公路坡面泥石流病害工程治理實(shí)例研究

錢軍吏

云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南昆明 650041

1 坡面泥石流的形成原因以及特征

通過對(duì)坡面泥石流的形成原因以及類型進(jìn)一步了解，目的在于能夠更加全面深入的了解坡面泥石流，有利于更好地治理公路坡面泥石流。

1.1 坡面泥石流的形成原因

坡面泥石流的形成原因十分復(fù)雜，主要可以從地質(zhì)構(gòu)造條件、物質(zhì)條件、地形地貌條件、天氣條件這幾個(gè)方面討論。坡面泥石流的形成原因是由于這幾個(gè)方面相互作用形成的，也正是這幾個(gè)條件使坡面泥石流的發(fā)生更具有普遍性與破壞性[1]。通常坡面泥石流形成的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，由此造成了地表巖層的破裂、滑坡、巖崩等地質(zhì)現(xiàn)象，為泥石流的發(fā)生提供了有力的條件。泥石流的形成通常是由于巖土層的破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，給泥石流的發(fā)生提供了固體物質(zhì)的基礎(chǔ)。坡面泥石流的形成同樣也離不開地區(qū)的地形地貌，山體落差較大，為泥石流提供了一定的動(dòng)能。其中區(qū)域暴雨是導(dǎo)致坡面泥石流的主要原因，大暴雨會(huì)導(dǎo)致山體滑坡，使坡面的固體物質(zhì)減少，泥石流無法得到相應(yīng)的控制。同時(shí)，過于頻繁的人為活動(dòng)也會(huì)加大坡面的水土流失，為泥石流創(chuàng)造條件。

1.2 坡面泥石流的特征

坡面泥石流的特征主要體現(xiàn)在岸坡坡度傾斜角度大，與現(xiàn)代河床的有一定的高度差。并且在山體的上部基巖風(fēng)化物和堆積物不斷地補(bǔ)充到巖堆體中，一旦發(fā)生大面積的降雨、降雪或者冰塊融化，會(huì)引起水土融合，進(jìn)而引起土體滑動(dòng)，形成坡面泥石流。坡面泥石流大多發(fā)生在自然山坡上，其形態(tài)呈現(xiàn)條狀或者片狀，無明顯的溝槽，即使有溝槽，但大多發(fā)育不完善，無明顯的流通段。

2 坡面泥石流的類型

根據(jù)固體物質(zhì)的補(bǔ)給方式，坡面泥石流主要分為溜坍型坡面泥石流、沖蝕型坡面泥石流、滑坡型坡面泥石流。

2.1 溜坍型坡面泥石流

溜坍型坡面泥石流是在連續(xù)的暴雨過后，由山坡或者是淺層溜坍造成的泥石流現(xiàn)象，當(dāng)此類泥石流爆發(fā)后，一次固體物質(zhì)沖刷量大概在1000m3以下，并且沖刷的物質(zhì)內(nèi)含有大量的植物殘?bào)w[2]。此種類型的坡面泥石流大多發(fā)生在被砍伐掉樹木以及雜草、灌木覆蓋的陡坡上。此類泥石流形成的原因可能是由于過于頻繁的人為活動(dòng)，造成坡面土壤的固體物質(zhì)大量減少，無法承受暴雨的沖刷。

2.2 沖蝕型坡面泥石流

沖蝕型坡面泥石流是暴雨沖刷斜坡上的松散土壤造成的泥石流現(xiàn)象。此類泥石流大多發(fā)生在山坡坡面分布有較厚的土層以及破碎的風(fēng)化巖石。在大暴雨發(fā)生時(shí)，地表被沖刷成陡坡松散土體，造成泥石流的發(fā)生。由于沖蝕型坡面泥石流溝大多為槽型淺溝，在進(jìn)行勘測(cè)工作時(shí)，極易被認(rèn)為是清水溝，進(jìn)而導(dǎo)致在建設(shè)完公路之后，泥石流爆發(fā)，淤堵小橋涵，引起更大的危害。

