基于山區(qū)公路水毀病害的公路設(shè)計(jì)方案探討

■張發(fā)源

（南平通輝工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，南平 354301）

相較于平原地區(qū)，山區(qū)地質(zhì)地貌獨(dú)特性較為明顯，山區(qū)暴雨及其引發(fā)的洪水問題，極易對(duì)山區(qū)公路造成嚴(yán)重水毀壞，從而帶來生命財(cái)產(chǎn)損失，引發(fā)不良的社會(huì)影響。 山區(qū)公路水毀病害給使用者和管理者都帶來了巨大挑戰(zhàn)，已成為了亟待解決的重要安全性問題。 針對(duì)山區(qū)公路水毀病害防治的研究，也得到了越來越多的關(guān)注。 藍(lán)燕金等[1]著眼于公路邊坡水毀病害問題， 在調(diào)研農(nóng)村公路邊坡水毀病害有關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上， 建立了一種依托于灰色定權(quán)聚類模型理論的水毀病害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)體系，將病害劃分為4 個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)；羅文功等[2]調(diào)研孜河段公路18 個(gè)水毀病害點(diǎn)， 總結(jié)了病害分布特征，對(duì)水毀病害產(chǎn)生的原因展開分析，優(yōu)化相關(guān)防護(hù)工程的設(shè)計(jì)方案， 結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)工程的防護(hù)效果良好；王磊等[3]分析山西黃土區(qū)多條高等級(jí)公路和橋梁的水毀病害特征， 結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地貌和水文氣候，同時(shí)考慮了設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)因素，對(duì)病害產(chǎn)生演變規(guī)律進(jìn)行探討，提出了針對(duì)性的技術(shù)指導(dǎo)方案；周福川等[4]對(duì)公路水毀病害產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失估算方法展開研究，將水毀病害類型概括為4 類，簡(jiǎn)化間接損失計(jì)算方案，整合直接和間接損失搭建了經(jīng)濟(jì)損失估算模型， 并在S417 水毀病害修復(fù)工程應(yīng)用中驗(yàn)證了其有效性；金佳旭等[5]依托Fr 相似準(zhǔn)則，建立有限元數(shù)值模型，研究路橋結(jié)合處水毀破壞規(guī)律，分析防護(hù)措施設(shè)立、水流夾角和坡比等因素對(duì)水毀病害程度的影響，并基于模擬結(jié)果提出了圍堰和注漿等水毀病害防治措施；陳洪凱等[6]提出了一種錨拉框架結(jié)構(gòu)加固方法用以處治公路路基水毀病害，應(yīng)用極限平衡和超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，并在工程應(yīng)用中論證了其可行性；尹超等[7]以坡度和相對(duì)高差指標(biāo)將山區(qū)公路和平原區(qū)公路進(jìn)行劃分， 利用ArcGIS軟件，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模糊綜合評(píng)價(jià)方案搭建評(píng)價(jià)模型，對(duì)山區(qū)公路水毀災(zāi)害綜合危險(xiǎn)度值進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

綜上所述，現(xiàn)階段針對(duì)公路水毀病害危險(xiǎn)等級(jí)劃分、成因分析、處治方案及損失估算方面已有一定研究成果，但在具體的山區(qū)公路水損病害分析及其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究方面仍有研究空白待補(bǔ)充。因此，本文基于福建省內(nèi)多條山區(qū)公路水毀病害特征展開探討，分析水毀病害產(chǎn)生原因并提出病害隱患消除的主要思路， 依托武夷山市縣道X866 水毀修復(fù)工程設(shè)計(jì)實(shí)例， 對(duì)比兩種不同設(shè)計(jì)方案的特征，確定最佳實(shí)施方案，并總結(jié)山區(qū)公路預(yù)防水毀病害設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1 山區(qū)公路水毀病害特征分析

山區(qū)暴雨常發(fā)生于夏季7-8 月份，往往具備覆蓋面積大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、短時(shí)強(qiáng)度高的特征。 加上部分山區(qū)地質(zhì)地貌環(huán)境復(fù)雜、 綠化植被覆蓋面積小，更加劇了泥石流和洪水發(fā)生的可能性。 山區(qū)洪水瞬時(shí)水速快、匯水面積廣、沖刷深度大、過水面積窄，有著很強(qiáng)的破壞性，其破壞作用甚至超過現(xiàn)有山區(qū)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 在洪水浸泡和降雨沖刷的雙重作用下，容易引起山體滑坡垮塌、擋墻開裂損毀、防護(hù)措施坍塌、邊坡沖毀、路基沉陷垮塌及橋梁涵洞垮塌等水毀病害。 此外，山區(qū)河道阻塞等問題更是在一定程度上引起災(zāi)害損失的擴(kuò)大。

