山区公路路基水毁治理方案

宋策

（河北衡通工程项目管理有限公司，河北 衡水 053099）

0 引言

山区的地形、地质和环境因素导致了山区公路多临崖临水、跨沟跨河。山区国道或县级公路由于受投资的影响，路基边坡防护的难度较大，容易存在各种质量问题，从而导致公路运营期间灾害频发。山区公路冲沟路段多采取在公路外侧设置挡墙、墙内回填方式进行路基水毁防治，但由于前期勘查不足，设计深度不够，挡墙基础埋深较浅，将导致挡墙抗倾覆能力存在不足。由于汇水对冲沟的侵蚀，原有挡墙基础往往容易被掏空，从而导致挡墙失稳垮塌，形成路基缺口。由于地质条件多样，往往需要根据具体灾害点的情况因地制宜，采取对应的治理方案。

1 工程概况

某县级公路冲沟路段位于冲沟源头处，地形坡度较陡，坡度达38～49°，地层岩土体破碎，属碎石土堆积层，公路路基长期遭受冲沟的侧蚀和溯源侵蚀作用，某日在强降雨的作用下，挡墙基础被水流掏空，挡墙倾倒失稳，形成了一个长80m，宽4m的路基缺口，导致半幅路面处于悬空状态，严重危害公路的安全运营。灾害发生后当地养护部门采取沿公路内侧挖方拼宽，单向通行的临时保通方案，目前有效路面宽度仅约4m，路面为砂石过渡路面，通行条件极差。

2 工程地质

2.1 地层岩性

钻孔揭露地层有填土层、残坡积层和玄武岩层，各地层岩性分述如下。

（1）第四系人工填土层（Q4ml）：褐灰色、灰色、褐黄色，以粉质黏土为主，多含碎石、角砾，成分杂乱，结构松散，为水渠管网修建、道路修筑形成，地质钻孔揭露厚度为4.9～7.7m，平均厚度为6.2m，承载力特征值fak=85kPa。

（2）第四系残坡积层（Q4el+dl）：褐黄色、黄色，含大量玄武岩风化团块，中等压缩性为主，参考邻区残坡积层钻孔标准贯入试验数据，承载力特征值fak=168kPa。

（3）二叠系上统玄武岩组（P2β）：强风化岩：暗绿色、深灰色，岩体多呈碎块状，岩体节理裂隙极发育，岩性较坚硬。承载力特征值fak=550kPa。中风化玄武岩：暗绿色、深灰色，岩体多呈块状、巨块状，岩体节理裂隙不发育，岩性坚硬，锤击声清脆，强度高，据类比资料，饱和重度达2.79t/m3，饱和单轴抗压23.9～91.5MPa，承载力特征值fak=4.67MPa。

2.2 地下水

路基水毁处的地形坡度较陡，地形坡度与地层岩性相互作用，为冲沟发育提供了良好的条件。地下水类型为松散土孔隙水和基岩裂隙水，松散土孔隙水赋存于第四系松散堆积层中，主要分布于冲沟底部和沟岸边坡中，总体上富水性为弱～中等。主要补给来自降雨，在沟谷地带亦接受地表水及风化裂隙水的补给。以沟谷为排泄基准，以渗流的形式缓慢排泄。由于其径流途径短而浅，其流量大小受降雨控制明显，季节性变化明显。

基岩裂隙水赋存于玄武岩层中，分布广泛，主要接受降雨和孔隙水下渗补给以及岩溶水侧向补给，其富水性因构造、风化裂隙发育程度及地形条件存在差异，富水性差异较大，地下水在裂隙中缓慢流动，在沟底以散流、股流或泉水的形式排泄。由于区内冲沟发育，地形坡度大，因此区内裂隙水径流途径仍然不长，具“就近补给，就近排泄”的特点。

按照《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）规定，经综合判定，场地土对混凝土具有弱腐蚀性；对混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，场地土对钢结构具有微腐蚀性。69号孔土腐蚀试验结果如表1所示。

表1 土的腐蚀性评价表

3 稳定性分析

3.1 计算工况

结合路基水毁处的实际情况，拟定了如下三类计算工况：①天然工况，即自重工况，取自然状态下土的重度和黏聚力、内摩擦角进行计算；②饱和工况，在强降水作用下，岩土体达到饱和状态，以饱和重度和饱水抗剪强度为主要计算参数；③地震工况，采用自然状态下土的重度和黏聚力、内摩擦角为主要计算参数，但加上影响因素，工程区抗震设防烈度为8度，地震综合影响系数取A=0.3。

3.2 附加力

滑面在地下水位下的滑坡点，地下水压力近似等于浸润面以下土体的面积乘以水的容重，饱水状态下考虑地下水位略有上升；工程荷重不考虑工程荷载；地震力根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010），勘查区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分组为第二组。稳定性计算时需要考虑地震作用力，按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）计算水平地震荷载，地震影响系数A=0.3。

