某在建二级公路水毁病害调查及形成机制浅析

张红日，肖　侃，兰素恋

(1.广西交通科学研究院，广西　南宁　530007；2.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南　长沙　410114；3.南宁市交通工程质量监督站，广西　南宁　530001)



某在建二级公路水毁病害调查及形成机制浅析

张红日1，2，肖侃3，兰素恋1

(1.广西交通科学研究院，广西南宁530007；2.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410114；3.南宁市交通工程质量监督站，广西南宁530001)

水是公路破坏的主要原因，是在建公路路基毁坏最直接的原因。文章基于对广西某在建二级公路水毁病害的调查，分析路基水毁的原因及其形成机制，结果表明：地形地质为内在原因，路基正在施工以及降雨量大为外在原因，路基排水不畅为诱发原因。

山区公路；在建；水毁；路基；机制

0　引言

在我国，公路水毁每年造成的损失多达几十亿，公路水毁涉及区域地质条件、地形地貌特征、工程地质条件、水文气象和水文地质条件、公路标准、公路设施与河流、边坡、冲沟之间的关系，以及公路水毁防治结构物的设置等诸多因素[1-7]。广西地处北回归线附近属于温带、亚热带地区，年降雨量充沛，是全国降水量比较多的地区之一，一般在1 000～2 800 mm之间，部分地区年降雨量超过3 000 mm，气候多变，灾害性天气出现频繁[8]。另外，据《广西地貌区划》(广州地理研究所，中科院华南综考队，1963年)统计，海拔>500 m以上的山地面积127 280.25 km2，占广西面积的53.7%。广西山脉连绵，山区广大，是我国南方山区省(区)份之一。山区公路线型迂曲、高填深挖多、山洪暴发频繁，广西山区公路，尤其是山区二级路网工程，由于项目投资控制，排水及防护工程弱化或缺失，水毁现象每年都发生，造成重大损失。

在建公路由于路基路面、桥涵等尚未成型，尤其是山区公路，受到雨水毁坏更加突出，造成的损失更加重大，对于水毁原因必须进行研究，对于在建工程项目水毁的治理以及预防具有重要意义。本文以某在建二级公路为例，通过对该项目路堑边坡坍塌、路堤边坡滑移、路基沉陷、路基冲断、涵洞破坏、排水损毁等水毁情况进行调查，从地形、气候、施工、降雨、排水等多方面对其水毁形成机制进行了探讨，对于广西区内路网水毁成因的预防具有良好的借鉴意义。

1　工程概况

1.1项目概况

某公路是旧路改建工程，位于广西西北部地区，属于广西省道，是重要的路网公路和县际公路，是多县通往首府南宁最便捷的公路，也是红水河沿岸的重要公路。路线全长112 km，路基宽8.5～10.0 m，设计时速40～60 km/h，总投资超过7.2亿。

1.2地形地貌概况

路线地处云贵高原向桂中平原过渡的斜坡地带，地势大致由西向东倾斜，西部地形起伏较大，东部地形平坦开阔，海拔大多在500～800 m之间。K95+000处最高，红水河河谷最低。路线走向由东往西，基本上沿山间沟谷、丘陵山坡布设，所经地区主要地貌为构造剥蚀低山丘陵、构造侵蚀低山地貌、剥蚀溶蚀地貌、岩溶谷地等类型。

K48+700～K60+300、K85+000～K101+400山势巍峨，层峦叠嶂，沟谷深切。山脊走向明显，多顺构造线发育，即山脊走向与构造线一致。山体下部谷坡形态及沉积特点，反映了晚近时期侵蚀作用强烈，碎屑岩区500 m以上地段划分为构造侵蚀低山地貌区。河谷呈V字型，水流急。

1.3地层岩性

沿线出露的地层主要有石炭系(C)、二迭系(P)、三迭系(T)及第四系(Q)。K48+700～K60+300、K85+000～K101+400岩性为T1、T2碎屑岩，主要表现为：灰绿色薄层状粉砂质页岩、灰色泥质粉砂岩、灰绿色泥岩及粉砂质泥岩，偶夹少量中粗粒砂岩及硅质岩，沉积物自东向西变粗，其中大部分为全～强风化，表现为硬土～软石，局部较硬，呈中风化状。

