庫區公路病害成因及防治措施研究

張 波，李 洋，宋 超

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

我國水能資源豐富，在“碳中和”目標推動下，水力發電作為技術成熟、發電量大、發電成本低的清潔能源，發展潛力巨大。未來幾年，隨著國家節能減排力度不斷加強，水力發電占全國發電量的比重將會持續提升，隨之而來的是大量水電站的開發建設，而水電項目的持續開展，又將帶動大規模的庫區公路建設。

庫區公路主要包括庫區淹沒復建公路以及位于庫區范圍的水電站進場公路、場內公路。受庫區蓄水影響，庫區公路較一般公路更易出現病害，修復也更加困難，因此研究庫區公路病害成因及防治措施對指導庫區公路建設具有重大實際意義。

本文結合西藏某水電站庫區公路病害調查情況，對庫區公路病害成因進行分析并提出處理及預防措施，可為庫區公路的勘察設計、施工提供借鑒和參考。

1 庫區公路常見病害及原因分析

水力發電工程一般位于地形地質條件復雜的山區，受庫岸地形地質條件、樞紐工程布置、庫區蓄水等因素影響，庫區公路多具有路線走廊帶單一，邊坡開挖高、蓄水后路基及支擋結構浸水易失穩等特點。通過對西藏某水電站庫區公路在水庫蓄水后的病害調查顯示，庫區公路常見的病害主要有庫區塌岸、路基滑塌、路基沉降、擋土墻傾覆變形及損毀、挖方邊坡滑塌。

1.1 庫區塌岸

庫區塌岸是指水庫蓄水后，土質或軟巖岸坡因庫水作用發生坍塌破壞的現象。受水庫水位頻繁反復升降引起的干濕交替作用、庫水浸泡、風浪侵蝕、水流淘蝕及強降雨等作用綜合影響，水庫水位以下土質岸坡會發生軟化、崩解以至坍滑，強風化軟巖則發生軟化、崩解、掏空及剝蝕，岸坡土體或巖體因失去下部支撐而塌落，岸線隨之發生后移。若路線布置在塌岸影響區內，路基或擋墻基底土體因水庫邊岸再造而發生塌落，路基和擋墻因失去底部土體支撐而發生塌方和垮塌，路基將發生失穩破壞，如圖1所示。

圖1 庫區塌岸

1.2 路基滑塌

庫區公路路基滑塌分為坍塌和滑坡兩種類型，主要由水的破壞、地質條件不良及施工不當造成。路基滑塌具體成因有以下幾個方面：

（1）庫區公路由于受水庫水位及地形限制而多沿庫岸展線，內側傍山、外側臨庫，路基多選擇半填半挖或全填方形式。若臨水路基填方邊坡未施做防護措施或防護方案不合理，在周期性水流沖刷作用下，其結構和強度不能抵抗洪水的破壞作用，路基底部受到洪水沖刷掏蝕，邊坡中的土體、碎石顆粒被洪水帶走后導致路基出現坍塌[1]。

（2）庫區公路浸水擋墻或護坡等防護支擋結構的基礎埋置深度若不滿足抗洪防沖刷深度要求或無防沖刷加固措施，擋墻或護坡基礎底部土體受洪水沖刷掏蝕后導致結構損毀，路基出現坍塌[2]，如圖2所示。

圖2 洪水沖刷破壞

（3）路基坐落在滑坡體、堆積體、人工填土等不良地質體上，存在先天缺陷。受到汛期降雨、庫水浸泡及淘刷作用時，坡體物理力學參數降低，公路路基整體產生向庫內的塌滑變形，并于公路外側形成錯臺及局部小范圍拉裂縫。

（4）陡坡薄貼路基段，施工中路基碾壓不到位，容易出現壓實度不足，若未嚴格按照設計及規范要求進行挖臺階處理，路基填土極易沿著填方交界面溜滑，導致路基出現失穩破壞。

1.3 路基沉降

路基沉降是指路基整體或局部發生不均勻下沉，進而使路面出現斷裂或下陷的現象。庫區公路路基局部沉降主要發生在填方路段和半填半挖路段填方側，沉降原因主要有以下幾個方面：