本文基于福建省內(nèi)多條山區(qū)公路水毀病害特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將災(zāi)害類別進(jìn)行細(xì)致分類， 如圖1 所示。 對(duì)不同的水毀病害類別進(jìn)行分類匯總統(tǒng)計(jì)，如圖2 所示。 可以發(fā)現(xiàn)，山區(qū)公路水毀病害表現(xiàn)最多的為路基及邊坡毀壞，占比達(dá)52.11%，超過一半以上；其次是支擋防護(hù)毀壞，占比為20.35%，路塹上邊坡滑坡病害，占比為14.89%；三者之和占全部水毀病害類別的87.35%。

圖1 水毀病害類別劃分

圖2 水毀病害分類匯總統(tǒng)計(jì)

2 病害原因及防治思路分析

2.1 水毀病害產(chǎn)生原因

引起山區(qū)公路水毀病害的根本原因在于降雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)并且覆蓋面積廣，達(dá)到了山區(qū)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以上。 現(xiàn)行行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)二級(jí)路基公路橋涵的設(shè)計(jì)洪水頻率為1/50，三級(jí)路基公路橋涵則是1/25，四級(jí)公路小橋?yàn)?/25，對(duì)路基和涵洞則無明確要求。 當(dāng)偶遇超標(biāo)洪水時(shí)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建造的山區(qū)公路則會(huì)表現(xiàn)為抗暴雨沖刷能力偏低、抗洪水通行能力不足，具體體現(xiàn)為橋梁涵洞洪水通行量偏低、路基防護(hù)能力不足、沿河路段地勢(shì)低易損毀及早期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低4 個(gè)方面。除此以外，河道淤泥淤積導(dǎo)致洪水通行能力不足、 公路缺少過水構(gòu)造物及支擋結(jié)構(gòu)抗沖刷能力不足等因素也是導(dǎo)致山區(qū)公路產(chǎn)生水毀病害的客觀原因。

2.2 病害防治思路分析

基于山區(qū)公路水毀病害發(fā)生的特征，相關(guān)公路建設(shè)過程中應(yīng)從早期的選址、中期的設(shè)計(jì)及后期的施工和養(yǎng)護(hù)等多個(gè)方向進(jìn)行考慮，盡可能有效地降低水毀病害發(fā)生的可能性。 針對(duì)部分重要的山區(qū)通鄉(xiāng)及干線公路，更要在方案設(shè)計(jì)之初適當(dāng)提高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及公路等級(jí)。 在規(guī)劃角度上則要做好銜接性考慮，除了與山區(qū)農(nóng)村路網(wǎng)規(guī)劃、干線公路網(wǎng)總體規(guī)劃做好銜接外， 也要統(tǒng)籌做好防洪總體規(guī)劃銜接。應(yīng)對(duì)往年山區(qū)雨洪發(fā)生相關(guān)記錄做好調(diào)研，針對(duì)滯洪多發(fā)地帶做好有關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃并提升建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，具體防治思路如下：（1）山區(qū)低等級(jí)公路可根據(jù)實(shí)際客觀情況設(shè)置過水路面或漫水橋，該方案投資相對(duì)較低，不會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間的交通中斷，在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上有著明顯優(yōu)勢(shì)；（2）采用常規(guī)或較低的山區(qū)農(nóng)村路網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，如遇公路水毀災(zāi)害發(fā)生，易產(chǎn)生大規(guī)模災(zāi)害損失，部分偏遠(yuǎn)村落失聯(lián)，因此需要提高山區(qū)農(nóng)村路網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，保障生命通道暢通；（3）部分干線公路橋梁發(fā)生水毀病害后會(huì)形成交通中斷的關(guān)鍵性點(diǎn)位，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，提高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及公路設(shè)計(jì)洪水頻率；（4）山區(qū)高等級(jí)公路還肩負(fù)著生命救援通道的責(zé)任，應(yīng)在設(shè)計(jì)之初貫徹“多連點(diǎn)，多出口”的設(shè)計(jì)思路。

3 水毀修復(fù)工程設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程背景

在連日暴雨作用下， 武夷山市縣道X866 臨武線小寺至李岳段K87+738.0～K87+878.0 段（對(duì)應(yīng)原省道205 線吳屯至武夷山市區(qū)K13+080～K13+220路段）片石混凝土擋土墻崩塌，縣道X866 吳屯至武夷山市區(qū)交通中斷， 其縱斷面示意圖如圖3 所示，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖如圖4 所示。 原道路設(shè)計(jì)為半填半挖路段，左側(cè)為挖方邊坡，右側(cè)為填方邊坡（設(shè)置衡重式路肩墻）；從縱斷面看，本段位于凹曲線路段，最低處為運(yùn)營(yíng)樁號(hào)K87+798 （對(duì)應(yīng)施工樁號(hào)K13+140.000），設(shè)置有1-3 m×2.5 m 蓋板涵（已毀）。

