山區(qū)公路沿河路基穩(wěn)定性分析與防護(hù)方案

徐東琦

(四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610017)

0 前 言

近年來，我國在公路建設(shè)方面的規(guī)模不斷加大，為了建成地區(qū)公路網(wǎng)，完善公路體系，建設(shè)在山區(qū)中的公路也越來越多。在此背景之下，一方面讓人們的出行條件得到了很大的提升，另一方面也對公路建設(shè)帶來了新的問題：在山區(qū)公路建設(shè)過程中，為規(guī)避長大縱坡和陡峭、松散的邊坡，路線選線時(shí)常沿平緩的河谷地區(qū)布設(shè)，但在沿河公路在建成以后，路基填方或防護(hù)工程常常受河水浸泡、河流側(cè)蝕及地下水滲流破壞等問題，影響路基穩(wěn)定性。所以對于沿河路段的路基，必須要合理設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)定性符合相關(guān)要求。本文將重點(diǎn)就此展開探討和分析。

1 山區(qū)沿河公路特點(diǎn)

山區(qū)地形復(fù)雜，溝谷深切，但山脈走向和水系分布卻很清晰，這也為山區(qū)公路的路線布設(shè)提供了依據(jù)。因此，山區(qū)公路大多依山傍水而建，多體現(xiàn)為沿河線、山腰線、越嶺線和山脊線。

其中沿河線主要布設(shè)于山谷地帶，該地區(qū)內(nèi)天然河流多具有彎曲的特點(diǎn)，使得兩岸臺地受側(cè)蝕作用明顯，即臺地較窄，所以沿河公路多采用沿河灘填筑或半填半挖的形式，將路基外側(cè)作為河流的堤岸。這樣的公路形式不可避免地壓縮河道的過水?dāng)嗝妫坊鶄?cè)更容易受到?jīng)_刷侵蝕，從而造成路基失穩(wěn)。

2 山區(qū)公路沿河路基穩(wěn)定性分析

山區(qū)沿河公路路基失穩(wěn)是眾多因素的綜合作用結(jié)果，其涉及區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文氣象條件、河流和公路之間的關(guān)系等。找出導(dǎo)致路基變形失穩(wěn)的控制性因素并明確該因素在路基失穩(wěn)過程中的作用方式，是建立穩(wěn)定性評價(jià)和確定設(shè)計(jì)防治方案的基礎(chǔ)。

2.1 影響山區(qū)沿河公路路基穩(wěn)定性的因素

事實(shí)上，造成山區(qū)沿河公路路基失穩(wěn)的因素有很多，每個(gè)因素的作用不盡相同，根據(jù)作用因素的來源可以將其分為內(nèi)部因素和外部因素兩大類。

所謂內(nèi)部因素，主要指的是公路設(shè)計(jì)與建設(shè)自身的因素，比如設(shè)計(jì)參數(shù)、材料選擇、施工質(zhì)量等；所謂外部因素，主要指的是與公路本身無關(guān)的因素，諸如地質(zhì)條件、氣候條件、降水特征等，這些外部因素屬于自然條件，是人力無法控制的。當(dāng)然，任何一段路基真正發(fā)生失穩(wěn)，必然不是某一種原因造成的，而是多種因素綜合在一起形成的結(jié)果，所以一段路基的失穩(wěn)是與各方面的因素都有密切的關(guān)系。但是，山區(qū)公路建設(shè)本身就受諸多限制，在其特殊地理?xiàng)l件下，公路選線就存在諸多困難，山區(qū)公路中最常見的沿河線也因?yàn)樗幍貐^(qū)河流沖蝕力往往較強(qiáng)，進(jìn)而對路基造成嚴(yán)重的威脅[1]。

山區(qū)環(huán)境下，公路排水狀況相對不夠理想，所以在雨季來臨的時(shí)候，一旦遇到暴雨，地下水位急劇升高，滲流讓整個(gè)路基處于浸泡之中，其對路基造成嚴(yán)重的影響；再加上暴雨往往加大了河流沖擊力，所以破壞力會進(jìn)一步增強(qiáng)[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，超過90%的路基失穩(wěn)都能發(fā)現(xiàn)水的影響。這里的水不僅指河水，也包含地下水及降雨。河水能直接影響路基穩(wěn)定，同時(shí)也能通過影響地下水水位的高低來間接地影響路基穩(wěn)定；而降雨是通過改變地下水水位或河水水位來影響路基穩(wěn)定。因此，對于沿河公路的路基，河水沖刷和地下水作用是影響沿河路基穩(wěn)定性的最主要的兩個(gè)外部因素。

