關于山區公路水毀應急修復邊坡支擋結構選型的探討

文＿周曉杰（中緯城建設計有限公司，道橋所所長，高級工程師、注冊結構工程師、注冊巖土工程師）

山區公路的修建不僅能有效改善當地的出行需求，還可加強與周邊城鎮的交通網連接，促進本地的經濟發展。一般而言，山區公路的修建受當地的地形地貌、氣候環境、地質環境及材料運輸等諸多因素的影響，建設難度較大。同時，山區公路易受山洪、地震、地面沉降、地質活動斷裂、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等自然災害及工程地質災害的影響，一旦遭遇上述自然災害及工程地質災害，山區公路將會遭受極為嚴重的破壞，甚至導致交通中斷，對當地居民的安全出行帶來嚴重影響。本文以作者參與的實際項目為案例，對山區公路遭受洪水破壞后其邊坡支擋結構的破壞原因及設計方案選型進行分析和計算，對該項目進行全面總結，以期為類似工程項目提供參考。

一、項目概況及建設意義

本項目位于山東省濟南市南部山區，此處地理位置優越，在濟南的南端，總面積571km2。南鄰泰山余脈，境內群山環抱、溝壑縱橫，綠化面積極高，空氣清新、風景秀麗，既有藥鄉森林公園等自然景區，又有金象山樂園等中華民俗歡樂園，有“省城后花園”的美稱。與市區的繁華熙攘相比，此處安靜祥和，是周末節假日濟南環城出游的不二之選。

南部山區盛產核桃、杏、鴨梨、蘋果、山桃等水果，有大量以散養方式為主的家禽及相關農副產品組成的當地特產，還有新型農場、農莊、農家樂、漁家樂等供周邊城市居民旅游、休閑放松的特色項目。區內公路設施較為完善，交通四通八達，最大限度地連接周邊村落及景區，極大便利民眾出行，更有利于當地特色山區經濟的快速發展。因此，南部山區以公路為主的交通網的重要性是不言而喻的。

2022年5—6月，南部山區經歷了一場幾十年罕見的特大暴雨，連續數日的暴雨導致山澗積水陡增及上游水庫水位暴漲，最終導致大規模山洪暴發，山區沿線公路設施及泄洪溝等配套均遭受不同程度的破壞。交通的中斷阻礙當地居民出行，房屋出現不同程度的損壞，嚴重危及沿線居民的生命安全。本項目時間緊迫，既要全面調查沿線公路受損程度及影響因素，制訂搶修計劃，又要結合當地地形地貌，針對不同路況及現狀條件提出合理可行的技術方案。經過設計團隊全線調查與測量，初步統計約50多處水毀點，本次取其中具有代表性的幾處水毀點進行分析。

二、水毀原因分析

經過設計團隊及測量團隊全線調查、勘測及分析，本次所有水毀點的破壞主要有以下幾個原因：一是公路臨泄洪溝一側擋土墻大多為當地石塊堆砌，基礎埋深較淺，整體性較差，抵抗變形的能力不足。二是公路與臨泄洪溝一側擋土墻連接較差，路面地表水（雨水等）可沿路面橫坡匯集到擋土墻頂端，擋墻頂部無防排水設施，積水沿公路與擋土墻的間隙及回填土的裂縫深入土體，擋土墻墻背的側向壓力因此增大。三是公路沿線土質基本為粉質黏土，透水性差，長時間的降雨導致積水，擋土墻內的地下水位升高，壓力增大，土壤含水量達到一定程度后，土壤的強度遭到破壞，土體失穩致使擋土墻坍塌。

由于擋土墻的坍塌，路基側向失去約束，鄰近泄洪溝一側的公路路基在河水的浸潤和沖刷下，土體強度降低，路面逐漸出現不均勻沉降，水土流失嚴重的地方路面出現塌陷。本次公路由于連續強降雨導致泄洪溝內水位暴漲，過水量大，高差大，部分路基擋土墻被沖毀的同時路基土也遭受流失，出現不同程度、不同類型的損壞。

三、設計內容及范圍

本次設計旨在不大量增加造價的前提下，用安全、合理、成熟的技術方案及時解決上述水毀公路出現的問題。

設計內容主要包括現狀公路的路基、路面修復工程，公路臨泄洪溝側擋土墻修補工程（包括護坡填方）及部分橋梁與公路銜接及加固處理。

根據現場踏勘與測量，本次公路損壞涉及三條路，從西向東分別為摩泥路、柳藥路和李桃路。項目區位示意圖見圖1。

圖1 項目區位示意圖

四、設計依據

本次施工圖設計參照的標準、規范、規程如下：《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）、《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）、《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）、《公路路基施工技術規范》（JTG/T 3610—2019）、《公路瀝青路面養護技術規范》（JTG 5142—2019）、《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）、《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）、《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2017）、《水工擋土墻設計規范》（SL 379—2007）、《擋土墻（重力式、衡重式、懸臂式）》（17J008）、《公路擋土墻設計與施工技術細則》《土工合成材料應用技術規范》（GB/T 50290—2014）、《山東省農村公路管理養護辦法》。施工時，如有新的規范、規程頒布實施，則應按新的規范、規程執行。

