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摘要:滑坡是山区公路的主要病害之一,滑坡常使交通中断,影响公路的正常运输,大规模的滑坡,可摧毁公路、堵塞河道,破坏厂矿、掩埋村庄,对山区建设和交通设施危害极大。公路滑坡的发生多数与水的作用关系密切,本文对滑坡危害中水所起的作用做了简要的阐述,并对水的防治措施进行分析总结,与各位同仁共勉,不妥之处请给与批评指正。
关键词:降雨;地表水;地下水;截水沟;渗沟;平孔
中图分类号:TU991文献标识码: A
1 前言
随着改革开放和国民经济的迅速发展,国家对海峡西岸经济发展战略的不断深化,福建“大港口、大通道、大物流”的区位优势日益显现,福建发展经济与交通基础设施建设齐头并进,直到2013年底福建高速公路网逐渐形成。高速公路线形设计标准高,对沿线的地形地貌产生破坏是不可避免的,尤其在一些地质条件复杂地段,由于对坡体稳定认识不足,大量开挖和填筑土石方等原因,破坏了坡体的稳定,促使滑坡的产生和发展。而滑坡的产生与水极为密切,俗话说 “十滑九水”,可见水对滑坡的影响之大。在滑坡整治过程中,采用何种方案排泄地表水、疏导地下水,改变滑坡体的物理力学性质,从而减少下滑力,达到经济合理的目的已成为当前公路建设中的重要课题。2010年福建闽北“6.18~6.26”百年一遇的特大暴雨对高速公路、铁路造成的可怕灾害更是警醒我们,高速公路的设计、施工、运营环节均不可忽视水的危害,要防患于未然。
2 滑坡的分类
滑坡是斜坡土石体在重力作用下失去其原有的稳定状态,沿一定的软弱面或带整体下滑的现象。按滑坡体的物质组成可分为:堆积层滑坡、残积层滑坡、黄土滑坡、粘性土滑坡、堆填土滑坡、破碎岩石滑坡、岩石滑坡。
3 水的作用
多数滑坡产生的内因是组成斜坡的土石体性质和构造情况,但外因如水的作用、地震、人为因素等的作用不能忽视,它们是滑坡产生的诱发因素,它们的作用可改变斜坡土石体的性质、强度、结构和状态,有时还可改变斜面坡的外形,其结果是引起斜坡的变形和破坏。
3.1滑坡的产生和发育过程
滑坡的产生和发育形成过程通常分为三个阶段:蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和渐趋稳定阶段。
3.1.1蠕动变形阶段
斜坡在发生滑动之前通常是稳定的,在水的作用下,可以使斜坡土石体强度逐渐降低,滑坡出口附近渗水混浊,水在此过程中起到了催化剂的作用。
3.1.2 滑动破坏阶段
滑坡在整体往下滑动的时候,滑坡滑动过程中滑动面附近湿度增大,加之重复剪切,土石体结构进一步降低,促使滑坡加速滑动,水在此过程中起了润滑剂的作用。
3.1.3 渐趋稳定阶段
滑坡停止后,形成特殊的滑坡地形,在岩性、构造和水文地质条件等方面都相继发生了变化,地层的整体性已被破坏,岩石变得松散破碎,透水性增强,含水量增高。滑坡前缘无水渗出或流出清晰的泉水时,表明滑坡已基本趋于稳定。
3.2 水的作用
从地层岩性分析,页岩、泥岩、千枚岩、泥灰岩、滑石片岩、云母片岩,以及其他易风化、遇水软化的岩石及粘性土、黄土及各种成因的堆积层,易产生滑坡。不同性质的土石体在水的作用的反应也是不一样的,如岩浆岩、沉积岩中的砾岩和砂岩,以及变质岩中花岗片麻岩、石英岩等,几乎与水不起作用,是抗水的物质,它们在水的作用下抗剪强度不发生较大的变化,因而由这些岩石组成的斜坡体稳定性与水的关系并不密切。而各种页岩、泥岩和地表覆盖层都是亲水的,由亲水性物质组成的斜坡体在雨季或浸水后塑性增大,抗剪强度显著降低,极易产生滑坡。各种松散无联结的砂性土层容易被潜蚀,在地下动水压力的作用下,结构和强度不断变化,斜坡体的稳定性逐渐降低。滑坡的产生与水的作用有密切关系,水的作用包括降雨、地表水和地下水等三个方面的作用。