2.2 沿河路基失穩(wěn)破壞模式

2.2.1 沿河路基失穩(wěn)模式

山區(qū)公路沿河路基在使用過程中，路基主要的由水引起的失穩(wěn)有以下的幾種：①路基邊坡在長時(shí)間受河水頂沖、淘蝕的情況下，路基坡腳填料流失，坡腳掏空，同時(shí)路基長時(shí)間承受車輛荷載，出現(xiàn)部分坍塌使自身的負(fù)荷能力進(jìn)一步降低，進(jìn)而造成路基邊坡整體失穩(wěn)；②山區(qū)公路所處地的地下水、地表水滲入路基，使地下水位處于較高的水平，這樣長時(shí)間的高水位不僅降低了路基土體的力學(xué)參數(shù)，而且增大了路基臨河支擋工程墻背的靜水壓力，在長時(shí)間作用下有可能導(dǎo)致部分路基出現(xiàn)局部失穩(wěn)；③強(qiáng)降雨時(shí)，路基地下水位急劇上升，降雨結(jié)束后水位迅速下降，若水力坡度達(dá)到一定值時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的動水壓力將路基土體內(nèi)的細(xì)小顆粒帶走，形成路基內(nèi)部空洞，使路基土體結(jié)構(gòu)疏松、力學(xué)性質(zhì)下降，即路基穩(wěn)定性降低[3]。

2.2.2 沿河路基失穩(wěn)后破壞形式

就沿河公路路基失穩(wěn)破壞形式來看，常見的為整體滑移破壞、邊坡崩塌破壞、支擋結(jié)構(gòu)物破壞，如圖1所示。

圖1 路徑破壞的三種形式

山區(qū)公路沿河路基的第一種破壞形式，就是整體滑移破壞(見圖2)，這也是嚴(yán)重程度最大的一種形式。路基土體在河水和地下水的共同浸泡作用下，隨著水分含量越來越高，抗剪強(qiáng)度越來越弱，土體力學(xué)性質(zhì)下降，最后在動水壓力的作用下，形成貫通的滑移面，從而使路基發(fā)生變形失穩(wěn)乃至滑坡。路基一旦出現(xiàn)整體滑移破壞，會直接造成路基本功能的喪失，所以這也是我們必須要提前預(yù)防的一種破壞形式。

第二種破壞形式是邊坡崩塌(見圖3)。這種破壞形式一般都不是突然發(fā)生，而是持續(xù)緩慢發(fā)展形成的。往往是由于邊坡距離河岸太近，持續(xù)受到河水沖刷、側(cè)蝕作用，進(jìn)而造成坡腳軟化或路基填料流失，長期下來就會導(dǎo)致臨河邊坡下緣變形或出現(xiàn)凹腔，到一定程度后就會出現(xiàn)邊坡坍塌破壞。

第三種破壞形式是支擋結(jié)構(gòu)物破壞(見圖4)，常見的有傾覆破壞、整體剪切破壞以及管涌、地基承載力不足、淘蝕造成的基礎(chǔ)下沉。臨河支擋結(jié)構(gòu)長時(shí)間受水流沖刷，基礎(chǔ)土體疏松，當(dāng)?shù)叵滤簧仙瑝Ρ踌o水壓力增大時(shí)，或支擋物在無法承擔(dān)上負(fù)荷載以后，就會出現(xiàn)下沉斷裂或者坍塌，進(jìn)而對路基造成破壞。

3 山區(qū)公路沿河路基防護(hù)方案

3.1 沿河路基防護(hù)處治原則

在沿河公路路基災(zāi)害防治時(shí)應(yīng)遵循“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的思想，貫徹科學(xué)的理念和技術(shù)，設(shè)計(jì)方案符合客觀規(guī)律，整體處治措施依照可持續(xù)發(fā)展的原則。