五、現場調查

根據損壞程度的不同，將需要修復的公路大概分為以下四類。

（1）公路的路基、路面基本完整，僅公路臨泄洪溝側擋土墻出現局部坍塌或已有明顯的位移，影響行車安全，公路水毀類型見圖2。

圖2 公路水毀類型一

（2）公路臨泄洪溝側擋土墻坍塌，路面局部損壞，部分區段路基因水流沖刷作用，路面以下形成了多處孔洞，已成為公路病害，影響行車安全，公路水毀類型二見圖3。

圖3 公路水毀類型二

（3）公路臨泄洪溝側擋土墻坍塌，路面、路基均已出現嚴重破壞，影響交通通行，公路水毀類型三見圖4。

圖4 公路水毀類型三

（4）橋梁與公路的銜接問題，因橋梁連接公路一側橋臺、擋土墻已坍塌，橋梁與公路的連接中斷，影響周邊居民的日常出行及人身安全，公路水毀類型四見圖5。

圖5 公路水毀類型四

六、典型水毀點案例分析

（一）柳藥路香附崖村水毀點

1.現狀分析

香附崖村水毀點長約20m，公路寬度為6m，公路東側4米為既有單層民房，民房東側依山而建，公路西鄰泄洪溝，路面距離溝底約11m，現狀為毛石擋土墻，泄洪溝同公路大致走向相同，均為西南高東北低，水毀點上游約3m處有一高差約為6m的跌水，平面示意圖見圖6。

圖6 柳藥路香附崖村水毀點平面示意圖

2.水毀分析

香附崖村水毀點公路臨泄洪溝側擋土墻坍塌，路面局部損壞，路基因水流沖刷作用，在路面結構以下形成了較大區域板底脫空，擋土墻后路基土含水量大，地下水位高。分析原因主要有以下幾點。

第一，直接原因。泄洪溝過水斷面狹小，上游跌水位置高差大。山洪經過此處水流加快，沖擊力加大，另外行洪過程中帶有大量形狀尺寸均不同的孤石從跌水位置下落，撞擊河底護砌及兩側擋土墻，導致跌水下游附近形成深坑，加之不斷的水力沖擊，此處擋土墻基礎遭到破壞，進而倒塌。

第二，間接原因。通過分析現狀地形，發現此處公路東側有一條坡度較大的盤山路，盤山路兩側為兩座山峰，天然形成了雨水地面徑流的通道，加之地下水（兩座山峰之間范圍）滲流亦于此處匯集，積水無法及時排出，加大擋土墻墻背側壓力的同時也對擋土墻基礎有較大的影響。

3.設計方案

根據地勘提供的數據，結合此處地形地貌，并綜合考慮安全性、時效性與經濟性，當地取材條件，施工便易性等因素。設計方案采用衡重式毛石混凝土擋土墻，頂部做鋼筋混凝土壓頂加裝防撞護欄，相關范圍河床做毛石混凝土護砌與上下游河道銜接，并在跌水處河底采取相關補強措施。擋土墻設置高于規范要求的泄水孔且墻背回填透水性好的砂石填料，公路東側一側設置排水溝保證此處地面及地下水的及時排出。

（二）柳藥路柏樹崖村水毀點

1.現狀分析

柏樹崖村水毀點長約19m，公路寬度為6m，公路東側6m為沿線建筑大院，公路西側2m毗鄰泄洪溝，路面距離溝底約7.50m，現狀為巨石干砌景觀擋土墻，擋土墻根部設石籠，泄洪溝同公路大致走向相同，均為南高北低，水毀點位于泄洪溝由南向西轉彎的位置，平面示意圖見圖7。

圖7 柳藥路柏樹崖村水毀點平面示意圖

2.水毀分析

柏樹崖村水毀點公路臨泄洪溝側擋土墻坍塌，路面局部損壞，路基因水流沖刷作用部分流失。分析原因主要有以下幾點。

第一，直接原因。泄洪溝過水斷面狹小，且在河道轉彎處水流對迎水面擋土墻沖擊力大，巨石擋墻在水力沖刷作用下不斷變位，導致擋土墻最終坍塌。

第二，間接原因。巨石擋土墻僅僅在基礎根部采用漿砌。上部石縫未做處理，無法隔水。河道水位較高時，水可回灌進擋土墻墻背，且出入自由，久而久之墻背路基填料會隨水逐漸流失，導致路面下沉或局部坍塌，進而造成擋土墻的局部破壞。

3.設計方案

根據地勘提供的數據，結合此處地形地貌，設計方案采用扶壁式鋼筋混凝土擋土墻，頂部加裝防撞護欄，相關范圍河床做漿砌片石護砌與上下游河道銜接。擋墻設置高于規范要求的泄水孔，且墻背回填透水性好的砂石填料，新建擋土墻與兩側既有擋土墻采用結構縫分隔。