3.2.1 降雨的影响
实践证明,滑坡多集中在降雨量大的年份发生,而且很多滑坡是在雨季发生的,不少滑坡具有“大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑”的特点,尤其是连续的降雨使斜坡土石体逐渐饱和,甚至在隔水层上形成暂时的含水层,这样一方面增大了斜坡土石体的容重和降低了土石体的内聚力,另一方面还产生了动水压力和静水压力,使斜坡的稳定性急剧降低而产生滑坡。
3.2.2 地表水的影响
地表水下渗增加了斜坡土体的含水量,使土达到塑性状态,降低了土体的稳定性。当水渗入隔水层时使层面间摩擦力和内聚力降低,造成斜面坡失稳而下滑。地表水系中水流不斷冲刷和切割岸坡,使岸坡增高变陡,有时水流的冲蚀淘空岸坡的完整岩层,暴露出斜坡内部的软弱面,河水水位的上升下降引起与地下水补给关系的变化,在斜坡内形成很大的动水压力,所有这些作用都造成斜坡稳定性降低,有利于滑坡的产生。
3.2.3 地下水的影响
地下水浸湿斜坡,使土石体的容重增加,浸湿范围加大,浸湿程度加剧,就显著地降低了土石体的抗剪强度,地下水位的升降,还会产生很大的动水压力与静水压力,地下水还能溶解土石体中易溶物质,使组成斜坡的土石体成份和结构发生变化,导致滑坡的产生。
4水的防治
通过以上分析,可见滑坡的产生与水的关系密切,设置排水系统,消除水的危害,是整治滑坡的可靠措施。整治设计中,应明确以治水为本,支挡为辅,从“水“字上下功夫,采用疏、截、排等综合措施以拦截地表水,降低地下水,提高土体强度。排水措施分为地表排水与地下排水。
4.1 地表排水
地表排水的目的是拦截滑坡地段以外的地表水,不使水流入滑坡区内,并尽快排除滑坡范围内的雨水,引导地表水在滑坡体外的稳定山坡处排走。滑体以外的地表水,以拦截和旁引为原则;滑体以内的地表水以防渗,尽快汇集和引出为原则。因此:滑体外,设置一条或多条环形截水沟,拦截旁引地表径流,不使流入滑坡范围之内。滑体内,充分利用自然沟谷,布置成树枝状排水系统;滑体内的湿地或泉水出露之处,修建渗沟及明沟等引水工程,以减少对滑坡的供水。
4.1.1环形截水沟
截水沟应设置在滑坡体可能发展的边界5m以外,根据需要可设置数条,分段拦截地表水,向一侧或两侧的自然沟系排出。截水沟沟槽断面的设计应综合考虑山坡汇水面积、降雨量(尤其是暴雨量),一般采用1/20~1/25的周期流量设计。
4.1.2树枝状排水系统
结合地形条件,充分利用自然沟系作为排除地表水的渠道,为此要对自然沟谷进行必要的整修、加固及铺砌工作,达到不溢流、不渗漏的目的,一般修成复式断面,沟底沟坡的铺砌厚度为20~30cm的浆砌片石。 排水沟的布置应尽量避免横切滑坡体,主沟应该与滑移方向一致,支沟与主沟斜交30~45度。当自然沟谷的沟床较深,滑体中的部分地下水被切割而流出,应因势利导,尽快泄出地下水排出滑体外。
4.1.3 滑体内的泉水或湿地处设置渗沟与明沟相配合的引水工程
其目的是排除滑体内的上层滞水和疏干边坡,这类引水工程包括集水和排水两部分,埋入地下水为集水部分,常采用渗沟形式,露出地面部分是排水明沟。集水部分要设计滤层,排水部分是不透水的浆砌明沟。
此外,滑坡周围的自然边坡坡面应整平夯实,填塞裂缝,防止坡面水阻滞下渗。认真做好坡面绿化工作(铺草皮、植树)减少地表雨水下渗,防止坡面冲刷及淤塞排水沟。地表排水往往综合运用截水沟、沟谷内排水系统、引水明沟等各种方法。
