公路路基地質災害與選線設計分析

任龍

（陜西遠通建設規劃設計有限公司，陜西 西安 710068）

0 引言

在公路選線設計時，應遵循的一個核心原則就是盡量避開地質災害區域，這樣既可以減輕公路施工過程中處理不良地質的工作量，同時也能保證公路在投入使用后，不至于因為頻繁發生地質災害而影響公路正常使用。因此，在公路選線設計時做好地質調研，進而使線路避開不良地質尤其重要。

1 公路路基地質災害類型

1.1 滑坡

位于斜坡表面的土體或巖體，在受到地震、雨水沖刷或人工切坡等因素的干擾后，因為自身重力的影響順著坡面向下滑動的情況，即為滑坡。滑坡的產生與斜坡巖土結構有密切關系，如果坡面的表層植被茂密，深層以堅硬巖石為主，此類斜坡可以承受較大的剪切力，不易發生滑動；相反，如果坡面表層植被稀疏，并且以松散土層、風化巖石為主，那么在地質擾動或雨水浸泡的情況下，有較大概率發生滑坡。在公路工程中，如果路線穿過江河湖溝的岸坡地帶，或者位于斷裂帶、地震帶上，以及多暴雨地區，公路滑坡的情況較為常見。因此，在公路選線時應盡量避開這些易發生滑坡的區域，保證公路的安全。

1.2 泥石流

泥石流是發生強降雨后，雨水裹挾著泥沙、石塊形成的特殊洪流。這類地質災害多見于山區或溝谷，由于具有發生突然、沖擊力強的特點，因此對公路、建筑等造成的破壞也十分嚴重。泥石流的形成除了與地形地貌有直接關系外，還會受到坡面地質的影響。坡面巖層結構松散、軟弱，裂隙發育，植被稀疏，在受到雨水沖刷、浸泡后，坡面松散的泥土、砂石隨著雨水向下移動，并且在移動過程中體量也在逐步加大，在坡腳處產生強大破壞力。

1.3 地面塌陷

在溶洞地質或礦區的采空區，在受到地上壓力或其他擾動后，地面大范圍下陷的現象，即為塌陷。地面塌陷的發生具有明顯的地域性特征，例如因為溶洞地質導致的地面塌陷，多發生在我國西南喀斯特地貌發育的地方；而因為地下采空導致的地面塌陷，多集中于開采年限較長的老礦區。另外，長期過度抽吸地下水，也有一定概率引起漏斗形地面塌陷。

2 公路選線方法與原則

2.1 公路選線的常用方法

常用的公路選線方法有實地選線、紙上選線、自動化選線等幾種。實地選線是由工作人員參考選線設計任務書，進行實地勘察，經過多方比較之后最終確定路線。此類方法多適用于一些等級較低的公路，其優點在于準確掌握公路沿線的地質、地形，定線時通常不需要大比例尺地形圖，最終確定的路線方案較為可靠。當然缺點也比較明顯，例如野外勘察作業增加了工作量，加上受到氣候、地形等客觀因素的影響，選線工作的效率也會受到限制。紙上選線則是借助于已經測得的地形圖，選出多條路線進行對比后確定最佳方案，然后再將該路線放到實地的一種方法，適用于一些地形復雜的高等級公路。其優勢在于野外工作量較小，可以綜合考慮平、縱、橫三方面因素，使確定的路線更加科學、可行，但是需要使用到大比例尺地形圖。自動化選線是近幾年出現的一種選線技術，借助于無人機或遙感衛星建立數字地形模型，把選線設計要求輸入軟件中，由計算機自動完成選線，并從多套路線方案中確定最佳方案，最后以圖表形式輸出。該選線方法省時省力，選線方案更加合理，是目前公路選線設計的主要方法。