（1）設計人員未針對庫區填方路基特點進行特殊設計，僅按照常規路基進行設計。設計時對浸水路堤未進行穩定性驗算或未采用防護措施，當庫區水位較高時，路基土體受庫水浸泡，力學參數降低，強度下降，導致邊坡發生沉降。

（2）路基填筑時，路基底部軟弱土層清除不徹底，填方土體壓實不充分，導致路基隨時間推移發生自然固結沉降。

（3）路基填筑于未經處理的飽水軟弱土層上，因軟土地基存在含水量高、抗剪強度低、承載力低、不易壓實等缺陷，公路路基若填筑于軟土層上極易發生沉降。

（4）路基填筑時，路基范圍的地下水未做降水處理，地下水滲入路基填料中，使得填料含水量增加、空隙加大、強度降低，運營過程中極易出現路基沉降問題。

1.4 擋土墻傾覆變形及損毀

導致擋土墻傾覆變形及損毀的主要原因有：

（1）擋墻基礎置于覆蓋層上，地基承載力不足，隨時間推移，基底土體發生自然固結沉降，擋墻隨之整體發生沉降，如圖3所示。

圖3 路肩墻整體沉降破壞

（2）在擋墻基底土體力學特性發生變化處，地基發生不均勻沉降，若擋墻未設置變形縫，則會產生豎向的貫通裂縫。

（3）部分路段擋墻泄水孔堵塞或未設置泄水孔，墻后排水不暢，墻后土壓力增大，擋墻發生傾覆破壞。

（4）浸水擋墻基礎受到水流沖刷掏蝕，墻身受水的浮力作用，其抗滑及抗傾覆穩定性變弱。

1.5 挖方邊坡滑塌

挖方邊坡滑塌是指邊坡在施工和使用過程中受到施工不當、強降雨、長期風化、順層切腳等不利因素影響，產生垮塌和滑坡的現象。庫區公路常見的挖方邊坡滑塌形成原因主要有以下幾個方面：

（1）邊坡的開挖坡率及防護形式與實際地質情況不符，對于易松散、雨水侵入后易失穩的土體采用了較陡的開挖坡率，當邊坡受強降雨影響時出現垮塌。

（2）邊坡排水設施、坡面防護措施不完善，暴雨、久雨后，雨水滲入坡體范圍。對于土質邊坡，土體加重，抗剪強度降低，一旦土體下滑力大于抵抗力，邊坡即出現滑塌；對于巖質邊坡，水體沿裂隙滲入巖體，巖體重量增加，黏聚力和摩擦力降低，巖體穩定性降低，邊坡發生塌落[3]。

（3）長期的風化作用促使巖石原有裂隙不斷發育，加之新裂隙的產生，破壞了巖體的整體性。隨著空隙率的增大，巖體的吸水性和透水性增強，強度和穩定性下降，從而導致邊坡出現局部剝落甚至整體塌落[4]，如圖4所示。

圖4 邊坡掉塊塌落

（4）順層巖質邊坡的巖體節理裂隙較發育，巖體受層面及節理切割形成塊體，沿巖層面產生滑動，形成小型順層巖質滑坡及飛石。

2 庫區公路病害預防及治理措施

庫區公路病害防治一般采用預防為主，防治結合的方式，盡量做到提前預防，徹底根治。當在建和已建成的庫區公路發生病害時，應迅速采取臨時工程措施，以防止災害進一步惡化。提出處理方案前應進行詳細的勘測，確保治理措施經濟有效。治理過程中應加強觀測，以便及時對治理效果不好的方案作出調整。庫區公路病害預防及治理措施主要包括以下幾個方面：

（1）重視勘察設計工作。庫區公路選線及防護工程設置的合理性高度依賴地質勘察成果。由于庫區公路建設在水電項目中處于從屬地位，地質勘察工作往往得不到足夠重視，勘察深度不足、勘察工作不細致又常會導致路線選線失誤。為確保庫區道路設計的合理性，在勘察設計階段應充分重視地質勘探工作，查明公路沿線的水文地質和工程地質條件，查明不良地質、特殊性巖土的分布范圍、性質，提供必要的地質參數并建議合理的處治方案，為合理確定路線和構筑物的位置提供地質依據。設計人員應充分認識地質條件，路線選線時盡量繞避不良地質區域，避免路基坐落在滑坡體、堆積體、傾倒變形體、軟巖基礎上，避免路基存在先天缺陷。在巖體破碎松散、節理發育路段，避免采用高陡邊坡開挖山體。在松散土質路段進行高邊坡開挖時，應分級開挖并放緩邊坡，避免山體崩塌。

