【摘要】公路水毀主要有路基沉陷、路基坍塌、橋涵破壞、防護與加固工程損壞等4種類型,詳細闡述了各類水毀發生的原因以及對各類水毀的防治措施,指出公路水毀要以預防爲主,及時清除水毀隱患,防患於未然。只要能從公路的設計、施工、養護等方面重視水毀,採取的措施得當,公路水毀將會得到有效控制。
【關鍵詞】公路水毀;成因;防治
公路水毀是指公路沿線的工程設施由於受到水的作用而遭到損壞的現象與過程,是各地共同存在的一個普遍問題,屬於一種常見的自然災害。尤其是山區道路每年都有公路水毀現象的發生,輕者路基路面損壞、影響公路通行能力,重者橋樑沖毀、中斷交通。由此造成的損失相當嚴重。因此,瞭解公路水毀的成因,加強公路水毀的預防,對徹底根治公路水毀具有重要的意義,是保障公路暢通的一個必備前提。
1. 公路水毀的類型和成因。
公路雖然主要是作爲交通運輸建築物,但一旦受到水流的作用,如跨河橋樑與河道並行的公路等,又會因是水工建築物的性質而遭遇到很多水力學問題。
公路建築物遭遇的水力學問題可分爲兩類:一類是水毀,系因洪水造成的各種程度的破壞;另一類是水害,是因洪水而帶來的經濟損失。公路水害主要有:公路因洪水淹沒而中斷交通;小橋涵、路基邊溝被泥沙堵塞而需要疏通;道路被泥沙淤積而需要清除等。公路水毀從表現形式來說,主要有以下4種類型:路基沉陷、路基坍塌、橋涵破壞、防護與加固工程損壞。
1.1路基沉陷。路基沉陷是指路基在垂直方向上產生較大的沉降,路基的不均勻下陷,將造成局部路段的基層破壞,進而使路面破損,如水泥混凝土路面的斷板、瀝青混凝土路面的坑槽、龜裂等,降低路面行駛質量,影響行車安全,甚至中斷交通。形成路基沉陷的主要原因有:
(1)填方路段填料選擇不當,施工過程中超厚度碾壓,壓實度不足;
(2)路基結構組合不合理,彎沉過大,路面防水差,雨,雪水滲入路基;
(3)路基排水措施不當,路面、邊溝形成積水;
(4)缺少必要的排水和防護措施。
1.2路基坍塌。
路基坍塌主要指路基土體或沿線山體(或土石混雜的堆積物)遇水軟化,在較陡邊坡無支撐的情況下,自身重量所產生的剪切力,超過了粘結力和摩擦力所構成的抗剪力,因而土體沿鬆動面下墜散開。路基坍塌破壞了路基的整體性,損害了路面的通車功能,易造成交通中斷,是比較嚴重的水毀病害。形成路基坍塌的主要原因有:
(1)缺乏合理的排水措施,路基極易沖刷;
(2)路基邊坡土質鬆軟、坡度過陡,缺乏必要的擋土牆等防護措施;
(3)構成路基的土質極差,岩石風化嚴重,遇水軟化。
