甘肃省南部地区公路水毁成因分析及处治措施

2022-07-10尚高鹏祁璐帆刘颖才

甘肃科技 2022年2期

尚高鹏，祁璐帆，刘颖才，周炜，赵军

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃兰州 730000）

1 概述

2020年8月以来，甘肃省南部地区出现暴雨天气过程，短期内连续暴雨频度高、强度大、涉及范围广、持续时间长、累计降水量大，降雨频次和强度罕见。宕昌、徽县、两当县降雨重现期达到50年一遇，舟曲县达到70年一遇，文县、武都区、康县暴雨重现期达到100年一遇。文县口头坝镇、碧口镇日最大降水量分别达到188.4 mm、146.1 mm。

特大暴雨引发白龙江、白水江、岷江、洋汤河、马莲河等河流洪水暴涨，山洪、泥石流等地质灾害较为严重，有的地段山洪引发泥石流淹没公路、堵塞河道，形成堰塞湖并淹没村庄，洪水冲毁公路，造成交通中断。

强降雨持续时间长、连续叠加，致使陇南境内G 212线岭峰至罐子沟段、G247线东峪口至青龙桥段、G567线西和至成县小川段、S206线大姚路等多条公路灾情严重。造成临河路段路基防排水设施垮塌、路基缺口、路面沉陷、滑坡等水毁病害，桥涵防护构造物、边坡防护及交通安全设施受到不同程度损坏，部分路段一度交通中断或被洪水淹没，严重影响道路的通行及人员安全。

2 区域自然环境条件分析

甘肃南部地处中国大陆二级阶梯向三级阶梯的过渡地带，位于秦巴山区、青藏高原、黄土高原三大地形交汇区域，西部向青藏高原北侧边缘过渡，北部向陇中黄土高原过渡，东部与西秦岭和汉中盆地连接，南部向四川盆地过渡，整个地形西北高东南低。西秦岭和岷山两大山系分别从东西两方伸入全境，境内形成了高山峻岭与峡谷盆地相间的复杂地形。甘肃南部地区地质构造活动复杂，不仅是地震高烈度区，也是地质灾害的易高发区。

受境内高山深谷地形条件的影响，在气候上有明显的区域特征，在分布上分为北亚热带、暖温带、中温带三大类型，气温、降水、温度、风以及气象灾害等都有明显的季节变化和地域差异。

区域地形地质条件复杂、降水量分布不均，导致各类自然灾害频发，尤其进入雨季之后，常出现山洪暴发，伴随地质灾害，对境内公路和桥梁构成严重的威胁。根据降雨强度、河流及沟道暴洪、地质灾害及灾害损失情况，将灾害范围划分为重度区、中度区和一般区3个灾害等级。重度区：暴雨强度达70～100年一遇，河流、沟道暴发洪灾、地质灾害集中群发，造成基础设施毁损严重的县（区）作为重度区。中度区：暴雨强度50年一遇以上，山洪暴发、地质灾害群发，造成基础设施损毁较重的县（区）作为中度区。一般区：暴雨强度小于50年一遇，部分区域发生山洪、地质灾害，造成部分基础设施毁损的县（区）作为一般区。图1为甘肃省南部地区暴洪泥石流灾害区域划分。

图1 甘肃省南部地区暴洪泥石流灾害区域

3 常见水毁类型

经调查，甘肃省南部地区公路水毁常见类型如下。

3.1 路基路面水毁

沿河路段防护设施受水流冲刷影响，基础掏空、路基水毁（如图2所示）。暴雨山洪、河流冲刷引起路基滑移、沉陷、垮塌。水流冲刷引起土质边坡亏坡、坍塌，石质边坡开裂、落石等。边沟、排水沟、截水沟、急流槽等排水设施淤埋、破损、断裂。路基高度较低路段洪水淹没路面、落石损毁路面、路基水毁或变形引起路面破坏等。

