公路路基地质灾害与选线设计分析

任龙

（陕西远通建设规划设计有限公司，陕西 西安 710068）

0 引言

在公路选线设计时，应遵循的一个核心原则就是尽量避开地质灾害区域，这样既可以减轻公路施工过程中处理不良地质的工作量，同时也能保证公路在投入使用后，不至于因为频繁发生地质灾害而影响公路正常使用。因此，在公路选线设计时做好地质调研，进而使线路避开不良地质尤其重要。

1 公路路基地质灾害类型

1.1 滑坡

位于斜坡表面的土体或岩体，在受到地震、雨水冲刷或人工切坡等因素的干扰后，因为自身重力的影响顺着坡面向下滑动的情况，即为滑坡。滑坡的产生与斜坡岩土结构有密切关系，如果坡面的表层植被茂密，深层以坚硬岩石为主，此类斜坡可以承受较大的剪切力，不易发生滑动；相反，如果坡面表层植被稀疏，并且以松散土层、风化岩石为主，那么在地质扰动或雨水浸泡的情况下，有较大概率发生滑坡。在公路工程中，如果路线穿过江河湖沟的岸坡地带，或者位于断裂带、地震带上，以及多暴雨地区，公路滑坡的情况较为常见。因此，在公路选线时应尽量避开这些易发生滑坡的区域，保证公路的安全。

1.2 泥石流

泥石流是发生强降雨后，雨水裹挟着泥沙、石块形成的特殊洪流。这类地质灾害多见于山区或沟谷，由于具有发生突然、冲击力强的特点，因此对公路、建筑等造成的破坏也十分严重。泥石流的形成除了与地形地貌有直接关系外，还会受到坡面地质的影响。坡面岩层结构松散、软弱，裂隙发育，植被稀疏，在受到雨水冲刷、浸泡后，坡面松散的泥土、砂石随着雨水向下移动，并且在移动过程中体量也在逐步加大，在坡脚处产生强大破坏力[1]。

1.3 地面塌陷

在溶洞地质或矿区的采空区，在受到地上压力或其他扰动后，地面大范围下陷的现象，即为塌陷。地面塌陷的发生具有明显的地域性特征，例如因为溶洞地质导致的地面塌陷，多发生在我国西南喀斯特地貌发育的地方；而因为地下采空导致的地面塌陷，多集中于开采年限较长的老矿区。另外，长期过度抽吸地下水，也有一定概率引起漏斗形地面塌陷。

2 公路选线方法与原则

2.1 公路选线的常用方法

常用的公路选线方法有实地选线、纸上选线、自动化选线等几种。实地选线是由工作人员参考选线设计任务书，进行实地勘察，经过多方比较之后最终确定路线。此类方法多适用于一些等级较低的公路，其优点在于准确掌握公路沿线的地质、地形，定线时通常不需要大比例尺地形图，最终确定的路线方案较为可靠。当然缺点也比较明显，例如野外勘察作业增加了工作量，加上受到气候、地形等客观因素的影响，选线工作的效率也会受到限制。纸上选线则是借助于已经测得的地形图，选出多条路线进行对比后确定最佳方案，然后再将该路线放到实地的一种方法，适用于一些地形复杂的高等级公路。其优势在于野外工作量较小，可以综合考虑平、纵、横三方面因素，使确定的路线更加科学、可行，但是需要使用到大比例尺地形图。自动化选线是近几年出现的一种选线技术，借助于无人机或遥感卫星建立数字地形模型，把选线设计要求输入软件中，由计算机自动完成选线，并从多套路线方案中确定最佳方案，最后以图表形式输出。该选线方法省时省力，选线方案更加合理，是目前公路选线设计的主要方法。

2.2 公路选线应遵循的原则

选线是公路工程建设的基础环节，同时选线是否合理，也将直接影响后续的施工进度、施工成本，因此必须予以重视。在公路选线时应遵循以下原则：第一，多方案比选的原则。在实际选线时，一般需要设计3～5条可行的路线，然后从路线长度、地形地质、施工难度等方面进行综合论证、横向对比，从多条路线中选出性价比最高的一条。第二，环境保护的原则。公路选线要尽量减少占用农田、林地，保护当地的生态环境。新建公路尽量覆盖原有的小路，可最大程度地降低对原有生态的破坏。第三，严重不良地质路段绕避原则。结合前期的地质勘测资料，发现有软土、溶洞、泥石流、地面塌陷等地质灾害的，应主动绕开，保障公路质量安全。在选线设计中坚持上述原则，也是提高公路选线方案合理性的重要举措[2]。

3 公路选线设计要点

3.1 平原地区公路选线

在自然坡度3o以下的平原地区，耕地较多，建筑物较密，交通网、天然河网、通信管网等纵横交错，不良地质相对较少，选线设计时注意避开河湖及建筑物。路线以直线为主，但是又要避免直线公路过长，在条件允许的情况下多使用转角小、半径大的长缓平曲线线形。由于平原地区耕地较多，要特别注意处理好路线与农田水利的关系，在保护耕地的同时还要降低公路工程的建设成本。如果是干线公路，需要连接城镇、工业园区的，选线时应做到“近村不进村、利民不扰民”。提前做好调研，了解市政管线布局，路线尽量避开既有的电力、通信等市政管线。为保证公路路基稳定，选线时尽量避开湖塘、水库。如果不得不通过低洼地带，要尽量将路线设计在地势较高处，同时布线时要注意保证路基最小填土高度。

