山區公路抗水損害研究及防治措施

祝軼君

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

由于地形限制的原因，山區公路多修建在山腰或者溝底，多采用半填半挖的形式。在雨季，降水隨山體走勢匯集成流對沿途水土長期沖刷和浸蝕，影響公路路基及其防護工程的穩定性，造成路基水土流失，進而發生變形，出現裂痕和整體坍塌，對公路運輸的交通安全具有重要影響[1]。以公路跳車和溝槽為代表性的路基水損病害在各山區公路不斷出現給交通出行帶來潛在影響。受黃土濕陷性的影響，山西省境內公路每年因水損造成的路基沉降養護治理費用不斷增加，且呈現逐年遞增的態勢。目前，公路水損路基的防治處置方式還不能完全滿足防災減災的要求，但通過對過往施工經驗、設計經驗的梳理總結，合理分析路基水損病害的類型，分析災害對路基穩定性的影響，借助科學合理的設計和完善的防護工程修復措施，對水毀路基病害的預防和治理具有顯著意義。

1 山區公路水損破壞類型

1.1 水漫路面造成路基水毀

公路路面的絕對高程較低，河道較窄。以山西地區為代表的北方山區平均降水量較小且河床普遍較淺，在夏季雨水較為集中的時間段易造成河道水滿而漫過公路路面。水漫路面會加速狹窄河床的積淤，從而造成該路段洪水流速增加。在漲水期和急速退水期，洪水對公路路基路面的沖刷最為嚴重，公路邊坡、路肩被不斷沖刷出現失穩區間，路面出現裂縫進而出現整體坍塌[2]。該類型的路基水毀以山西S312省道寧武蘆芽山部分路段最具代表性，因蘆芽山山體結構和氣候特點，公路路基水毀較為嚴重（圖1）。

圖1 水漫路面造成路基水毀

1.2 壓縮河道造成路基水毀

在山區公路新建和翻修中，部分路段存在施工造成的路邊河道被建筑物侵占現象，固體廢棄物的堆積減少了該路段河道排水能力。減少的河道過水斷面增加了路基被洪水沖刷破損的概率，被水侵蝕沖刷破壞的嚴重程度是正常河道路段的3倍以上[3]。在修建公路中，尤以修建施工便道和二級路翻修造成的壓縮河道最為常見。

圖2 壓縮河道造成路基水毀

1.3 邊坡防護不當造成路基水毀

在山區縣城內及周邊的沿河道路，道路兩側邊坡通常采用漿砌片石護坡的形式以抵抗河水的沖刷，漿砌片石護坡的穩固對邊坡的穩固起到決定性的作用。通常，漿砌護坡的底端應低于最低水位線，即能抵抗水流的沖刷。否則，河道水流量較大甚至洪水到來時，護坡被慢慢侵蝕，進而出現路基水毀。

圖3 邊坡防護不當造成路基水毀

2 山區水毀路基穩定性評價

公路路基抗水毀穩定性主要表現在路基、涵洞、邊坡防護等工程抵抗洪水的能力，是防災減災的重要表征。對公路路基的抗水毀穩定性進行模型搭建及性能評價，可為公路抗水毀提供科學依據。目前，常用的方法有影響因素疊加法、層次分析法及綜合模糊評價法。

層次分析法是將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。在當前的工程應用中由于層次分析法元素分解的難度較大，模糊評價法制約因素的不確定性使得應用起來較為繁瑣。

較之以上兩種方法，影響因素疊加法是目前水毀路基穩定性評價的最主要應用方法。考慮到各種復雜因素對路基水毀的影響，各災害影響因素的影響模型搭建通常需要考慮公路所處區域環境的影響因子，各災害影響因素的復合影響因子是評價路基穩定性的最重要指標。

影響因素疊加法應用的根本是解決不同影響因素的權重系數。同一種影響因素對不同路基穩定性的影響原理是一樣的，但影響因數數值大小的差異和不同對路基穩定性的作用系數存在較大不同，其離散性符合數值大小的正態分布規律。同時，同一影響因素的影響效果在特殊點的差異也存在兩極化表現，以水在0℃的表現最具代表性。

對于不同影響因素，同一路基水損區域模型內對路基水損的作用機理和作用方式均存在較大差異。對于多種影響因素對路基水損的影響，因影響效果的大小存在主要因素和次要因素。在各種影響因素中，首先要分析和理清主要因素，因其對災害發生的貢獻最大，影響權重需最先確定，進而確定次要因素對災害發生和作用的權重系數。最終基于不同災害影響因素的權重系數，結合具體工程情況開展水毀路基穩定性評價。

