山區公路沿河路基穩定性分析與防護方案

徐東琦

(四川省交通勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610017)

0 前 言

近年來，我國在公路建設方面的規模不斷加大，為了建成地區公路網，完善公路體系，建設在山區中的公路也越來越多。在此背景之下，一方面讓人們的出行條件得到了很大的提升，另一方面也對公路建設帶來了新的問題：在山區公路建設過程中，為規避長大縱坡和陡峭、松散的邊坡，路線選線時常沿平緩的河谷地區布設，但在沿河公路在建成以后，路基填方或防護工程常常受河水浸泡、河流側蝕及地下水滲流破壞等問題，影響路基穩定性。所以對于沿河路段的路基，必須要合理設計，確保其穩定性符合相關要求。本文將重點就此展開探討和分析。

1 山區沿河公路特點

山區地形復雜，溝谷深切，但山脈走向和水系分布卻很清晰，這也為山區公路的路線布設提供了依據。因此，山區公路大多依山傍水而建，多體現為沿河線、山腰線、越嶺線和山脊線。

其中沿河線主要布設于山谷地帶，該地區內天然河流多具有彎曲的特點，使得兩岸臺地受側蝕作用明顯，即臺地較窄，所以沿河公路多采用沿河灘填筑或半填半挖的形式，將路基外側作為河流的堤岸。這樣的公路形式不可避免地壓縮河道的過水斷面，路基側更容易受到沖刷侵蝕，從而造成路基失穩。

2 山區公路沿河路基穩定性分析

山區沿河公路路基失穩是眾多因素的綜合作用結果，其涉及區域地形地貌、地質構造、水文氣象條件、河流和公路之間的關系等。找出導致路基變形失穩的控制性因素并明確該因素在路基失穩過程中的作用方式，是建立穩定性評價和確定設計防治方案的基礎。

2.1 影響山區沿河公路路基穩定性的因素

事實上，造成山區沿河公路路基失穩的因素有很多，每個因素的作用不盡相同，根據作用因素的來源可以將其分為內部因素和外部因素兩大類。

所謂內部因素，主要指的是公路設計與建設自身的因素，比如設計參數、材料選擇、施工質量等；所謂外部因素，主要指的是與公路本身無關的因素，諸如地質條件、氣候條件、降水特征等，這些外部因素屬于自然條件，是人力無法控制的。當然，任何一段路基真正發生失穩，必然不是某一種原因造成的，而是多種因素綜合在一起形成的結果，所以一段路基的失穩是與各方面的因素都有密切的關系。但是，山區公路建設本身就受諸多限制，在其特殊地理條件下，公路選線就存在諸多困難，山區公路中最常見的沿河線也因為所處地區河流沖蝕力往往較強，進而對路基造成嚴重的威脅[1]。

山區環境下，公路排水狀況相對不夠理想，所以在雨季來臨的時候，一旦遇到暴雨，地下水位急劇升高，滲流讓整個路基處于浸泡之中，其對路基造成嚴重的影響；再加上暴雨往往加大了河流沖擊力，所以破壞力會進一步增強[2]。據不完全統計，超過90%的路基失穩都能發現水的影響。這里的水不僅指河水，也包含地下水及降雨。河水能直接影響路基穩定，同時也能通過影響地下水水位的高低來間接地影響路基穩定；而降雨是通過改變地下水水位或河水水位來影響路基穩定。因此，對于沿河公路的路基，河水沖刷和地下水作用是影響沿河路基穩定性的最主要的兩個外部因素。

2.2 沿河路基失穩破壞模式

2.2.1 沿河路基失穩模式

山區公路沿河路基在使用過程中，路基主要的由水引起的失穩有以下的幾種：①路基邊坡在長時間受河水頂沖、淘蝕的情況下，路基坡腳填料流失，坡腳掏空，同時路基長時間承受車輛荷載，出現部分坍塌使自身的負荷能力進一步降低，進而造成路基邊坡整體失穩；②山區公路所處地的地下水、地表水滲入路基，使地下水位處于較高的水平，這樣長時間的高水位不僅降低了路基土體的力學參數，而且增大了路基臨河支擋工程墻背的靜水壓力，在長時間作用下有可能導致部分路基出現局部失穩；③強降雨時，路基地下水位急劇上升，降雨結束后水位迅速下降，若水力坡度達到一定值時，此時產生的動水壓力將路基土體內的細小顆粒帶走，形成路基內部空洞，使路基土體結構疏松、力學性質下降，即路基穩定性降低[3]。