4.2 地下排水
地下水是斜坡不稳定的主要原因之一,由于斜坡土层(岩体)中埋藏有地下水,流入边坡变形区,产生了动水压力和静水压力,为减弱这种压力的作用,确保边坡稳定,可采用地下排水的方法,由于滑体内地下含水带厚薄、分布、补给条件和当地的地质条件的差异,故有截、排、疏和降低地下水位等办法。一般在获得较准确而足够的地质和水文地质资料之后。并做了详尽分析,才能提出切合实际的防治方案。当查明补给滑动体的地下水确是以滑坡的上方或一侧补给为主时,修建截断地下水的工程,它要求垂直地下水流向布置,随地下水的含水层数、埋藏深度和土质密实程度的不同,而采用不同的构筑物,如渗沟、盲洞及平孔等。甚至在一些地下水层很深的高边坡采用打小断面排水洞等方式,在水电站边坡处理中应用效果不错。
4.2.1渗沟
渗沟按其作用的不同可分为支撑渗沟、截水渗沟及边坡渗沟。
4.2.1.1 支撑渗沟
适用深度为2~10m,以支撑不稳定的滑动体,兼起排除和疏干滑坡体内地下水的作用。支撑渗沟有主干和分支两种。主干平行于滑动方向,布置在地下水露头处或由土中水形成坍塌之处。支沟应根据坡面汇水情况合理布置,可与主沟斜交30~45度,并伸展到滑坡范围外以达到拦截地下水的作用。支撑渗沟的平面布置形式有Y形、YYY形和III形,渗沟的间距根据土质情况而定,一般采用6~15m。
4.2.1.2 截水渗沟
当有丰富的地下水补给时,可在垂直于地下水流的方向上设置截水渗沟,以拦截地下水并排除滑坡体外。一般布置在滑坡可能发展的范围5m以外的稳定土体上,要求与地下水流向垂直。
4.2.1.3 边坡渗沟
边坡渗沟的作用是疏干潮湿的边坡和引排边坡上局部出露的泉水或者上层滞水,支撑边坡,减轻坡面冲刷。当边坡上只是局部潮湿且面积不大时,宜布置成條带状;当局部潮湿面积较大时,宜布置成分岔形;当边坡普遍潮湿时,宜布置成拱形或人字形。
4.2.2平孔
用平孔排除滑坡体地下水,具有施工方便、工期较短、节省材料和劳动力的特点,是一种经济有效的措施。目前,高速公路边坡防护设计已普遍采用,效果较好。
5全过程、多方位防治滑坡
勘察设计单位、施工单位及公路使用单位等,要以系统的观念应对边坡滑坡问题,高度重视边坡稳定工作
5.1边坡设计
勘查设计单位要从人员素质、科研技术等方面,重视公路边坡的勘查设计工作,既要重视理论计算、更要重视现场勘验,使设计的边坡施工与加固安全、经济、美观。
5.2边坡施工
无论是新建公路还是投入使用的公路,施工单位除了严格规范施工外,也要敢于提出疑问,不能抱有“照图施工无责任”观念。发现边坡地质构造与设计不符或边坡水情有变化时,一定要及时报告设计单位,更不能有等边坡不稳定严重恶化再变更获利的不道德观念。
5.3公路运营
公路运营过程中的也要高度重视边坡的稳定,对常年含水、季节性含水边坡,运营、养护单位等要重视监测及巡查工作。不含水边坡大雨过后也要及时监测及巡查,防止边坡外围地表水造成的破坏。尽量杜绝水的因素造成边坡滑塌,早发现、早整治,减少经济损失,避免安全事故发生。
6 结束语
对于滑坡的防治,要贯彻以防为主,整治为辅的原则。在选择防治措施之前,要查清滑坡的地形、地质和水文地质条件,分析滑坡性质及其发展阶段,了解滑坡产生的原因,以便“对症下药”,尤其是大型滑坡,整治工程量很大,技术上也很复杂,试图通过桩、锚固、支挡结构等纯力学方式阻止其变形、运动和破坏往往是困难的,而通过对水的防治,改变滑坡内在的物理力学性质,顺其自然,以柔克刚,反而能起到很好的作用。
参考文献:
【1】交通部第二公路勘察设计院,路基【M】北京,人民交通出版社,1996.8,231-263
