吳正生

建設(shè)與施工

高海拔生態(tài)脆弱地區(qū)改建道路防護設(shè)計探討

吳正生

川黃公路（川主寺至黃龍段）道路改建工程是安徽省對口支援松潘重點援建項目之一，地處阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內(nèi)，主要對現(xiàn)有道路進行拓寬和改建。項目設(shè)計時根據(jù)地形條件合理確定改建規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)，積極貫徹“安全、環(huán)保、和諧、統(tǒng)一”等公路建設(shè)新理念，重點改善路面，完善邊坡防護、排水及安保工程等，提高行車的舒適和安全，極力營造“車在畫中行，人在畫中游”的行車環(huán)境。改建路線全長45km，按二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，瀝青混凝土路面，設(shè)計時速40～60km/h。全線地形起伏較大，路線起終點海拔3000m，路線穿越雪山梁段最高海拔達4007m，平均海拔3500m以上，屬于典型的高海拔地區(qū)道路。但該項目建設(shè)周期短，起點高，從生態(tài)、環(huán)保、安全和積極貫徹山區(qū)公路建設(shè)新理念等方面提出更多更高的要求。該項目在建設(shè)過程中先后數(shù)處路基邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)，給工程建設(shè)帶來很大困難。現(xiàn)結(jié)合高海拔地區(qū)氣候、地形及地質(zhì)特點，對高海拔地區(qū)道路的防護設(shè)計進行探討，為以后高海拔地區(qū)道路防護設(shè)計提供參考。

一、高海拔地區(qū)氣候及地形地質(zhì)情況

川黃公路地處青藏高原東緣北部，是青藏高原向四川盆地陡跌的兩大地貌單元的過渡帶，是我國第一大地形的坎前轉(zhuǎn)折部位，是典型的高海拔地區(qū)。高海拔地區(qū)日照強烈，晝長夜短，大部地區(qū)寒冷潮濕，冬長無夏、春秋相連、四季不明，晝夜溫差大，小氣候多樣且災(zāi)害性天氣活動頻繁，雨雪與冰雹時常不期而至，有時一天能遇上四季的天氣，多年平均氣溫5.7℃，年極端最低氣溫為-21.1℃。惡劣的氣候條件，使每年11月份至次年的3月份因嚴(yán)寒被強制為停工期，一年有效施工期只有7個月左右，且受5～7月份雨季影響，實際工期不足4個月。

項目所在地區(qū)屬西部典型的山地生態(tài)脆弱區(qū)，位于西秦嶺造山帶摩天嶺地塊與松潘—甘孜造山帶丹巴—汶川構(gòu)造巖片的接觸部位，以雪山斷裂為界，以北為摩天嶺地塊；以南為丹巴—汶川構(gòu)造巖片。區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造線方向呈東西向展布。區(qū)內(nèi)地形切割強烈，高差大，各種不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，常見有季節(jié)性凍土、泥石流、滑坡、碎石流、崩塌、危巖（石）、冰雪害、大霧等不良地質(zhì)及自然災(zāi)害。同時地處地震斷裂帶，是地震高發(fā)區(qū)，工程建設(shè)難度大。

由于高原缺氧，空氣稀薄，地材缺乏，交通不便，施工機械工效、匹配性能降低，加之高原氣候條件十分惡劣，六月飛雪也不足為怪，施工環(huán)境十分艱苦，工人多有不同程度的高原反應(yīng)。所以高海拔地區(qū)施工工期短、效率低，環(huán)境惡劣，工程施工難度大。

二、高海拔地區(qū)改建道路常見病害

川黃公路大多邊坡坡面較為破碎，很少有坡面較為完整穩(wěn)定的巖質(zhì)路塹邊坡。在道路改建過程中及建成后，填方路基加寬段和挖方路塹邊坡失穩(wěn)時有發(fā)生，主要有以下幾種情況：

