山區公路水毀塌方原因分析及處治措施

陳祥文（泉州市公路局德化分局，泉州362500）

山區公路水毀塌方原因分析及處治措施

陳祥文
（泉州市公路局德化分局，泉州362500）

本文以山區公路路堤水毀塌方為工程背景，分析了路堤塌方破壞的原因，并提出了塌方處理的方案，總結歸納了施工控制要點和修復后的效果，為同類水毀病害的處治提供參考。

山區公路水毀塌方處理方案處治效果

0 前言

山區公路的路基多數是半填半挖或全部為填方筑成，因此，當路基遭受大面積集中水流淘刷或大量雨水滲入土體引發坍塌破壞時，便會出現許多缺口和坍塌半個以上路基，繼而造成阻斷交通的重大影響。

山區公路下邊坡塌方重建修復是公路水毀災后重建修復工程建設的重中之中，制定有效的處治方案是災后重建工作的首要任務。本文針對山區公路下邊坡塌方重建修復采取了一些有效的方案和質量控制措施，并取得較好的成果，為類似工程提供參考價值。

1 工程概況

X357線K3+200~K3+250位于福建省德化縣境內，是德化通往龍門灘鎮區的主要通道，為山嶺重丘三級公路，處于山間溝谷半填半挖的路基斷面形式，2007年改建完工，下邊坡高度為12m，填方基底原來為水田，基底斜坡坡度較緩，坡腳外側50m為龍門灘水庫庫區，上邊坡高度不大，但有一條村道交叉；2014年受臺風影響，上邊坡的村道水流夾雜著大量泥石堆積堵塞右側邊溝，造成水流漫過水泥路面沖刷、滲入路基，引起左側填方邊坡滑坡坍塌，水泥路面板底懸空1.0m寬。

2 塌方形成及原因分析

2.1 形成類別

強降雨期間，路基下邊坡的穩定性和變形破壞模式取決于組成路基的巖土結構和坡率，受地表水和地下水活動影響。路基下邊坡塌方的形成受地質條件、水文條件、地貌因素、氣候因素、填方高度和坡率、邊坡防護等多種條件與因素的綜合作用，邊坡水毀塌方的形成過程主要有以下幾類：

（1）邊坡表層松散覆蓋層土體在坡面水流集中沖刷和重力的作用下，不斷從邊坡表面剝離，從而形成剝落塌方，一般塌方規模較小，厚度常在2m以內，常表現為路肩裂縫和滑塌；其塌方多發生在坡面保護措施不良，大面積裸露的邊坡。

（2）邊坡受水浸泡后其含水量大于液限，導致土體抗剪能力降低，在重力作用下，部分土體脫離整個路基母體，突然從邊坡上崩落并沿坡面向下堆落在坡腳，形成局部崩塌，厚度常在1.5m以內，這類崩塌多發生在原坡面較陡且防水設計不良的部位。

（3）邊坡土體在一定的環境作用下，受地表水和地下水雙重誘因作用，沿一定的軟弱滑動面整體向下滑動，形成滑坡破壞，從動力學方面可分為：①邊坡下部先失穩引起上部失穩的牽引型破壞；②邊坡上部先失穩引起下部失穩的推移型破壞；③兩者兼有的牽引推移型破壞?；庐a生前的征兆常表現為縱向的開裂和外側沉降，偶爾伴有下側坡腳隆起的現象；常發生在填方原基底較軟弱或橫向填挖路基斷面的填方部位。

（4）沿河路基或涵洞進出水口的坡腳因洪水暴漲急流沖刷、動水壓力作用，導致坡腳部位填料松散、流失，從而引起上部土體失去平衡發生塌方；常發生于填方坡腳未采取任何防護措施的路段。

