甘肃省南部地区公路水毁成因分析及处治措施

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。

5.4 隧道口水毁处治措施

对于隧道口排水系统，应及时清淤，同时设置封沟屏、防护网、截水墙等设施。对于侧仰坡，应清理危岩和滑塌土石方，设置主、被动防护网[6]。对于受水浸泡路面，应清理路面淤泥，修补标线。

6 结论

（1）分析了甘肃省南部地区地形、地质、气候特点，根据受灾程度，将受灾区域具体划分为重度区、中度区、一般区。

（2）经实地调查，公路水毁病害类型主要有路基路面水毁病害、桥梁涵洞水毁病害以及隧道口水毁病害三类。

（3）经调查、总结，影响甘肃省南部地区公路及其构筑物发生水毁的因素主要有自然环境恶劣、人类活动影响和公路局部路段承灾能力不足三个方面。

（4）总结了水毁病害处治时的方案拟定原则以及针对不同水毁类型的具体处治措施。