天山公路水毀類型及防治措施*

孫 進

國道217線天山公路沿線自然條件復雜,地勢起伏較大、構成巖性復雜多變、氣候條件變化莫測,形成公路水毀的各種因素在空間分布與組合上差異很大,從而發育了多種類型的水毀,成為水毀規模較大、破壞程度較強、水毀類型發育較全的線路之一。

通過對國道217線天山公路路基水毀實例調查,按照沿線河流特征、河流形貌、水文水力條件、河岸、河床的組成、物質特征和路基結構、危害程度的差異,將水毀分為沖刷型、漫流型、淹沒型、淤埋型和混合型五種類型。

1 沖刷型水毀

1.1 沖刷型水毀特征

沖刷型水毀是路基水毀最常見的水毀類型,沖刷型水毀主要是河水沖刷路基側河岸,使路基外邊坡臨空失穩,導致路基、路面產生毀壞。由于國道217線天山公路橫亙天山山脈,絕大多數路段與河道并行,依山傍水,路基為半填半挖式或全填筑的路基,靠河床一側的路基下邊坡就是河岸。因此,河水容易沖刷路基,直接造成路基下邊坡(填筑路基)失穩而形成的沖刷型水毀。

1.2 沖刷型水毀機理

沖刷型水毀主要受兩個因素的影響:即水和路基。兩個因素相互作用,水是影響因素,當水流流速較小時,水的沖蝕能力有限,產生的危害不大,當水流流速較大時,沖蝕能力增強,危害變大。路基因素是決定性因素,路基抗沖蝕能力強,則水毀的可能性小,反之則大。

國道217公路大部分路段是沿河而行,山區河流的水量大、流速快、河水的沖蝕能力較強。而天山公路在二十世紀七八十年代修筑期間路基的抗沖蝕能力普遍較低。路基在一般的洪水條件下,水位較低、流速不大、坡腳塊石較大、坡腳邊坡較平緩河段,其抗沖刷性能較好,可保持路基的穩定。但在較大洪水條件下,水位高、流速大,而邊坡上部的粒徑較小,且巖屑與土質成分含量較多,邊坡也較坡腳陡,隨著水流的作用,邊坡坡腳處的巖屑與土質成分被水流沖刷帶走,使得路基坡腳逐漸被掏空,造成路基坍塌,路基出現缺口或大部分被毀。在路基修筑了防護工程(漿砌片石擋墻、丁壩、護坡、石籠等)的地段,也常發生水毀。究其原因:1)防護工程結構失去穩定,如防護工程基礎埋置深度不夠,在洪水作用下,導致滑動、傾倒破壞,使防護構造物失效,最終導致路基水毀破壞。2)山區河流河床縱坡一般較大,洪水經常能攜帶粒徑較大的顆粒運動,其撞擊作用會對構造物造成破壞。最后,山區河段往往溝窄水急,地基開挖困難,施工中對水下部分的施工質量難以保證,施工基底埋置深度達不到設計要求、構造物強度達不到設計要求的現象還是比較常見的。

1.3 沖刷型水毀防治措施

1.3.1 擋墻防護

1)一般擋墻防護。a.鐵絲石籠擋墻。此種防護形式優點是:施工方便,可以就地取材,經濟實用;石籠的柔性能適應基底水蝕后發生的局部變形;易于養護。其缺點是:耐久性較差;整體強度低;防護深度小;不利于防護較大股流,當洪流攜帶較大卵、塊石時,容易將鐵絲砸斷而使石籠失效。b.漿砌石(混凝土)擋墻。主體防護宜采用漿砌石(混凝土)擋墻。此種防護形式優點是:可以就地取材,抗沖刷能力強,有很好的防護性能。其缺點是:防護深度小,若基礎施工難度較大,不利于河道施工,因此,對于沖刷深度大于4 m的情況應選用其他防護形式。2)樁基礎擋墻防護。此種防護形式優點是:抗沖刷能力強,對沖刷深度較大的河段有很好的防護性能,河床內施工較漿砌石擋墻方便。其缺點是:造價高,對河床中漂卵石較多的河段,不容易施工鉆孔,當河床沖刷過深后,樁基受到水平的推力較大,容易發生傾覆破壞等。3)擴大基礎擋墻防護。此種防護形式優點是:抗沖刷能力強,對沖刷深度較大的河段有很好的防護性能,河床內施工相對方便。其缺點是:基礎體積大,造價較高。巨礫石基礎擋墻可以用于巨礫石較多的河段。埋置深度不一定按照沖刷深度進行設置,關鍵是要滿足一定的清理深度要求,一般是要清理到河床面以下1m。為了防止巨礫(塊)石移動而毀壞擋墻,可以將巨礫(塊)石用錨桿連接起來。