2.3 滑坡型坡面泥石流

滑坡型坡面泥石流是一種在暴雨作用下，由崩塌、淺層滑坡直接造成的坡面泥石流現(xiàn)象。此類泥石流，一次沖刷的固體物質(zhì)在1000m3以上，具有很強(qiáng)的破壞力。在大暴雨期間，滑坡轉(zhuǎn)化為坡面泥石流主要有兩種狀況，一種是斜坡滑動(dòng)巖土體水量增多，導(dǎo)致巖土體組織結(jié)構(gòu)造成了破壞。另有一種是巖土體風(fēng)化、斜坡松散和大量流水混合，形成了泥石流。此類泥石流大多出現(xiàn)在大型和地段性中型的斷裂破碎帶地段以及巖土破碎的地段。

3 公路坡面泥石流病害工程治理方案

通過對(duì)坡面泥石流的形成原因、類型、特征有一定的研究，以天山公路為例，總結(jié)出相應(yīng)的公路坡面泥石流病害工程治理方案，以保障公路的運(yùn)行安全。

3.1 抗凍融技術(shù)方案

由于天山地區(qū)處于我國(guó)的西北部，較為干旱，溫差懸殊，氣溫早晚變化程度大，環(huán)境較為惡劣，并且冬季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3～6個(gè)月之久。由于漫長(zhǎng)的冬季，給公路工程的建設(shè)帶來了很多的問題。例如，混凝土結(jié)構(gòu)在此種天氣條件下受到強(qiáng)烈凍融作用而壽命減少。混凝土受到凍融作用后，會(huì)出現(xiàn)表面剝落、強(qiáng)度下降、內(nèi)部開裂等現(xiàn)象[3]。因此，需要提高公路的抗凍融性能，以防范泥石流的發(fā)生。抗凍融性能與其自身的緊密性、抗裂性有十分密切的關(guān)系，目前采用摻入纖維的方法，提高混凝土的抗裂性以及緊密性，使混凝土的抗凍融性能大大提高。摻入煤粉等活性材料也可以達(dá)到這個(gè)效果，還可以節(jié)約水泥，減少混凝土的裂縫，提高混凝土的密實(shí)度，從而提高混凝土的抗凍融性能。但是在實(shí)際情況中，要根據(jù)實(shí)際情況采用不同的方案。由于天山公路的工程量大所需原材料數(shù)目較大，因此，在進(jìn)行公路工程的建設(shè)之前，需要根據(jù)天山公路的特點(diǎn)，研究出多套方案，必須從經(jīng)濟(jì)利益的角度，選取一種合適的外加劑配合比的方案。如果遇到特殊路段，需要采用強(qiáng)度較大的混凝土。

3.2 速流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

速流結(jié)構(gòu)指的是能夠快速運(yùn)輸、排泄泥石流的一種工程結(jié)構(gòu)，主要由八字形的匯流槽以及上凹弧形的縱橫截面的速流槽組成。匯流槽側(cè)墻的高度、長(zhǎng)度、厚度以及與泥石流形成的夾角需要根據(jù)實(shí)際情況的泥石流形態(tài)以及泥石流的沖擊力大小決定[4]。速流槽最好使用順直的形狀，便于泥石流快速的進(jìn)行排出。此外，速流槽的寬度、匯流槽側(cè)墻的高度以及厚度、下凹弧度的大小等則需要根據(jù)泥石流的流量、流速等決定。泥石流速流槽的支柱主要分為混凝土柱和灌注樁這兩種，在實(shí)際的速流結(jié)構(gòu)中，常常使用灌注樁和速流槽一起澆筑的形式，使速流結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。但是，速流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并不適用于所有的泥石流治理方案，其具有一定的使用條件。第一，泥石流沉積區(qū)比較寬廣、沖擊力度比較大的溝谷型泥石流；第二，公路從泥石流的沉積區(qū)橫向穿越；第三，泥石流溝的沉積區(qū)縱向比不小于12%；第四，泥石流溝前的主河谷具有較強(qiáng)的排泄能力，能夠及時(shí)對(duì)泥石流進(jìn)行處理。此外，泥石流對(duì)于速流結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的腐蝕作用，在進(jìn)行設(shè)計(jì)速流結(jié)構(gòu)時(shí)，同時(shí)也需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的抗磨蝕結(jié)構(gòu)以及抗凍融結(jié)構(gòu)，以提高速流結(jié)構(gòu)的使用壽命，更好地進(jìn)行泥石流治理工作。