1.4水文气候

该公路位于广西西北部地区、北回归线附近，属亚热带季风湿润气候区，气候温和、雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季。属南亚热带至中亚热带季风气候区，年均日照总时数1 531.3 h，年均气温18.8 ℃～20.8 ℃，年均降雨量约1 600 mm，相对湿度79%。属南亚热带季风气候区北缘，处于广西盆地向云贵高原过渡的斜坡上，故气候亦有过渡特点。

1.5地质构造

1.5.1褶皱

榜圩背斜位于测区西部中部，属广西山字型构造前弧西翼的一部分。主要构造线呈北西向。保安背斜位于测区的东南侧。主要分布于红水河西岸，长约50 km，宽15 km左右。其轴向西南翼，轴线弯曲，中段为320°，背斜轴部宽阔，岩层产状平缓，两翼变陡，褶皱紧密。

保安背斜褶皱出露长45 km，宽15～20 km，位于本路线的东南方向，呈箱状，轴部宽阔平缓，倾角>10°，翼部陡30°～40°，轴部由泥盆系、石炭系碳酸盐组成，翼部为二叠系地层组成。

1.5.2断层

测区东部，那贯-那料断层，长度>30 km，走向为310°，挤压破碎性的压扭断层。

测区中部，属于乐业-昆仑关断褶带的一部分。由古生界地层组成的箱状背斜，三迭系组成的复式线状向斜，走向310°～315°，由数条北西向逆冲断裂组成。

2　水毁情况调查

2.1施工状态

项目于2014年年初开工建设，截止到2015年6月，桥梁涵洞基本完成，项目主体路基土方大部分完成，部分路面铺完垫层或者水稳层，少部分路面已经施工完成。

2.2降雨及水毁损失情况

2015年6月13日晚8点至6月14日连续大暴雨为100年一遇，造成中断交通，断水、断电、手机、网络中断，项目部建设办召集设计单位、监理单位、各个标段施工单位对交通进行抢修和调查，路段水毁较严重，损失巨大。根据调查情况，本次暴雨造成的损失估计如下：路基塌方约42.5万m3/169处，路面冲毁约3 409 m2/12处，挡墙下沉开裂约378 m/6处，涵洞冲毁约80 m/15道、边坡码砌毁坏7 875 m3/1处，需补充征地约120亩等。各项水毁直接经济损失约1 162万元，加上预估处理费用1 413万元及补充征地需增加费用约413万元，累计损失达2 989万元。

2.3典型水毁调查

2.3.1路堑边坡

上边坡主要表现为塌方、滑坡。降雨作用下，土体饱和塌方，掩埋已经成型路基或路面，造成临时交通中断，掩埋边沟，边沟排水不畅。

2.3.2路堤边坡

项目填料为泥质粉砂岩及粉砂质泥岩、黄绿色泥岩、页岩夹粉砂岩等全强风化岩土颗粒，岩性较软、岩石风化比较严重，全风化层土体颗粒较细，联结强度低，抗冲刷能力差，原始地形坡度较陡，孔隙率相对较大，雨水易渗入孔隙并软化土体，崩塌现象较为多见，且多沿圆弧剪切面滑塌。另外，多处是被洪水冲刷坡脚所致。

2.3.3路基下沉

路基水毁主要表现为路基下沉、挡墙膨胀失效、路面底板掏空。

2.3.4涵洞

涵洞水毁主要表现为圆管涵整体冲走或移位，盖板涵涵台、盖板冲走、倾斜、拉裂等。

3　水毁形成机制分析

水毁原因较多，水毁形成机制复杂，根据项目情况，主要从地质地形、施工期、降雨、排水等多方面去分析。

3.1地质地形原因

项目地形为构造侵蚀低山地貌区，自然边坡陡峻，边坡开挖容易形成高大边坡，根据设计统计，K48+700～K60+300、K85+000～K101+400两段>30 m的高边坡多达45座。地层岩性主要为泥岩、页岩、泥质粉砂岩、砂岩及砂质泥岩等碎屑岩体，由于岩石风化破碎，岩体完整性差，极易发生崩塌及掉块现象，个别挖方边坡为顺向危险边坡，在路堑开挖工程中，由于卸荷作用使岩体内原本紧密的节理面变得松弛，雨水易于入渗，渗入的雨水逐渐软化页岩、泥岩夹层或碎石土，当抗剪强度低于沿层面的剪应力时，上部岩体就会沿着该软弱岩层滑动形成滑坡。另外，在灰岩和硅质岩路段，由于覆盖一定厚度的碎石土，加上岩层产状与边坡同向，在边坡开挖后，存在产生崩塌或顺层滑坡的可能。在项目区域相关道路，尤其是不进行坡面防护的道路，崩塌或滑坡常有出现。