1.3.2 護坦防護

1)漿砌石護坦。對于常水位為寬淺河谷,豐水期流量較大的河床,彎曲度不大,沖蝕能力強的河道,建議采用護坦防護。此種防護優點是:降低了單純擋墻條件下沖刷過深的問題;減少了主體擋墻的基礎埋置深度,從而減小了主體擋墻的截面尺寸,水下開挖基坑的工程量減少,方便了施工。此種防護的缺點是:護坦要具有一定的寬度,侵占了河道,不適用于彎曲、較窄的河段,同時,容易被崩塌物質或河流攜帶較大的漂卵石砸壞。2)鐵絲石籠護坦。鐵絲石籠護坦又稱為柔性護坦,柔性護坦可以起到很好的防護作用。對既有防護工程的墻前加固及應急搶險作業,建議采用柔性護坦作為擋墻前防沖的輔助防護。柔性護坦埋置深度根據構造要求,埋置在不低于河床面1 m以下,其上為卵、塊石堆積。柔性護坦垂直擋墻面布置,向河床有5%左右的傾斜。柔性護坦和擋墻相接部位,應進行連接,防止護坦被流水沖走。

1.3.3 丁壩防護

1)漿砌石丁壩。對于常水位為寬淺河谷,豐水期流量較大,河段主要受頂流沖蝕及順流沖蝕,水毀危害段較長的河段。此時布置丁壩主要是起到分流的作用,改變洪流主流流向,使洪水偏離路基邊坡順流經過。此種防護形式優點是:可以避免水流對擋墻及路基的直接沖蝕,因勢利導起到較好的防護作用,缺點是設置要求高,需要對水流的流態科學掌握、計算準確,丁壩對水流流態的改變要準確計算,否則可能不但不能起到效果,反而會因為丁壩自身的首先破壞或丁壩不起作用而水毀路基;侵占河床,需要河床中水下施工,不適用較窄河道,同時由于丁壩是漿砌石砌筑的,一旦局部失穩,很可能導致整體破壞。2)鐵絲石籠丁壩。其使用條件與剛性丁壩基本相同,主要用于應急防護或其他臨時防護。此種防護形式優點是:可以起到漿砌石擋墻所起的作用,由于石籠具有一定柔性,當局部破壞或發生沉降時,擋墻本身可以進行自我調整到穩定狀態,從而避免整體破壞;缺點與剛性丁壩一樣外還存在耐久性差的缺點。

1.3.4 擋墻+拋石

一般用于水流較為平順,河床中或邊坡處巨礫或塊石較多寬淺型河段,拋石不至于對河道束水嚴重,且石料供應豐富。拋石垛的邊坡坡度根據水深、流速和波浪情況而定,不應陡于所拋石料浸水后的天然休止角。此種防護優點是施工簡單,利于機械化施工,施工周期短,經濟實用;缺點是侵占河道,不適用于較窄、彎曲及水流較急的河道,受限制因素多。

1.3.5 間接防護

對于河道較寬,河道易于變遷的水毀河段,可以采取開挖、疏導河道,將游蕩型河道變為固定河道,使固定河道遠離河床,從而達到治理水毀的目的。

對路線對岸的挑流巖嘴清除,以防止對公路側河岸的沖刷。

對于十分彎曲的河段經過經濟技術比較,可以考慮采用導水洞的方式改變河道的流態。

2 淹沒型水毀

2.1 淹沒型水毀特征

淹沒型水毀,是路基或連同路面被水淹沒,使得交通中斷形成的水毀。國道217線天山公路段淹沒型水毀主要有兩段,第一段位于K702+000～K702+900段,第二段位于大龍池K954+300～K956+770段。

第一段淹沒型水毀,泥石流堵塞長900m、平均淤埋厚度10m、寬60m,形成了一個巨大的泥石流壩,橫攔在公路、河道上,和對面山體連為一體,將河流堵塞,形成一個堰塞湖,使該段路的交通中斷近3年,來往車輛不得不繞行其他道路。

第二段淹沒型水毀位于大龍池K954+300～K956+770段沿湖路段,路面高出常水位4 m左右。2002年8月,由于上游山區突降暴雨,溝谷內洪水泄入大龍池,造成大龍池水位比枯水期上漲達7m,造成該段路基被上漲的湖水淹沒,導致交通中斷半年。

2.2 淹沒型水毀機理

一種是由于河道兩側的崩塌或泥石流堵塞河道,造成上游河道水位上漲,淹沒公路路基路面,造成路線的水毀。另一種是由于公路沿湖泊邊緣展線,且線位較低,離水面較近,由于暴雨、洪水造成湖泊水位升高,路基路面被湖水淹沒而形成的水毀。