3.2 山岭地区公路选线

3.2.1 沿溪线

沿溪线是使公路沿着河谷方向布设路线，一般来说路线走向和等高线重叠，这种选线设计的好处在于路线走向较为明确，无论是前期施工还是后期的维护均易于开展，无形中节约了大量资源。当然，沿溪线设计也有一些缺陷，例如沿线多桥涵及防护工程，一旦出现强降雨引发洪水，不仅会影响公路的正常运行，而且会严重缩短公路寿命。选择沿溪线布线时，重点要把握好线路与河流的关系。因此，在选线设计前要对河流及沿岸的地质条件展开充分调研，了解河流两岸地形地质以及城镇、居民点的分布情况等。遇到一些深“V”或深“U”型河谷，在路线设计时还应注意采取台口式路基或半隧道路基。

3.2.2 越岭线

越岭线即公路走向与河谷及分水岭方向横交所布设的路线，路线连续升坡由一个河谷进入另一个河谷。这种公路选线设计的优越性在于布线较为灵活，受地形限制较小；公路投入运行以后不易受到洪水威胁。缺点在于线形差、里程长，前期施工难度大，后续维护成本高。在越岭线设计中，关键点在于选择垭口、过岭标高和展线布局[3]。在选择垭口时，应综合考虑垭口所在位置、高度、两侧地形条件及地质条件等；影响过岭标高的因素有垭口地形、地质等。

3.2.3 山脊线

山脊线是公路沿分水岭方向设计的路线，这种选线设计的好处是沿线河谷、桥涵以及其他人工构筑物相对较少，为公路施工创造了便利。另外，山脊处的水文和地质条件也要优于山谷处，因此公路路基较为稳定，发生病害的概率较小。还有就是沿山脊布置的路线里程相对较短，施工中开挖的土石方较少，间接地降低了工程量。山脊线的缺点是海拔较高，冬季易出现道路结冰、积雪，行车安全性差，后期养护难度高。山脊线设计也有3个关键点，分别是垭口的选择、侧坡的选择以及试坡布线。在试坡布线时，要求垭口间平均纵坡不超过相关标准，并且垭口间需要有支脉分隔。

3.3 丘陵地区公路选线

丘陵地带的公路选线设计要坚持因地制宜原则，如果农林业较为发达，应尽可能与农田、水利、林地等规划相适应，减少对农林地的占用。在相对平缓的地带，尽量走直线；在有一定坡度的地带，尽量走匀坡线；在有明显起伏的地带，尽量走中间。

4 公路路基地质灾害与选线设计案例

4.1 工程概况

某公路为典型的河谷沿溪线，全线总长33.65km，设计行车速度40km/s，路基宽度9.4m，采用沥青混凝土路面，二级公路标准设计，该公路于2011年7月交付验收。公路一侧为山体，另一侧为河流，地质灾害主要来自路基上边坡。由于坡体岩层裂隙发育，表层土石松散，容易发生山体滑坡和边坡坍塌等事故。结合地质调查结果，地质灾害的分布路段、发生时间和治理方法如表1所示。

结合表1可知，该公路共有8个地段发生过地质灾害，主要有边坡坍塌、山体滑坡和泥石流3种类型，除了K35+620～K35+880段的边坡坍塌未采取处理措施外，其他7个路段的地质灾害，均采取了片石混凝土抗滑挡墙、挂网喷锚等治理措施。

表1 公路地质灾害分布位置、垮塌时间及治理方法

4.2 地质条件分析

该公路所在地区的气候特征，属于温带大陆性季风气候，雨热同季，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，最大降雨量出现在8月10日，达到了108.8mm。此次强降雨也导致该公路多处发生了边坡滑塌和泥石流等地质灾害。另外，从公路沿线的地形地貌勘察结果来看，该公路沿线均为山地地形，属于亚高山深切割地貌，沿线沟壑纵横，深“V”型河谷分布广泛，加上坡面植被稀疏，这种地质条件下遭遇雨水冲刷，容易出现滑坡、泥石流等地质灾害[4]。

4.3 工程设计分析

该公路路基土石方330.4万m3，挖土方174万m3，挖石方114万m3，填方42.4万m3。可见路线设计中挖方数量明显超出填方数量，在开挖工程量较大的地方，由于对岩土结构造成了扰动，从而增加了发生地质灾害的概率。虽然在后续的公路维护中，针对边坡地质灾害采取了多种防治措施，但是实际取得的效果并不理想。以挂网喷锚为例，早期尚能发挥一定的坡面加固效果，而随着时间的推移，坡面反复遭受雨水冲击后，锚杆松动甚至脱出的情况较为常见，进而发生边坡成片脱落的情况。造成该公路地质灾害频发的主要原因，在于公路工程的筹备阶段，采用了传统的选线设计方法，没有避开严重不良地质区域，不仅增加了施工难度，而且后期各类地质灾害频繁发生。如果选用自动化选线，以航测数据为基础，采用大数据分析和人工智能决策技术，从多套候选方案中选出最佳线路，在此基础上遵循严重不良地质路段绕避原则，就可以最大程度地降低公路建设与运行中发生地质灾害的频率，体现出选线设计的实用性、经济性。

5 结语

在公路工程的选线设计中，技术人员应在充分了解地形地貌、地质条件的情况下，合理选择最佳线路，从而为后续的工程施工创造有利条件。对于一些易发生泥石流、边坡滑塌等地质灾害的地区，条件允许的情况下尽量避开，在保障公路安全的前提下，也有助于降低后期的维护成本。在公路选线设计时，除了要选择恰当的选线方法、遵循特定的选线原则外，还要根据地形地貌的不同，做到灵活选线，例如在平原地区设计使用长缓平曲线线形，在山岭地区选择沿溪线、越岭线等。做到科学选线，将地质灾害对公路路基造成的负面影响降至最低，保障公路工程保质保量的建设完成。