山区公路水毁塌方原因分析及处治措施

陈祥文（泉州市公路局德化分局，泉州362500）

山区公路水毁塌方原因分析及处治措施

陈祥文
（泉州市公路局德化分局，泉州362500）

本文以山区公路路堤水毁塌方为工程背景，分析了路堤塌方破坏的原因，并提出了塌方处理的方案，总结归纳了施工控制要点和修复后的效果，为同类水毁病害的处治提供参考。

山区公路水毁塌方处理方案处治效果

0 前言

山区公路的路基多数是半填半挖或全部为填方筑成，因此，当路基遭受大面积集中水流淘刷或大量雨水渗入土体引发坍塌破坏时，便会出现许多缺口和坍塌半个以上路基，继而造成阻断交通的重大影响。

山区公路下边坡塌方重建修复是公路水毁灾后重建修复工程建设的重中之中，制定有效的处治方案是灾后重建工作的首要任务。本文针对山区公路下边坡塌方重建修复采取了一些有效的方案和质量控制措施，并取得较好的成果，为类似工程提供参考价值。

1 工程概况

X357线K3+200~K3+250位于福建省德化县境内，是德化通往龙门滩镇区的主要通道，为山岭重丘三级公路，处于山间沟谷半填半挖的路基断面形式，2007年改建完工，下边坡高度为12m，填方基底原来为水田，基底斜坡坡度较缓，坡脚外侧50m为龙门滩水库库区，上边坡高度不大，但有一条村道交叉；2014年受台风影响，上边坡的村道水流夹杂着大量泥石堆积堵塞右侧边沟，造成水流漫过水泥路面冲刷、渗入路基，引起左侧填方边坡滑坡坍塌，水泥路面板底悬空1.0m宽。

2 塌方形成及原因分析

2.1 形成类别

强降雨期间，路基下边坡的稳定性和变形破坏模式取决于组成路基的岩土结构和坡率，受地表水和地下水活动影响。路基下边坡塌方的形成受地质条件、水文条件、地貌因素、气候因素、填方高度和坡率、边坡防护等多种条件与因素的综合作用，边坡水毁塌方的形成过程主要有以下几类：

（1）边坡表层松散覆盖层土体在坡面水流集中冲刷和重力的作用下，不断从边坡表面剥离，从而形成剥落塌方，一般塌方规模较小，厚度常在2m以内，常表现为路肩裂缝和滑塌；其塌方多发生在坡面保护措施不良，大面积裸露的边坡。

（2）边坡受水浸泡后其含水量大于液限，导致土体抗剪能力降低，在重力作用下，部分土体脱离整个路基母体，突然从边坡上崩落并沿坡面向下堆落在坡脚，形成局部崩塌，厚度常在1.5m以内，这类崩塌多发生在原坡面较陡且防水设计不良的部位。

（3）边坡土体在一定的环境作用下，受地表水和地下水双重诱因作用，沿一定的软弱滑动面整体向下滑动，形成滑坡破坏，从动力学方面可分为：①边坡下部先失稳引起上部失稳的牵引型破坏；②边坡上部先失稳引起下部失稳的推移型破坏；③两者兼有的牵引推移型破坏。滑坡产生前的征兆常表现为纵向的开裂和外侧沉降，偶尔伴有下侧坡脚隆起的现象；常发生在填方原基底较软弱或横向填挖路基断面的填方部位。

（4）沿河路基或涵洞进出水口的坡脚因洪水暴涨急流冲刷、动水压力作用，导致坡脚部位填料松散、流失，从而引起上部土体失去平衡发生塌方；常发生于填方坡脚未采取任何防护措施的路段。