圖3 水毀病害縱斷面圖

圖4 水毀病害實(shí)景圖

武夷山市縣道X866 臨武線原道路設(shè)計(jì)為二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)， 設(shè)計(jì)行車速度為40 km/h， 路基寬度為8.5 m（0.75 m+3.5 m×2+0.75 m），路基、橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率為50 年一遇，涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為25 年一遇。 沿線地貌上屬閩北低山丘陵地形區(qū)，地貌形態(tài)基本類型為低山丘陵地貌、沖洪積溝谷。 路線地形起伏較大，沿線丘頂渾圓、條帶狀，斜坡坡度較緩，一般為15°～25°，局部可達(dá)35°。

項(xiàng)目段路基為半填半挖路基，右側(cè)為人工開挖形成的邊坡，邊坡為巖質(zhì)邊坡，邊坡裂隙密集發(fā)育、坡面存在順傾向節(jié)理發(fā)育，在公路運(yùn)營(yíng)中，本段挖方邊坡常發(fā)現(xiàn)有落石， 局部楔形破壞等病害存在；路基左側(cè)填方邊坡發(fā)現(xiàn)人工堆積松散土體，不宜作為擋墻基礎(chǔ)。

3.2 修復(fù)方案

經(jīng)工程人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘測(cè)量，確定了以下2 種方案：（1）K12+945 處1-φ1.5 m 鋼筋混凝土圓管涵進(jìn)行進(jìn)口改造，增強(qiáng)排水能力，使得排水順暢；K13+080～K13+220 段擋土墻進(jìn)行重新澆筑C20片石混凝土擋土墻；K12+845 處新建2-4 m×2.5 m鋼筋混凝土蓋板涵，K13+140 處新建1-3 m×2.5 m鋼筋混凝土蓋板涵。 （2）在樁號(hào)K13+154.000 處新建一座4×25 m 預(yù)應(yīng)力T 梁， 同時(shí)對(duì)橋頭兩端道路進(jìn)行改造處理，橋梁縱坡為-0.54%；K12+945 處1-φ1.5 m 鋼筋混凝土圓管涵進(jìn)行進(jìn)口改造以增強(qiáng)排水能力；K12+845 處新建2-4 m×2.5 m 鋼筋混凝土蓋板涵。

對(duì)上述2 種方案的工程數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。綜合考慮對(duì)比工期、造價(jià)及施工難度等因素，最終選擇方案（1）進(jìn)行實(shí)施。

表1 2 種修復(fù)方案工程數(shù)量對(duì)比

4 防洪設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

防洪設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）在河道轉(zhuǎn)彎點(diǎn)密集、涉及到有滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生隱患的沿河公路段，應(yīng)在山區(qū)公路升級(jí)改造時(shí)進(jìn)行規(guī)避；（2）設(shè)置的滿水路段應(yīng)盡可能抬升路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，優(yōu)化縱斷面設(shè)計(jì)方案；（3）加強(qiáng)河道行洪能力計(jì)算，保障橋頭及橋涵防護(hù)埋置深度及形式設(shè)計(jì)滿足要求；（4）對(duì)現(xiàn)有易遭水毀路段優(yōu)化排水及防護(hù)設(shè)施設(shè)置；（5）部分設(shè)有水泥混凝土護(hù)欄的公路路側(cè)，應(yīng)予以改造增加排水孔和泄水槽，以增強(qiáng)集中排水能力；（6）針對(duì)高填方的山區(qū)公路段增設(shè)排水設(shè)施， 以減少坡面充刷；（7）支擋構(gòu)筑物應(yīng)優(yōu)先選擇水泥混凝土材料，可考慮采用設(shè)置石籠等方案以保障基礎(chǔ)抗沖刷能力；（8）對(duì)易發(fā)生滑坡病害的路基上方設(shè)置坡頂截水溝，同時(shí)對(duì)必要路段進(jìn)行削坡卸載。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在探討福建省內(nèi)多條山區(qū)公路水毀病害特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)者視角出發(fā)分析了水毀病害產(chǎn)生原因，提出了病害隱患防治的主要思路， 并總結(jié)了山區(qū)公路預(yù)防水毀病害設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。部分項(xiàng)目在實(shí)施過程中， 除了考慮技術(shù)方面原因外，還須統(tǒng)籌地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、投入資金、路網(wǎng)規(guī)劃等因素，但總體依然是圍繞“防、排水”的中心點(diǎn)。 以上論述內(nèi)容可為業(yè)內(nèi)人員針對(duì)山區(qū)公路水毀病害的防治提供一定借鑒。