1.穿越不穩(wěn)定邊坡引起的病害

川黃公路原有路線有數(shù)處經(jīng)過古滑坡，因上邊坡坡腳開挖或下邊坡路基填筑加載等不同程度的擾動，雖然對原有邊坡開挖或填筑不多，但是也會引起失穩(wěn)變形。改建過程中先后有10處路堤邊坡和3處路塹邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)變形。有的變形在路基施工過程中就出現(xiàn)，有的在路面施工完成后出現(xiàn)。此類邊坡的基本特征是坡體較為平緩，坡面破碎，坡體裂隙水發(fā)育。

川黃公路K15+700～K16+680為新改線段，因原有老路在該段范圍坡陡彎急，是交通事故高發(fā)地段，所以新改線段改善了縱坡和線形，大大提高了行車的安全性。但新改線K16+473～K16+730段左側(cè)路塹邊坡在開挖過程中山體出現(xiàn)滑塌且變形明顯，如對整個滑塌邊坡進行病害工程治理，不僅費用高，工期也會延長。綜合考慮決定避開此不良地段，在原老路的基礎(chǔ)上，通過改善平面線形及縱坡，增設(shè)避險車道等措施，確保行車安全。

2.水的因素引起的病害

高海拔地區(qū)晝夜溫差大，日照強烈，氣候多變，自然營力對邊坡破壞較大，其中水對邊坡的穩(wěn)定的影響尤為明顯。一方面邊坡坡體因水的反復(fù)凍融變得更為破碎，從而引起坡面小范圍坍塌，另一方面，來不及排走的坡面水下滲至坡體軟弱交接面處，使之進一步液化產(chǎn)生蠕動變形，從而引發(fā)較大范圍的坡體滑塌。

川黃公路K4+155～K4+275段右側(cè)路堤邊坡在建成通車后發(fā)生滑塌，且變形迅速，近4m寬的路基下挫約5m。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，并結(jié)合后期補勘資料，發(fā)現(xiàn)該段路基由第四系沖洪積的粉土及素填土組成，物質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，有利于雨水的下滲，連日來的強降雨，造成地表水下滲，表層粉性土透水性較強，大量雨水下滲使路基軟化，降低了土體的抗剪強度，當(dāng)雨水下滲至路基下部粘性土等相對不透水層時，沿斜坡向下滲流，增大了下滑力，使路基土體蠕變加速，終至失穩(wěn)。

3.由于擋墻埋深不足引起邊坡失穩(wěn)

高海拔地區(qū)地質(zhì)破碎，地形變化較大，為收縮坡腳，減少填挖工程數(shù)量，擋墻設(shè)計不可避免，且不失為行之有效的支護措施。因為高海拔地區(qū)地質(zhì)破碎，有時地基承載力不能達到設(shè)計承載力要求；或承載力雖然滿足要求，但擋墻落在不穩(wěn)定地層上；或未做好防排水措施，地表水下滲造成地基軟化等等原因，使擋墻開裂滑移，引起邊坡失穩(wěn)。

川黃公路K2+610～K2+640段為半填半挖路基，右側(cè)填方路基設(shè)2m高路肩擋墻收縮坡腳，因擋墻基礎(chǔ)落在不穩(wěn)定填方松散體上，通車后擋墻滑移，路面出現(xiàn)較為明顯的失穩(wěn)變形。

三、高海拔地區(qū)改建道路防護設(shè)計探討

因高海拔地區(qū)物資較為匱乏，交通不便，加上惡劣天氣的干擾，施工及后期養(yǎng)護難度大。所以進行高海拔地區(qū)改建工程設(shè)計時，應(yīng)從全壽命周期的角度綜合考慮，做好預(yù)防措施，盡量減少施工期間的變更，降低運營期間的養(yǎng)護費用。

