甘肅省南部地區(qū)公路水毀成因分析及處治措施

尚高鵬，祁璐帆，劉穎才，周 煒，趙 軍

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

2020年8月以來，甘肅省南部地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣過程，短期內(nèi)連續(xù)暴雨頻度高、強度大、涉及范圍廣、持續(xù)時間長、累計降水量大，降雨頻次和強度罕見。宕昌、徽縣、兩當(dāng)縣降雨重現(xiàn)期達(dá)到50年一遇，舟曲縣達(dá)到70年一遇，文縣、武都區(qū)、康縣暴雨重現(xiàn)期達(dá)到100年一遇。文縣口頭壩鎮(zhèn)、碧口鎮(zhèn)日最大降水量分別達(dá)到188.4 mm、146.1 mm。

特大暴雨引發(fā)白龍江、白水江、岷江、洋湯河、馬蓮河等河流洪水暴漲，山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重，有的地段山洪引發(fā)泥石流淹沒公路、堵塞河道，形成堰塞湖并淹沒村莊，洪水沖毀公路，造成交通中斷。

強降雨持續(xù)時間長、連續(xù)疊加，致使隴南境內(nèi)G 212線嶺峰至罐子溝段、G247線東峪口至青龍橋段、G567線西和至成縣小川段、S206線大姚路等多條公路災(zāi)情嚴(yán)重。造成臨河路段路基防排水設(shè)施垮塌、路基缺口、路面沉陷、滑坡等水毀病害，橋涵防護構(gòu)造物、邊坡防護及交通安全設(shè)施受到不同程度損壞，部分路段一度交通中斷或被洪水淹沒，嚴(yán)重影響道路的通行及人員安全。

2 區(qū)域自然環(huán)境條件分析

甘肅南部地處中國大陸二級階梯向三級階梯的過渡地帶，位于秦巴山區(qū)、青藏高原、黃土高原三大地形交匯區(qū)域，西部向青藏高原北側(cè)邊緣過渡，北部向隴中黃土高原過渡，東部與西秦嶺和漢中盆地連接，南部向四川盆地過渡，整個地形西北高東南低。西秦嶺和岷山兩大山系分別從東西兩方伸入全境，境內(nèi)形成了高山峻嶺與峽谷盆地相間的復(fù)雜地形。甘肅南部地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造活動復(fù)雜，不僅是地震高烈度區(qū)，也是地質(zhì)災(zāi)害的易高發(fā)區(qū)。

受境內(nèi)高山深谷地形條件的影響，在氣候上有明顯的區(qū)域特征，在分布上分為北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶三大類型，氣溫、降水、溫度、風(fēng)以及氣象災(zāi)害等都有明顯的季節(jié)變化和地域差異。

區(qū)域地形地質(zhì)條件復(fù)雜、降水量分布不均，導(dǎo)致各類自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其進(jìn)入雨季之后，常出現(xiàn)山洪暴發(fā)，伴隨地質(zhì)災(zāi)害，對境內(nèi)公路和橋梁構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。根據(jù)降雨強度、河流及溝道暴洪、地質(zhì)災(zāi)害及災(zāi)害損失情況，將災(zāi)害范圍劃分為重度區(qū)、中度區(qū)和一般區(qū)3個災(zāi)害等級。重度區(qū)：暴雨強度達(dá)70～100年一遇，河流、溝道暴發(fā)洪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害集中群發(fā)，造成基礎(chǔ)設(shè)施毀損嚴(yán)重的縣（區(qū)）作為重度區(qū)。中度區(qū)：暴雨強度50年一遇以上，山洪暴發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)，造成基礎(chǔ)設(shè)施損毀較重的縣（區(qū)）作為中度區(qū)。一般區(qū)：暴雨強度小于50年一遇，部分區(qū)域發(fā)生山洪、地質(zhì)災(zāi)害，造成部分基礎(chǔ)設(shè)施毀損的縣（區(qū)）作為一般區(qū)。圖1為甘肅省南部地區(qū)暴洪泥石流災(zāi)害區(qū)域劃分。

