滲透性路基缺失災(zāi)害形成原因淺析

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司 四川 成都 610041)

緒論

根據(jù)現(xiàn)有研究，廣義的公路水毀是指在氣候、水文、地質(zhì)因素和人類活動(dòng)作用下沿著公路所發(fā)生的一系列工程損壞現(xiàn)象，水并不是唯一的原因。是包括一切內(nèi)外力作用下使公路遭到破壞的災(zāi)害現(xiàn)象[1-4]。

狹義的公路水毀即是指公路工程結(jié)構(gòu)直接受到降雨、洪水的作用而失去正常的使用功能。

公路路基缺失災(zāi)害發(fā)生的頻率高、分布范圍廣、災(zāi)害作用強(qiáng)烈，在汛期期間集中爆發(fā)。每年造成數(shù)百億的直接經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于路基缺失災(zāi)害作出準(zhǔn)確分類并且進(jìn)行災(zāi)害成因分析意義重大，對(duì)于有效積極地防治公路路基缺失災(zāi)害也有重要意義。

一、路基破壞特征

路堤中常常受到因季節(jié)性或者長(zhǎng)期浸水的沿河路堤、河灘路堤稱之為浸水路堤。浸水路堤要承受外力、重力還要承受浮力和滲透動(dòng)水壓力的作用。尤其是在汛期，水位的升高和下降將會(huì)對(duì)路堤造成嚴(yán)重的影響，對(duì)其造成嚴(yán)重的損壞。

滲流作用使路基土體發(fā)生滲水，造成險(xiǎn)情，在滲水過(guò)程中路基本體慢慢破壞，路基滲流出來(lái)的水由清水逐漸變渾濁，表明水中土體小顆粒逐漸增多，滲流通道逐漸拓寬導(dǎo)致土體小顆粒流失加快，路基的主體部分已經(jīng)和外部的水流貫通。

路基出現(xiàn)集中滲漏、滲水量劇烈增加等都是發(fā)生滲流破壞的表現(xiàn)。路基缺失災(zāi)害基本特征如下：

(1)發(fā)生頻率高。公路路基缺失大多是由于連續(xù)的強(qiáng)降雨造成，在平原丘陵地區(qū)，每年的汛期為4—9月，降雨總量可以達(dá)到全年的最大值，6—8月份是路基缺失的高發(fā)期。

(2)速度快，時(shí)間短。公路毀壞主要是由于突降暴雨，水流流速過(guò)大，瞬間對(duì)公路和橋涵構(gòu)造物產(chǎn)生巨大的沖刷和沖擊，直接導(dǎo)致公路毀壞造成路基缺失。

(3)直接經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，社會(huì)影響大。公路缺失不僅會(huì)使得交通基礎(chǔ)設(shè)施損壞，還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，影響區(qū)域發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。

(4)復(fù)發(fā)率高。到目前為止，雖然各部門采取各種防治措施來(lái)降低路基缺失發(fā)生的概率，但是不能從根本上消除其發(fā)生的可能。

(5)隨機(jī)性強(qiáng)。公路缺失災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)具有隨機(jī)性。影響公路缺失的因素眾多，且相互之間的關(guān)系復(fù)雜，不能預(yù)測(cè)其發(fā)生的時(shí)間和位置。

二、滲透性路基缺失災(zāi)害形成原因

(一)成因過(guò)程分析

高填土路堤由于暴雨或者洪水產(chǎn)生的水流的沖刷是破壞路基的一種原因，不僅僅由于水流作用在了路基的邊坡坡面，使得上面大量的泥沙顆粒被帶走，從而形成坡面沖刷，加之水流沖刷坡腳改變了坡面的高度和坡度，在路基本身的重力作用下毀壞，丘陵地區(qū)公路路基缺失和浸水路堤的路基缺失的災(zāi)害。

汛期時(shí)，暴雨和洪水有較大沖擊動(dòng)能和侵蝕能力，由于雨水沖刷和潛蝕等作用對(duì)路基的土體造成一定的影響。當(dāng)?shù)叵聺B流產(chǎn)生的動(dòng)水壓力小于土體的有效重度，滲流水力坡度小于臨界水力坡度，土中的細(xì)小顆粒穿過(guò)大顆粒之間的孔隙被水帶走，時(shí)間長(zhǎng)了，土體中形成空洞，土體被破壞，強(qiáng)度降低使得路基缺失，影響通車安全。