2.3 淹沒型水毀防治措施

淹沒型水毀要根據淹沒原因、淹沒區域的大小及造成淹沒水域的大小等分為主動防護和被動防護,主動防護主要表現為避讓會造成淹沒的區域,或對堰塞湖的疏導排水,以此降低水位,當大型崩塌、滑坡等會造成堵塞河道的情況時,應針對這些地質病害進行專項治理;被動防護主要為提高公路路基,使路基高度滿足設計水位的要求,并要考慮水位升降對路基穩定的影響,采取必要的措施。

3 淤埋型水毀

3.1 淤埋型水毀特征

淤埋型水毀表現為路基上邊坡一側溝谷水流攜帶碎屑物質沖蝕、淤埋路面路基。淤埋型水毀大多伴隨泥石流而發生,如K940+900～K941+020段泥石流堆積路面形成淤埋,泥石流沖溝在雨季匯集水流沖蝕外側路基形成水毀。

3.2 淤埋型水毀機理

淤埋型水毀機理,根據前述特征介紹,主要是溝谷雨季匯聚而成的水石流、泥石流沖擊溝口的公路,由于溝口及公路側地勢平坦,原有公路又沒有有效的排導措施,水流攜帶的固體物質堆積淤埋公路,造成交通中斷,同時公路淤埋后,水流會翻過路面造成路基邊坡損毀,或者根據地形情況,形成順路跑水的現象,造成較長距離的邊坡沖蝕。

3.3 淤埋型水毀防治措施

淤埋型水毀主要是由于泥石流堆積路面形成的水毀,對于其防護,主要有主動防護和被動防護,主動防護包括對泥石流形成區的防護、攔阻,流通區的排導、疏通;被動防護主要是公路改線避讓,或從流通區架設橋梁或涵洞通過,無法避讓的特別嚴重區可以隧道穿越等。

4 漫流型水毀

4.1 漫流型水毀特征

在國道217線天山公路沿線,漫流型水毀主要發生在哈希勒根達坂、玉希莫勒蓋達坂、拉爾墩達坂及鐵力買提達坂段山嶺盤山公路上。其中在鐵力買提達坂南坡段最為嚴重。該段公路排水系統被坡面溜坍、崩塌碎落物填滿,起不到排水效果,坡面流直接匯流到路面,沖蝕路面及外側路基形成水毀。

4.2 漫流型水毀破壞機理

1)松散的路基和邊坡;2)沒有完善的排導系統;3)豐富的降水及融雪水。豐富的坡面物質補給會造成既有的排導系統迅速失去作用,水流順地勢在路面上通過,造成邊坡及路面的損毀。

4.3 漫流型水毀防治措施

對于漫流型水毀的防護,一方面要做好排水措施,另一方面則要做好固坡工作,重點是固坡,為此,對漫流型水毀可以采用護坡+植草。

5 混合型水毀

5.1 混合型水毀特征

混合型水毀主要表現為兩種或兩種以上的水毀共同作用,如沖刷型水毀與淤埋型水毀共同作用,此種水毀多發生在泥石流溝溝口與河流的交接地段,泥石流溝攜帶的大量物質堆積在溝口,部分堵塞河道形成挑流,此種混合型水毀在鐵力買提達坂南側坡腳至大龍池之間的路段多有發育,主要與路線左側支溝較多有關。

此外混合型水毀還表現為沖刷型水毀與漫流型水毀共同作用,此種水毀多發生在河岸邊坡較松散的地段,如K976+300～K979+300段的部分段落。

5.2 混合型水毀機理及防護措施

混合型水毀的機理是各單項水毀機理的疊加,多項水毀的疊加,往往加大了水毀的毀壞能力。這個過程是復雜多變的。應分清主次關系,治理措施也要主次分明,將單項水毀的治理方法有機結合起來,形成防護體系。

6 結語

公路是線性工程,即使是局部發生破壞,勢必影響全線的運行。由于國道217線天山公路里程長,公路穿越的地貌單元較多,地質結構復雜,地形多變,人煙稀少,氣候惡劣,這就需要在進行水毀防護設計時全線統一規劃,對全線水毀類型及其分布情況進行科學分類,研究發生機理,對水毀病害有側重、分層次進行整治。

水毀防治要因勢利導、因害設防。要先研究水毀的原因所在,根據其成因順應自然規律,采取有針對性的防護措施。進行水毀防治要在確保防治效果的同時,盡量做到就地取材、經濟合理。同時我們也應該認識到,在水毀的防護中要注重對環境的保護,環境保護本身也是對水毀的一種生態防護,在防護措施選擇時,應結合地方特點,工程防護與生物防護相結合,減少水土流失,保護生態環境。

[1]JTG C30-2002,公路工程水文勘測設計規范[S].

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