目前公路水毀的重點主要是在山區公路上,不少路段與河道並行,一面傍山,一面臨河。很多路基是半挖半填或全部由填方築成,填方多由開山廢渣填築。儘管填方中有大量的大塊石構成路基邊坡,但未做沖刷防護加固措施。這樣的填方路基邊坡在一般洪水條件下,因水位較低、流速不大,坡腳塊石又較大,坡腳邊坡比較平緩,是能夠抵禦洪水沖刷而保持路基邊坡的`穩定。但在較大洪水條件下,水位較高、流量過大,而邊坡上部的塊石又較小,且含有不少石屑和土壤,坡度也比較陡,因此邊坡中的石屑、土壤、小塊石被沖走後,大多就造成了路基坍塌,出現很多缺口或半個以上路基被毀。在公路路基的水毀中,這樣的水毀佔多數。 另外,也有不少沿河路線,由於河道變遷,使原來離河岸還有一段距離的路基,因河岸被衝而臨近河邊或遭到水毀,這類水毀多出現在寬淺變遷河段上。在深挖段路基中,兩側山體由於坡度過陡,石質較差,山上積水滲入山體或沿開挖面下泄,就形成了山體滑坡或泥石漉。
1.3橋涵破壞。橋涵破壞主要是指在山洪暴發情況下,洪水沖刷淘空橋基,使橋樑失穩損壞或涵洞被毀,形成橋涵破壞的原因有:
(1)涵洞位置不當,孔徑偏小,滿足不了排洪要求;
(2)涵洞進口處理不當,泄洪時發生洪水流向偏差;
(3)橋位選擇不當,河牀的地質條件差,極易發生沖刷,進而影響橋樑基礎及墩臺結構;
(4)橋涵日常養護差,長期得不到清理,發生堵塞,水流不暢;
(5)河牀變化較快,水流偏差較大。 橋涵水毀一旦發生,輕者洪水涌上路面,破壞路基路面,重者橋涵被沖斷,從而中斷交通。因此,橋涵類水毀是公路水毀預防中的重中之重,應引起高度重視。
1.4防護與加固工程損壞。
防護與加固工程損壞主要是指擋土牆、駁岸等防護工程在不斷受到水流沖刷下基礎失穩,產生滑移破壞,產生破壞的主要原因有:
(1)防護加固工程地基軟弱或基礎設置不深;
(2)位置選擇不合理,擠壓河道,引起局部沖刷。
全國各地區公路養護部門每年都要投入大量資金用於水毀搶修和修復,每年都要修復不少路基防護構造物。由於設計這些防護工程時往往憑經驗估算,有不少基礎埋得很淺,有的還由於施工質量差等原因而遭到重複水毀,即:修了被衝,衝了再修,有的重複到3次以上。路基沖刷防護工程不但沒有明顯增加,還出現“舊賬未清、又欠新賬”的現象,這種弊病也是造成構造物易被水毀的原因之一。
現在還有不少公路測設單位對山區小型排水構造物的測設缺乏系統設計,必須強調的是:山區排水構造物不但要排水,還要輸沙,很多山區公路的邊溝和小橋涵因忽略了輸沙因素而造成堵塞,水漫路面,沖毀路面和路基,從而造成較大的公路水毀。
2. 公路水毀的防治
對於公路水毀,應預防爲主,清除水毀隱患,仿患於未然;水毀恢復,也要有一支具有專業知識的技術隊伍,精心設計、精心施工,修一處、保一處,這也是公路水毀防治的大方針。
另外,各地方每年都可能遭到不同程度的水毀,對這些水毀進行認真調查和技術總結非常重要。通過調查總結,尋求水毀真正原因,才能比較切合實際地進行水毀預防和水毀修復設計。同時也可蒐集大量現場資料,對使用的科技成果進行檢驗、篩選和改進,積極推進科技的發展,對加快防治公路水毀有很大的現實意義。