圖1 甘肅省南部地區(qū)暴洪泥石流災(zāi)害區(qū)域

3 常見水毀類型

經(jīng)調(diào)查，甘肅省南部地區(qū)公路水毀常見類型如下。

3.1 路基路面水毀

沿河路段防護設(shè)施受水流沖刷影響，基礎(chǔ)掏空、路基水毀（如圖2所示）。暴雨山洪、河流沖刷引起路基滑移、沉陷、垮塌。水流沖刷引起土質(zhì)邊坡虧坡、坍塌，石質(zhì)邊坡開裂、落石等。邊溝、排水溝、截水溝、急流槽等排水設(shè)施淤埋、破損、斷裂。路基高度較低路段洪水淹沒路面、落石損毀路面、路基水毀或變形引起路面破壞等。

圖2 沿河路基水毀

3.2 橋梁涵洞水毀

洪水、泥石流引起橋梁垮塌。由于坡面落石或路基土體的擠壓等，導(dǎo)致梁板移位、破損、開裂。橋梁墩柱受到洪水、泥石流、漂浮物的撞擊，導(dǎo)致橋梁墩臺破損、開裂。橋梁錐坡、防護等附屬設(shè)施受洪水沖刷發(fā)生水毀（如圖3所示）。橋梁墩臺基礎(chǔ)受洪水沖刷外露。洪水造成橋下堵塞、淤積，涵洞整體沉降、倒塌、基礎(chǔ)掏空、急流槽損壞或斷裂，八字墻沉降或開裂，涵洞淤塞、排水不暢等。

圖3 橋梁錐坡水毀

3.3 隧道洞口水毀

隧道洞口側(cè)仰坡地表開裂、失穩(wěn)滑塌，洞口落石，截水溝開裂、淤塞、坍塌；洞頂排水溝淤塞、開裂，洞門墻開裂、垮塌、失穩(wěn)、裝飾脫落、墻體滲漏水，洞門墻、擋土墻基礎(chǔ)掏空；路面積水、淤積，標(biāo)線及涂裝臟污、破損。

4 水毀成因分析

影響甘肅省南部地區(qū)公路及其構(gòu)筑物發(fā)生水毀的因素較多。經(jīng)調(diào)查總結(jié)，主要因素有自然環(huán)境惡劣、人類活動影響和公路局部路段承災(zāi)能力不足3個方面。

4.1 自然環(huán)境惡劣

甘肅南部區(qū)域山高谷深，溝壑縱橫，地形陡峻，巖石破碎，地震多發(fā)，降雨集中。陡峻的地形為暴洪、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了發(fā)育場所，地表形態(tài)破碎松散的山體巖石為暴洪、地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了豐富的物源。這些因素為暴洪、地質(zhì)災(zāi)害的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，導(dǎo)致該區(qū)域成為甘肅省暴洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)易發(fā)區(qū)。

4.2 人類活動影響

人類活動對河道、溝谷等自然環(huán)境產(chǎn)生不利影響。受地形地貌限制，甘肅省南部片區(qū)宜耕、宜居的土地多在江河、溝谷和低洼地帶，人多地少現(xiàn)象突出，存在人與河流爭地、大量農(nóng)田和建筑物等設(shè)施擠占河道、不規(guī)范采沙活動等現(xiàn)象，導(dǎo)致河流過水?dāng)嗝鏈p小，排洪能力減弱，造成河道狹窄，水流紊亂，行洪不暢。一旦發(fā)生洪水，沿江沿河的道路和農(nóng)田容易受災(zāi)。

