庫區(qū)公路病害成因及防治措施研究

張 波，李 洋，宋 超

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

我國水能資源豐富，在“碳中和”目標(biāo)推動(dòng)下，水力發(fā)電作為技術(shù)成熟、發(fā)電量大、發(fā)電成本低的清潔能源，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ磥韼啄辏S著國家節(jié)能減排力度不斷加強(qiáng)，水力發(fā)電占全國發(fā)電量的比重將會(huì)持續(xù)提升，隨之而來的是大量水電站的開發(fā)建設(shè)，而水電項(xiàng)目的持續(xù)開展，又將帶動(dòng)大規(guī)模的庫區(qū)公路建設(shè)。

庫區(qū)公路主要包括庫區(qū)淹沒復(fù)建公路以及位于庫區(qū)范圍的水電站進(jìn)場公路、場內(nèi)公路。受庫區(qū)蓄水影響，庫區(qū)公路較一般公路更易出現(xiàn)病害，修復(fù)也更加困難，因此研究庫區(qū)公路病害成因及防治措施對(duì)指導(dǎo)庫區(qū)公路建設(shè)具有重大實(shí)際意義。

本文結(jié)合西藏某水電站庫區(qū)公路病害調(diào)查情況，對(duì)庫區(qū)公路病害成因進(jìn)行分析并提出處理及預(yù)防措施，可為庫區(qū)公路的勘察設(shè)計(jì)、施工提供借鑒和參考。

1 庫區(qū)公路常見病害及原因分析

水力發(fā)電工程一般位于地形地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，受庫岸地形地質(zhì)條件、樞紐工程布置、庫區(qū)蓄水等因素影響，庫區(qū)公路多具有路線走廊帶單一，邊坡開挖高、蓄水后路基及支擋結(jié)構(gòu)浸水易失穩(wěn)等特點(diǎn)。通過對(duì)西藏某水電站庫區(qū)公路在水庫蓄水后的病害調(diào)查顯示，庫區(qū)公路常見的病害主要有庫區(qū)塌岸、路基滑塌、路基沉降、擋土墻傾覆變形及損毀、挖方邊坡滑塌。

1.1 庫區(qū)塌岸

庫區(qū)塌岸是指水庫蓄水后，土質(zhì)或軟巖岸坡因庫水作用發(fā)生坍塌破壞的現(xiàn)象。受水庫水位頻繁反復(fù)升降引起的干濕交替作用、庫水浸泡、風(fēng)浪侵蝕、水流淘蝕及強(qiáng)降雨等作用綜合影響，水庫水位以下土質(zhì)岸坡會(huì)發(fā)生軟化、崩解以至坍滑，強(qiáng)風(fēng)化軟巖則發(fā)生軟化、崩解、掏空及剝蝕，岸坡土體或巖體因失去下部支撐而塌落，岸線隨之發(fā)生后移。若路線布置在塌岸影響區(qū)內(nèi)，路基或擋墻基底土體因水庫邊岸再造而發(fā)生塌落，路基和擋墻因失去底部土體支撐而發(fā)生塌方和垮塌，路基將發(fā)生失穩(wěn)破壞，如圖1所示。

圖1 庫區(qū)塌岸

1.2 路基滑塌

庫區(qū)公路路基滑塌分為坍塌和滑坡兩種類型，主要由水的破壞、地質(zhì)條件不良及施工不當(dāng)造成。路基滑塌具體成因有以下幾個(gè)方面：

（1）庫區(qū)公路由于受水庫水位及地形限制而多沿庫岸展線，內(nèi)側(cè)傍山、外側(cè)臨庫，路基多選擇半填半挖或全填方形式。若臨水路基填方邊坡未施做防護(hù)措施或防護(hù)方案不合理，在周期性水流沖刷作用下，其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度不能抵抗洪水的破壞作用，路基底部受到洪水沖刷掏蝕，邊坡中的土體、碎石顆粒被洪水帶走后導(dǎo)致路基出現(xiàn)坍塌[1]。