X357线K3+200～K3+250左侧填方边坡于2013年8月份强降雨期间曾在离路肩顶2m的部位产生2条间距约1.5m、长约8m的沿道路纵向裂缝，宽度为2～4㎝，经用粘性土填塞夯实封闭后趋于稳定，具有滑坡前的蠕动变形征兆。2014年7月受台风水毁影响，右侧边沟受阻造成大量水流漫过路面集中冲刷左侧填方坡面及坡脚，再加上山谷两侧坡面的水流沿谷底集中冲刷坡脚，从而形成自填方坡脚至坡顶、宽度从下至上向两翼逐渐增大的路基边坡塌方范围，滑坡周界具有明显的剪切裂隙，塌方体座落于原坡脚前方，从上往下与原路基土质从外往内分布基本一致，且从前缘往后缘逐渐增厚、塌方体中部表面呈阶梯状并分布多条张拉裂缝；塌方体为回填的砂性土，下部基底为高液限黄土；经现场分析判断，该边坡塌方的形成过程属于牵引型滑坡破坏。

2.2 原因分析

水的作用是导致山区公路路基下边坡塌方破坏的一个重要因素，地表水对路基可产生冲刷和渗透作用，导致路基整体稳定性受损害，降低路基强度；地下水可使路基湿软、膨胀，降低路基强度，甚至引起整个路基沿倾斜基底滑动。该路段路基下边坡塌方破坏主要原因有：

（1）路基的填土为砂性土，抗剪强度低，易产生变形下滑面，前期的裂缝可能已在路基内形成贯通的剪切破坏面，呈暂时稳定的滑移迹象；在雨水渗入填方土体后，一方面增加填方土体的重量，另一方面使土层间原裂缝面的粘聚力和摩擦力减少，促使滑坡的发生。

（2）填方坡脚前有滑动空间，且未在坡脚采取加固措施。

（3）填方基底为高液限黄土，为塌方体向倾斜基底滑动创造条件。

（4）填方坡脚在大量集中地面径流的淘蚀下造成底部填料流失，引起上部土体失稳。

3 塌方处理方案分析及处治效果

3.1 常用塌方处理方案

山区公路路基下边坡塌方常发生于原地面坡度较陡或坡脚有水流的路段，为此通过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较少使用，常用的修复方案为设置支挡工程，且C20片石砼仰斜式挡土墙应用最为广泛，因其具有如下优点：（1）仰斜式墙背所受的土压力较小，可采用较小的墙身截面；（2）墙背与修整后的塌方坡面较贴合，开挖量和回填量均较小，利于塌方后的坡面稳定；（3）形式简单、施工方便、可就地取材、适应性强，适应水毁重建工程快速修复的需要。

（1）仰斜式路肩墙

仰斜式路肩墙主要应用于宽度不大、路面板底未淘空或淘空范围较小、具有稳定天然地基的路基塌方修复，仅需对塌方坡面进行修整并开挖基坑，即可进行C20片石砼路肩墙浇筑，但由于利用修整后稳定的塌方坡面作为墙背模板，为确保施工质量，需在墙背坡面铺设2层土工布，如图1所示。

（2）仰斜式路肩墙与码砌片石结合

当路基淘空且路面悬空部分稳定（一般水泥路面悬空部分不超过板宽的1/2且未断裂）、具有稳定天然地基的情况下，可用仰斜式路肩墙与码砌片石结合进行修复，先修整塌方坡面后再用人工开挖若干阶不小于50㎝宽的防滑坎后，立即进行塌腔码砌片石，墙背码砌片石的表面要求尽量平整，C20片石砼路肩墙施工前需在码砌片石结合面铺设2层土工布，如图2所示。

图1 重力式路肩墙断面

图2 重力式路肩墙断面

（3）分阶式仰斜式挡墙

当路基塌方深度较深，大量开挖将引起路基二次坍塌，可采用分阶式仰斜式挡墙进行重建修复，下阶挡墙顶与上阶挡墙基础之间的范围要求用混凝土进行封闭，并在表面形成向外倾斜2～4%的横坡，防止水流下渗对下阶挡墙造成破坏，如图3所示。

