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引言:对山区沿河公路路基水毁原因从公路自身、水流对路基的冲刷、浸泡、及人们生活对公路的影响进行分析,并提出相应防治措施。
一、概述
山区公路有越岭线、沿溪线、跨越沟、河多等特点。山区公路水毁多发生在沿溪线及桥涵构造物上,沿溪线路基水毁占公路水毁比重较大。因山区沿河公路许多路段与河道并行,路基常常是半填半挖或全部为填方筑成,长期或间断性地遭受水流的冲刷、浸泡作用而发生水毁。应分析总结水毁规律,制定综合水毁防治措施,提高山区公路抗水毁能力,是我们每一位公路人的责任。
二、沿河公路路基水毁原因
山区沿河公路路基水毁原因主要由四方面构成,即自身稳定性不足、水流基础冲刷、水流长期或间断性浸泡、人们生活对河流及公路的影响。
1)公路路基自身稳定性的不足
东部山区早期修建的公路等级较低,大多数为三、四公路,公路的服务范围和使用功能有限。低等级公路的路基结构形式、路基压实度、路基相对高度的要求相对较低,以致于其抗水毁能力较弱。近些年,随着公路等级的提高,大多数公路改扩建都是在原公路基础上进行加宽改造的。原路基或一些构造物及防护设施等并未提高,抗水毁能力也未提高,洪水发生时,这些薄弱环节就暴露出来,出现了严重水毁情况。
2)水流对公路路基基础冲刷
水流对沿河公路路基冲刷有两种作用。一种是水流流过路基边坡坡面,冲刷坡面泥沙颗粒,因流速大于泥沙起动流速,将它带走形成坡面冲刷;另一种是河水对路基边坡坡脚冲刷,河湾、对岸挑流、绕流等原因引起的螺旋流、漩涡等冲刷填方坡脚,坡脚河床泥沙被冲走,坡面高度和坡度增大,使边坡因上部重力作用,失去稳定而坍塌。此外,河床自然演变引起的冲刷也威胁着沿河公路路基稳定性。
3)水流长期或间断性浸泡
沿河公路路基长期或间断性的遭受水流浸泡作用。在间断性水流浸泡作用下,水流通过未压实的路基边坡渗流入路基,回填材料重度,粘聚力和内摩擦角变成有效值,土的力学强度指标则会降低,滞留于路基内的大量地下水可使软土层饱水膨胀,路基变软而成为“橡皮路”或发生横向滑动,引起路面破损开裂、路基沉陷、路基翻浆等。而在水流退水阶段,坡体内部的水流向坡面外部渗流,带走填方堆积物中的细粒物质,在路基内部形成一条“输沙带”,出现隔离层。在自重和荷载作用下发生滑移,可能使路基发生整体或局部坍塌破坏。
4)人们生活对河流及公路的影响
沿河公路大部分是以路带堤,出现公路挤压河道,河道变窄后,水位升高,冲刷增加;河道内采掘挖沙,造成河床下切,后果是桥涵及防护工程的基础埋深变浅或外露;农业水利等其它部门在河道修建拦水闸、灌溉水渠等水工建筑物,改变了河道的水流形态,以上等原因都为水毁的发生埋下了隐患。
三、沿河公路路基水毁防治措施
沿河公路路基防治应遵从“预防为主、防治结合”为原则,对于冲刷防护则应遵循“顺应水势、因势利导”的原则。
1)沿河公路主要水毁类型及措施
①河湾凹岸的冲刷(包括股流弯曲对路基的斜冲、地形变化或挑流引起的顶冲或斜冲等);
调查河段的类型与特征、水流特点、河流特征(如河床质组成、平面形态等),分析凹岸冲刷(或股流冲刷、顶冲与斜冲等)的具体情况,包括冲刷的范围、位置、深度。
较窄河段宜采用石砌挡土墙防护,或挡土墙配合护坦进行基础防护;山区开阔河段、变迁性河段可采用石砌护坡、挡土墙防护,或护坡、挡土墙配合护坦、漫水丁坝群进行基础防护。
②顺直河道和弯曲河道的压缩冲刷(包括地形突变引起的河道变窄,人为因素导致的河道断面突然缩小等);
冲刷深度与压缩断面的水流速度、压缩断面进口处的形状有关,应特别注意断面压缩引起的挑流等作用。
一般应采用边坡直接防护型式(如:护坡、挡土墙),配合护坦进行基础冲刷防护。不宜采用丁坝、丁坝群再对河道断面进行压缩,在某些条件下也可以采用短、密、低的漫水丁坝群防护。
③洪水位过高,淹没路面,水流纵向冲刷或急速退水冲刷;
因河流断面过度压缩、洪水位过高或设计水位偏低、路基设计高程偏低等原因,导致洪水期路面被淹没。通常应避免过分压缩河道,对特别不利的局部地形可以进行整治清障;提高路基高程;完善路基路面排水系统;硬化路肩,提高抗冲能力
