文/楊彬 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074

關(guān)于安徽邊坡與路基的防災(zāi)調(diào)查研究

文/楊彬 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074

安徽是個(gè)以山地丘陵為主的省份，各種地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，而研究山區(qū)公路邊坡和路基地質(zhì)災(zāi)害對(duì)公路交通安全具有重大意義。本文在淺析路基邊坡災(zāi)害的基礎(chǔ)上，給出了相應(yīng)的預(yù)防和治理辦法，希望能在實(shí)際防護(hù)工作中起到借鑒作用。

邊坡；路基；防災(zāi)

安徽省地處郯廬斷裂帶（沿嘉山-廬江分布）中南段，山地、丘陵、平原南北相間排列，地貌類型復(fù)雜，而深大斷裂發(fā)育有多期褶皺變形和同變質(zhì)期的斷層作用，斷層在后期不斷改造變形形成十分復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。由于安徽以山地丘陵為主，西南地勢(shì)偏高，東北地勢(shì)偏低。安徽地質(zhì)災(zāi)害常見為邊坡滑坍，泥石流和路基塌陷等，其中皖南山區(qū)的地災(zāi)較多，而“霍山震情窗”又是現(xiàn)代地震學(xué)家研究的重要內(nèi)容，因此山區(qū)的防災(zāi)防震研究也顯得尤為重要。普通地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)時(shí)間為夏季，以強(qiáng)降雨引發(fā)的較多。除自然因素外，災(zāi)害的發(fā)生也與大興土木（如興修水利、開礦采礦）、挖坡建房以及公路橋梁建設(shè)等工程活動(dòng)有著密不可分的聯(lián)系，尤其是不合理的路基修建和挖坡建房所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害最多。因此，本文將著重論述山區(qū)公路邊坡，水庫堤壩與路基建設(shè)在防災(zāi)防震方面應(yīng)注意的問題及防治措施。

1、邊坡穩(wěn)定性問題

2015年8月10日上午，臺(tái)風(fēng)“蘇迪羅”進(jìn)入安徽境內(nèi)，安慶、六安市多縣發(fā)生崩塌滑坡和泥石流事件，多地水庫水電站均發(fā)生較大規(guī)模的邊坡失穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大，尤其是強(qiáng)降雨導(dǎo)致水庫蓄水后，產(chǎn)生了許多邊坡崩滑體，給庫區(qū)帶來了極大的安全隱患。

邊坡變形失穩(wěn)主要由兩大因素導(dǎo)致：一類是由過多的人類活動(dòng)導(dǎo)致大型邊坡土體在重力作用下沿某個(gè)滑動(dòng)面剪切破壞而發(fā)生邊坡滑動(dòng)或崩塌；另一類則是指一些中小型土楔體浸泡后發(fā)生的滑移、傾倒等破壞現(xiàn)象。而影響邊坡變形失穩(wěn)的因素則有很多，如：巖石性質(zhì)，地勢(shì)變化，邊坡復(fù)挖，地下水的毛細(xì)滲透作用等。調(diào)查表明，山谷邊坡抗風(fēng)化能力差的巖體和巖體卸荷帶的巖石結(jié)構(gòu)完整性差，即使是弱風(fēng)化帶上部的表層土，也會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)面次生夾泥充填嚴(yán)重和松弛泥化的情況。因此這類結(jié)構(gòu)面都極易導(dǎo)致在工程開挖和施工用水過程中發(fā)生邊坡失穩(wěn)。

另一方面，巖體結(jié)構(gòu)面松弛帶來的又一大危害就是水流滲透，在水庫堤壩或路塹下，地下水位不斷上漲，邊坡土體發(fā)生流砂和管涌。

引起邊坡發(fā)生流砂現(xiàn)象的原因主要是在土基中，滲流水在土體空隙間流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)土顆粒作用引起的，當(dāng)動(dòng)水壓力D與有效壓力P方向相反時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度τ隨之降低：

τ=σtanψ=（P-D）tanψ

其中σ、ψ分別為作用在剪切面上的法向應(yīng)力和內(nèi)摩擦角，當(dāng)動(dòng)水壓力D逐漸增大，達(dá)到D=P時(shí)，τ=0，土顆粒變?yōu)閼腋顟B(tài)，而當(dāng)D（方向向上）繼續(xù)增大到一定值時(shí)，較細(xì)顆粒將通過空隙被帶出，流砂形成，而D方向向下時(shí)則將使土體趨于穩(wěn)定。流砂現(xiàn)象產(chǎn)生后，邊坡土壤承載力為0，施工挖坡時(shí)土體不斷外涌，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生基坑邊坡塌陷。