4.3 公路局部路段承災(zāi)能力不足

局部路段承災(zāi)抗災(zāi)能力弱。2020年“8·12”暴洪泥石流災(zāi)害調(diào)查結(jié)果表明，甘肅省南部片區(qū)的高速公路水毀災(zāi)害輕微，國省干線公路水毀災(zāi)害較大，縣鄉(xiāng)道路和農(nóng)村公路受災(zāi)嚴(yán)重。近年來，通過改造提升的路段，道路的抗災(zāi)承災(zāi)能力明顯高于原有路段。甘肅省南部片區(qū)公路以G 212線為代表，受歷史原因、技術(shù)水平、工程投資等因素影響，沿江沿河道路洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低、防護工程薄弱，經(jīng)常出現(xiàn)路基沖毀、淹沒道路等現(xiàn)象[1]。地形地質(zhì)復(fù)雜路段易受落石、滑坡、泥石流等災(zāi)害影響。個別建設(shè)年代久遠(yuǎn)的橋梁、涵洞，荷載等級低，跨徑小，泄洪能力不足，容易造成橋頭引道、橋梁、涵洞水毀。大多受災(zāi)路段只能進(jìn)行局部工點的恢復(fù)重建工程，缺乏大范圍改線的客觀條件，因此難以徹底根治水毀威脅。

5 處治措施

5.1 水毀處治原則

公路水毀重建方案的選擇，應(yīng)在調(diào)查沿線公路水毀災(zāi)害、搜集氣候、水文和地震烈度等資料的基礎(chǔ)上，通過加強工程地質(zhì)調(diào)查與勘察、地形地物測繪、工程類比等手段確定[2]。對喪失承載能力、無修復(fù)利用價值的橋梁、損毀的沿河支擋防護工程，應(yīng)及時拆除。防止壓縮泄洪斷面，對河道下游橋梁等構(gòu)造物產(chǎn)生不利影響。對橋涵等構(gòu)造物進(jìn)行修復(fù)時，應(yīng)滿足其泄洪及抗沖刷能力。河床比降大、水流湍急、河道彎曲等易于沖刷的河段，適當(dāng)提高設(shè)計洪水頻率。為穩(wěn)定河岸、改善水流流態(tài)、減輕水流沖刷、保障橋梁等構(gòu)造物結(jié)構(gòu)安全，沿河可設(shè)置導(dǎo)流堤、順壩等調(diào)治構(gòu)造物，不宜設(shè)置丁壩、挑壩。

5.2 路基水毀處治措施

對于路基滑移，根據(jù)具體情況選用抗滑擋土墻、反壓護道、抗滑樁或抗滑樁板墻等措施進(jìn)行支擋加固處理，通過增設(shè)必要的疏排地表水、地下水等措施提高路基抗災(zāi)能力。對于因缺少支擋防護設(shè)施導(dǎo)致的路基垮塌，增設(shè)相應(yīng)的支擋防護工程[3]（如圖4所示）。對原有防護設(shè)施結(jié)構(gòu)薄弱、基礎(chǔ)埋置深度較淺路段，應(yīng)通過現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合水文計算，加強基礎(chǔ)埋置深度，河彎路段宜適當(dāng)增加安全值。

圖4 仰斜式路肩墻示意圖

根據(jù)地形、地質(zhì)、巖土體特性，對于易沖蝕和坍塌的土石挖方邊坡可采用內(nèi)護墻、護面墻、混凝土框格梁等防護措施，并完善坡面防排水設(shè)施[4]。對于邊坡土體含水量較高、坡面較緩、且易發(fā)生溜滑的路段，可采用坡腳設(shè)置石籠式擋土墻等柔性防護。對風(fēng)化嚴(yán)重的石質(zhì)邊坡，應(yīng)通過清理危石、設(shè)置攔渣墻、防護網(wǎng)等措施治理。對于邊坡較陡的路段，可采取放緩、補虧邊坡等治理措施，增強路基邊坡穩(wěn)定性。

路基支擋防護工程宜采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。對于損壞的支擋防護工程，宜參照原有結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計，并做好與既有防護設(shè)施的銜接處理。對于沖刷嚴(yán)重、影響結(jié)構(gòu)安全和路基穩(wěn)定的支擋防護設(shè)施，為減小河床沖刷、防止基礎(chǔ)外露，可設(shè)置石籠、護裙、護坦等進(jìn)行加固處理。