图2 沿河路基水毁

3.2 桥梁涵洞水毁

洪水、泥石流引起桥梁垮塌。由于坡面落石或路基土体的挤压等，导致梁板移位、破损、开裂。桥梁墩柱受到洪水、泥石流、漂浮物的撞击，导致桥梁墩台破损、开裂。桥梁锥坡、防护等附属设施受洪水冲刷发生水毁（如图3所示）。桥梁墩台基础受洪水冲刷外露。洪水造成桥下堵塞、淤积，涵洞整体沉降、倒塌、基础掏空、急流槽损坏或断裂，八字墙沉降或开裂，涵洞淤塞、排水不畅等。

图3 桥梁锥坡水毁

3.3 隧道洞口水毁

隧道洞口侧仰坡地表开裂、失稳滑塌，洞口落石，截水沟开裂、淤塞、坍塌；洞顶排水沟淤塞、开裂，洞门墙开裂、垮塌、失稳、装饰脱落、墙体渗漏水，洞门墙、挡土墙基础掏空；路面积水、淤积，标线及涂装脏污、破损。

4 水毁成因分析

影响甘肃省南部地区公路及其构筑物发生水毁的因素较多。经调查总结，主要因素有自然环境恶劣、人类活动影响和公路局部路段承灾能力不足3个方面。

4.1 自然环境恶劣

甘肃南部区域山高谷深，沟壑纵横，地形陡峻，岩石破碎，地震多发，降雨集中。陡峻的地形为暴洪、泥石流、滑坡等地质灾害的形成提供了发育场所，地表形态破碎松散的山体岩石为暴洪、地质灾害的形成提供了丰富的物源。这些因素为暴洪、地质灾害的形成奠定了物质基础，导致该区域成为甘肃省暴洪、泥石流等地质灾害多发易发区。

4.2 人类活动影响

人类活动对河道、沟谷等自然环境产生不利影响。受地形地貌限制，甘肃省南部片区宜耕、宜居的土地多在江河、沟谷和低洼地带，人多地少现象突出，存在人与河流争地、大量农田和建筑物等设施挤占河道、不规范采沙活动等现象，导致河流过水断面减小，排洪能力减弱，造成河道狭窄，水流紊乱，行洪不畅。一旦发生洪水，沿江沿河的道路和农田容易受灾。

4.3 公路局部路段承灾能力不足

局部路段承灾抗灾能力弱。2020年“8·12”暴洪泥石流灾害调查结果表明，甘肃省南部片区的高速公路水毁灾害轻微，国省干线公路水毁灾害较大，县乡道路和农村公路受灾严重。近年来，通过改造提升的路段，道路的抗灾承灾能力明显高于原有路段。甘肃省南部片区公路以G 212线为代表，受历史原因、技术水平、工程投资等因素影响，沿江沿河道路洪水设防标准低、防护工程薄弱，经常出现路基冲毁、淹没道路等现象[1]。地形地质复杂路段易受落石、滑坡、泥石流等灾害影响。个别建设年代久远的桥梁、涵洞，荷载等级低，跨径小，泄洪能力不足，容易造成桥头引道、桥梁、涵洞水毁。大多受灾路段只能进行局部工点的恢复重建工程，缺乏大范围改线的客观条件，因此难以彻底根治水毁威胁。

5 处治措施

5.1 水毁处治原则

公路水毁重建方案的选择，应在调查沿线公路水毁灾害、搜集气候、水文和地震烈度等资料的基础上，通过加强工程地质调查与勘察、地形地物测绘、工程类比等手段确定[2]。对丧失承载能力、无修复利用价值的桥梁、损毁的沿河支挡防护工程，应及时拆除。防止压缩泄洪断面，对河道下游桥梁等构造物产生不利影响。对桥涵等构造物进行修复时，应满足其泄洪及抗冲刷能力。河床比降大、水流湍急、河道弯曲等易于冲刷的河段，适当提高设计洪水频率。为稳定河岸、改善水流流态、减轻水流冲刷、保障桥梁等构造物结构安全，沿河可设置导流堤、顺坝等调治构造物，不宜设置丁坝、挑坝。