X357線K3+200～K3+250左側填方邊坡于2013年8月份強降雨期間曾在離路肩頂2m的部位產生2條間距約1.5m、長約8m的沿道路縱向裂縫，寬度為2～4㎝，經用粘性土填塞夯實封閉后趨于穩定，具有滑坡前的蠕動變形征兆。2014年7月受臺風水毀影響，右側邊溝受阻造成大量水流漫過路面集中沖刷左側填方坡面及坡腳，再加上山谷兩側坡面的水流沿谷底集中沖刷坡腳，從而形成自填方坡腳至坡頂、寬度從下至上向兩翼逐漸增大的路基邊坡塌方范圍，滑坡周界具有明顯的剪切裂隙，塌方體座落于原坡腳前方，從上往下與原路基土質從外往內分布基本一致，且從前緣往后緣逐漸增厚、塌方體中部表面呈階梯狀并分布多條張拉裂縫；塌方體為回填的砂性土，下部基底為高液限黃土；經現場分析判斷，該邊坡塌方的形成過程屬于牽引型滑坡破壞。

2.2 原因分析

水的作用是導致山區公路路基下邊坡塌方破壞的一個重要因素，地表水對路基可產生沖刷和滲透作用，導致路基整體穩定性受損害，降低路基強度；地下水可使路基濕軟、膨脹，降低路基強度，甚至引起整個路基沿傾斜基底滑動。該路段路基下邊坡塌方破壞主要原因有：

（1）路基的填土為砂性土，抗剪強度低，易產生變形下滑面，前期的裂縫可能已在路基內形成貫通的剪切破壞面，呈暫時穩定的滑移跡象；在雨水滲入填方土體后，一方面增加填方土體的重量，另一方面使土層間原裂縫面的粘聚力和摩擦力減少，促使滑坡的發生。

（2）填方坡腳前有滑動空間，且未在坡腳采取加固措施。

（3）填方基底為高液限黃土，為塌方體向傾斜基底滑動創造條件。

（4）填方坡腳在大量集中地面徑流的淘蝕下造成底部填料流失，引起上部土體失穩。

3 塌方處理方案分析及處治效果

3.1 常用塌方處理方案

山區公路路基下邊坡塌方常發生于原地面坡度較陡或坡腳有水流的路段，為此通過路基塌方坡面修整后重新直接填筑路基的方案基本不可行或較少使用，常用的修復方案為設置支擋工程，且C20片石砼仰斜式擋土墻應用最為廣泛，因其具有如下優點：（1）仰斜式墻背所受的土壓力較小，可采用較小的墻身截面；（2）墻背與修整后的塌方坡面較貼合，開挖量和回填量均較小，利于塌方后的坡面穩定；（3）形式簡單、施工方便、可就地取材、適應性強，適應水毀重建工程快速修復的需要。

（1）仰斜式路肩墻

仰斜式路肩墻主要應用于寬度不大、路面板底未淘空或淘空范圍較小、具有穩定天然地基的路基塌方修復，僅需對塌方坡面進行修整并開挖基坑，即可進行C20片石砼路肩墻澆筑，但由于利用修整后穩定的塌方坡面作為墻背模板，為確保施工質量，需在墻背坡面鋪設2層土工布，如圖1所示。

（2）仰斜式路肩墻與碼砌片石結合

當路基淘空且路面懸空部分穩定（一般水泥路面懸空部分不超過板寬的1/2且未斷裂）、具有穩定天然地基的情況下，可用仰斜式路肩墻與碼砌片石結合進行修復，先修整塌方坡面后再用人工開挖若干階不小于50㎝寬的防滑坎后，立即進行塌腔碼砌片石，墻背碼砌片石的表面要求盡量平整，C20片石砼路肩墻施工前需在碼砌片石結合面鋪設2層土工布，如圖2所示。

圖1 重力式路肩墻斷面

圖2 重力式路肩墻斷面

（3）分階式仰斜式擋墻

當路基塌方深度較深，大量開挖將引起路基二次坍塌，可采用分階式仰斜式擋墻進行重建修復，下階擋墻頂與上階擋墻基礎之間的范圍要求用混凝土進行封閉，并在表面形成向外傾斜2～4%的橫坡，防止水流下滲對下階擋墻造成破壞，如圖3所示。

