公路水毀的成因及防治措施論文
【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(xì)闡述了各類水毀發(fā)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(yù)防為主,及時清除水毀隱患,防患于未然。只要能從公路的設(shè)計、施工、養(yǎng)護等方面重視水毀,采取的措施得當(dāng),公路水毀將會得到有效控制。
【關(guān)鍵詞】公路水毀;成因;防治
公路水毀是指公路沿線的工程設(shè)施由于受到水的作用而遭到損壞的現(xiàn)象與過程,是各地共同存在的一個普遍問題,屬于一種常見的自然災(zāi)害。尤其是山區(qū)道路每年都有公路水毀現(xiàn)象的發(fā)生,輕者路基路面損壞、影響公路通行能力,重者橋梁沖毀、中斷交通。由此造成的損失相當(dāng)嚴(yán)重。因此,了解公路水毀的成因,加強公路水毀的預(yù)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。
公路雖然主要是作為交通運輸建筑物,但一旦受到水流的作用,如跨河橋梁與河道并行的公路等,又會因是水工建筑物的性質(zhì)而遭遇到很多水力學(xué)問題。
公路建筑物遭遇的水力學(xué)問題可分為兩類: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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)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(zhì)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(dāng),施工過程中超厚度碾壓,壓實度不足;
(2)路基結(jié)構(gòu)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(dāng),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(chǎn)生的剪切力,超過了粘結(jié)力和摩擦力所構(gòu)成的抗剪力,因而土體沿松動面下墜散開。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(yán)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(zhì)松軟、坡度過陡,缺乏必要的擋土墻等防護措施;
(3)構(gòu)成路基的土質(zhì)極差,巖石風(fēng)化嚴(yán)重,遇水軟化。
目前公路水毀的重點主要是在山區(qū)公路上,不少路段與河道并行,一面傍山,一面臨河。很多路基是半挖半填或全部由填方筑成,填方多由開山廢渣填筑。盡管填方中有大量的大塊石構(gòu)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,是能夠抵御洪水沖刷而保持路基邊坡的穩(wěn)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、小塊石被沖走后,大多就造成了路基坍塌,出現(xiàn)很多缺口或半個以上路基被毀。在公路路基的水毀中,這樣的水毀占多數(shù)。 另外,也有不少沿河路線,由于河道變遷,使原來離河岸還有一段距離的路基,因河岸被沖而臨近河邊或遭到水毀,這類水毀多出現(xiàn)在寬淺變遷河段上。在深挖段路基中,兩側(cè)山體由于坡度過陡,石質(zhì)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(fā)情況下,洪水沖刷淘空橋基,使橋梁失穩(wěn)損壞或涵洞被毀,形成橋涵破壞的原因有:
(1)涵洞位置不當(dāng),孔徑偏小,滿足不了排洪要求;
(2)涵洞進口處理不當(dāng),泄洪時發(fā)生洪水流向偏差;
(3)橋位選擇不當(dāng),河床的地質(zhì)條件差,極易發(fā)生沖刷,進而影響橋梁基礎(chǔ)及墩臺結(jié)構(gòu);
(4)橋涵日常養(yǎng)護差,長期得不到清理,發(fā)生堵塞,水流不暢;
(5)河床變化較快,水流偏差較大。 橋涵水毀一旦發(fā)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(yù)防中的重中之重,應(yīng)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墻、駁岸等防護工程在不斷受到水流沖刷下基礎(chǔ)失穩(wěn),產(chǎn)生滑移破壞,產(chǎn)生破壞的主要原因有:
(1)防護加固工程地基軟弱或基礎(chǔ)設(shè)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(qū)公路養(yǎng)護部門每年都要投入大量資金用于水毀搶修和修復(fù),每年都要修復(fù)不少路基防護構(gòu)造物。由于設(shè)計這些防護工程時往往憑經(jīng)驗估算,有不少基礎(chǔ)埋得很淺,有的還由于施工質(zhì)量差等原因而遭到重復(fù)水毀,即:修了被沖,沖了再修,有的重復(fù)到3次以上。路基沖刷防護工程不但沒有明顯增加,還出現(xiàn)“舊賬未清、又欠新賬”的現(xiàn)象,這種弊病也是造成構(gòu)造物易被水毀的原因之一。
現(xiàn)在還有不少公路測設(shè)單位對山區(qū)小型排水構(gòu)造物的測設(shè)缺乏系統(tǒng)設(shè)計,必須強調(diào)的是:山區(qū)排水構(gòu)造物不但要排水,還要輸沙,很多山區(qū)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
