工程地质特征对百色弄福公路养护的影响及防灾策略探讨

李正臣

摘要：山区道路交通量低，却常因具有社会发展与灾害防治的需求，需投入大量的养护资源。文章依托弄福公路工程实例，根据该公路路线以及崩塌、蚀沟等发育位置，选择公路线形及结构型式变化较大区段，探讨公路养护受环境与工程地质因素的影响，并提出相应的防灾策略。

关键词：工程地质;公路养护;防灾策略

0 引言

广西多山地，人口密度高，山区交通建设成为社会发展、国土保育与灾害防治的核心。山区道路交通量低，却常因维护沿线边坡稳定、修复天候变化造成的路面损坏以及维持基本通行安全的标志、通讯及运维人力，养护成本往往超出一般道路。本研究针对弄福公路，分析公路路线以及崩塌、蚀沟等发育位置，据此选择公路线形及结构型式变化较大区段，探讨公路养护受环境与工程地质因素的影响。

1 工程概况

弄福公路是广西1998年乡村道路建设大会战的“经典作品”，也是当时百色地区村级道路建设大会战中最艰险的工程。全线打通3个分别长228m、70m、40m的隧道，填平了一个长80m、深28m的深洞，开挖土石方46.6万m3，浆砌石砖墙159万m3，干砌挡土墙10.7万m3，全线修建了12个回转弯，从海拔300m一直盘旋到1200m。它的建成接通了坪山至阁楼的断头路，使县城至沙里瑶族乡的里程比原来缩短了30km，还为凌云至巴马的跨线公路找到了便捷的路径。弄福公路建造于物资缺乏的20世纪90年代，公路开辟多仰赖人力打造而成，地形地质环境造成施工条件困难。通车迄今逾20年，因公路路基及上边坡灾害造成的交通阻断逾250次，投入了大量的养护资源稳定边坡、平整路面以及改善潜在高危害路段，包括调整路线线形、结构型式及边坡保护等。

2 工程地质特征

弄福公路是广西第一条通过地质作用强烈、山岭重叠且地势险峻的中央山脉，串联东部与西部的公路。然而弄福公路开通迄今逾20年，边坡抗灾能力不佳，地质灾害发生频繁，进而造成交通阻断或危及路人安全，为我国公路致灾风险值最高的路段。

研究区域内出露的岩性分别为大理岩层、碧绿层、片岩层及阶地堆积层。大理岩层主要为透镜状大理岩体;碧绿层以千枚岩、变质砂岩与变质燧石为主;片岩层以千枚岩、云母片岩与石英云母片岩为主。主要的地质构造为复背斜。岩层片理面位态大多呈现北偏东走向，倾向西北，与公路两侧边坡坡面呈斜交或逆向。大理岩、变质砂岩、变质燧石及各类片岩多属中强岩石，受到强烈褶皱作用影响，不连续面相当发达。

弄福公路下伏河流右岸地形的平均坡度约为20°～40°，河道狭窄、水流湍急，边坡长期受淘刷作用影响，侧向侵蚀现象相当明显。加上河道蜿蜒，部分边坡因此被河流冲蚀，导致坡趾材料流失，造成坍方。弄福公路行经路段坡面多向东倾，坡度在50°～80°之間，特别陡峭，部分区段甚至出现倒悬地形。植生带以林木为主，灌木及草本植物则在崩塌的坡面上发育较多。

3 灾害点地质分析

本研究搜集了弄福公路建成以来历年遥测影像进行比对，挑选地形、地貌变异较大年份的影像描绘道路线形，并判释边坡崩塌、河道变化等现象，从而探讨道路线形变化与地质灾害的相关性。经比对1999—2019年的遥测影像，研究区域共有4个范围道路线形变化较明显。