（2）重視水文調查與水力計算。水文地質參數是路基排水設計的重要基礎資料。降雨強度、匯水面積、排水流量等參數是確定地表排水設施斷面尺寸的主要依據，對于橋梁、涵洞的孔徑除了考慮泄洪流量大小外，還應確保泥沙、石塊等能順利通過。地下水水位、流向、流量及滲透系數等參數是地下排水設施設計的重要基礎資料，地下排水滲溝的斷面尺寸、滲溝類型需根據地下水滲流量、排水距離等參數綜合確定[5]。同時，水文地質條件也是路基防護支檔結構設計所需的重要資料之一，庫岸沿線公路浸水路堤防護支檔工程的防護高度應滿足設計水位的要求，基礎的埋置深度須滿足抗洪防沖刷深度要求。

（3）繞避不良地質體。對一些小型的不良地質體，可采用清除的方式進行處理；對于中等的不良地質體，路線可選擇從擋防工程量小的區域通過；若不良地質體連續范圍大、防治較為困難或防治代價較大時，應盡量改道繞線或采用橋梁、隧道方式進行繞避。因庫邊大面積的岸坡坍塌防治工程量大、代價高，難以采用工程措施，工程上經常采用繞避的方式將路基置于塌岸影響范圍外，以確保路基的穩定。例如某電站庫區公路K1+114～K1+449樁號段，采用路線內移避開路基外側殘坡積覆蓋層；K0+064～K0+167段為避免泄洪水流淘刷路基引發公路塌陷，考慮采用橋梁直接跨越覆蓋層區域，以保證公路安全。

（4）完善截排水設施。水是庫區公路路基水毀、滑坡、崩塌、泥石流等病害發生的主要誘因，完善、合理的排水系統有利于路基、路面范圍內的地表水、地下水順利排出，保障路基路面的穩定。庫區公路勘測和設計時，應對路基排水系統的設置加以重視，遵循截、排、引相結合的原則綜合布設排水設施，形成完整、通暢的排水體系，以有效攔截和排除進入路基范圍的地表水、地下水，預防路基水毀病害的發生。

（5）完善岸坡及邊坡防護工程。當庫岸線附近有道路通過時，對于岸坡易受水流淘刷部位，應考慮護岸工程，以增強庫岸邊坡抗沖刷能力；對于可能失穩岸坡，考慮采用擋墻等支擋措施來增加庫岸邊坡穩定性。為防止臨庫填方邊坡發生水毀破壞，在設計水位以下的填方路基可采用擋土墻、護坡等防護工程進行防護，并同時對支擋防護工程的基礎進行加固。為防止挖方邊坡出現垮塌和滑坡等病害，對于土質高邊坡、巖體破碎或存在軟弱結構面的高邊坡，可根據實際情況采用護面墻、上擋墻、掛網噴錨、錨桿錨索框架梁、抗滑樁等支擋措施，以封閉破碎巖體，支撐邊坡防止失穩。邊坡防護工程的設置范圍應根據工程規模、穩定性及工程投資等因素合理確定[6]。

3 結 語

（1）庫區公路常見的病害主要有庫區塌岸、路基滑塌、路基沉降、擋土墻傾覆變形及損毀、挖方邊坡滑塌。

（2）庫區公路病害產生的原因主要有路線選線不合理、防護工程設置不當或缺失、排水設施不完備、庫岸及路基遭受水的破壞、地質條件不良、施工不當等。

（3）庫區公路病害的預防及治理應重視勘察設計工作及水文調查與水力計算，完善截排水設施及邊坡防護工程，對于大型的不良地質體應盡量進行繞避，以減少不利地質因素對公路安全的影響。