④河道挖沙引起河床下切,基础埋深不足引起沿河公路路基水毁;
加强河道管理,禁止在沿河公路上下游一定范围内作为开采砂石的料场;观测、分析河道挖沙对河流水势、河床变形的影响,及时对沿河公路路基采取防冲加固措施,在防护工程坡脚设置较宽的护坦保护坡脚。
2)提高设计、施工、养护管理的能力
沿河公路水毁应防治结合,做好沿河公路的预防性工作,做到“勤检查、早发现、早修补、避隐患”,应从源头上避免或降低水毁灾害带来的损失。发生水毁后,根据水毁原因,有针对性的进行科学合理的设计,加上精心施工,保证质量,及后期完善管理养护措施,做到修一处,保一处,公路抗灾能力会逐步提高。
3)加强生物防护
在河滩、沿河路基边坡外的滩地上植树,植造护岸林带,能起到导流、防浪、减速淤滩作用,使河岸、路基免遭洪水冲刷,尤其在宽浅变迁河段和宽浅游荡段河段上更为有效。在这类河段上采用浸水挡土墙作为路基冲刷防护并不经济,而用生物防治不但经济,且防护时间长,效果好。种植的树木要选择适合当地气候、土质、根系发达、枝叶茂密、喜水的树种,最好是乔灌混交、多行配置。
四、结论
为了避免沿河公路路基在汛期遭受洪水破坏发生水毁,可以针对不同水毁破坏类型修建各种适宜的组合式防护设施,避免单一沿河防护设施,避免对已水毁路段进行原防护形式的恢复,对水毁易发路段提高该段路基的设计洪水频率,提高路基防护设施设计标准。需要养护及管理部门对己有的防护设施进行加固完善,排除水毁隐患。公路部门应与农、牧、林、水等部门相配合,搞好桥位上游流域的综合治理,改善生态环境。使得沿河公路免遭水毁灾害的侵扰,确保公路的正常使用。
参考文献
[1]蒋焕章.公路水文勘测设计与水毁防治[M].北京:人民交通出版社,2002.
[2]高冬光.公路与桥梁水毁防治技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[3]田伟平,李惠萍,高冬光.弯道环流与沿河路基冲刷试验研究[J].重庆交通学院学报,2002.
﹙作者单位:抚顺市公路勘测设计院有限责任公司﹚
一、概述
山区公路有越岭线、沿溪线、跨越沟、河多等特点。山区公路水毁多发生在沿溪线及桥涵构造物上,沿溪线路基水毁占公路水毁比重较大。因山区沿河公路许多路段与河道并行,路基常常是半填半挖或全部为填方筑成,长期或间断性地遭受水流的冲刷、浸泡作用而发生水毁。应分析总结水毁规律,制定综合水毁防治措施,提高山区公路抗水毁能力,是我们每一位公路人的责任。
二、沿河公路路基水毁原因
山区沿河公路路基水毁原因主要由四方面构成,即自身稳定性不足、水流基础冲刷、水流长期或间断性浸泡、人们生活对河流及公路的影响。
1)公路路基自身稳定性的不足
东部山区早期修建的公路等级较低,大多数为三、四公路,公路的服务范围和使用功能有限。低等级公路的路基结构形式、路基压实度、路基相对高度的要求相对较低,以致于其抗水毁能力较弱。近些年,随着公路等级的提高,大多数公路改扩建都是在原公路基础上进行加宽改造的。原路基或一些构造物及防护设施等并未提高,抗水毁能力也未提高,洪水发生时,这些薄弱环节就暴露出来,出现了严重水毁情况。
2)水流对公路路基基础冲刷
水流对沿河公路路基冲刷有两种作用。一种是水流流过路基边坡坡面,冲刷坡面泥沙颗粒,因流速大于泥沙起动流速,将它带走形成坡面冲刷;另一种是河水对路基边坡坡脚冲刷,河湾、对岸挑流、绕流等原因引起的螺旋流、漩涡等冲刷填方坡脚,坡脚河床泥沙被冲走,坡面高度和坡度增大,使边坡因上部重力作用,失去稳定而坍塌。此外,河床自然演变引起的冲刷也威胁着沿河公路路基稳定性。
3)水流长期或间断性浸泡
沿河公路路基长期或间断性的遭受水流浸泡作用。在间断性水流浸泡作用下,水流通过未压实的路基边坡渗流入路基,回填材料重度,粘聚力和内摩擦角变成有效值,土的力学强度指标则会降低,滞留于路基内的大量地下水可使软土层饱水膨胀,路基变软而成为“橡皮路”或发生横向滑动,引起路面破损开裂、路基沉陷、路基翻浆等。而在水流退水阶段,坡体内部的水流向坡面外部渗流,带走填方堆积物中的细粒物质,在路基内部形成一条“输沙带”,出现隔离层。在自重和荷载作用下发生滑移,可能使路基发生整体或局部坍塌破坏。
