高海拔生態脆弱地區改建道路防護設計探討

吳正生

建設與施工

高海拔生態脆弱地區改建道路防護設計探討

吳正生

川黃公路（川主寺至黃龍段）道路改建工程是安徽省對口支援松潘重點援建項目之一，地處阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內，主要對現有道路進行拓寬和改建。項目設計時根據地形條件合理確定改建規模和標準，積極貫徹“安全、環保、和諧、統一”等公路建設新理念，重點改善路面，完善邊坡防護、排水及安保工程等，提高行車的舒適和安全，極力營造“車在畫中行，人在畫中游”的行車環境。改建路線全長45km，按二級公路技術標準，瀝青混凝土路面，設計時速40～60km/h。全線地形起伏較大，路線起終點海拔3000m，路線穿越雪山梁段最高海拔達4007m，平均海拔3500m以上，屬于典型的高海拔地區道路。但該項目建設周期短，起點高，從生態、環保、安全和積極貫徹山區公路建設新理念等方面提出更多更高的要求。該項目在建設過程中先后數處路基邊坡出現失穩，給工程建設帶來很大困難。現結合高海拔地區氣候、地形及地質特點，對高海拔地區道路的防護設計進行探討，為以后高海拔地區道路防護設計提供參考。

一、高海拔地區氣候及地形地質情況

川黃公路地處青藏高原東緣北部，是青藏高原向四川盆地陡跌的兩大地貌單元的過渡帶，是我國第一大地形的坎前轉折部位，是典型的高海拔地區。高海拔地區日照強烈，晝長夜短，大部地區寒冷潮濕，冬長無夏、春秋相連、四季不明，晝夜溫差大，小氣候多樣且災害性天氣活動頻繁，雨雪與冰雹時常不期而至，有時一天能遇上四季的天氣，多年平均氣溫5.7℃，年極端最低氣溫為-21.1℃。惡劣的氣候條件，使每年11月份至次年的3月份因嚴寒被強制為停工期，一年有效施工期只有7個月左右，且受5～7月份雨季影響，實際工期不足4個月。

項目所在地區屬西部典型的山地生態脆弱區，位于西秦嶺造山帶摩天嶺地塊與松潘—甘孜造山帶丹巴—汶川構造巖片的接觸部位，以雪山斷裂為界，以北為摩天嶺地塊；以南為丹巴—汶川構造巖片。區內的主要構造線方向呈東西向展布。區內地形切割強烈，高差大，各種不良地質現象發育，常見有季節性凍土、泥石流、滑坡、碎石流、崩塌、危巖（石）、冰雪害、大霧等不良地質及自然災害。同時地處地震斷裂帶，是地震高發區，工程建設難度大。

由于高原缺氧，空氣稀薄，地材缺乏，交通不便，施工機械工效、匹配性能降低，加之高原氣候條件十分惡劣，六月飛雪也不足為怪，施工環境十分艱苦，工人多有不同程度的高原反應。所以高海拔地區施工工期短、效率低，環境惡劣，工程施工難度大。

二、高海拔地區改建道路常見病害

川黃公路大多邊坡坡面較為破碎，很少有坡面較為完整穩定的巖質路塹邊坡。在道路改建過程中及建成后，填方路基加寬段和挖方路塹邊坡失穩時有發生，主要有以下幾種情況：

1.穿越不穩定邊坡引起的病害

川黃公路原有路線有數處經過古滑坡，因上邊坡坡腳開挖或下邊坡路基填筑加載等不同程度的擾動，雖然對原有邊坡開挖或填筑不多，但是也會引起失穩變形。改建過程中先后有10處路堤邊坡和3處路塹邊坡出現失穩變形。有的變形在路基施工過程中就出現，有的在路面施工完成后出現。此類邊坡的基本特征是坡體較為平緩，坡面破碎，坡體裂隙水發育。

川黃公路K15+700～K16+680為新改線段，因原有老路在該段范圍坡陡彎急，是交通事故高發地段，所以新改線段改善了縱坡和線形，大大提高了行車的安全性。但新改線K16+473～K16+730段左側路塹邊坡在開挖過程中山體出現滑塌且變形明顯，如對整個滑塌邊坡進行病害工程治理，不僅費用高，工期也會延長。綜合考慮決定避開此不良地段，在原老路的基礎上，通過改善平面線形及縱坡，增設避險車道等措施，確保行車安全。