2.2 公路選線應遵循的原則

選線是公路工程建設的基礎環節，同時選線是否合理，也將直接影響后續的施工進度、施工成本，因此必須予以重視。在公路選線時應遵循以下原則：第一，多方案比選的原則。在實際選線時，一般需要設計3～5 條可行的路線，然后從路線長度、地形地質、施工難度等方面進行綜合論證、橫向對比，從多條路線中選出性價比最高的一條。第二，環境保護的原則。公路選線要盡量減少占用農田、林地，保護當地的生態環境。新建公路盡量覆蓋原有的小路，可最大程度地降低對原有生態的破壞。第三，嚴重不良地質路段繞避原則。結合前期的地質勘測資料，發現有軟土、溶洞、泥石流、地面塌陷等地質災害的，應主動繞開，保障公路質量安全。在選線設計中堅持上述原則，也是提高公路選線方案合理性的重要舉措。

3 公路選線設計要點

3.1 平原地區公路選線

在自然坡度3以下的平原地區，耕地較多，建筑物較密，交通網、天然河網、通信管網等縱橫交錯，不良地質相對較少，選線設計時注意避開河湖及建筑物。路線以直線為主，但是又要避免直線公路過長，在條件允許的情況下多使用轉角小、半徑大的長緩平曲線線形。由于平原地區耕地較多，要特別注意處理好路線與農田水利的關系，在保護耕地的同時還要降低公路工程的建設成本。如果是干線公路，需要連接城鎮、工業園區的，選線時應做到“近村不進村、利民不擾民”。提前做好調研，了解市政管線布局，路線盡量避開既有的電力、通信等市政管線。為保證公路路基穩定，選線時盡量避開湖塘、水庫。如果不得不通過低洼地帶，要盡量將路線設計在地勢較高處，同時布線時要注意保證路基最小填土高度。

3.2 山嶺地區公路選線

3.2.1 沿溪線

沿溪線是使公路沿著河谷方向布設路線，一般來說路線走向和等高線重疊，這種選線設計的好處在于路線走向較為明確，無論是前期施工還是后期的維護均易于開展，無形中節約了大量資源。當然，沿溪線設計也有一些缺陷，例如沿線多橋涵及防護工程，一旦出現強降雨引發洪水，不僅會影響公路的正常運行，而且會嚴重縮短公路壽命。選擇沿溪線布線時，重點要把握好線路與河流的關系。因此，在選線設計前要對河流及沿岸的地質條件展開充分調研，了解河流兩岸地形地質以及城鎮、居民點的分布情況等。遇到一些深“V”或深“U”型河谷，在路線設計時還應注意采取臺口式路基或半隧道路基。

3.2.2 越嶺線

越嶺線即公路走向與河谷及分水嶺方向橫交所布設的路線，路線連續升坡由一個河谷進入另一個河谷。這種公路選線設計的優越性在于布線較為靈活，受地形限制較小；公路投入運行以后不易受到洪水威脅。缺點在于線形差、里程長，前期施工難度大，后續維護成本高。在越嶺線設計中，關鍵點在于選擇埡口、過嶺標高和展線布局。在選擇埡口時，應綜合考慮埡口所在位置、高度、兩側地形條件及地質條件等；影響過嶺標高的因素有埡口地形、地質等。

3.2.3 山脊線

山脊線是公路沿分水嶺方向設計的路線，這種選線設計的好處是沿線河谷、橋涵以及其他人工構筑物相對較少，為公路施工創造了便利。另外，山脊處的水文和地質條件也要優于山谷處，因此公路路基較為穩定，發生病害的概率較小。還有就是沿山脊布置的路線里程相對較短，施工中開挖的土石方較少，間接地降低了工程量。山脊線的缺點是海拔較高，冬季易出現道路結冰、積雪，行車安全性差，后期養護難度高。山脊線設計也有3 個關鍵點，分別是埡口的選擇、側坡的選擇以及試坡布線。在試坡布線時，要求埡口間平均縱坡不超過相關標準，并且埡口間需要有支脈分隔。