1.加強地質(zhì)勘查，防患于未然

改建時需要對原有道路線形進行一定的優(yōu)化與提高，不可避免對原有路基進行一定的上挖或下填，尤其一些位于古滑坡內(nèi)的路段處于臨界平衡狀態(tài)時，改建過程中輕微的施工擾動，往往能引發(fā)路基失穩(wěn)。后期處治難度大、造價高。所以在設(shè)計階段，應(yīng)加強地質(zhì)勘查，盡量查明原有路段的地質(zhì)情況，提前做好預(yù)防措施。對古滑坡或可能引起滑坡病害的路段，應(yīng)盡量繞避；當(dāng)難以避讓時，應(yīng)進行工點設(shè)計，在施工階段一次根治，不留隱患。尤其值得注意的是，當(dāng)對老路線形進行較大范圍的改動時，需加強新線的地質(zhì)勘查，因為老線可能是因為地質(zhì)原因才放棄更好的選擇。

2.因地制宜，保護生態(tài)

高海拔地區(qū)生態(tài)脆弱，一般海拔3000m以上樹木難以生長，3500m以上灌木難以生長，4000m以上雜草難以生長。高海拔地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，地形變化大，稍不注意，就可能造成大開挖或路基近百米掉空，給路基防護帶來很大的困難，甚至留下工程隱患。所以設(shè)計階段應(yīng)樹立牢固的保護生態(tài)意識，減少人工擾動。根據(jù)現(xiàn)場地形，因地制宜，避免高填深挖，在滿足規(guī)范要求的前提下，降低線形指標(biāo)要求；適當(dāng)增設(shè)路基擋墻收縮坡腳，減小開挖或回填高度；清表土方應(yīng)預(yù)留供后期綠化恢復(fù)；棄方不可隨意堆放，應(yīng)精心選擇棄土場并做好棄土場防護，避免不當(dāng)棄土形成新的病害。

川黃公路設(shè)計時，靈活運用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)，精心設(shè)計平縱線形及線形組合，路基結(jié)合地形能寬則寬，宜窄則窄，給后期改建帶來很大的便利。

3.重視水患，完善排水措施

因為高海拔地區(qū)地質(zhì)較為破碎，日照強烈，溫差大，故水對邊坡的穩(wěn)定影響很大。高海拔地區(qū)易引發(fā)涎流冰、凍土和泥石流，危害路基安全。所以，加強邊坡的排水尤為重要。

因高海拔地區(qū)地質(zhì)破碎，施工困難，且對開挖邊溝進行護砌后易發(fā)生滲漏，故一般情況下可不設(shè)截水溝，但兩山夾一洼處需設(shè)排水溝將坡面水引排至路基邊溝；宜采取拱型護坡、菱形骨架護坡等坡面防護，以利坡面水及時排走，減少沖刷；對坡面上有明顯出水點的，需增設(shè)仰斜排水孔；對滲水比較嚴(yán)重的邊坡，需在邊坡坡腳增設(shè)滲溝排水；在路塹邊坡坡高小于4m，且地形允許的情況下，可采用帶滲溝的淺碟形明溝排水；當(dāng)坡腳設(shè)有擋墻時，可在擋背下部設(shè)滲溝并將水引至路基邊溝排走。

設(shè)置滲溝能及時排走路塹坡體內(nèi)的積水，既有利于邊坡的穩(wěn)定，也減少冬季涎流冰的形成和路基凍脹的危害。

4.安全第一，預(yù)防為主

高海拔地區(qū)地質(zhì)破碎，路塹邊坡坡腳應(yīng)力松弛易發(fā)生坍塌，路堤邊坡遇水軟化易發(fā)生溜塌，所以設(shè)置擋墻，采取上支下?lián)醯闹ёo措施是高海拔地區(qū)邊坡防護較為有效的一種手段。

