邊坡來說，采用普通路肩擋墻基礎(chǔ)埋深或襟邊，會(huì)造成大面積開挖，墻高增大；考慮到實(shí)際上路基巖土體側(cè)壓力相對(duì)較小，可以設(shè)置優(yōu)化擋墻，并采用鋼管樁加聯(lián)系梁作為路肩擋墻基礎(chǔ)來滿足抗滑移等穩(wěn)定性要求（圖6），這樣既方便施工，避免過度開挖基坑，縮減擋墻尺寸，提高安全性的同時(shí)又節(jié)約投資。

圖5 陡峭松散邊坡垮塌失穩(wěn)現(xiàn)場(chǎng)照片

圖6 鋼管樁+優(yōu)化路肩墻處治示意圖

（3）局部段落河床較寬，但因處于彎道，主河道位于公路側(cè)，不斷沖刷路肩擋墻或路基坡腳導(dǎo)致公路損毀。 由于峽谷地帶，人類居住活動(dòng)及公路展線往往在同一側(cè)，河流對(duì)岸均為荒地或陡崖，因此可以在這類具有豐富的漂卵石的寬敞河道， 就地取材，設(shè)置鉛絲石籠順壩，將河水引向?qū)Π?，避免?duì)公路路基沖刷掏蝕（圖7）。

圖7 石籠順壩布設(shè)示意圖

（4）山區(qū)公路因地形限制常從堆積體上通過，部分堆積體下部為巨型孤石，抗沖刷能力強(qiáng)，路基的穩(wěn)定都靠河床巨型孤石支撐。 因公路開挖卸荷，地表水下滲，以及洪水位時(shí)水位上漲沖刷導(dǎo)致路肩堆積體邊坡形成圈椅狀變形開裂，路面下沉；河床狹窄陡峭，下部機(jī)械施工困難，可對(duì)已下沉變形的碎石土堆積體進(jìn)行適當(dāng)卸載刷坡，換填輕質(zhì)土以減少沉降， 在此基礎(chǔ)上利用下部巨石搭置腳手架，設(shè)置鋼筋砼面板式錨桿進(jìn)行加固（圖8），不但確保了堆積體的穩(wěn)定，也有效防止河流的沖刷。

圖8 輕質(zhì)土+鋼筋砼面板式錨桿處治示意圖

4 結(jié)語

本文以國道248 為例，分析總結(jié)高山峽谷區(qū)低等級(jí)公路路基水毀特征，并對(duì)典型高山峽谷區(qū)水毀類型提出了防治措施：

（1）從空間上分析，山區(qū)公路水毀主要發(fā)生在高山峽谷地帶，占到超過一半的比例，峽谷地帶公路選線唯一，無法避開河道，路基半挖半填形式壓縮了河道，加上河床縱坡大，河水流速快、動(dòng)能大，對(duì)外側(cè)沿河邊坡及擋墻沖刷作用十分劇烈，內(nèi)側(cè)邊坡因路基開挖易發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)，是高山峽谷地帶路基嚴(yán)重水毀的主要原因。

（2）對(duì)高山峽谷區(qū)公路路基水毀按其特征類型進(jìn)行分類，主要分為路基基腳掏蝕損毀、路肩擋墻沖擊損毀、滑坡?lián)p毀、泥石流損毀、滲透損毀5 類，其中路基基腳掏蝕損毀占比約59%，是最主要破壞類型，建議針對(duì)此類型水毀工點(diǎn)在修補(bǔ)時(shí)加大支擋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)埋深。

（3）針對(duì)高山峽谷區(qū)典型水毀提出了處治措施建議：高大邊坡或堆積體邊坡可以采用輕質(zhì)混凝土回填，有利邊坡的穩(wěn)定，同時(shí)側(cè)壓力較小的段落可以優(yōu)化擋墻形式，減少圬工數(shù)量，達(dá)到節(jié)約工程造價(jià)的目的。 盤山公路段常因外側(cè)路肩擋墻溜滑失穩(wěn)導(dǎo)致公路缺口，此類地形受限段可以采用鋼管樁加聯(lián)系梁作為擋墻基礎(chǔ)， 施工相對(duì)快捷且安全穩(wěn)定。河床寬闊路段，可以就地取材設(shè)置石籠順壩，將河水引向?qū)Π?，減少對(duì)公路路基的沖刷。