（4）仰斜式重力路堤墻

當路基塌方坡腳原地面較緩且設置路堤墻后進行路基填筑可滿足路基穩定性要求，可通過設置路堤墻并參照路基拓寬改建的施工技術要點進行路基填筑，及時清除下邊坡坍塌路基土石方，待清理至路基穩定面后，開挖臺階，分層填筑壓實修復，如圖4所示。

圖3 重力式路肩墻斷面

圖4 重力式路堤墻斷面

3.2 項目工程塌方處理

通過人工預先開挖從坡頂至坡腳的溝槽對X357線K3+200-K3+250左側塌方進行地質判別，坡面為密實砂性黃土，坡底為長期含水量較大的濕陷性黃土軟基路段，經過現場論證，為防止大量開挖引起二次塌方，且盡量減輕上部荷載重量，采取如下修復處理方案：清理坡面松散土方，設置分階式仰斜式擋墻，墻背用碼砌片石回填，上下階擋墻間設5.0寬C20片石砼平臺，下階擋墻基底采用松木樁（樁徑20㎝、樁間距離為3倍樁徑、樁的布置為長方形、樁間用人工鋪設40㎝厚片石）進行地基處理，如圖5所示：

圖5 X357線K3+200~250水毀修復斷面（單位：㎝）

3.3 項目工程處治效果

項目實施后，從后續效果跟蹤評估得到：（1）該處理方案可行，經受住了近年來的多次臺風、強降雨的考驗，水泥路面未產生斷板下沉，路基整體穩定，C20片石混凝土擋墻結構未出現下沉、開裂、傾斜、變形等病害，達到預期的目標效果。（2）該處理方案施工工期短，臺腔碼砌回填與擋墻施工分段交叉進行，有效縮短工期。（3）該方案因擋墻斷面較小，總造價較低。（4）該方案中使用的主要施工機械為挖掘機，機械配置簡單。（5）短松木樁處理軟弱地基時，有施工方便，經濟效益明顯的優點，它可避免大量的土方開挖、受雨季影響小，它不失為一種處理軟弱地基的有效手段，且充分利用山區公路的當地資源。

4 施工控制要點及預防管理

4.1 施工場地要求

（1）水毀災后重建工程常處于邊通車邊施工的環境中，施工路段要做好安全警示標志，注意過往車輛和行人。

（2）路基塌方后的路基邊坡應清刷整齊、干凈并注意邊坡的穩定性；受地面積水和地下水影響的土質不良地段，開工前應在施工場地外圍開挖排水溝等排水設施。

（3）清刷整齊并穩定的邊坡頂面2.0m范圍內嚴禁車輛通行及堆放建筑材料。

4.2 片石砼擋土墻施工

（1）基坑的開挖尺寸應滿足基礎施工的要求，基坑開挖后應進行基底夯實或地基處理，使其達到設計承載力。

（2）模板應有足夠的強度和剛度，模板宜采用鋼模，如用木模，應在模板內側加釘鍍鋅薄鐵皮，保證混凝土表面光滑平整；模板可設斜撐固定，也可設拉桿固定，墻體較高時，二法應結合使用，墻高較小時，可用金屬線代替拉桿；澆筑混凝土前，應在模板上涂刷脫模劑；模板應設置撐頭或內撐，保證墻體厚度。

（3）混凝土的澆筑應做到攪拌均勻、振搗密實、養護及時，混凝土運輸需與澆筑進度相適應，做到有序配合、互不影響，從高處向模板內傾卸混凝土時，需采取措施防止離析。

（4）澆筑片石混凝土所使用的材料，應經過檢驗合格后方可進場；片石要干凈，投入砼前先清掃表面泥垢并澆水濕潤；片石不得小于15㎝，以30～60㎝為宜；片石不得堆積，要均勻分散開，單塊四周均要有10㎝以上砼；片石含量最大不超過片石砼總量的30%，以25%為宜；片石不能接觸模板，保持與模板的距離最小15㎝。