（4）仰斜式重力路堤墙

当路基塌方坡脚原地面较缓且设置路堤墙后进行路基填筑可满足路基稳定性要求，可通过设置路堤墙并参照路基拓宽改建的施工技术要点进行路基填筑，及时清除下边坡坍塌路基土石方，待清理至路基稳定面后，开挖台阶，分层填筑压实修复，如图4所示。

图3 重力式路肩墙断面

图4 重力式路堤墙断面

3.2 项目工程塌方处理

通过人工预先开挖从坡顶至坡脚的沟槽对X357线K3+200-K3+250左侧塌方进行地质判别，坡面为密实砂性黄土，坡底为长期含水量较大的湿陷性黄土软基路段，经过现场论证，为防止大量开挖引起二次塌方，且尽量减轻上部荷载重量，采取如下修复处理方案：清理坡面松散土方，设置分阶式仰斜式挡墙，墙背用码砌片石回填，上下阶挡墙间设5.0宽C20片石砼平台，下阶挡墙基底采用松木桩（桩径20㎝、桩间距离为3倍桩径、桩的布置为长方形、桩间用人工铺设40㎝厚片石）进行地基处理，如图5所示：

图5 X357线K3+200~250水毁修复断面（单位：㎝）

3.3 项目工程处治效果

项目实施后，从后续效果跟踪评估得到：（1）该处理方案可行，经受住了近年来的多次台风、强降雨的考验，水泥路面未产生断板下沉，路基整体稳定，C20片石混凝土挡墙结构未出现下沉、开裂、倾斜、变形等病害，达到预期的目标效果。（2）该处理方案施工工期短，台腔码砌回填与挡墙施工分段交叉进行，有效缩短工期。（3）该方案因挡墙断面较小，总造价较低。（4）该方案中使用的主要施工机械为挖掘机，机械配置简单。（5）短松木桩处理软弱地基时，有施工方便，经济效益明显的优点，它可避免大量的土方开挖、受雨季影响小，它不失为一种处理软弱地基的有效手段，且充分利用山区公路的当地资源。

4 施工控制要点及预防管理

4.1 施工场地要求

（1）水毁灾后重建工程常处于边通车边施工的环境中，施工路段要做好安全警示标志，注意过往车辆和行人。

（2）路基塌方后的路基边坡应清刷整齐、干净并注意边坡的稳定性；受地面积水和地下水影响的土质不良地段，开工前应在施工场地外围开挖排水沟等排水设施。

（3）清刷整齐并稳定的边坡顶面2.0m范围内严禁车辆通行及堆放建筑材料。

4.2 片石砼挡土墙施工

（1）基坑的开挖尺寸应满足基础施工的要求，基坑开挖后应进行基底夯实或地基处理，使其达到设计承载力。

（2）模板应有足够的强度和刚度，模板宜采用钢模，如用木模，应在模板内侧加钉镀锌薄铁皮，保证混凝土表面光滑平整；模板可设斜撑固定，也可设拉杆固定，墙体较高时，二法应结合使用，墙高较小时，可用金属线代替拉杆；浇筑混凝土前，应在模板上涂刷脱模剂；模板应设置撑头或内撑，保证墙体厚度。

（3）混凝土的浇筑应做到搅拌均匀、振捣密实、养护及时，混凝土运输需与浇筑进度相适应，做到有序配合、互不影响，从高处向模板内倾卸混凝土时，需采取措施防止离析。

（4）浇筑片石混凝土所使用的材料，应经过检验合格后方可进场；片石要干净，投入砼前先清扫表面泥垢并浇水湿润；片石不得小于15㎝，以30～60㎝为宜；片石不得堆积，要均匀分散开，单块四周均要有10㎝以上砼；片石含量最大不超过片石砼总量的30%，以25%为宜；片石不能接触模板，保持与模板的距离最小15㎝。