【2】工程地质手册第三版.北京.中国建筑工业出版社,1992
作者简介:
姓名:詹明尧(出生于1977年7月) 性别:男学历:本科 职称:工程师
研究方向:道路设计与施工 单位名称:中电建路桥集团有限公司
关键词:降雨;地表水;地下水;截水沟;渗沟;平孔
中图分类号:TU991文献标识码: A
1 前言
随着改革开放和国民经济的迅速发展,国家对海峡西岸经济发展战略的不断深化,福建“大港口、大通道、大物流”的区位优势日益显现,福建发展经济与交通基础设施建设齐头并进,直到2013年底福建高速公路网逐渐形成。高速公路线形设计标准高,对沿线的地形地貌产生破坏是不可避免的,尤其在一些地质条件复杂地段,由于对坡体稳定认识不足,大量开挖和填筑土石方等原因,破坏了坡体的稳定,促使滑坡的产生和发展。而滑坡的产生与水极为密切,俗话说 “十滑九水”,可见水对滑坡的影响之大。在滑坡整治过程中,采用何种方案排泄地表水、疏导地下水,改变滑坡体的物理力学性质,从而减少下滑力,达到经济合理的目的已成为当前公路建设中的重要课题。2010年福建闽北“6.18~6.26”百年一遇的特大暴雨对高速公路、铁路造成的可怕灾害更是警醒我们,高速公路的设计、施工、运营环节均不可忽视水的危害,要防患于未然。
2 滑坡的分类
滑坡是斜坡土石体在重力作用下失去其原有的稳定状态,沿一定的软弱面或带整体下滑的现象。按滑坡体的物质组成可分为:堆积层滑坡、残积层滑坡、黄土滑坡、粘性土滑坡、堆填土滑坡、破碎岩石滑坡、岩石滑坡。
3 水的作用
多数滑坡产生的内因是组成斜坡的土石体性质和构造情况,但外因如水的作用、地震、人为因素等的作用不能忽视,它们是滑坡产生的诱发因素,它们的作用可改变斜坡土石体的性质、强度、结构和状态,有时还可改变斜面坡的外形,其结果是引起斜坡的变形和破坏。
3.1滑坡的产生和发育过程
滑坡的产生和发育形成过程通常分为三个阶段:蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和渐趋稳定阶段。
3.1.1蠕动变形阶段
斜坡在发生滑动之前通常是稳定的,在水的作用下,可以使斜坡土石体强度逐渐降低,滑坡出口附近渗水混浊,水在此过程中起到了催化剂的作用。
3.1.2 滑动破坏阶段
滑坡在整体往下滑动的时候,滑坡滑动过程中滑动面附近湿度增大,加之重复剪切,土石体结构进一步降低,促使滑坡加速滑动,水在此过程中起了润滑剂的作用。
3.1.3 渐趋稳定阶段
滑坡停止后,形成特殊的滑坡地形,在岩性、构造和水文地质条件等方面都相继发生了变化,地层的整体性已被破坏,岩石变得松散破碎,透水性增强,含水量增高。滑坡前缘无水渗出或流出清晰的泉水时,表明滑坡已基本趋于稳定。
3.2 水的作用
从地层岩性分析,页岩、泥岩、千枚岩、泥灰岩、滑石片岩、云母片岩,以及其他易风化、遇水软化的岩石及粘性土、黄土及各种成因的堆积层,易产生滑坡。不同性质的土石体在水的作用的反应也是不一样的,如岩浆岩、沉积岩中的砾岩和砂岩,以及变质岩中花岗片麻岩、石英岩等,几乎与水不起作用,是抗水的物质,它们在水的作用下抗剪强度不发生较大的变化,因而由这些岩石组成的斜坡体稳定性与水的关系并不密切。而各种页岩、泥岩和地表覆盖层都是亲水的,由亲水性物质组成的斜坡体在雨季或浸水后塑性增大,抗剪强度显著降低,极易产生滑坡。各种松散无联结的砂性土层容易被潜蚀,在地下动水压力的作用下,结构和强度不断变化,斜坡体的稳定性逐渐降低。滑坡的产生与水的作用有密切关系,水的作用包括降雨、地表水和地下水等三个方面的作用。
3.2.1 降雨的影响
