山区公路抗水损害研究及防治措施

祝轶君

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

由于地形限制的原因，山区公路多修建在山腰或者沟底，多采用半填半挖的形式。在雨季，降水随山体走势汇集成流对沿途水土长期冲刷和浸蚀，影响公路路基及其防护工程的稳定性，造成路基水土流失，进而发生变形，出现裂痕和整体坍塌，对公路运输的交通安全具有重要影响[1]。以公路跳车和沟槽为代表性的路基水损病害在各山区公路不断出现给交通出行带来潜在影响。受黄土湿陷性的影响，山西省境内公路每年因水损造成的路基沉降养护治理费用不断增加，且呈现逐年递增的态势。目前，公路水损路基的防治处置方式还不能完全满足防灾减灾的要求，但通过对过往施工经验、设计经验的梳理总结，合理分析路基水损病害的类型，分析灾害对路基稳定性的影响，借助科学合理的设计和完善的防护工程修复措施，对水毁路基病害的预防和治理具有显著意义。

1 山区公路水损破坏类型

1.1 水漫路面造成路基水毁

公路路面的绝对高程较低，河道较窄。以山西地区为代表的北方山区平均降水量较小且河床普遍较浅，在夏季雨水较为集中的时间段易造成河道水满而漫过公路路面。水漫路面会加速狭窄河床的积淤，从而造成该路段洪水流速增加。在涨水期和急速退水期，洪水对公路路基路面的冲刷最为严重，公路边坡、路肩被不断冲刷出现失稳区间，路面出现裂缝进而出现整体坍塌[2]。该类型的路基水毁以山西S312省道宁武芦芽山部分路段最具代表性，因芦芽山山体结构和气候特点，公路路基水毁较为严重（图1）。

图1 水漫路面造成路基水毁

1.2 压缩河道造成路基水毁

在山区公路新建和翻修中，部分路段存在施工造成的路边河道被建筑物侵占现象，固体废弃物的堆积减少了该路段河道排水能力。减少的河道过水断面增加了路基被洪水冲刷破损的概率，被水侵蚀冲刷破坏的严重程度是正常河道路段的3倍以上[3]。在修建公路中，尤以修建施工便道和二级路翻修造成的压缩河道最为常见。

图2 压缩河道造成路基水毁

1.3 边坡防护不当造成路基水毁

在山区县城内及周边的沿河道路，道路两侧边坡通常采用浆砌片石护坡的形式以抵抗河水的冲刷，浆砌片石护坡的稳固对边坡的稳固起到决定性的作用。通常，浆砌护坡的底端应低于最低水位线，即能抵抗水流的冲刷。否则，河道水流量较大甚至洪水到来时，护坡被慢慢侵蚀，进而出现路基水毁。

图3 边坡防护不当造成路基水毁

2 山区水毁路基稳定性评价

公路路基抗水毁稳定性主要表现在路基、涵洞、边坡防护等工程抵抗洪水的能力，是防灾减灾的重要表征。对公路路基的抗水毁稳定性进行模型搭建及性能评价，可为公路抗水毁提供科学依据。目前，常用的方法有影响因素叠加法、层次分析法及综合模糊评价法。

层次分析法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。在当前的工程应用中由于层次分析法元素分解的难度较大，模糊评价法制约因素的不确定性使得应用起来较为繁琐。

较之以上两种方法，影响因素叠加法是目前水毁路基稳定性评价的最主要应用方法。考虑到各种复杂因素对路基水毁的影响，各灾害影响因素的影响模型搭建通常需要考虑公路所处区域环境的影响因子，各灾害影响因素的复合影响因子是评价路基稳定性的最重要指标。

影响因素叠加法应用的根本是解决不同影响因素的权重系数。同一种影响因素对不同路基稳定性的影响原理是一样的，但影响因数数值大小的差异和不同对路基稳定性的作用系数存在较大不同，其离散性符合数值大小的正态分布规律。同时，同一影响因素的影响效果在特殊点的差异也存在两极化表现，以水在0℃的表现最具代表性。

对于不同影响因素，同一路基水损区域模型内对路基水损的作用机理和作用方式均存在较大差异。对于多种影响因素对路基水损的影响，因影响效果的大小存在主要因素和次要因素。在各种影响因素中，首先要分析和理清主要因素，因其对灾害发生的贡献最大，影响权重需最先确定，进而确定次要因素对灾害发生和作用的权重系数。最终基于不同灾害影响因素的权重系数，结合具体工程情况开展水毁路基稳定性评价。