4)人们生活对河流及公路的影响
沿河公路大部分是以路带堤,出现公路挤压河道,河道变窄后,水位升高,冲刷增加;河道内采掘挖沙,造成河床下切,后果是桥涵及防护工程的基础埋深变浅或外露;农业水利等其它部门在河道修建拦水闸、灌溉水渠等水工建筑物,改变了河道的水流形态,以上等原因都为水毁的发生埋下了隐患。
三、沿河公路路基水毁防治措施
沿河公路路基防治应遵从“预防为主、防治结合”为原则,对于冲刷防护则应遵循“顺应水势、因势利导”的原则。
1)沿河公路主要水毁类型及措施
①河湾凹岸的冲刷(包括股流弯曲对路基的斜冲、地形变化或挑流引起的顶冲或斜冲等);
调查河段的类型与特征、水流特点、河流特征(如河床质组成、平面形态等),分析凹岸冲刷(或股流冲刷、顶冲与斜冲等)的具体情况,包括冲刷的范围、位置、深度。
较窄河段宜采用石砌挡土墙防护,或挡土墙配合护坦进行基础防护;山区开阔河段、变迁性河段可采用石砌护坡、挡土墙防护,或护坡、挡土墙配合护坦、漫水丁坝群进行基础防护。
②顺直河道和弯曲河道的压缩冲刷(包括地形突变引起的河道变窄,人为因素导致的河道断面突然缩小等);
冲刷深度与压缩断面的水流速度、压缩断面进口处的形状有关,应特别注意断面压缩引起的挑流等作用。
一般应采用边坡直接防护型式(如:护坡、挡土墙),配合护坦进行基础冲刷防护。不宜采用丁坝、丁坝群再对河道断面进行压缩,在某些条件下也可以采用短、密、低的漫水丁坝群防护。
③洪水位过高,淹没路面,水流纵向冲刷或急速退水冲刷;
因河流断面过度压缩、洪水位过高或设计水位偏低、路基设计高程偏低等原因,导致洪水期路面被淹没。通常应避免过分压缩河道,对特别不利的局部地形可以进行整治清障;提高路基高程;完善路基路面排水系统;硬化路肩,提高抗冲能力
④河道挖沙引起河床下切,基础埋深不足引起沿河公路路基水毁;
加强河道管理,禁止在沿河公路上下游一定范围内作为开采砂石的料场;观测、分析河道挖沙对河流水势、河床变形的影响,及时对沿河公路路基采取防冲加固措施,在防护工程坡脚设置较宽的护坦保护坡脚。
2)提高设计、施工、养护管理的能力
沿河公路水毁应防治结合,做好沿河公路的预防性工作,做到“勤检查、早发现、早修补、避隐患”,应从源头上避免或降低水毁灾害带来的损失。发生水毁后,根据水毁原因,有针对性的进行科学合理的设计,加上精心施工,保证质量,及后期完善管理养护措施,做到修一处,保一处,公路抗灾能力会逐步提高。
3)加强生物防护
在河滩、沿河路基边坡外的滩地上植树,植造护岸林带,能起到导流、防浪、减速淤滩作用,使河岸、路基免遭洪水冲刷,尤其在宽浅变迁河段和宽浅游荡段河段上更为有效。在这类河段上采用浸水挡土墙作为路基冲刷防护并不经济,而用生物防治不但经济,且防护时间长,效果好。种植的树木要选择适合当地气候、土质、根系发达、枝叶茂密、喜水的树种,最好是乔灌混交、多行配置。
四、结论
为了避免沿河公路路基在汛期遭受洪水破坏发生水毁,可以针对不同水毁破坏类型修建各种适宜的组合式防护设施,避免单一沿河防护设施,避免对已水毁路段进行原防护形式的恢复,对水毁易发路段提高该段路基的设计洪水频率,提高路基防护设施设计标准。需要养护及管理部门对己有的防护设施进行加固完善,排除水毁隐患。公路部门应与农、牧、林、水等部门相配合,搞好桥位上游流域的综合治理,改善生态环境。使得沿河公路免遭水毁灾害的侵扰,确保公路的正常使用。
参考文献
[1]蒋焕章.公路水文勘测设计与水毁防治[M].北京:人民交通出版社,2002.
[2]高冬光.公路与桥梁水毁防治技术[M].北京:人民交通出版社,2002.
[3]田伟平,李惠萍,高冬光.弯道环流与沿河路基冲刷试验研究[J].重庆交通学院学报,2002.
﹙作者单位:抚顺市公路勘测设计院有限责任公司﹚