实践证明,滑坡多集中在降雨量大的年份发生,而且很多滑坡是在雨季发生的,不少滑坡具有“大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑”的特点,尤其是连续的降雨使斜坡土石体逐渐饱和,甚至在隔水层上形成暂时的含水层,这样一方面增大了斜坡土石体的容重和降低了土石体的内聚力,另一方面还产生了动水压力和静水压力,使斜坡的稳定性急剧降低而产生滑坡。
3.2.2 地表水的影响
地表水下渗增加了斜坡土体的含水量,使土达到塑性状态,降低了土体的稳定性。当水渗入隔水层时使层面间摩擦力和内聚力降低,造成斜面坡失稳而下滑。地表水系中水流不斷冲刷和切割岸坡,使岸坡增高变陡,有时水流的冲蚀淘空岸坡的完整岩层,暴露出斜坡内部的软弱面,河水水位的上升下降引起与地下水补给关系的变化,在斜坡内形成很大的动水压力,所有这些作用都造成斜坡稳定性降低,有利于滑坡的产生。
3.2.3 地下水的影响
地下水浸湿斜坡,使土石体的容重增加,浸湿范围加大,浸湿程度加剧,就显著地降低了土石体的抗剪强度,地下水位的升降,还会产生很大的动水压力与静水压力,地下水还能溶解土石体中易溶物质,使组成斜坡的土石体成份和结构发生变化,导致滑坡的产生。
4水的防治
通过以上分析,可见滑坡的产生与水的关系密切,设置排水系统,消除水的危害,是整治滑坡的可靠措施。整治设计中,应明确以治水为本,支挡为辅,从“水“字上下功夫,采用疏、截、排等综合措施以拦截地表水,降低地下水,提高土体强度。排水措施分为地表排水与地下排水。
4.1 地表排水
地表排水的目的是拦截滑坡地段以外的地表水,不使水流入滑坡区内,并尽快排除滑坡范围内的雨水,引导地表水在滑坡体外的稳定山坡处排走。滑体以外的地表水,以拦截和旁引为原则;滑体以内的地表水以防渗,尽快汇集和引出为原则。因此:滑体外,设置一条或多条环形截水沟,拦截旁引地表径流,不使流入滑坡范围之内。滑体内,充分利用自然沟谷,布置成树枝状排水系统;滑体内的湿地或泉水出露之处,修建渗沟及明沟等引水工程,以减少对滑坡的供水。
4.1.1环形截水沟
截水沟应设置在滑坡体可能发展的边界5m以外,根据需要可设置数条,分段拦截地表水,向一侧或两侧的自然沟系排出。截水沟沟槽断面的设计应综合考虑山坡汇水面积、降雨量(尤其是暴雨量),一般采用1/20~1/25的周期流量设计。
4.1.2树枝状排水系统
结合地形条件,充分利用自然沟系作为排除地表水的渠道,为此要对自然沟谷进行必要的整修、加固及铺砌工作,达到不溢流、不渗漏的目的,一般修成复式断面,沟底沟坡的铺砌厚度为20~30cm的浆砌片石。 排水沟的布置应尽量避免横切滑坡体,主沟应该与滑移方向一致,支沟与主沟斜交30~45度。当自然沟谷的沟床较深,滑体中的部分地下水被切割而流出,应因势利导,尽快泄出地下水排出滑体外。
4.1.3 滑体内的泉水或湿地处设置渗沟与明沟相配合的引水工程
其目的是排除滑体内的上层滞水和疏干边坡,这类引水工程包括集水和排水两部分,埋入地下水为集水部分,常采用渗沟形式,露出地面部分是排水明沟。集水部分要设计滤层,排水部分是不透水的浆砌明沟。
此外,滑坡周围的自然边坡坡面应整平夯实,填塞裂缝,防止坡面水阻滞下渗。认真做好坡面绿化工作(铺草皮、植树)减少地表雨水下渗,防止坡面冲刷及淤塞排水沟。地表排水往往综合运用截水沟、沟谷内排水系统、引水明沟等各种方法。
4.2 地下排水