（5）分层安模浇注时，片石的长面要竖着放，保证上下两层砼的结合。

（6）泄水孔应在墙身施工过程中设置，确保排水畅通，并应保证墙背反滤、防渗设施的施工质量。

4.3 塌方路基回填

（1）塌方坡面需清刷稳定，清除边坡上余留的草皮、树根等杂物。

（2）从稳定密实的路基顶向下挖台阶，加强新旧路基的结合程度，减少新旧路基结合处的不均匀沉降。

（3）严格选取路基填料用土，选择水稳定性好、干密度大、承载力高的砾石类土填筑路基为宜。（4）控制填筑层厚度，做好压实度的检测工作。（5）严格控制回填的路基边坡，杜绝亏坡现象。

4.4 稳定塌方坡面

（1）为确保塌方坡面稳定，对较长的挡墙基坑需采取分段跳槽开挖，先两边后中间，分段长度一般为10m。

（2）尽量缩短清刷整修后的塌方坡面暴露时间。

（3）为防止施工期间雨水对坡面的影响，用彩条布或塑料薄膜将坡面临时覆盖，并在坡顶或路面上用粘土设置拦水埂给予拦截地面水。

（4）施工过程中禁止对坡面进行较大拢动。

（5）沿坡面每1～1.5m从坡脚埋设直径为8～10㎝、强度较大的木桩，不仅可对坡面起到稳定作用，还可用于挡墙模板拉杆或拉线的联结固定端。

4.5 预防管理措施

通过加强日常水毁灾害检查与管理、科学实施预防措施，及时消除水毁隐患，可以明显提高公路防毁抗灾能力，减少公路水毁损失。

（1）完善排水设施。在公路养护工作中，要有计划地增加投入，逐步改造、提高、完善公路排水设施，确保公路排水畅通。排水设施宜采用混凝土结构；下边坡易冲刷或坍塌路段，可在路缘增设拦水带和排水沟槽；地下水丰富路段，应考虑增设盲沟、渗沟或平孔排水等设施，将水引出路基外。

（2）注重日常养护。日常养护巡查中应重点排查排水系统有无淤塞、路基有无松裂或局部损坏等病害，及时做好排水设施的清淤和局部缺损修复，同时对路基存在的其它轻微病害进行全面整治；雨中查路，可以及时发现小型水毁隐患，能够做到及时处理，防止水毁灾害的扩大，为抢修争取时间，从而大大减少公路水毁损失，因此，汛期开展雨中查路，特别是在较强的雨期，意义非常重大。

（3）强化坡面防护。为确保路基稳定，对适宜植物生长的土质边坡，可采用植物防护，如撒草籽、种草皮、植树等；当边坡坡度过陡或不宜生长植物时，根据具体情况选用骨架护坡、铺砌片石护坡等方法进行工程防护。

（4）加固路基坡脚。填方路段的下边坡坡脚宜设置护脚墙，特别是易受洪水侵蚀的路基边坡。

5 总结

该水毁塌方修复方案除了具有上述优点外，还具有少占用地、通过塌腔码砌片石或旧水泥混凝土路面凿除的板块克服压实困难、在挖掘机及装载机配合下机动灵活、适用范围广等优点，且可以承受路基的侧向土压力和水的连续冲刷、袭击，经常用于山区公路水毁塌方、滑坡等路基病害整治，实现路基的长期稳定效果。该方案在同类水毁修复工程中，可与其他工程防治、生态防治相结合，形成综合防治措施；对防止土体或填土变形失稳、防止水流冲刷路基的路堤坡脚淘刷修复、护脚墙变形损坏加固、路堑边坡病害等整治工程中具有一定的借鉴作用，分阶式仰斜式挡墙间的平台对山区公路中需同时修复排水沟渠或机耕道路的路基塌方修复具有更为明显的应用效果，特别是在松木资源丰富的山区公路，在条件许可的情况下，采用松木桩处理某些软弱地基，不仅受雨季影响小、进度快、施工较为便捷，而且费用也较为经济合理，符合“就地取材”的原则，尤其对于需要抢工期的水毁灾后重建工程，不失为一种处理软基的有效手段。当然，在考虑山区公路水毁修复方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、可靠性及经济的合理性，最后确定修复方案。