3.3 丘陵地區公路選線

丘陵地帶的公路選線設計要堅持因地制宜原則，如果農林業較為發達，應盡可能與農田、水利、林地等規劃相適應，減少對農林地的占用。在相對平緩的地帶，盡量走直線；在有一定坡度的地帶，盡量走勻坡線；在有明顯起伏的地帶，盡量走中間。

4 公路路基地質災害與選線設計案例

4.1 工程概況

某公路為典型的河谷沿溪線，全線總長33.65km，設計行車速度40km/s，路基寬度9.4m，采用瀝青混凝土路面，二級公路標準設計，該公路于2011 年7 月交付驗收。公路一側為山體，另一側為河流，地質災害主要來自路基上邊坡。由于坡體巖層裂隙發育，表層土石松散，容易發生山體滑坡和邊坡坍塌等事故。結合地質調查結果，地質災害的分布路段、發生時間和治理方法如表1 所示。

結合表1 可知，該公路共有8 個地段發生過地質災害，主要有邊坡坍塌、山體滑坡和泥石流3 種類型，除了K35+620～K35+880 段的邊坡坍塌未采取處理措施外，其他7 個路段的地質災害，均采取了片石混凝土抗滑擋墻、掛網噴錨等治理措施。

表1 公路地質災害分布位置、垮塌時間及治理方法

4.2 地質條件分析

該公路所在地區的氣候特征，屬于溫帶大陸性季風氣候，雨熱同季，年均降雨量822.4mm，其中7～9月的降雨量占到了全年的70%左右。2020 年8 月降雨量最多，最大降雨量出現在8 月10 日，達到了108.8mm。此次強降雨也導致該公路多處發生了邊坡滑塌和泥石流等地質災害。另外，從公路沿線的地形地貌勘察結果來看，該公路沿線均為山地地形，屬于亞高山深切割地貌，沿線溝壑縱橫，深“V”型河谷分布廣泛，加上坡面植被稀疏，這種地質條件下遭遇雨水沖刷，容易出現滑坡、泥石流等地質災害。

4.3 工程設計分析

該公路路基土石方330.4 萬m，挖土方174 萬m，挖石方114 萬m，填方42.4 萬m。可見路線設計中挖方數量明顯超出填方數量，在開挖工程量較大的地方，由于對巖土結構造成了擾動，從而增加了發生地質災害的概率。雖然在后續的公路維護中，針對邊坡地質災害采取了多種防治措施，但是實際取得的效果并不理想。以掛網噴錨為例，早期尚能發揮一定的坡面加固效果，而隨著時間的推移，坡面反復遭受雨水沖擊后，錨桿松動甚至脫出的情況較為常見，進而發生邊坡成片脫落的情況。造成該公路地質災害頻發的主要原因，在于公路工程的籌備階段，采用了傳統的選線設計方法，沒有避開嚴重不良地質區域，不僅增加了施工難度，而且后期各類地質災害頻繁發生。如果選用自動化選線，以航測數據為基礎，采用大數據分析和人工智能決策技術，從多套候選方案中選出最佳線路，在此基礎上遵循嚴重不良地質路段繞避原則，就可以最大程度地降低公路建設與運行中發生地質災害的頻率，體現出選線設計的實用性、經濟性。

5 結語

在公路工程的選線設計中，技術人員應在充分了解地形地貌、地質條件的情況下，合理選擇最佳線路，從而為后續的工程施工創造有利條件。對于一些易發生泥石流、邊坡滑塌等地質災害的地區，條件允許的情況下盡量避開，在保障公路安全的前提下，也有助于降低后期的維護成本。在公路選線設計時，除了要選擇恰當的選線方法、遵循特定的選線原則外，還要根據地形地貌的不同，做到靈活選線，例如在平原地區設計使用長緩平曲線線形，在山嶺地區選擇沿溪線、越嶺線等。做到科學選線，將地質災害對公路路基造成的負面影響降至最低，保障公路工程保質保量的建設完成。