地下水是斜坡不稳定的主要原因之一,由于斜坡土层(岩体)中埋藏有地下水,流入边坡变形区,产生了动水压力和静水压力,为减弱这种压力的作用,确保边坡稳定,可采用地下排水的方法,由于滑体内地下含水带厚薄、分布、补给条件和当地的地质条件的差异,故有截、排、疏和降低地下水位等办法。一般在获得较准确而足够的地质和水文地质资料之后。并做了详尽分析,才能提出切合实际的防治方案。当查明补给滑动体的地下水确是以滑坡的上方或一侧补给为主时,修建截断地下水的工程,它要求垂直地下水流向布置,随地下水的含水层数、埋藏深度和土质密实程度的不同,而采用不同的构筑物,如渗沟、盲洞及平孔等。甚至在一些地下水层很深的高边坡采用打小断面排水洞等方式,在水电站边坡处理中应用效果不错。
4.2.1渗沟
渗沟按其作用的不同可分为支撑渗沟、截水渗沟及边坡渗沟。
4.2.1.1 支撑渗沟
适用深度为2~10m,以支撑不稳定的滑动体,兼起排除和疏干滑坡体内地下水的作用。支撑渗沟有主干和分支两种。主干平行于滑动方向,布置在地下水露头处或由土中水形成坍塌之处。支沟应根据坡面汇水情况合理布置,可与主沟斜交30~45度,并伸展到滑坡范围外以达到拦截地下水的作用。支撑渗沟的平面布置形式有Y形、YYY形和III形,渗沟的间距根据土质情况而定,一般采用6~15m。
4.2.1.2 截水渗沟
当有丰富的地下水补给时,可在垂直于地下水流的方向上设置截水渗沟,以拦截地下水并排除滑坡体外。一般布置在滑坡可能发展的范围5m以外的稳定土体上,要求与地下水流向垂直。
4.2.1.3 边坡渗沟
边坡渗沟的作用是疏干潮湿的边坡和引排边坡上局部出露的泉水或者上层滞水,支撑边坡,减轻坡面冲刷。当边坡上只是局部潮湿且面积不大时,宜布置成條带状;当局部潮湿面积较大时,宜布置成分岔形;当边坡普遍潮湿时,宜布置成拱形或人字形。
4.2.2平孔
用平孔排除滑坡体地下水,具有施工方便、工期较短、节省材料和劳动力的特点,是一种经济有效的措施。目前,高速公路边坡防护设计已普遍采用,效果较好。
5全过程、多方位防治滑坡
勘察设计单位、施工单位及公路使用单位等,要以系统的观念应对边坡滑坡问题,高度重视边坡稳定工作
5.1边坡设计
勘查设计单位要从人员素质、科研技术等方面,重视公路边坡的勘查设计工作,既要重视理论计算、更要重视现场勘验,使设计的边坡施工与加固安全、经济、美观。
5.2边坡施工
无论是新建公路还是投入使用的公路,施工单位除了严格规范施工外,也要敢于提出疑问,不能抱有“照图施工无责任”观念。发现边坡地质构造与设计不符或边坡水情有变化时,一定要及时报告设计单位,更不能有等边坡不稳定严重恶化再变更获利的不道德观念。
5.3公路运营
公路运营过程中的也要高度重视边坡的稳定,对常年含水、季节性含水边坡,运营、养护单位等要重视监测及巡查工作。不含水边坡大雨过后也要及时监测及巡查,防止边坡外围地表水造成的破坏。尽量杜绝水的因素造成边坡滑塌,早发现、早整治,减少经济损失,避免安全事故发生。
6 结束语
对于滑坡的防治,要贯彻以防为主,整治为辅的原则。在选择防治措施之前,要查清滑坡的地形、地质和水文地质条件,分析滑坡性质及其发展阶段,了解滑坡产生的原因,以便“对症下药”,尤其是大型滑坡,整治工程量很大,技术上也很复杂,试图通过桩、锚固、支挡结构等纯力学方式阻止其变形、运动和破坏往往是困难的,而通过对水的防治,改变滑坡内在的物理力学性质,顺其自然,以柔克刚,反而能起到很好的作用。
参考文献:
【1】交通部第二公路勘察设计院,路基【M】北京,人民交通出版社,1996.8,231-263
【2】工程地质手册第三版.北京.中国建筑工业出版社,1992
作者简介:
姓名:詹明尧(出生于1977年7月) 性别:男学历:本科 职称:工程师
研究方向:道路设计与施工 单位名称:中电建路桥集团有限公司