（2）庫區(qū)公路浸水擋墻或護(hù)坡等防護(hù)支擋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋置深度若不滿足抗洪防沖刷深度要求或無防沖刷加固措施，擋墻或護(hù)坡基礎(chǔ)底部土體受洪水沖刷掏蝕后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損毀，路基出現(xiàn)坍塌[2]，如圖2所示。

圖2 洪水沖刷破壞

（3）路基坐落在滑坡體、堆積體、人工填土等不良地質(zhì)體上，存在先天缺陷。受到汛期降雨、庫水浸泡及淘刷作用時(shí)，坡體物理力學(xué)參數(shù)降低，公路路基整體產(chǎn)生向庫內(nèi)的塌滑變形，并于公路外側(cè)形成錯(cuò)臺(tái)及局部小范圍拉裂縫。

（4）陡坡薄貼路基段，施工中路基碾壓不到位，容易出現(xiàn)壓實(shí)度不足，若未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行挖臺(tái)階處理，路基填土極易沿著填方交界面溜滑，導(dǎo)致路基出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。

1.3 路基沉降

路基沉降是指路基整體或局部發(fā)生不均勻下沉，進(jìn)而使路面出現(xiàn)斷裂或下陷的現(xiàn)象。庫區(qū)公路路基局部沉降主要發(fā)生在填方路段和半填半挖路段填方側(cè)，沉降原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)人員未針對(duì)庫區(qū)填方路基特點(diǎn)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，僅按照常規(guī)路基進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)浸水路堤未進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算或未采用防護(hù)措施，當(dāng)庫區(qū)水位較高時(shí)，路基土體受庫水浸泡，力學(xué)參數(shù)降低，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致邊坡發(fā)生沉降。

（2）路基填筑時(shí)，路基底部軟弱土層清除不徹底，填方土體壓實(shí)不充分，導(dǎo)致路基隨時(shí)間推移發(fā)生自然固結(jié)沉降。

（3）路基填筑于未經(jīng)處理的飽水軟弱土層上，因軟土地基存在含水量高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低、不易壓實(shí)等缺陷，公路路基若填筑于軟土層上極易發(fā)生沉降。

（4）路基填筑時(shí)，路基范圍的地下水未做降水處理，地下水滲入路基填料中，使得填料含水量增加、空隙加大、強(qiáng)度降低，運(yùn)營過程中極易出現(xiàn)路基沉降問題。

1.4 擋土墻傾覆變形及損毀

導(dǎo)致?lián)跬翂A覆變形及損毀的主要原因有：

（1）擋墻基礎(chǔ)置于覆蓋層上，地基承載力不足，隨時(shí)間推移，基底土體發(fā)生自然固結(jié)沉降，擋墻隨之整體發(fā)生沉降，如圖3所示。

圖3 路肩墻整體沉降破壞

（2）在擋墻基底土體力學(xué)特性發(fā)生變化處，地基發(fā)生不均勻沉降，若擋墻未設(shè)置變形縫，則會(huì)產(chǎn)生豎向的貫通裂縫。

（3）部分路段擋墻泄水孔堵塞或未設(shè)置泄水孔，墻后排水不暢，墻后土壓力增大，擋墻發(fā)生傾覆破壞。

（4）浸水擋墻基礎(chǔ)受到水流沖刷掏蝕，墻身受水的浮力作用，其抗滑及抗傾覆穩(wěn)定性變?nèi)酢?/p>

1.5 挖方邊坡滑塌

挖方邊坡滑塌是指邊坡在施工和使用過程中受到施工不當(dāng)、強(qiáng)降雨、長期風(fēng)化、順層切腳等不利因素影響，產(chǎn)生垮塌和滑坡的現(xiàn)象。庫區(qū)公路常見的挖方邊坡滑塌形成原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）邊坡的開挖坡率及防護(hù)形式與實(shí)際地質(zhì)情況不符，對(duì)于易松散、雨水侵入后易失穩(wěn)的土體采用了較陡的開挖坡率，當(dāng)邊坡受強(qiáng)降雨影響時(shí)出現(xiàn)垮塌。