3.2施工期原因

项目主体路基土方大部分完成，部分路面结构铺完垫层或者水稳层，少部分路面已经完成，路面面层未完成施工，给雨水直接冲床或者穿过垫层下渗提供了重要通道，而从该处下渗水体，直接渗入路堤直达原地面线并从填方坡脚渗出，对路堤稳定危害极其严重。项目路堑开挖完成，上边坡基本都是裸坡状态，降雨直接冲刷边坡坡面，加上前文分析项目大多为全强风化泥岩、砂岩以及碎石土覆盖层形成的边坡，在降雨来临时极易形成滑坡或崩塌。路堤刚刚填筑完成，下边坡基本处于裸坡状态，未有任何防护，土体颗粒松散，受雨水冲刷及入渗、出渗作用，稳定性极差。另外路堑开挖和路基填方临时产生的余土，堆积到道路内侧边沟或排水沟、涵洞口附近，直接造成排水系统堵塞，当大降雨来临，水汇集而不能顺畅排出，造成漫流路面。

3.3降雨量大

降雨是本次水毁最主要原因。此次暴雨为该公路建国以来遭遇的最大暴雨，根据地方县防汛办发布的信息，6月13日8时至14日7时，公路沿线各主要乡镇降雨量为153～309 mm。降雨对公路危害从入渗、雨蚀、片流、洪流等方面进行分析。

3.3.1入渗作用

路基刚刚成型，土颗粒疏松，空隙大，渗透性强，当降雨时，雨水大量入渗。雨水入渗加大了土体的饱和度，增加土体重度，软化土体，降低抗剪强度指标，并且渗透对松散填土具有渗透力作用。更严重的是，填方路堤雨水入渗，直接渗流至原地面线，原地面线陡峻，地面线以下泥岩渗透系数小，迫使水体直接在填方地面线上形成集中渗流并一直延伸到坡脚，强渗流作用下坡脚土体不断被带走掏空，而产生滑塌。

3.3.2雨蚀作用

雨蚀作用主要表现为土体经过雨水的多次冲击，土颗粒物质遭受到侵蚀作用。路基填土刚成型或者尚未成型，土颗粒之间尚未形成有效胶结，土颗粒呈散粒结构，边坡表面无任何的植被覆盖，当降雨来临时，松散的土颗粒随着雨水的滴溅而大量流失，形成鸡爪沟，最后导致滑塌。

3.3.3片流作用

片流对路基边坡的地质作用主要是冲刷作用。片流沿着整个斜坡把细小的松散颗粒冲洗至斜坡下部。降雨量越大、越猛，洗刷作用强度就越大；坡脚在40°左右的山坡洗刷作用最大，坡度过大、过小冲刷作用都会减弱，山坡为松散物质，无粘结性，有利于片流的洗刷作用。植被茂盛的山坡几乎不产生洗刷作用。而该公路正在建设中，基本上都是松散颗粒，上下边坡都符合降雨冲刷作用的条件，片流冲刷是造成下边坡形成滑塌的主要原因。

3.3.4洪流作用

洪流作用也是冲刷，洪流以巨大的机械能猛烈冲刷沟底及沟壁岩石。冲刷的作用强度与气候、地形及地面岩性和植被有关。在缺少植被保护、松散而降雨又集中的路基边坡，冲刷作用强烈易形成冲沟，淘蚀坡脚形成滑塌。

该路多处路段处于临河路段，路基下部为破碎堆积层，受暴雨影响，堆积层位移开裂拉动路基和挡墙下沉。同时受上游电站为保证库容放水，河水快速上涨浸泡软化岩土，河水消退时对路基土体形成拉力，临河部分边坡被土体带走，路基基脚被掏空失稳，导致路基滑塌。