5.2 路基水毁处治措施

对于路基滑移，根据具体情况选用抗滑挡土墙、反压护道、抗滑桩或抗滑桩板墙等措施进行支挡加固处理，通过增设必要的疏排地表水、地下水等措施提高路基抗灾能力。对于因缺少支挡防护设施导致的路基垮塌，增设相应的支挡防护工程[3]（如图4所示）。对原有防护设施结构薄弱、基础埋置深度较浅路段，应通过现场调查，结合水文计算，加强基础埋置深度，河弯路段宜适当增加安全值。

图4 仰斜式路肩墙示意图

根据地形、地质、岩土体特性，对于易冲蚀和坍塌的土石挖方边坡可采用内护墙、护面墙、混凝土框格梁等防护措施，并完善坡面防排水设施[4]。对于边坡土体含水量较高、坡面较缓、且易发生溜滑的路段，可采用坡脚设置石笼式挡土墙等柔性防护。对风化严重的石质边坡，应通过清理危石、设置拦渣墙、防护网等措施治理。对于边坡较陡的路段，可采取放缓、补亏边坡等治理措施，增强路基边坡稳定性。

路基支挡防护工程宜采用现浇混凝土结构。对于损坏的支挡防护工程，宜参照原有结构类型进行设计，并做好与既有防护设施的衔接处理。对于冲刷严重、影响结构安全和路基稳定的支挡防护设施，为减小河床冲刷、防止基础外露，可设置石笼、护裙、护坦等进行加固处理。

对边沟、排水沟、急流槽等排水设施掩埋、破损、断裂的，应分类型进行修复。全面核查边沟、排水沟、截水沟、急流槽等排水设施的使用功能，完善必要的防排水系统。因路基垮塌、边坡滑塌等造成的排水设施损坏，应结合地形、地貌和路基修复重新设计。

5.3 桥梁涵洞水毁处治措施

对损毁桥梁进行重建时，应结合地区规划以及道路使用功能合理确定重建方案，新建桥梁设计标准宜按照现行标准进行设计。同时，对无利用价值的结构工程，应全部清除、清理并恢复河道原貌。对于损坏的桥台锥坡应进行恢复（如图5所示），锥坡宜采用混凝土基础，基础埋置深度通过冲刷计算确定[5]。锥坡填料应采用砂砾土夯填密实。锥坡基础受水流冲刷影响严重时，可增设石笼等防护措施。

图5 桥台锥坡防护示意图

水流冲刷引起的桥梁桩基外露，需验算桩基承载力。如桩基承载力不满足要求，可采取补强措施提高桩基承载力。桩基承载力满足要求时，可采用聚合物砂浆、补强钢筋等措施修复外露破损桩基，防止桩基继续被河流冲刷和漂浮物撞击，确保桥梁结构安全。

对于河床纵坡较大，冲刷严重的中小桥，可通过对主河槽铺砌硬化等措施，改善水流对桩柱的冲刷影响。对于局部冲刷较大的桩基，可在桩基迎水面设置混凝土减冲设施。为防止洪水、泥石流及夹杂的漂浮物等撞击桥墩、桩基，可增设钢护筒等防撞设施。桥梁墩台扩大基础由于水毁导致基础冲刷严重、出现脱空现象时，可采用低标号混凝土回填、增设河床铺砌等措施。

对于重建涵洞，应结合地形、地质、水文等因素合理确定涵洞的位置和结构形式。对涵洞主体及其附属结构发生损坏的部位应加强修复，并完善相应的防护及防排水设施。对部分出现台身裂缝等病害的盖板涵、拱涵，当施工条件受限、且不能中断交通的路段，在泄洪断面满足要求的前提下，可采取在既有涵洞内套装混凝土箱涵、钢波纹管涵等处治措施，对空隙部分采用混凝土进行填充。对因水毁引起的涵洞堵塞，应及时进行清淤。