2.水的因素引起的病害

高海拔地區晝夜溫差大，日照強烈，氣候多變，自然營力對邊坡破壞較大，其中水對邊坡的穩定的影響尤為明顯。一方面邊坡坡體因水的反復凍融變得更為破碎，從而引起坡面小范圍坍塌，另一方面，來不及排走的坡面水下滲至坡體軟弱交接面處，使之進一步液化產生蠕動變形，從而引發較大范圍的坡體滑塌。

川黃公路K4+155～K4+275段右側路堤邊坡在建成通車后發生滑塌，且變形迅速，近4m寬的路基下挫約5m。經現場踏勘，并結合后期補勘資料，發現該段路基由第四系沖洪積的粉土及素填土組成，物質結構較松散，有利于雨水的下滲，連日來的強降雨，造成地表水下滲，表層粉性土透水性較強，大量雨水下滲使路基軟化，降低了土體的抗剪強度，當雨水下滲至路基下部粘性土等相對不透水層時，沿斜坡向下滲流，增大了下滑力，使路基土體蠕變加速，終至失穩。

3.由于擋墻埋深不足引起邊坡失穩

高海拔地區地質破碎，地形變化較大，為收縮坡腳，減少填挖工程數量，擋墻設計不可避免，且不失為行之有效的支護措施。因為高海拔地區地質破碎，有時地基承載力不能達到設計承載力要求；或承載力雖然滿足要求，但擋墻落在不穩定地層上；或未做好防排水措施，地表水下滲造成地基軟化等等原因，使擋墻開裂滑移，引起邊坡失穩。

川黃公路K2+610～K2+640段為半填半挖路基，右側填方路基設2m高路肩擋墻收縮坡腳，因擋墻基礎落在不穩定填方松散體上，通車后擋墻滑移，路面出現較為明顯的失穩變形。

三、高海拔地區改建道路防護設計探討

因高海拔地區物資較為匱乏，交通不便，加上惡劣天氣的干擾，施工及后期養護難度大。所以進行高海拔地區改建工程設計時，應從全壽命周期的角度綜合考慮，做好預防措施，盡量減少施工期間的變更，降低運營期間的養護費用。

1.加強地質勘查，防患于未然

改建時需要對原有道路線形進行一定的優化與提高，不可避免對原有路基進行一定的上挖或下填，尤其一些位于古滑坡內的路段處于臨界平衡狀態時，改建過程中輕微的施工擾動，往往能引發路基失穩。后期處治難度大、造價高。所以在設計階段，應加強地質勘查，盡量查明原有路段的地質情況，提前做好預防措施。對古滑坡或可能引起滑坡病害的路段，應盡量繞避；當難以避讓時，應進行工點設計，在施工階段一次根治，不留隱患。尤其值得注意的是，當對老路線形進行較大范圍的改動時，需加強新線的地質勘查，因為老線可能是因為地質原因才放棄更好的選擇。

2.因地制宜，保護生態

高海拔地區生態脆弱，一般海拔3000m以上樹木難以生長，3500m以上灌木難以生長，4000m以上雜草難以生長。高海拔地區地質復雜，地形變化大，稍不注意，就可能造成大開挖或路基近百米掉空，給路基防護帶來很大的困難，甚至留下工程隱患。所以設計階段應樹立牢固的保護生態意識，減少人工擾動。根據現場地形，因地制宜，避免高填深挖，在滿足規范要求的前提下，降低線形指標要求；適當增設路基擋墻收縮坡腳，減小開挖或回填高度；清表土方應預留供后期綠化恢復；棄方不可隨意堆放，應精心選擇棄土場并做好棄土場防護，避免不當棄土形成新的病害。

川黃公路設計時，靈活運用技術標準及指標，精心設計平縱線形及線形組合，路基結合地形能寬則寬，宜窄則窄，給后期改建帶來很大的便利。

3.重視水患，完善排水措施

因為高海拔地區地質較為破碎，日照強烈，溫差大，故水對邊坡的穩定影響很大。高海拔地區易引發涎流冰、凍土和泥石流，危害路基安全。所以，加強邊坡的排水尤為重要。

因高海拔地區地質破碎，施工困難，且對開挖邊溝進行護砌后易發生滲漏，故一般情況下可不設截水溝，但兩山夾一洼處需設排水溝將坡面水引排至路基邊溝；宜采取拱型護坡、菱形骨架護坡等坡面防護，以利坡面水及時排走，減少沖刷；對坡面上有明顯出水點的，需增設仰斜排水孔；對滲水比較嚴重的邊坡，需在邊坡坡腳增設滲溝排水；在路塹邊坡坡高小于4m，且地形允許的情況下，可采用帶滲溝的淺碟形明溝排水；當坡腳設有擋墻時，可在擋背下部設滲溝并將水引至路基邊溝排走。