2.2.2 沿河路基失穩后破壞形式

就沿河公路路基失穩破壞形式來看，常見的為整體滑移破壞、邊坡崩塌破壞、支擋結構物破壞，如圖1所示。

圖1 路徑破壞的三種形式

山區公路沿河路基的第一種破壞形式，就是整體滑移破壞(見圖2)，這也是嚴重程度最大的一種形式。路基土體在河水和地下水的共同浸泡作用下，隨著水分含量越來越高，抗剪強度越來越弱，土體力學性質下降，最后在動水壓力的作用下，形成貫通的滑移面，從而使路基發生變形失穩乃至滑坡。路基一旦出現整體滑移破壞，會直接造成路基本功能的喪失，所以這也是我們必須要提前預防的一種破壞形式。

第二種破壞形式是邊坡崩塌(見圖3)。這種破壞形式一般都不是突然發生，而是持續緩慢發展形成的。往往是由于邊坡距離河岸太近，持續受到河水沖刷、側蝕作用，進而造成坡腳軟化或路基填料流失，長期下來就會導致臨河邊坡下緣變形或出現凹腔，到一定程度后就會出現邊坡坍塌破壞。

第三種破壞形式是支擋結構物破壞(見圖4)，常見的有傾覆破壞、整體剪切破壞以及管涌、地基承載力不足、淘蝕造成的基礎下沉。臨河支擋結構長時間受水流沖刷，基礎土體疏松，當地下水位上升，墻背靜水壓力增大時，或支擋物在無法承擔上負荷載以后，就會出現下沉斷裂或者坍塌，進而對路基造成破壞。

3 山區公路沿河路基防護方案

3.1 沿河路基防護處治原則

在沿河公路路基災害防治時應遵循“預防為主、防治結合”的思想，貫徹科學的理念和技術，設計方案符合客觀規律，整體處治措施依照可持續發展的原則。

對于山區公路沿河路段來說，這種特殊的地理環境決定了其必然難以隔離公路與水的關系，所以必須要慎重、合理地應對水帶來的各種不利影響。具體來說就是總結和掌握山區河流的相關特性，了解山區雨水對河岸、路基的破壞規律，并明確水在路基失穩過程中的作用方式，從而針對性地做好防護和治理。

比如，處治河流對路基邊坡的沖刷侵蝕時，不僅要防治水流對邊坡的沖刷，還應防治河流頂沖支擋工程時形成的“下降水流”對基礎的淘蝕；又如，處治地下水變化引起的滲透變形時，不僅需要防治河流水位上升時引起的水分由河道向路基內側滲流的情況，還需要防治河流水位驟降時引起的水分由路基內側向河道滲流的情況。

在沿河公路路基災害防治時，應保證合理且有效的設計方案，并且務必要杜絕各種施工問題造成的安全隱患。對于設計，在設計方案中不僅要考慮“堵”，同時也需要考慮“疏”，即防治措施因地制宜、防治結合；對于施工，其所用的各種材料務必要確保質量滿足設計要求，同時使用的施工技術必須要符合實際施工需求，并采用標準施工工法。另外，對路基務必要做好養護作業，并保證路段具有良好的排水性。

3.2 沿河路基設計方案

對于沿河路基設計，即防止水對路基產生不利影響的設計。按照處治設計方案的作用，一般可分為兩種形式：直接防護、間接防護，有時也會根據現場特點兩者混合使用。

3.2.1 直接防護

在直接防治河流沖刷路基邊坡時，選用合適防水材料直接覆蓋在路基邊坡上，以此來增強路基抵抗水流侵蝕的能力。當河流流量小或者水位低時，常采用植被護坡、拋石護坡以及混凝土護腳；當河流流量大或者水位高時，常采用鋪砌護坡和修筑擋土墻等方式，若水流下切明顯，還可結合防沖墻及護坦進行處治。

在直接防治地下水位變化引起的路基內滲流時，主要采用阻斷滲透水來源的方式，即切斷地基透水層，從而解決滲流影響。當需要防治河道水分向路基內側滲流時，常在上游修筑混凝土防滲墻；當需要防治路基土體內正常含水向河道滲流時，一般使用防沖墻及防滲土工布聯合處治。

3.2.2 間接防護

在間接防治河流沖刷路基邊坡時，通過改變水流性質、減輕水流對路基的作用，來達到保護路基邊坡的效果。常采用丁壩或丁壩群的方式。

在間接防治地下水位變化引起的路基內滲流時，主要采用減弱滲透水的動水壓力的方式，即保護路基細粒填料不被滲透水帶走。常采用的方式為：在滲流溢出部位鋪設滿足要求的反濾層，反濾層一般為級配均勻的砂礫石。

4 結 語

綜上所述，山區公路沿河路段有其固有的特殊性，所以在設計過程中務必要慎重分析其穩定性并針對性地設計處治方案。在做好路基邊坡防護的同時加強防滲、排水的設計，同時運用多種方式展開防護。只有這樣，才能最有效地保護公路路基不受損壞，保障公路的運營安全。

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