潛蝕滲流是影響邊坡和路基穩(wěn)定性的重要原因之一，水的滲入使土體質(zhì)量增大，土體抗剪強(qiáng)度降低，孔隙水壓力升高，滲流將對(duì)土體產(chǎn)生動(dòng)水力，水位的升高將產(chǎn)生浮托力，滲流作用幾乎在所有的氣候條件和土壤中都可能會(huì)發(fā)生，分布范圍很廣。容易引起路基失穩(wěn)。管涌等是路基垮塌的原因之一，而水是誘發(fā)其產(chǎn)生缺失的主要因素之一。

(二)滲透性路基缺失災(zāi)害成因分析

由于人們對(duì)滲流的認(rèn)識(shí)不夠或者是地下水的處理不當(dāng)而引發(fā)滲透性路基缺失災(zāi)害。本次主要從滲流流場(chǎng)的特征和實(shí)際分布狀態(tài)進(jìn)行分析滲透性路基缺失災(zāi)害成因：

(1)水位變化。水位的突然上升和下降引起了非穩(wěn)定滲流，進(jìn)而產(chǎn)生了不利于路基穩(wěn)定的孔隙水壓力；巖土體含水量和容重增加，在這個(gè)方面作用下通過(guò)水來(lái)改變路基的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響其穩(wěn)定性。

(2)降雨入滲和表面徑流，坡面表層形成局部飽和滲流區(qū)和下面的非飽和滲流區(qū)，降低基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

滲透破壞對(duì)于路基的破壞可分為整體破壞和局部破壞，整體破壞就是在滲流作用下路基滑坡穩(wěn)定性的問(wèn)題，在做整體穩(wěn)定性分析時(shí)，需要考慮水在土體上的滲流作用。滲流的局部破壞主要是地下水的集中滲出點(diǎn)，在路基薄弱的部位。滲流的不同方向、高度、滲出點(diǎn)等都會(huì)產(chǎn)生不同程度的滲漏、管涌、流土和接觸沖刷等。

水位降低階段產(chǎn)生的動(dòng)水壓力是路基失穩(wěn)破壞的重要因素。路基土體內(nèi)外地下水龍頭差在土體內(nèi)部形成滲透力，路基會(huì)沿著破壞面滑動(dòng)形成路基缺口，這種作用下的路基缺口具有整段性，有可能會(huì)造成大段缺失。在汛期內(nèi)，路基內(nèi)土體被浸泡土體飽和，地基土體在滲流壓力作用下發(fā)生變形破壞的現(xiàn)象，謂之滲透變形。

總結(jié)來(lái)看，路基受到水的作用，水位有高有低，水流也隨著時(shí)間不斷在變化，其過(guò)程為以下三個(gè)階段。

第一階段上漲的水流從路堤的兩側(cè)浸入路堤之中，第二階段因路堤上下游的水位差很大，水流會(huì)隨著時(shí)間從上游滲流到下游，第三階段是水流通落，水從路堤內(nèi)向外滲流。

在第一階段內(nèi)，一側(cè)的水位上漲時(shí)，水從路堤兩側(cè)向路堤內(nèi)滲入，水壓力只在路堤內(nèi)，對(duì)路堤穩(wěn)定有利，但是水浸入路堤，土體飽和，抗剪強(qiáng)度降低，對(duì)于路堤穩(wěn)定不利。第二階段由于水從路堤的上游一側(cè)向下游一側(cè)滲流，形成水位差在路堤內(nèi)形成水位差，形成滲透壓力(動(dòng)水壓力)其方向指向下游，使得下游邊坡增加一個(gè)推力，使得下游的滑動(dòng)。第三階段，河水退落，水流自然從路堤內(nèi)向外滲流，動(dòng)水壓力指向路堤邊坡兩側(cè)。河水迅速降落時(shí)，路堤內(nèi)的土體飽和度很高，抗剪強(qiáng)度低，加上如果土體是粘性土，孔隙水不能向外及時(shí)排出，容易使路堤的穩(wěn)定性降低，使其塌滑。在洪水驟然下落時(shí)，為其最不利情況。

三、結(jié)論

從平原丘陵地區(qū)典型的路基橫斷面形式入手，結(jié)合橫斷面的形式和地理位置選取了可能最會(huì)發(fā)生路基缺失災(zāi)害的兩種路基形式——浸水路堤和陡峻山坡上的路塹兩類路基進(jìn)行分析，研究在滲流的影響下發(fā)生路基缺失災(zāi)害內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程，從滲流方向簡(jiǎn)要分析了滲透性路基缺失災(zāi)害成因，為后續(xù)研究提供支撐。