目前有一種普遍的看法,即認爲出現的洪水一旦超過了設計標準,公路建築物遭到水毀是不可避免的。因此,爲了使公路建築物具有更大的安全性,就趨向於採用更罕遇的設計洪水標準,例如:將50年一遇提高到100年一遇,或者將100年一遇提高到300年二遇。這就促使公路橋樑趨向於修得更高、更長,公路路基修得更高,從而大量增加工程投資。
認真研究公路構造物的水毀情況,不難發現,公路構造物遭到的水毀主要是由於設計依據不符合實際,或是公路構造物遇到了設計時未料到的水力條件。
就橋樑而言,其可能遇到的水力條件是隨橋位河段的河道演化(自然或是人工的)而發生變化的。隨着洪水的增漲,橋樑可能處於由不漫水到漫水的水力條件,因此除了橋樑超過極限洪水以外,廣義而言,所有的橋樑都可視爲漫水橋。橋樑遇到的水力條件(如墩臺沖刷、承受的動水壓力和浮力等)在洪水位與橋面齊平時最爲不利。洪水繼續上漲,水位高出橋面後,橋樑遇到的水力條件一般並不比水位與橋面齊平時更爲不利。因此,在進行橋樑水文、水力設計時,如果將洪水與橋面齊平時的水力條件考慮進去,則橋樑在任何大小洪水條件下的安全就得到了保證,橋樑就可免於水毀。這樣橋樑採用什麼樣的洪水頻率設計就不是爲了保證橋樑的安全,而屬於經濟上的考慮,即:考慮橋樑在其經濟使用年限內,橋樑因漫水中斷交通可能受到的經濟損失與提高設計洪水頻率標準減少橋樑漫水經濟損失而增加的建橋投資何者更爲經濟合算的問題。 就路基而言,目前公路構造物中,漿砌片石擋牆用得最多,一方面用來支撐路基填土以保證路基的必要寬度,同時又起到防禦洪水淘刷路基的作用。擋牆受到洪水沖刷時在擋牆處產生一種沿牆面向下的下降剪力,使擋牆處出現很大的局部沖刷力和沖刷深度,當水流與擋牆正交時,沖刷最深,水流越大,沖刷也越深。隨着水深的增加,當水面與擋牆路面齊平時,沖刷深度達到最大值,洪水繼續上漲漫上路面,擋牆基礎的沖刷深度並不增加。所以,擋牆基礎按水位與路面齊平時的沖刷深度埋設,就可達到安全可靠而免於水毀。或者採用丁壩或鉛絲籠的保護,這時,擋牆基礎可以埋得很淺,在河牀下有一安全深度即可,不作沖刷計算。丁壩可採用漫水丁壩,壩頭沖刷在水位與壩頂齊平時達到最大值,按此設計修建的路基沖刷防護構造物羣,也同樣可以在任何大小的洪水條件下達到安全可靠。
從上述可以看出,只要我們在新建公路的勘測設計和已建公路的水毀防治中把水力問題處理好,大部分公路水毀可以得到解決,即使遭遇到超過設計標準的罕見歷史特大洪水,公路也未必出現更多的水毀。
3. 水毀的具體防治措施
3.1路基沉陷的防治
(1)在軟弱地基上修建公路時,應特別注意對路基進行加固,可採用換土法、摻石灰法、石灰樁法等多種加固方法,使路基達到足夠的強度,滿足設計要求。
(2)在進行路基設計時,切不可用透水性不同的土無序填築,要採用級配良好的砂性土等填築路基,當確需用透水性不同的土填築路基時,應將透水性強的土填築路基下層,透水性不強的土填築路基上層。 ?