3 山区公路抗水损害防治措施

山区公路抗水损害的防治，应从设计阶段进行抗水损设计，好的抗水损设计，可降低工程造价、提高工程质量、保障工程安全、降低灾害影响因子对路基稳定性的影响。在设计的基础之上进行防护工程的合理构建是对公路抗水损害的根本性保障。

3.1 路基水毁防治的设计

3.1.1 勘察设计要全面

详细的勘察设计是公路选线的基础，借助资料调研，实地考察，工程钻探获得详尽的现场资料，对公路路线范围内的地质和水文情况可能造成的影响进行评估分析，从宏观方案设计上掌握地质条件对公路可能产生的影响。对设计方案中的水损影响进行评估，开展风险评价，提出对应的防治工程计划。

a）对于软土地基、顺层岩质等特殊地质条件路段，在不大幅改变公路线性和里程的基础之上，应尽量采用绕行和规避的方案，如不能避免，则必须加入防水毁防护工程设计方案，且选择灾害可能最小的路线设计方案。

b）对于黄土地基或是高填高挖路段，则应充分勘察周边地质条件，详细分析各灾害影响因素的影响因子，选取合适的评价模型，确定各评价指标的权重，进行水毁路基稳定性计算及评价，从而得到该路段的加固防护方法。

3.1.2 注重水文、地质结构的影响

近年来公路修建为节约工程造价，公路现行采用高填深挖的方法较多。从环保理念出发应采用桥梁和隧道的形式进行线性设计，高填深挖难免对周边地质结构造成部分扰动，存在自然灾害隐患。故在设计时应对路线周边原有灾害影响因素充分研究，并减少新增灾害隐患对公路及其周边的影响。提倡以资源环境承载力为基础，注意对公路沿线绿色植被及自然景观的保护，将路基水毁的安全隐患减少至最小范围。

3.1.3 防护工程的设计

防护工程是应对洪水灾害的最有利措施，利用防护工程的阻隔可有效降低洪峰时洪水的冲刷，诱导洪水流向，稳定洪水流速。在防护工程的设计中，应严格遵守保护河道沿线环境的要点，防护工程类型的选定应依照所在地区经济、文化、技术、资源等现有条件就地取材，因地制宜。详细勘测工程沿线河道的特性，是做好道路沿线设施水文设计的重要保障，不同河流的不同河段有其独特属性，所以应根据工程所在地河段的水文特点，科学设计采取合理的防护工程措施。

3.2 完整路基水毁防护工程的构建

完整的路基水毁防护工程构建是对公路路基稳定性的最大保障，在各式各样的防护工程中，侧重点都是基于提高坡底和坡面的抗冲刷能力，减少水流对路基的冲刷。其中应用最多的是浆砌片石护坡、浆砌片石护肩。合理且完整的浆砌片石护坡和浆砌片石护肩设置至关重要。

3.2.1 浆砌片石护坡的设计和修建

为了提高河道路基边坡耐水流冲刷性能，通常在河道横截面较宽且顺直段，河道瞬时流量较小段采用修筑浆砌片石护坡的防护工程。浆砌片石护坡防护工程因防护能力的不同通常分为单层浆砌片石护坡、双层浆砌片石护坡和深基础浆砌片石护坡3种。为了提高河道边坡稳定性，护坡应埋至极限水流冲刷线以下，在施工情况允许下修建至坡底。对于地质条件不稳定地区或雨季时雨水较大的河段，应采用深基础浆砌护坡，深基础护坡基地深度应在河床面以下1 m，宽度在0.6 m以上，以保证护坡的稳定性。

图4 深基础护坡（单位：m）

3.2.2 浆砌护肩的设计和修建

沿河路堤水面到路面高程差偏小或边坡较难修筑时，为了减少水流对河道道路路肩的冲刷损坏，通常在路肩处修筑浆砌片石护肩。浆砌片石护肩的整体构造主要由护肩高度决定。护肩大于1.0 m时，护肩肩顶宽度不小于0.8 m，护肩小于1.0 m时，护肩肩顶宽度不小于0.5 m。工程施工中，由于护肩坡地受到流水冲刷最大，通常在当地地质条件允许的情况下，护肩高度还会向下增加0.1～0.2 m。

图5 浆砌护肩（单位：cm）

4 结语

借助研究山区公路水损病害发生的类型和特点，提出山区公路路基稳定性的评估方法。在工程开展中，对不同灾害影响因素的权重系数进行评估，发现影响因素叠加法的模型搭建是公路稳定性评价的最有效手段。好的抗水损设计，可降低工程造价，保障工程安全，降低影响因子对路基稳定性的影响。在设计的基础之上进行防护工程的合理构建是对公路抗水损害的根本性保障。