3.4排水问题

3.4.1边沟问题

受投资控制影响，全线挖方路段未设置三面光(三面浆砌)边沟，只采用以路肩墙形式的单面光，排水沟底部和外侧阻力系数大，造成排水不畅和泥石滞留，外侧路堑边坡被严重冲刷形成滑坡。同时单面光边沟开挖形成的断面尺寸不规则，造成排水水流突变，加大了冲蚀和滞留，导致排水不畅，不能满足降雨排水要求。因此排水沟、涵洞多次形成阻塞，雨水漫流未施工成型的路面冲刷下边坡。

另外塌方土体造成完工的边水沟堵塞，排水系统不能充分发挥作用，加上部分路段纵坡较大较长，雨水沿路面快速流淌汇集，冲刷下边坡，下边坡坡脚被冲刷后逐步掏空路基，路基整体失去支撑，导致下边坡滑塌，路面损毁。

3.4.2截水沟

项目节约用地全线基本不设置截水沟。路堑边坡以上坡面汇水面积较大，由于没有截水沟汇水截流，直接冲刷路堑坡面，造成路堑边坡的滑坡，而滑坡直接造成了边沟堵塞，导致漫流路面。

3.4.3排水沟

排水沟只是采用土沟形式，极易受雨水冲刷而造成破坏。当排水沟破坏后，形成水流直接冲刷路堤坡脚，对坡脚进行掏蚀，直接导致路堤滑坡形成，另外土沟阻力系数较大，上部形成的泥石流无法顺畅排出，汇集于纵坡较缓的排水沟段落，当量足够大的时候，形成排水沟淤堵，水位抬升，溢流并冲蚀路堤坡脚，造成滑坡。

部分路段位于沿河破碎带上，地形陡峻，地质较差，个别挡墙和涵洞出口位于陡坡的边坡上，土沟基底被涵洞口、挡墙底部形成的高落差洪水冲蚀掏空，导致挡墙下沉位移、涵洞被冲毁、边坡滑塌。

4　结语

通过对广西山区在建二级公路路基水毁情况进行调查以及形成机制进行分析，得到路基水毁产生的原因有以下几个方面：

(1)岩石风化破碎、顺层，渗透系数较大，地面线陡峻。

(2)项目施工过程中，路堤填土未固结，边坡未防护，路基余土临时堆砌随意。

(3)降雨量大，对路基形成入渗、雨蚀、片流、洪流作用。

(4)边沟、截水沟、排水沟设置缺失或未浆砌。

总体而言，地形地质为内在原因，路基正在施工以及降雨量大为外在原因，路基排水不畅为诱发原因。

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[2]祝晓寅，陈洪凯，翁其能，等.山区公路水毁机理与抗毁结构分析——以凉山地区为例[J].重庆交通学院学报，2001(2)：58-64.

[3]方向池，徐学庶.云南省公路水毁现状及对策[J].中国地质灾害与防治学报，1998(1)：11-16.

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[5]陈洪凯，梁丹.渗透-浸泡耦合作用下沿河路基沉陷机制[J].公路，2015(12)：39-43.

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[7]凌建明，官盛飞，崔伯恩.重庆市公路水毁环境区划指标的研究[J].水土保持通报，2008(3)：141-147.

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Flood Damage Disease Investigation and Formation Mechanism of A Sec-ondary Highway Under the Construction

ZHANG Hong-ri1，2，XIAO Kan3，LAN Su-lian1

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；2.School of Civil Engineering and Architecture，Changsha University of Science and Technology，Changsha，Hunan，410114；3.Nanning Traffic Engineering Quality Supervision Station，Nanning，Guangxi，530001)

Water is the main reason for highway destruction and is the most direct cause for the damage to highway embankment under construction.Based on the investigation on flood damage disease of a secondary highway under construction in Guangxi，this article analyzed the reasons for embankment flood-damage as well as its forming mechanism，and the results showed that：the geological terrain is the underlying reason，while the embankment construction and heavy rainfall are the external reasons，and the poor embankment drainage is the induction reason.

Mountain highway；Under construction；Flood damage；Roadbed；Mechanism

2016-05-20

U418.5+4

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.003

1673-4874(2016)06-0009-04

张红日(1983—)，博士研究生，工程师，研究方向：地质路基研究与勘察设计；

肖侃(1989—)，硕士研究生，工程师，研究方向：地质路基研究与管理；

兰素恋(1987—)，研究生，工程师，研究方向：地质灾害处理研究与评估。

广西科学研究与技术开发计划(桂科攻1598009-4)；广西交通科学研究院科技项目(编号：KJ2014-014)