4个道路变形明显的位置公路皆因崩塌造成养护困难而调整线形或变更结构型式，且皆有明显的蚀沟发育。显而易见的，公路线形或结构型式调整与紧邻的边坡崩塌有关，边坡崩塌又受邻近蚀沟发育、曲流凹侧攻击坡强烈的冲刷与河岸侧蚀等因素影响。公路最北侧位于凸侧堆积坡，大量崩塌土石堆积于河床，局部改变河道水流方向，造成左岸凸侧的堆积坡遭河岸侧蚀，形成紧邻河道修建的中北部路段下边坡路基流失，因而将路线向山侧偏移改线。中南部路段虽位于曲流攻击坡，亦有发育几乎达河流状态的蚀沟，然而其与大沙溪交会处流向下游侧，明显不同于其他路段受河岸侵蚀影响的蚀沟型态。中南部道路蚀沟两岸时有崩塌，材料先堆积于沟中，再逐渐向大沙溪方向运移，形成河岸丰富的土砂来源，因此中南部曲流攻击坡受河岸侧蚀作用并不明显，公路线形近20年并无重大的变化。通过对比发现，弄福公路北部路段右岸崩塌与中北部左岸崩塌位置恰位于片岩与碧绿层界面位置;中部主要蚀沟溯源向上快速发育，并影响蚀沟汇入大沙溪附近边坡坡趾稳定;中南部公路转弯处位于片岩与大理岩界面附近，主要蚀沟发育约略垂直于地层界面方向，然而其两侧规模较大崩塌多发生在地层界面附近;至于最南端公路，片岩与大理岩界面恰通过其崩塌坡面处。

弄福公路通过复背斜与复向斜轴部，岩层劈理走向大致与褶皱轴倾没相近，呈东北西南向。各地层因岩质不同，在区域性地质作用下有不同的变形程度。出露地表的岩层因解压而释放应变能，界面附近因岩质差异而出现不同程度的裂隙产状。裂隙间距与延续性亦有较大的变化，在流水作用下风化相对快速，形成大转弯、边坡陡峭的地形。公路建设难免局部开挖边坡，透过人工护坡设施维持边坡稳定，短期内可以承受降雨、地震、冲刷侵蚀等作用的影响，然而经年累月后，先天地质条件较差路段终究难以抵抗来自河岸侧蚀、蚀沟发育等因素造成的较大范围的边坡崩塌，而将路线往山侧偏移、改采隧道通过，是解决此类型公路养护深受边坡崩塌影响的有效对策。

4 防灾策略

弄福公路坡地崩塌发生在五种土地利用上，其中农业使用土地大类只有旱作和果树类有坡地崩塌的发生，但比例颇低，分别占全部崩塌面积的0.26%和0.15%;然而森林使用土地的坡地崩塌面积比例甚高，其中，天然林内的坡地崩塌所占比例高达77.32%，人工林则有17.92%。此结果显示，人类活动虽对边坡造成扰动，但自然环境的影响仍为主要因素，因为天然林多生长在高度和坡度较陡的地方，是居民较少接触的区域。因此在防灾应用上，因其自然环境已经相当脆弱，因此除了禁止开发天然林之外，也禁止在环境脆弱区活动。

弄福公路农作使用土地的平均风险值都较森林使用土地低，其中天然林的平均风险值和其在坡地崩塌所占的面积比例相同，是所有土地利用类型中最高，达0.38;而与人为建设有关的交通与水利设施的平均风险值也较高，达0.30;建筑物较低，为0.13。这表明自然的干扰程度较人为的大。当地政府机关在公路沿线各村作周期性的防灾倡导，也设置有防灾标示牌，但是居民普遍认为坡地崩塌不太可能发生，因此建议在居民的防灾教育上多加宣传。在灾害管理应用上，因公路沿线各村内的主要土地利用与村落环境背景不尽相同，如村行政中心，位置偏东北方，建筑物的基地较为平坦，也聚集较多商店和住宅，居民的土地利用多位于远处的山坡地，而部分宗族村落则建于山坡地，虽离主要河道尚有一段安全距离，居住地却因其坡度而导致成灾危险较高，其主要的土地利用位于山脚下的平坦地。因此政府需针对沿线各村土地利用与自然环境背景提出不同的防灾措施，以有效达到降低灾害发生的可能性，增加抵抗灾害的能力。

5 结语

本研究针对弄福公路，分析其公路路线及崩塌、蚀沟等发育位置，据此选择公路线形及结构型式变化较大区段，探讨公路养护受工程地质因素的影响。研究结果发现，与公路线形或结构型式调整有关的边坡崩塌、蚀沟发育位置皆位于公路急弯处，且邻近片岩、大理岩与碧绿层等地层界面。地层界面附近因岩质不同造成差异侵蚀，形成较大的转弯、边坡陡峭的地形，又因岩层工程地质特性差异大，在流水作用下风化相对快速，公路沿线人工护坡短期虽可以承受降雨、地震、冲刷侵蚀等作用的影响，维持边坡稳定，但先天地质条件较差路段终究难以抵抗来自河岸侧蚀、蚀沟发育等因素经年累月作用造成的大范围边坡崩塌。故将路线往山侧偏移、改采隧道通过，为解决公路养护深受边坡崩塌影响的有效对策。

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