設置滲溝能及時排走路塹坡體內的積水，既有利于邊坡的穩定，也減少冬季涎流冰的形成和路基凍脹的危害。

4.安全第一，預防為主

高海拔地區地質破碎，路塹邊坡坡腳應力松弛易發生坍塌，路堤邊坡遇水軟化易發生溜塌，所以設置擋墻，采取上支下擋的支護措施是高海拔地區邊坡防護較為有效的一種手段。

擋墻設計時，擋墻基礎底應埋置凍脹線以下，低于溝底標高，且必須置于穩定的地基上，如基底承載力不能滿足要求，應加深加高擋墻，必要時加大擋墻基礎、增設鋼管樁或改為樁基礎，避免出現因擋墻抗滑力不足導致路基滑移；為減少放坡的不利影響，擋墻的背坡不宜緩于1∶0.25，應盡量垂直；建議擋墻下部沿縱向設置滲溝將坡體水經橫向引排走，以利邊坡穩定；擋墻墻背需采用透水性材料及時回填密實，應確保墻背回填質量；考慮高海拔地區的實際情況，擋墻基礎可采片石混凝土，墻身采用素混凝土。

對受地形限制，不具備放坡條件的邊坡，如回頭彎處，不論是土質還是石質，可采取錨桿（索）框架支護，其支護的邊坡坡度一般不陡于1∶0.5；如不能滿足要求，可設置路塹擋墻收縮坡腳，采取路塹擋墻+錨桿（索）框架預支護的形式。

對邊坡整體處于穩定狀態，但坡面較為破碎的情況下，采取擋墻+主（被）動網的形式也比較好。

對處于泥石流路段，或坡面較為高陡且破碎，難以繞避時，可設置棚洞通過。

5.注重施工工序，避免二次病害

高海拔地區本身地質情況就比較破碎，但也有一些邊坡的失穩是因為施工工序不合理造成的，尤其對自身不太穩定的邊坡，往往因為施工不當使原本處于極限平衡狀態的邊坡變形失穩，既影響工程進度，又增加工程造價，所以，設計時應充分認識到施工工序對邊坡穩定的影響，并在施工圖中提出明確要求。

對路塹邊坡，開挖前應做好臨時排水措施，開挖時應盡量避開雨季；邊坡開挖應自上而下分段分級開挖，開挖后及時防護，原則上開挖一級防護一級，并及時做好排水溝及其護砌；應避免為趕工程進度，大面積進行路塹邊坡開挖而防護工程滯后，導致地表水沖刷和下滲，引起坡體失穩，但對地質情況較好且較為穩定的低矮邊坡，開挖時可適當調整。

開挖后的土石方應及時運走，不能為方便施工，從山上拋至山下，導致山下邊坡加載且排水不暢引發滑塌或泥石流，所以施工時應堅決避免。

高海拔地區地質較為破碎，擋墻施工時要加強驗槽，確保擋墻基礎落在穩定的地基上，做好墻背排水及回填。對穩定性較差的路塹或路堤邊坡，應分段施工擋墻，施工時要嚴格控制墻背原狀土的超挖，減少對邊坡的擾動。

做好施工時臨時排水措施，可與已設計的排水系統綜合考慮，減少施工過程中不必要的沖刷損毀。

四、結語

高海拔地區地形起伏較大，地質條件復雜，滑坡、泥石流等地質災害頻發，后期施工及養護十分困難，所以，進行高海拔地區改建道路防護設計時，應充分考慮高海拔地區的氣候、地形及地質的特點，加強地質勘查力度，盡量避開地質不良地段，強化生態保護意識，通過適當降低技術標準及指標，因地制宜，盡可能少擾動原有地貌，并加強排水與防護支擋，明確施工工序要求，注重取棄土場的選擇與防護，避免泥石流等次生災害，為工程建設及運營養護提供便利■

（作者單位：安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司 230088）