3.3 计算参数

据土工试验报告，天然状态下，碎石土层天然重度为18.5kN/m3，内聚力C=14.59kPa，内摩擦角φ=22.2°；饱和状态下，饱和重度为20.3kN/m3，内聚力C=11.29kPa，内摩擦角φ=18.5°。

3.4 计算断面

典型计算断面如图1所示。

图1 典型计算断面

3.5 计算结果

各滑面稳定系数计算结果如表2所示。

表2 各滑面稳定系数

表2 （续）

3.6 稳定性评价

边坡自然状态条件下处于基本稳定～欠稳定状态，饱水状态条件下处于欠稳定～不稳定状态，地震状态条件下处于不稳定状态。

4 水毁成因分析

（1）地形条件：该路段位于冲沟源头处，处于局域汇流区，地形坡度较陡，自然坡度为38～49°。

（2）地层岩土条件：地层岩土体破碎，表层属碎石土堆积层，厚度为11.6m，局部有基岩出露，岩体被风化成碎块状，棱角状，块径为2～5cm。

（3）水文地质条件：灾害路段气候类型为典型的干湿分明区，雨季降雨量达到全年的85%以上，雨季单点暴雨量很大。

（4）构造地质条件：灾害路段处于两地块交界附近，属地质构造活动强烈发育区。

（5）原有工程条件：公路以半填半挖方式通过冲沟路段，公路外侧挡墙基础位于松散堆积层上，由于冲沟的长期侵蚀作用，挡墙基础被掏空，最终导致路堤挡墙倾倒失稳。

5 水毁病害治理设计思路及治理方案

5.1 设计思路

综合考虑公路路线展布、路基缺口路段地形地貌、地质环境条件、工程安全、施工安全、道路保通、社会经济效益等多方面因素，拟对路基缺口段进行综合治理。治理思路为在不降低原有设计标准的基础上，少开挖，少扰动，不断交，安全可靠、经济合理、快速高效。因此，本路基水毁治理提出了截排水沟+锚索框格梁+格间挂网喷射混凝土+支墩加固的解决方案。

5.2 治理方案

（1）路线向道路内侧偏移4～4.3m，在少开挖的条件下，路线尽量靠山体侧，可以提高道路整体的安全性。

（2）道路垮塌部分（路堤）采用钢筋混凝土挡墙进行恢复，挡墙下设2排注浆微型钢管桩作为挡墙基础，钢管桩外径为11.4cm，管壁厚为0.5cm，单根长为15m，微型钢管桩桩端进入风化岩不小于1m，以保证挡墙基础稳定，从根本上解决原有挡墙基础不稳，容易被水流掏空的问题。桩顶预留2m长埋入挡墙墙体内，使钢管桩基础和挡墙连接为一个整体，并在挡墙上设置2排预应力锚索，充分保证挡墙的抗滑移、抗倾覆稳定性验算。

（3）冲沟沟谷位置挡墙下方8m范围内设置锚索框格梁进行加固，框格梁间挂网喷射混凝土以防止汇水对冲沟进一步的侵蚀破坏。

（4）道路内侧路堑边坡设置锚索框格梁对边坡进行加固，确保边坡的稳定性。

（5）边坡变坡位置设置一条截水沟，拦截上部水流，防止上部水流进入工程位置。公路内侧设置排水沟，及时排走路上的雨水，避免雨水冲刷道路及路堤边坡。

6 施工注意事项

首先，根据水毁现场的实际情况，确定最佳的治理方案，经专家论证，最后决定采用截排水沟+锚索框格梁+格间挂网喷射混凝土的治理方案；其次，在治理方案确定后，需要制订详细的施工组织方案和施工计划，对施工的每一道工序、施工进度，施工中应该注意的安全事项进行明确，特别应该注意不要因为施工对周围土的扰动而引起塌方等其他事故的出现；再次，应做好排水，按照设计要求做好泄水孔的布置，采用机械钻孔进行泄水孔的施工，间距约为1.5m，距离地面高度为0.5m，在泄水孔的端部采用反虑土工布进行包裹。

7 结论

通过对山区公路路基水毁中出现的各种病害进行综合治理，可以得出以下结论：

（1）山区公路灾害治理过程中，最关键的问题是准确把握灾害类型、所处区域地质环境条件，能够准确分析引起路基水毁的原因，采取有针对性的措施对其进行治理，治理方案应该具有可行性和科学性。

（2）山区公路冲沟路段路基大多为高填方，外侧路基挡墙基础稳定性是最重要的影响因素，但路基缺口往往又呈现点多面广的特点，本文针对此类情况，采用注浆微型钢管桩进行挡墙基础加固的解决方案。

（3）无论冲沟路段还是汇水路段，为降低雨水对冲沟的进一步侵蚀，保证公路建构筑物的安全，本文针对此类灾害提出了截排水沟+锚索框格梁+格间挂网喷射混凝土的解决方案，效果较好，确保了公路路基的稳定性。