（三）柳藥路里臥龍池村水毀點

1.現狀分析

里臥龍池村水毀點長約41m，公路寬度為6m，公路東側為山體，公路西側為自然放坡（水平距離為：南段約15m，北段約5m，漸變），放坡至泄洪溝，水毀點處（水庫下游）泄洪溝同公路大致走向相同，均為西南高東北低，平面示意圖見圖8。

圖8 柳藥路里臥龍池村水毀點平面示意圖

2.水毀分析

里臥龍池村水毀點范圍公路瀝青路面被洪水沖走，西側自然放坡坡腳大面積坍塌、流失，坡頂與公路邊緣銜接處出現整體裂縫（具備整體滑坡的部分特征），路面局部損壞，路基因水流沖刷作用部分流失。分析原因如下。

第一，直接原因。上游公路處于山澗處，匯集兩側山體的地表涇流水，在公路轉彎處，雨水混合碎石一瀉而下，破壞路面瀝青層，同時一部分護坡石料被洪水帶走（暫不排除此處有滑坡的潛在可能性）。

第二，間接原因。水庫下游與泄洪溝連接處水量暴增，導致此段自然放坡的坡腳被沖刷破壞，進而引起上部自然放坡的土石料不斷流失。

3.設計方案

根據地勘提供的數據及地災調查提供的數據（此處排除整體滑坡的地質災害的潛在可能性），結合此處地形地貌，設計方案采用1∶1.75的自然放坡（植草）與漿砌塊石重力式擋土墻相結合的邊坡防護措施，坡頂路肩處加裝防撞護欄，相關范圍河床做漿砌片石護砌與上下游河道銜接。擋土墻設置滿足規范要求的泄水孔，且墻背回填透水性好的砂石填料。

（四）李桃路簸箕掌村水毀點

1.現狀分析

簸箕掌村水毀點長約23m（另有一座過路石拱涵下游出口局部坍塌），公路寬度為6m，東西走向，公路北側為林地，公路南側為果園，水毀點處公路下方有一座石拱涵由南向北下穿公路，公路路面距離石拱涵底部約11m深，平面示意圖見圖9。

圖9 李桃路簸箕掌村水毀點平面示意圖

2.水毀分析

簸箕掌村水毀點范圍公路北側石拱涵出口及東西兩側擋土墻坍塌，路面局部損壞，路基因水流沖刷作用部分流失。分析原因如下。

上游洪水水量大，水流速度快，水力沖擊大，水在石拱涵范圍內水壓大，且攜帶泥沙腐殖石塊造成積淤，不能快速排出。水不斷滲入石拱涵基礎及側墻內部，導致涵洞出口及出口東、西兩側的擋土墻的墻背側向壓力增大，進而引起石拱涵出口及東西兩側擋土墻坍塌。

3.設計方案

根據地勘提供的數據，結合此處地形地貌，經業主的協調，北側有放坡的空間，綜合分析，設計方案采用1∶1.75的自然放坡（漿砌片石護面）邊坡防護措施，放坡末端采用6m高漿砌塊石重力式擋土墻，新放坡段下部箱涵采用鋼筋混凝土箱涵加八字翼墻出口（箱涵兩端設置環向加強帶，八字墻與端部重力式擋土墻順接），相關范圍河床做漿砌片石護砌與上下游河道銜接，護坡范圍設置滿足規范要求的泄水孔。

七、項目總結

本文以作者參與的實際工程為案例，對山區公路水毀應急修復邊坡支擋結構的選型進行簡要的分析與總結。通過實際案例不難發現，有多處水毀點的公路邊坡支擋結構的破壞形式、破壞環境是有共性的，例如擋土墻破壞較常見，破壞較嚴重的水毀點大多位于河道轉向段的迎水面或者河道水流落差較大、過水斷面較小的位置，這為今后類似工程設計提供了寶貴經驗，使工程在設計階段就能把握重點與難點，從而采取對應的工程措施保證工程結構安全，從源頭上有效控制潛在風險的發生。同時也不難發現，不論是動態環境的水，還是靜態環境的水，都是工程設計中必須重視的因素之一，動態水主要有沖刷、搬運、滲透等作用，靜態水主要是水壓力、水腐蝕等作用，然而進行公路邊坡支擋結構計算的時候，軟件對水的作用暫時只能考慮靜水壓力及滲流作用下的水壓力，其他作用則是采取對應的構造措施來滿足，無法實際模擬計算。例如位于河道底部以下的支擋結構基礎不僅需要滿足地基承載力、抗傾覆穩定性、抗滑移穩定性要求，還需要在河道底部設置護砌來防止河流對基礎的沖刷。因此，對實際案例的分析與總結是有必要的，不僅讓人們對自然災害的破壞規律及破壞模式有正確的認識，更重要的是為將來類似應急工程的設計積累寶貴經驗。