（2）邊坡排水設(shè)施、坡面防護(hù)措施不完善，暴雨、久雨后，雨水滲入坡體范圍。對(duì)于土質(zhì)邊坡，土體加重，抗剪強(qiáng)度降低，一旦土體下滑力大于抵抗力，邊坡即出現(xiàn)滑塌；對(duì)于巖質(zhì)邊坡，水體沿裂隙滲入巖體，巖體重量增加，黏聚力和摩擦力降低，巖體穩(wěn)定性降低，邊坡發(fā)生塌落[3]。

（3）長期的風(fēng)化作用促使巖石原有裂隙不斷發(fā)育，加之新裂隙的產(chǎn)生，破壞了巖體的整體性。隨著空隙率的增大，巖體的吸水性和透水性增強(qiáng)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，從而導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)局部剝落甚至整體塌落[4]，如圖4所示。

圖4 邊坡掉塊塌落

（4）順層巖質(zhì)邊坡的巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體受層面及節(jié)理切割形成塊體，沿巖層面產(chǎn)生滑動(dòng)，形成小型順層巖質(zhì)滑坡及飛石。

2 庫區(qū)公路病害預(yù)防及治理措施

庫區(qū)公路病害防治一般采用預(yù)防為主，防治結(jié)合的方式，盡量做到提前預(yù)防，徹底根治。當(dāng)在建和已建成的庫區(qū)公路發(fā)生病害時(shí)，應(yīng)迅速采取臨時(shí)工程措施，以防止災(zāi)害進(jìn)一步惡化。提出處理方案前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的勘測，確保治理措施經(jīng)濟(jì)有效。治理過程中應(yīng)加強(qiáng)觀測，以便及時(shí)對(duì)治理效果不好的方案作出調(diào)整。庫區(qū)公路病害預(yù)防及治理措施主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）重視勘察設(shè)計(jì)工作。庫區(qū)公路選線及防護(hù)工程設(shè)置的合理性高度依賴地質(zhì)勘察成果。由于庫區(qū)公路建設(shè)在水電項(xiàng)目中處于從屬地位，地質(zhì)勘察工作往往得不到足夠重視，勘察深度不足、勘察工作不細(xì)致又常會(huì)導(dǎo)致路線選線失誤。為確保庫區(qū)道路設(shè)計(jì)的合理性，在勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分重視地質(zhì)勘探工作，查明公路沿線的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，查明不良地質(zhì)、特殊性巖土的分布范圍、性質(zhì)，提供必要的地質(zhì)參數(shù)并建議合理的處治方案，為合理確定路線和構(gòu)筑物的位置提供地質(zhì)依據(jù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)條件，路線選線時(shí)盡量繞避不良地質(zhì)區(qū)域，避免路基坐落在滑坡體、堆積體、傾倒變形體、軟巖基礎(chǔ)上，避免路基存在先天缺陷。在巖體破碎松散、節(jié)理發(fā)育路段，避免采用高陡邊坡開挖山體。在松散土質(zhì)路段進(jìn)行高邊坡開挖時(shí)，應(yīng)分級(jí)開挖并放緩邊坡，避免山體崩塌。

（2）重視水文調(diào)查與水力計(jì)算。水文地質(zhì)參數(shù)是路基排水設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)資料。降雨強(qiáng)度、匯水面積、排水流量等參數(shù)是確定地表排水設(shè)施斷面尺寸的主要依據(jù)，對(duì)于橋梁、涵洞的孔徑除了考慮泄洪流量大小外，還應(yīng)確保泥沙、石塊等能順利通過。地下水水位、流向、流量及滲透系數(shù)等參數(shù)是地下排水設(shè)施設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)資料，地下排水滲溝的斷面尺寸、滲溝類型需根據(jù)地下水滲流量、排水距離等參數(shù)綜合確定[5]。同時(shí)，水文地質(zhì)條件也是路基防護(hù)支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的重要資料之一，庫岸沿線公路浸水路堤防護(hù)支檔工程的防護(hù)高度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)水位的要求，基礎(chǔ)的埋置深度須滿足抗洪防沖刷深度要求。