3 山區公路抗水損害防治措施

山區公路抗水損害的防治，應從設計階段進行抗水損設計，好的抗水損設計，可降低工程造價、提高工程質量、保障工程安全、降低災害影響因子對路基穩定性的影響。在設計的基礎之上進行防護工程的合理構建是對公路抗水損害的根本性保障。

3.1 路基水毀防治的設計

3.1.1 勘察設計要全面

詳細的勘察設計是公路選線的基礎，借助資料調研，實地考察，工程鉆探獲得詳盡的現場資料，對公路路線范圍內的地質和水文情況可能造成的影響進行評估分析，從宏觀方案設計上掌握地質條件對公路可能產生的影響。對設計方案中的水損影響進行評估，開展風險評價，提出對應的防治工程計劃。

a）對于軟土地基、順層巖質等特殊地質條件路段，在不大幅改變公路線性和里程的基礎之上，應盡量采用繞行和規避的方案，如不能避免，則必須加入防水毀防護工程設計方案，且選擇災害可能最小的路線設計方案。

b）對于黃土地基或是高填高挖路段，則應充分勘察周邊地質條件，詳細分析各災害影響因素的影響因子，選取合適的評價模型，確定各評價指標的權重，進行水毀路基穩定性計算及評價，從而得到該路段的加固防護方法。

3.1.2 注重水文、地質結構的影響

近年來公路修建為節約工程造價，公路現行采用高填深挖的方法較多。從環保理念出發應采用橋梁和隧道的形式進行線性設計，高填深挖難免對周邊地質結構造成部分擾動，存在自然災害隱患。故在設計時應對路線周邊原有災害影響因素充分研究，并減少新增災害隱患對公路及其周邊的影響。提倡以資源環境承載力為基礎，注意對公路沿線綠色植被及自然景觀的保護，將路基水毀的安全隱患減少至最小范圍。

3.1.3 防護工程的設計

防護工程是應對洪水災害的最有利措施，利用防護工程的阻隔可有效降低洪峰時洪水的沖刷，誘導洪水流向，穩定洪水流速。在防護工程的設計中，應嚴格遵守保護河道沿線環境的要點，防護工程類型的選定應依照所在地區經濟、文化、技術、資源等現有條件就地取材，因地制宜。詳細勘測工程沿線河道的特性，是做好道路沿線設施水文設計的重要保障，不同河流的不同河段有其獨特屬性，所以應根據工程所在地河段的水文特點，科學設計采取合理的防護工程措施。

3.2 完整路基水毀防護工程的構建

完整的路基水毀防護工程構建是對公路路基穩定性的最大保障，在各式各樣的防護工程中，側重點都是基于提高坡底和坡面的抗沖刷能力，減少水流對路基的沖刷。其中應用最多的是漿砌片石護坡、漿砌片石護肩。合理且完整的漿砌片石護坡和漿砌片石護肩設置至關重要。

3.2.1 漿砌片石護坡的設計和修建

為了提高河道路基邊坡耐水流沖刷性能，通常在河道橫截面較寬且順直段，河道瞬時流量較小段采用修筑漿砌片石護坡的防護工程。漿砌片石護坡防護工程因防護能力的不同通常分為單層漿砌片石護坡、雙層漿砌片石護坡和深基礎漿砌片石護坡3種。為了提高河道邊坡穩定性，護坡應埋至極限水流沖刷線以下，在施工情況允許下修建至坡底。對于地質條件不穩定地區或雨季時雨水較大的河段，應采用深基礎漿砌護坡，深基礎護坡基地深度應在河床面以下1 m，寬度在0.6 m以上，以保證護坡的穩定性。

圖4 深基礎護坡（單位：m）

3.2.2 漿砌護肩的設計和修建

沿河路堤水面到路面高程差偏小或邊坡較難修筑時，為了減少水流對河道道路路肩的沖刷損壞，通常在路肩處修筑漿砌片石護肩。漿砌片石護肩的整體構造主要由護肩高度決定。護肩大于1.0 m時，護肩肩頂寬度不小于0.8 m，護肩小于1.0 m時，護肩肩頂寬度不小于0.5 m。工程施工中，由于護肩坡地受到流水沖刷最大，通常在當地地質條件允許的情況下，護肩高度還會向下增加0.1～0.2 m。

圖5 漿砌護肩（單位：cm）

4 結語

借助研究山區公路水損病害發生的類型和特點，提出山區公路路基穩定性的評估方法。在工程開展中，對不同災害影響因素的權重系數進行評估，發現影響因素疊加法的模型搭建是公路穩定性評價的最有效手段。好的抗水損設計，可降低工程造價，保障工程安全，降低影響因子對路基穩定性的影響。在設計的基礎之上進行防護工程的合理構建是對公路抗水損害的根本性保障。