對邊溝、排水溝、急流槽等排水設(shè)施掩埋、破損、斷裂的，應(yīng)分類型進(jìn)行修復(fù)。全面核查邊溝、排水溝、截水溝、急流槽等排水設(shè)施的使用功能，完善必要的防排水系統(tǒng)。因路基垮塌、邊坡滑塌等造成的排水設(shè)施損壞，應(yīng)結(jié)合地形、地貌和路基修復(fù)重新設(shè)計。

5.3 橋梁涵洞水毀處治措施

對損毀橋梁進(jìn)行重建時，應(yīng)結(jié)合地區(qū)規(guī)劃以及道路使用功能合理確定重建方案，新建橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)宜按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。同時，對無利用價值的結(jié)構(gòu)工程，應(yīng)全部清除、清理并恢復(fù)河道原貌。對于損壞的橋臺錐坡應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)（如圖5所示），錐坡宜采用混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度通過沖刷計算確定[5]。錐坡填料應(yīng)采用砂礫土夯填密實。錐坡基礎(chǔ)受水流沖刷影響嚴(yán)重時，可增設(shè)石籠等防護措施。

圖5 橋臺錐坡防護示意圖

水流沖刷引起的橋梁樁基外露，需驗算樁基承載力。如樁基承載力不滿足要求，可采取補強措施提高樁基承載力。樁基承載力滿足要求時，可采用聚合物砂漿、補強鋼筋等措施修復(fù)外露破損樁基，防止樁基繼續(xù)被河流沖刷和漂浮物撞擊，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

對于河床縱坡較大，沖刷嚴(yán)重的中小橋，可通過對主河槽鋪砌硬化等措施，改善水流對樁柱的沖刷影響。對于局部沖刷較大的樁基，可在樁基迎水面設(shè)置混凝土減沖設(shè)施。為防止洪水、泥石流及夾雜的漂浮物等撞擊橋墩、樁基，可增設(shè)鋼護筒等防撞設(shè)施。橋梁墩臺擴大基礎(chǔ)由于水毀導(dǎo)致基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重、出現(xiàn)脫空現(xiàn)象時，可采用低標(biāo)號混凝土回填、增設(shè)河床鋪砌等措施。

對于重建涵洞，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、水文等因素合理確定涵洞的位置和結(jié)構(gòu)形式。對涵洞主體及其附屬結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的部位應(yīng)加強修復(fù)，并完善相應(yīng)的防護及防排水設(shè)施。對部分出現(xiàn)臺身裂縫等病害的蓋板涵、拱涵，當(dāng)施工條件受限、且不能中斷交通的路段，在泄洪斷面滿足要求的前提下，可采取在既有涵洞內(nèi)套裝混凝土箱涵、鋼波紋管涵等處治措施，對空隙部分采用混凝土進(jìn)行填充。對因水毀引起的涵洞堵塞，應(yīng)及時進(jìn)行清淤。

5.4 隧道口水毀處治措施

對于隧道口排水系統(tǒng)，應(yīng)及時清淤，同時設(shè)置封溝屏、防護網(wǎng)、截水墻等設(shè)施。對于側(cè)仰坡，應(yīng)清理危巖和滑塌土石方，設(shè)置主、被動防護網(wǎng)[6]。對于受水浸泡路面，應(yīng)清理路面淤泥，修補標(biāo)線。

6 結(jié)論

（1）分析了甘肅省南部地區(qū)地形、地質(zhì)、氣候特點，根據(jù)受災(zāi)程度，將受災(zāi)區(qū)域具體劃分為重度區(qū)、中度區(qū)、一般區(qū)。

（2）經(jīng)實地調(diào)查，公路水毀病害類型主要有路基路面水毀病害、橋梁涵洞水毀病害以及隧道口水毀病害三類。

（3）經(jīng)調(diào)查、總結(jié)，影響甘肅省南部地區(qū)公路及其構(gòu)筑物發(fā)生水毀的因素主要有自然環(huán)境惡劣、人類活動影響和公路局部路段承災(zāi)能力不足三個方面。

（4）總結(jié)了水毀病害處治時的方案擬定原則以及針對不同水毀類型的具體處治措施。