3.3 泥石流隧道技術(shù)方案

泥石流隧道是指采用隧道的方式，使公路從泥石流堆積體內(nèi)進(jìn)行橫向穿越的工程治理結(jié)構(gòu)。當(dāng)泥石流隧道建成以后，泥石流從隧道的頂部進(jìn)行宣泄，以確保公路交通不受影響，還能夠有序進(jìn)行工作，此類方案對(duì)于公路穿越大型的泥石流沉淀區(qū)十分有效[5]。在進(jìn)行泥石流隧道設(shè)計(jì)中需要注意：其一，泥石流隧道的洞口位置，應(yīng)該設(shè)置在泥石流體在洞口段的側(cè)向流動(dòng)；其二，洞身位置，應(yīng)該設(shè)置在泥石流隧道外側(cè)的江河岸坡的再造帶內(nèi)側(cè)；其三，泥石流隧道結(jié)構(gòu)，應(yīng)該增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，提高頂部的耐磨性，加強(qiáng)排水能力。在泥石流隧道的內(nèi)側(cè)應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的泄水孔，或者是設(shè)置與隧道平行的泄水洞；其四，泥石流隧道建造材料應(yīng)使用鋼筋混凝土，可以采用混凝土現(xiàn)澆，承受壓力較大的部分可以采用鋼筋混凝土，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 攔渣壩技術(shù)方案

攔渣壩技術(shù)是治理泥石流的主要工程措施之一，一般在泥石流的形成區(qū)以及流通區(qū)溝谷內(nèi)進(jìn)行建造。攔渣壩選址原則包括：其一，根據(jù)泥石流的治理目的以及要求選擇相應(yīng)的壩址，便于實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)。其二，攔渣壩的地址選擇在壩肩足夠高、上游溝段平緩的地方，便于修筑的工程量，降低工程的造價(jià)，增加經(jīng)濟(jì)效益。其三，攔渣壩的選址最好選擇在支溝和彎道的下游，避開集水槽以及沖溝，避開在老的、容易崩塌的滑坡體上建立攔渣壩。其四，攔渣壩的選址還應(yīng)該符合公路、鐵路、水利以及城建等部門的相關(guān)規(guī)定，避開不宜建立壩的地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)。

4 結(jié)語

綜上所述，坡面泥石流是由地質(zhì)構(gòu)造特殊、巖土層破碎、山坡落差高度大、人為活動(dòng)復(fù)雜等多方面的原因，相互影響造成坡面泥石流的爆發(fā)。坡面泥石流具有十分強(qiáng)的破壞力，不僅會(huì)影響公路的使用，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響到人們的生命安全。因此，需要得到人們的重視，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防以及治理工作。通過對(duì)天山公路的實(shí)例研究，總結(jié)出一套行之有效的公路坡面泥石流病害工程治理方案，保證公路的運(yùn)行安全。

[1] 黃勇, 胡盛, 衛(wèi)曉.天山公路坡面泥石流病害工程治理實(shí)例研究[J].公路, 2012（5） ：95-98.

[2] 陳洪凱, 劉濤, 唐紅梅,等.新疆天山公路北段泥石流病害形成機(jī)制與治理[C]// 中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)2007年生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)工程地質(zhì)學(xué)術(shù)論壇,2014：471-476.

[3] 石晉旭.新疆天山公路泥石流病害機(jī)理與防治[D]重慶： 重慶交通大學(xué), 2017.

[4] 姚一江.坡面泥石流的類型、分布規(guī)律及防治[J].中國(guó)水土保持, 2011（9） ：24-25.

[5] 姚一江.對(duì)山坡坡面泥石流的分析及控制[J].公路, 2011（4） ：13-17.