對于山區(qū)公路沿河路段來說，這種特殊的地理環(huán)境決定了其必然難以隔離公路與水的關(guān)系，所以必須要慎重、合理地應(yīng)對水帶來的各種不利影響。具體來說就是總結(jié)和掌握山區(qū)河流的相關(guān)特性，了解山區(qū)雨水對河岸、路基的破壞規(guī)律，并明確水在路基失穩(wěn)過程中的作用方式，從而針對性地做好防護(hù)和治理。

比如，處治河流對路基邊坡的沖刷侵蝕時(shí)，不僅要防治水流對邊坡的沖刷，還應(yīng)防治河流頂沖支擋工程時(shí)形成的“下降水流”對基礎(chǔ)的淘蝕；又如，處治地下水變化引起的滲透變形時(shí)，不僅需要防治河流水位上升時(shí)引起的水分由河道向路基內(nèi)側(cè)滲流的情況，還需要防治河流水位驟降時(shí)引起的水分由路基內(nèi)側(cè)向河道滲流的情況。

在沿河公路路基災(zāi)害防治時(shí)，應(yīng)保證合理且有效的設(shè)計(jì)方案，并且務(wù)必要杜絕各種施工問題造成的安全隱患。對于設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方案中不僅要考慮“堵”，同時(shí)也需要考慮“疏”，即防治措施因地制宜、防治結(jié)合；對于施工，其所用的各種材料務(wù)必要確保質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使用的施工技術(shù)必須要符合實(shí)際施工需求，并采用標(biāo)準(zhǔn)施工工法。另外，對路基務(wù)必要做好養(yǎng)護(hù)作業(yè)，并保證路段具有良好的排水性。

3.2 沿河路基設(shè)計(jì)方案

對于沿河路基設(shè)計(jì)，即防止水對路基產(chǎn)生不利影響的設(shè)計(jì)。按照處治設(shè)計(jì)方案的作用，一般可分為兩種形式：直接防護(hù)、間接防護(hù)，有時(shí)也會根據(jù)現(xiàn)場特點(diǎn)兩者混合使用。

3.2.1 直接防護(hù)

在直接防治河流沖刷路基邊坡時(shí)，選用合適防水材料直接覆蓋在路基邊坡上，以此來增強(qiáng)路基抵抗水流侵蝕的能力。當(dāng)河流流量小或者水位低時(shí)，常采用植被護(hù)坡、拋石護(hù)坡以及混凝土護(hù)腳；當(dāng)河流流量大或者水位高時(shí)，常采用鋪砌護(hù)坡和修筑擋土墻等方式，若水流下切明顯，還可結(jié)合防沖墻及護(hù)坦進(jìn)行處治。

在直接防治地下水位變化引起的路基內(nèi)滲流時(shí)，主要采用阻斷滲透水來源的方式，即切斷地基透水層，從而解決滲流影響。當(dāng)需要防治河道水分向路基內(nèi)側(cè)滲流時(shí)，常在上游修筑混凝土防滲墻；當(dāng)需要防治路基土體內(nèi)正常含水向河道滲流時(shí)，一般使用防沖墻及防滲土工布聯(lián)合處治。

3.2.2 間接防護(hù)

在間接防治河流沖刷路基邊坡時(shí)，通過改變水流性質(zhì)、減輕水流對路基的作用，來達(dá)到保護(hù)路基邊坡的效果。常采用丁壩或丁壩群的方式。

在間接防治地下水位變化引起的路基內(nèi)滲流時(shí)，主要采用減弱滲透水的動水壓力的方式，即保護(hù)路基細(xì)粒填料不被滲透水帶走。常采用的方式為：在滲流溢出部位鋪設(shè)滿足要求的反濾層，反濾層一般為級配均勻的砂礫石。

4 結(jié) 語

綜上所述，山區(qū)公路沿河路段有其固有的特殊性，所以在設(shè)計(jì)過程中務(wù)必要慎重分析其穩(wěn)定性并針對性地設(shè)計(jì)處治方案。在做好路基邊坡防護(hù)的同時(shí)加強(qiáng)防滲、排水的設(shè)計(jì)，同時(shí)運(yùn)用多種方式展開防護(hù)。只有這樣，才能最有效地保護(hù)公路路基不受損壞，保障公路的運(yùn)營安全。

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