（3）繞避不良地質(zhì)體。對(duì)一些小型的不良地質(zhì)體，可采用清除的方式進(jìn)行處理；對(duì)于中等的不良地質(zhì)體，路線可選擇從擋防工程量小的區(qū)域通過；若不良地質(zhì)體連續(xù)范圍大、防治較為困難或防治代價(jià)較大時(shí)，應(yīng)盡量改道繞線或采用橋梁、隧道方式進(jìn)行繞避。因庫邊大面積的岸坡坍塌防治工程量大、代價(jià)高，難以采用工程措施，工程上經(jīng)常采用繞避的方式將路基置于塌岸影響范圍外，以確保路基的穩(wěn)定。例如某電站庫區(qū)公路K1+114～K1+449樁號(hào)段，采用路線內(nèi)移避開路基外側(cè)殘坡積覆蓋層；K0+064～K0+167段為避免泄洪水流淘刷路基引發(fā)公路塌陷，考慮采用橋梁直接跨越覆蓋層區(qū)域，以保證公路安全。

（4）完善截排水設(shè)施。水是庫區(qū)公路路基水毀、滑坡、崩塌、泥石流等病害發(fā)生的主要誘因，完善、合理的排水系統(tǒng)有利于路基、路面范圍內(nèi)的地表水、地下水順利排出，保障路基路面的穩(wěn)定。庫區(qū)公路勘測和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)路基排水系統(tǒng)的設(shè)置加以重視，遵循截、排、引相結(jié)合的原則綜合布設(shè)排水設(shè)施，形成完整、通暢的排水體系，以有效攔截和排除進(jìn)入路基范圍的地表水、地下水，預(yù)防路基水毀病害的發(fā)生。

（5）完善岸坡及邊坡防護(hù)工程。當(dāng)庫岸線附近有道路通過時(shí)，對(duì)于岸坡易受水流淘刷部位，應(yīng)考慮護(hù)岸工程，以增強(qiáng)庫岸邊坡抗沖刷能力；對(duì)于可能失穩(wěn)岸坡，考慮采用擋墻等支擋措施來增加庫岸邊坡穩(wěn)定性。為防止臨庫填方邊坡發(fā)生水毀破壞，在設(shè)計(jì)水位以下的填方路基可采用擋土墻、護(hù)坡等防護(hù)工程進(jìn)行防護(hù)，并同時(shí)對(duì)支擋防護(hù)工程的基礎(chǔ)進(jìn)行加固。為防止挖方邊坡出現(xiàn)垮塌和滑坡等病害，對(duì)于土質(zhì)高邊坡、巖體破碎或存在軟弱結(jié)構(gòu)面的高邊坡，可根據(jù)實(shí)際情況采用護(hù)面墻、上擋墻、掛網(wǎng)噴錨、錨桿錨索框架梁、抗滑樁等支擋措施，以封閉破碎巖體，支撐邊坡防止失穩(wěn)。邊坡防護(hù)工程的設(shè)置范圍應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、穩(wěn)定性及工程投資等因素合理確定[6]。

3 結(jié) 語

（1）庫區(qū)公路常見的病害主要有庫區(qū)塌岸、路基滑塌、路基沉降、擋土墻傾覆變形及損毀、挖方邊坡滑塌。

（2）庫區(qū)公路病害產(chǎn)生的原因主要有路線選線不合理、防護(hù)工程設(shè)置不當(dāng)或缺失、排水設(shè)施不完備、庫岸及路基遭受水的破壞、地質(zhì)條件不良、施工不當(dāng)?shù)取?/p>

（3）庫區(qū)公路病害的預(yù)防及治理應(yīng)重視勘察設(shè)計(jì)工作及水文調(diào)查與水力計(jì)算，完善截排水設(shè)施及邊坡防護(hù)工程，對(duì)于大型的不良地質(zhì)體應(yīng)盡量進(jìn)行繞避，以減少不利地質(zhì)因素對(duì)公路安全的影響。