2、堤壩管涌的形成與危害

而水庫土堤壩滲透變形中出現(xiàn)管涌的問題在實(shí)際災(zāi)害中非常普遍，對(duì)形成的原因進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其主要是由于巖土堤壩的基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特點(diǎn)所決定，一般將堤壩基礎(chǔ)分為上部黏土，下部砂石，在漲退潮中，堤壩下部極易受水流作用并流走，長(zhǎng)期以往會(huì)導(dǎo)致水毀，而對(duì)于壓實(shí)度低的土堤壩，也極易形成孔洞，滲透水不斷從中流出［1］。其實(shí)質(zhì)為無黏性土或黏性土在水流逐漸向堤壩土滲透過程中，小型土體中細(xì)類顆粒通過粗顆粒間的孔隙逐漸移動(dòng)直至被沖走的現(xiàn)象。

水庫邊坡管涌帶來的次生危害多為滑坡、岸崩、溢水等險(xiǎn)情，因而首先分析管涌產(chǎn)生的條件和原因顯得尤為重要。管涌的形成一般具備三個(gè)條件：

（1）汛期或強(qiáng)降雨導(dǎo)致水位逐漸上漲；（2）地基部分為透水性良好的砂層；（3）有黏性土覆蓋的透水地基表面局部有軟弱層。

管涌基本發(fā)生在堤壩背水一側(cè)，其產(chǎn)生原因是背水面黏土層厚度不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.由于提高了設(shè)計(jì)水位，水滲流壓力逐漸增加；2.在堤壩使用的歷史過程中上潰口段內(nèi)黏土層曾被破壞，經(jīng)修復(fù)后背水側(cè)仍留有淵潭；3.堤壩背水側(cè)多次取土以鞏固堤防；4.水流沖刷及建閘后渠道挖方；5.在背水側(cè)鉆孔或勘探爆破孔在施工后密封不實(shí)，形成滲流通道給管涌提供形成條件［2］。管涌危害直接體現(xiàn)為被沖走的細(xì)土顆?？赡軙?huì)逐漸堵塞下游排水孔道，使水流無法充分排走，滲透愈加嚴(yán)重，并且軟化土基，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性急劇下降；同時(shí)，土粒被沖走也會(huì)引起土壤流失，壩體結(jié)構(gòu)遭受破壞，坡面產(chǎn)生不均勻沉降，土堤壩的強(qiáng)度迅速惡化，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致決堤。

3、路基常見災(zāi)害問題

3.1震時(shí)路基破壞模式

整體：（1）斷裂錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而滑移；（2）坍塌；（3）沉陷；（4）水毀；

局部：（5）隆起、擠壓；（6）坑凼、碎裂；（7）脫空；（8）被掩埋；（9）路面縱橫向裂縫。

3.2路基工程中的流砂基礎(chǔ)

道路工程中路基路面整體結(jié)構(gòu)相對(duì)橋梁隧道而言較為簡(jiǎn)單，但極易受地質(zhì)構(gòu)造、地形氣候等外界影響，若設(shè)計(jì)或施工過程中稍有不妥則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的道路危害，如流砂基礎(chǔ)，現(xiàn)已成為對(duì)路基危害較大的一類災(zāi)害。對(duì)于無黏性土，不均勻系數(shù)Cu≤5即流砂，而Cu＞5時(shí)可根據(jù)細(xì)顆粒含量Pc確定：管涌為Pc＜0.35，過渡型為0.25≤Pc≤0.35，流砂為Pc≥0.35。在沒有資料可查的情況下，無黏性土允許水力比降J一般取為如下值：1、流砂：Cu≤3時(shí)取0.25-0.35，3＜Cu≤5時(shí)取0.35-0.50，Cu≤5時(shí)取0.50-0.80；2、過渡型滲透變形取0.25-0.40；3、管涌：級(jí)配連續(xù)型取0.15-0.25，級(jí)配不連續(xù)型取0.10-0.20。

流砂對(duì)路基的影響非常大。其發(fā)生具有突發(fā)性，輕則導(dǎo)致土體流失，引起路面不均勻沉降；重則導(dǎo)致路基、支擋物發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，路面塌陷或路基局部滑移，導(dǎo)致地基持力層變化，給交通安全埋下巨大隱患。

3.3路基凍脹和翻漿

在海拔較高的山區(qū)，如最高海拔達(dá)到1864m的黃山，其盤山公路常年處于低溫狀態(tài)，冬季冰凍作用更加明顯。水量積累后，冰凍作用引起路基局部隆起，導(dǎo)致表層開裂擴(kuò)展，此即為凍脹現(xiàn)象；春天解凍時(shí)，路面比路基先解凍，地表積水先融解但水分很難迅速排出，這就造成上層路基十分潮濕，路面承載力就會(huì)大幅下降，經(jīng)荷載作用，路基結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大變形，嚴(yán)重時(shí)路基以泥漿的形式從路面裂縫中冒出，形成翻漿［3］。