(3)沿河路堤、河灘路和橋頭引道等長期浸水路基要設置堤岸、護坡等防護措施。
(4)路基邊溝縱坡不小於0.5%,單向排水長度不宜超過500m,應分段設排水溝、涵洞將水引出路基,以免水積聚在邊溝內而下滲,影響路基穩定。
(5)在地下水位淺的路段,應鋪設砂(礫)墊層以阻斷毛細水上升,以免影響路基路面穩定,路面基層宜採用水泥穩定土類、二灰穩定碎石類以提高路基路面水浸穩定性,並具有足夠的強度,面層宜採用密實型路面結構以防止雨水下滲。
3.2路基坍塌的防治
(1)路基坍塌多見於山區公路,因此在公路選線時應避免經過地質水文不良地段,儘量採用臺口式路基以減少路基外側填方。
(2)路塹必須設置邊溝,對於較長的路塹必須設置合理的縱坡,當縱坡較大,且有沖刷可能時,應加固加深或改用跌水與急流槽等設施。路塹挖方上側距離挖方坡口5m外應設置一道或多道截水溝,以使地表水匯入截水溝引到排水溝或涵洞排出。
(3)對於開挖段或半填半挖段,兩側山體坡度必須開挖到位,必要時設置合理碎落臺,對於地質不良路段,應採用噴鋪、或防護工程、或生物固化來加固,防止山體滑坡或泥石流。
3.3橋涵破壞的防治
(1)對於山區沿溪線公路,一般應每隔300m設置一道涵洞,通常要設置在凹凸曲線頂部和縱坡的陡緩變坡處,穿越村莊路段爲排除村莊地面排水也應設置涵洞。涵洞應設置直徑不小於100cm的鋼筋混凝土管涵或牆身高不小於100cm的鋼筋混凝土板涵或石拱涵。對於山區公路,涵洞不僅排水而且輸沙,如果孔徑太小,流沙及雜物堵塞涵洞後,人工難以進入清淤,使涵洞排水功能減弱,一旦山洪暴發,涵洞極易被沖毀。
(2)涵洞進水口應漿砌一段片石鋪砌,當涵前排水溝縱坡較大時,應建急流槽或跌水等構造物以減緩流速。
(3)所建橋樑除保證橋樑安全外,還應根據水流情況修建導流壩等調治構造物,以保證橋樑在設計洪水位時不被沖毀。
(4)對於橋基已被淘空的橋樑,應立即用混凝土填築橋基淘空部分,然後採取現澆鋼筋混凝土加固橋基,在橋樑上游修建合適的導流壩、丁壩等調治構造物,使水流均勻流暢地通過橋孔。
(5)加強橋涵的日常養護,保持橋涵排水最好狀態。
3.4防護工程與加固工程損壞的防治
(1)防護與加固工程在地段爲軟弱的地基時,要採用換土或砂礫、碎石、灰土等進行填築。
(2)防護與加固工程基礎埋深,對於無沖刷地基,應在天然地基以下至少1m,對於有沖刷地基,應在沖刷線下至少1m。
(3)擋土牆應設置排水設施,以疏幹牆後填料中的水份,防止牆後積水致使牆身受到額外的靜水壓力,減少季節性冰凍地區填料的凍脹壓力,清除粘土填料浸水的膨脹壓力。
(4)路塹擋土牆後地面應做好排水處理,設置排水溝,必要時夯實地表土以減少雨水和地面水下滲,而牆趾前的邊溝則應予以鋪砌加固,以防邊溝水滲入基礎。
(5)漿砌塊(片)石牆身,泄水孔尺寸可爲5cm×10cm、10cm×10cm、15cm×20cm或直徑爲5~10cm圓孔,視泄水量大小而定。泄水孔的間距一般爲2~3m,上下泄水孔宜錯開佈置,下排泄水孔的出口應高於地面。若爲路塹牆,出水口應高出邊溝水位0.3m,若爲浸水擋土牆應設在常水位以上0.3m。
(6)沿河路堤設置擋牆時,應結合河流情況佈置,注意設牆後仍要保持水流順暢,不要擠壓河道,引起局部沖刷。
另外,要加強公路水毀的預防工作,預防工作搞好了,水毀就會減少,水毀搶險自然也就會隨之減少,所以水毀預防和搶險之間有互爲消長的關係,這就說明了“防重於搶”的重要性及其經濟效益。但在公路水毀的防搶工作中,還存在“搶重於防”的現象,特別是對滑坡、崩塌的處理,不論是大型的還是小型的均採取清除的方法,少有重視保護生態環境,積極採取綜合治理者,以致有的小型滑坡、崩塌越清越大,越清越多,花費也相應增大,最後變成難以治理的大型滑坡、崩塌。
4. 結語
防治公路水毀一定要依靠科學技術進步,要不斷以新的科學技術成果、新的科學技術知識進行工程實踐,雖然造成公路水毀的原因是多方面的,但只要我們能從公路的設計、施工和養護等方面十分重視預防水毀,公路水毀災害將會得到有效控制,公路水毀損失也將會大大減少