（5）分層安模澆注時，片石的長面要豎著放，保證上下兩層砼的結合。

（6）泄水孔應在墻身施工過程中設置，確保排水暢通，并應保證墻背反濾、防滲設施的施工質量。

4.3 塌方路基回填

（1）塌方坡面需清刷穩定，清除邊坡上余留的草皮、樹根等雜物。

（2）從穩定密實的路基頂向下挖臺階，加強新舊路基的結合程度，減少新舊路基結合處的不均勻沉降。

（3）嚴格選取路基填料用土，選擇水穩定性好、干密度大、承載力高的礫石類土填筑路基為宜。（4）控制填筑層厚度，做好壓實度的檢測工作。（5）嚴格控制回填的路基邊坡，杜絕虧坡現象。

4.4 穩定塌方坡面

（1）為確保塌方坡面穩定，對較長的擋墻基坑需采取分段跳槽開挖，先兩邊后中間，分段長度一般為10m。

（2）盡量縮短清刷整修后的塌方坡面暴露時間。

（3）為防止施工期間雨水對坡面的影響，用彩條布或塑料薄膜將坡面臨時覆蓋，并在坡頂或路面上用粘土設置攔水埂給予攔截地面水。

（4）施工過程中禁止對坡面進行較大攏動。

（5）沿坡面每1～1.5m從坡腳埋設直徑為8～10㎝、強度較大的木樁，不僅可對坡面起到穩定作用，還可用于擋墻模板拉桿或拉線的聯結固定端。

4.5 預防管理措施

通過加強日常水毀災害檢查與管理、科學實施預防措施，及時消除水毀隱患，可以明顯提高公路防毀抗災能力，減少公路水毀損失。

（1）完善排水設施。在公路養護工作中，要有計劃地增加投入，逐步改造、提高、完善公路排水設施，確保公路排水暢通。排水設施宜采用混凝土結構；下邊坡易沖刷或坍塌路段，可在路緣增設攔水帶和排水溝槽；地下水豐富路段，應考慮增設盲溝、滲溝或平孔排水等設施，將水引出路基外。

（2）注重日常養護。日常養護巡查中應重點排查排水系統有無淤塞、路基有無松裂或局部損壞等病害，及時做好排水設施的清淤和局部缺損修復，同時對路基存在的其它輕微病害進行全面整治；雨中查路，可以及時發現小型水毀隱患，能夠做到及時處理，防止水毀災害的擴大，為搶修爭取時間，從而大大減少公路水毀損失，因此，汛期開展雨中查路，特別是在較強的雨期，意義非常重大。

（3）強化坡面防護。為確保路基穩定，對適宜植物生長的土質邊坡，可采用植物防護，如撒草籽、種草皮、植樹等；當邊坡坡度過陡或不宜生長植物時，根據具體情況選用骨架護坡、鋪砌片石護坡等方法進行工程防護。

（4）加固路基坡腳。填方路段的下邊坡坡腳宜設置護腳墻，特別是易受洪水侵蝕的路基邊坡。

5 總結

該水毀塌方修復方案除了具有上述優點外，還具有少占用地、通過塌腔碼砌片石或舊水泥混凝土路面鑿除的板塊克服壓實困難、在挖掘機及裝載機配合下機動靈活、適用范圍廣等優點，且可以承受路基的側向土壓力和水的連續沖刷、襲擊，經常用于山區公路水毀塌方、滑坡等路基病害整治，實現路基的長期穩定效果。該方案在同類水毀修復工程中，可與其他工程防治、生態防治相結合，形成綜合防治措施；對防止土體或填土變形失穩、防止水流沖刷路基的路堤坡腳淘刷修復、護腳墻變形損壞加固、路塹邊坡病害等整治工程中具有一定的借鑒作用，分階式仰斜式擋墻間的平臺對山區公路中需同時修復排水溝渠或機耕道路的路基塌方修復具有更為明顯的應用效果，特別是在松木資源豐富的山區公路，在條件許可的情況下，采用松木樁處理某些軟弱地基，不僅受雨季影響小、進度快、施工較為便捷，而且費用也較為經濟合理，符合“就地取材”的原則，尤其對于需要搶工期的水毀災后重建工程，不失為一種處理軟基的有效手段。當然，在考慮山區公路水毀修復方案時，應與其他工程方案進行技術經濟比較，分析其技術的可行性、可靠性及經濟的合理性，最后確定修復方案。