4、防災(zāi)處理辦法

4.1滑坡的防治

在現(xiàn)代滑坡防治與修護(hù)工程中，常采用實(shí)用、易實(shí)施且對(duì)邊坡不良作用小的方法，如削坡灌漿、打抗滑樁等。例如道路兩旁削坡后形成的小型巖土滑坡，可二次挖方減小邊坡上部荷載，降低重心來穩(wěn)坡護(hù)坡。

4.2邊坡和堤壩的災(zāi)害防治

對(duì)于流砂導(dǎo)致的邊坡塌方等地質(zhì)災(zāi)害，通常修建地下連續(xù)墻來增加地基承載力，截住水流防止流砂和邊坡滑移。而對(duì)于堤壩管涌險(xiǎn)情的應(yīng)急處理已形成了一些基本共識(shí)，包括制止涌口涌水帶沙、加固壩體、降低滲水壓等；其中最為常用的方法是制止涌口水帶沙，此方法是通過預(yù)留滲水出口的方式引導(dǎo)壩體內(nèi)的水流，降低壩體的滲水壓力，保證壩體穩(wěn)定性。

4.3公路路基災(zāi)害的預(yù)防與治理

（1）為了預(yù)防和減小地震給道路路基帶來的失穩(wěn)危害，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)做好地質(zhì)勘查工作，記錄好不良水文地質(zhì)等特殊路基，在公路選線時(shí)盡量避開。

（2）設(shè)計(jì)好路基最小施工高度和填筑高度。所謂最小施工高度也即路基臨界高度，是多雨季節(jié)防止路面滯水而侵蝕路基的前提條件；所謂最小填筑高度則是由路基土壤干濕種類、路基壓實(shí)度和排水設(shè)計(jì)等因素決定，二者都是為了是為了預(yù)防地面積水和地下水侵入路基，必要時(shí)亦可修建地面防水保護(hù)層和地下透水隔離層和滲水溝來優(yōu)化防水設(shè)計(jì)。

（3）在確保地基土質(zhì)量的同時(shí)，有效和合理的監(jiān)督對(duì)地基壓實(shí)過程十分必要，它用以確保有足夠的壓實(shí)力度來保證路基密實(shí)度和整體性，避免坍塌等質(zhì)量問題和事故的發(fā)生。

（4）公路在拖入運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，砼就會(huì)露筋，而露出的鋼筋極有可能被腐蝕，破壞路基的穩(wěn)定性，降低其承載力。因此有必要對(duì)公路進(jìn)行防腐和修補(bǔ)處理。例如采用一些新型砼材料進(jìn)行修補(bǔ)，盡量使其密實(shí)平整化，并保證新老結(jié)構(gòu)之間能較好的銜接［4］。

（5）普通路基的流砂處理一般方法有換土墊層法、深層密實(shí)法、排水固結(jié)法等。目前最常用的為前兩種方法，根據(jù)實(shí)際情況采用多方法組合互補(bǔ)使用效果更好。

（6）對(duì)于路基凍脹與翻漿的治理，防水排水和加固路基土十分重要。比如在路基中設(shè)置隔離層隔溫層，切斷毛細(xì)水上升，減少負(fù)溫凍害影響，優(yōu)化路基排水系統(tǒng)；若有地表水聚積，則宜在化凍期將多余的水分及時(shí)排除或暫時(shí)蓄積在滲水性與水穩(wěn)性良好的路面結(jié)構(gòu)層中，如設(shè)置排水或蓋水砂墊層等。

結(jié)語：

研究邊坡與路基災(zāi)害產(chǎn)生的原因及防治辦法對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)很有必要，公路災(zāi)害往往是由多種因素導(dǎo)致，要想將災(zāi)害帶來的損失降到最低，需要因地制宜，采取科學(xué)合理的預(yù)防和防治措施，切實(shí)保障公路交通安全，并嚴(yán)格監(jiān)管控制設(shè)計(jì)和施工方案。

［1］吳藝標(biāo).淺論土堤壩管涌形成原因及其處理技術(shù)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（13）.

［2］胡建華，帖軍鋒.淺談堤壩管涌應(yīng)急搶險(xiǎn)［J］.水利水電技術(shù)，2014，（05）.

［3］羅瓊.公路的病害、養(yǎng)護(hù)問題及其防治［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（12）.

［4］張義.道路工程中流砂基礎(chǔ)處理方法分析［J］.河南科技：上半月，2014，（09）.

楊彬（1996-），男，本科生，專業(yè)研究方向?yàn)橥聊竟こ蹋ǖ缆饭こ蹋?/p>