擋墻設(shè)計時，擋墻基礎(chǔ)底應(yīng)埋置凍脹線以下，低于溝底標(biāo)高，且必須置于穩(wěn)定的地基上，如基底承載力不能滿足要求，應(yīng)加深加高擋墻，必要時加大擋墻基礎(chǔ)、增設(shè)鋼管樁或改為樁基礎(chǔ)，避免出現(xiàn)因擋墻抗滑力不足導(dǎo)致路基滑移；為減少放坡的不利影響，擋墻的背坡不宜緩于1∶0.25，應(yīng)盡量垂直；建議擋墻下部沿縱向設(shè)置滲溝將坡體水經(jīng)橫向引排走，以利邊坡穩(wěn)定；擋墻墻背需采用透水性材料及時回填密實，應(yīng)確保墻背回填質(zhì)量；考慮高海拔地區(qū)的實際情況，擋墻基礎(chǔ)可采片石混凝土，墻身采用素混凝土。

對受地形限制，不具備放坡條件的邊坡，如回頭彎處，不論是土質(zhì)還是石質(zhì)，可采取錨桿（索）框架支護，其支護的邊坡坡度一般不陡于1∶0.5；如不能滿足要求，可設(shè)置路塹擋墻收縮坡腳，采取路塹擋墻+錨桿（索）框架預(yù)支護的形式。

對邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但坡面較為破碎的情況下，采取擋墻+主（被）動網(wǎng)的形式也比較好。

對處于泥石流路段，或坡面較為高陡且破碎，難以繞避時，可設(shè)置棚洞通過。

5.注重施工工序，避免二次病害

高海拔地區(qū)本身地質(zhì)情況就比較破碎，但也有一些邊坡的失穩(wěn)是因為施工工序不合理造成的，尤其對自身不太穩(wěn)定的邊坡，往往因為施工不當(dāng)使原本處于極限平衡狀態(tài)的邊坡變形失穩(wěn)，既影響工程進度，又增加工程造價，所以，設(shè)計時應(yīng)充分認識到施工工序?qū)吰路€(wěn)定的影響，并在施工圖中提出明確要求。

對路塹邊坡，開挖前應(yīng)做好臨時排水措施，開挖時應(yīng)盡量避開雨季；邊坡開挖應(yīng)自上而下分段分級開挖，開挖后及時防護，原則上開挖一級防護一級，并及時做好排水溝及其護砌；應(yīng)避免為趕工程進度，大面積進行路塹邊坡開挖而防護工程滯后，導(dǎo)致地表水沖刷和下滲，引起坡體失穩(wěn)，但對地質(zhì)情況較好且較為穩(wěn)定的低矮邊坡，開挖時可適當(dāng)調(diào)整。

開挖后的土石方應(yīng)及時運走，不能為方便施工，從山上拋至山下，導(dǎo)致山下邊坡加載且排水不暢引發(fā)滑塌或泥石流，所以施工時應(yīng)堅決避免。

高海拔地區(qū)地質(zhì)較為破碎，擋墻施工時要加強驗槽，確保擋墻基礎(chǔ)落在穩(wěn)定的地基上，做好墻背排水及回填。對穩(wěn)定性較差的路塹或路堤邊坡，應(yīng)分段施工擋墻，施工時要嚴(yán)格控制墻背原狀土的超挖，減少對邊坡的擾動。

做好施工時臨時排水措施，可與已設(shè)計的排水系統(tǒng)綜合考慮，減少施工過程中不必要的沖刷損毀。

四、結(jié)語

高海拔地區(qū)地形起伏較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，后期施工及養(yǎng)護十分困難，所以，進行高海拔地區(qū)改建道路防護設(shè)計時，應(yīng)充分考慮高海拔地區(qū)的氣候、地形及地質(zhì)的特點，加強地質(zhì)勘查力度，盡量避開地質(zhì)不良地段，強化生態(tài)保護意識，通過適當(dāng)降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)，因地制宜，盡可能少擾動原有地貌，并加強排水與防護支擋，明確施工工序要求，注重取棄土場的選擇與防護，避免泥石流等次生災(zāi)害，為工程建設(shè)及運營養(yǎng)護提供便利■

（作者單位：安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司 230088）