對于公路水毀,應(yīng)預(yù)防為主,清除水毀隱患,仿患于未然;水毀恢復(fù),也要有一支具有專業(yè)知識的技術(shù)隊伍,精心設(shè)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(rèn)真調(diào)查和技術(shù)總結(jié)非常重要。通過調(diào)查總結(jié),尋求水毀真正原因,才能比較切合實際地進行水毀預(yù)防和水毀修復(fù)設(shè)計。同時也可搜集大量現(xiàn)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(fā)展,對加快防治公路水毀有很大的現(xiàn)實意義。
目前有一種普遍的看法,即認(rèn)為出現(xiàn)的洪水一旦超過了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),公路建筑物遭到水毀是不可避免的。因此,為了使公路建筑物具有更大的安全性,就趨向于采用更罕遇的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn),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。這就促使公路橋梁趨向于修得更高、更長,公路路基修得更高,從而大量增加工程投資。
認(rèn)真研究公路構(gòu)造物的水毀情況,不難發(fā)現(xiàn),公路構(gòu)造物遭到的水毀主要是由于設(shè)計依據(jù)不符合實際,或是公路構(gòu)造物遇到了設(shè)計時未料到的水力條件。
就橋梁而言,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(fā)生變化的。隨著洪水的增漲,橋梁可能處于由不漫水到漫水的水力條件,因此除了橋梁超過極限洪水以外,廣義而言,所有的橋梁都可視為漫水橋。橋梁遇到的水力條件(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為不利。洪水繼續(xù)上漲,水位高出橋面后,橋梁遇到的水力條件一般并不比水位與橋面齊平時更為不利。因此,在進行橋梁水文、水力設(shè)計時,如果將洪水與橋面齊平時的水力條件考慮進去,則橋梁在任何大小洪水條件下的安全就得到了保證,橋梁就可免于水毀。這樣橋梁采用什么樣的洪水頻率設(shè)計就不是為了保證橋梁的安全,而屬于經(jīng)濟上的考慮,即:考慮橋梁在其經(jīng)濟使用年限內(nèi),橋梁因漫水中斷交通可能受到的經(jīng)濟損失與提高設(shè)計洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)減少橋梁漫水經(jīng)濟損失而增加的建橋投資何者更為經(jīng)濟合算的問題。 就路基而言,目前公路構(gòu)造物中,漿砌片石擋墻用得最多,一方面用來支撐路基填土以保證路基的必要寬度,同時又起到防御洪水淘刷路基的作用。擋墻受到洪水沖刷時在擋墻處產(chǎn)生一種沿墻面向下的下降剪力,使擋墻處出現(xiàn)很大的局部沖刷力和沖刷深度,當(dāng)水流與擋墻正交時,沖刷最深,水流越大,沖刷也越深。隨著水深的增加,當(dāng)水面與擋墻路面齊平時,沖刷深度達(dá)到最大值,洪水繼續(xù)上漲漫上路面,擋墻基礎(chǔ)的沖刷深度并不增加。所以,擋墻基礎(chǔ)按水位與路面齊平時的沖刷深度埋設(shè),就可達(dá)到安全可靠而免于水毀。或者采用丁壩或鉛絲籠的保護,這時,擋墻基礎(chǔ)可以埋得很淺,在河床下有一安全深度即可,不作沖刷計算。丁壩可采用漫水丁壩,壩頭沖刷在水位與壩頂齊平時達(dá)到最大值,按此設(shè)計修建的路基沖刷防護構(gòu)造物群,也同樣可以在任何大小的洪水條件下達(dá)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(shè)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的罕見歷史特大洪水,公路也未必出現(xiàn)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(yīng)特別注意對路基進行加固,可采用換土法、摻石灰法、石灰樁法等多種加固方法,使路基達(dá)到足夠的強度,滿足設(shè)計要求。
(2)在進行路基設(shè)計時,切不可用透水性不同的土無序填筑,要采用級配良好的砂性土等填筑路基,當(dāng)確需用透水性不同的土填筑路基時,應(yīng)將透水性強的土填筑路基下層,透水性不強的土填筑路基上層。 ?
(3)沿河路堤、河灘路和橋頭引道等長期浸水路基要設(shè)置堤岸、護坡等防護措施。
(4)路基邊溝縱坡不小于0.5%,單向排水長度不宜超過500m,應(yīng)分段設(shè)排水溝、涵洞將水引出路基,以免水積聚在邊溝內(nèi)而下滲,影響路基穩(wěn)定。
(5)在地下水位淺的路段,應(yīng)鋪設(shè)砂(礫)墊層以阻斷毛細(xì)水上升,以免影響路基路面穩(wěn)定,路面基層宜采用水泥穩(wěn)定土類、二灰穩(wěn)定碎石類以提高路基路面水浸穩(wěn)定性,并具有足夠的強度,面層宜采用密實型路面結(jié)構(gòu)以防止雨水下滲。
3.2路基坍塌的防治
(1)路基坍塌多見于山區(qū)公路,因此在公路選線時應(yīng)避免經(jīng)過地質(zhì)水文不良地段,盡量采用臺口式路基以減少路基外側(cè)填方。
(2)路塹必須設(shè)置邊溝,對于較長的路塹必須設(shè)置合理的縱坡,當(dāng)縱坡較大,且有沖刷可能時,應(yīng)加固加深或改用跌水與急流槽等設(shè)施。路塹挖方上側(cè)距離挖方坡口5m外應(yīng)設(shè)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)對于開挖段或半填半挖段,兩側(cè)山體坡度必須開挖到位,必要時設(shè)置合理碎落臺,對于地質(zhì)不良路段,應(yīng)采用噴鋪、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)對于山區(qū)沿溪線公路,一般應(yīng)每隔300m設(shè)置一道涵洞,通常要設(shè)置在凹凸曲線頂部和縱坡的陡緩變坡處,穿越村莊路段為排除村莊地面排水也應(yīng)設(shè)置涵洞。涵洞應(yīng)設(shè)置直徑不小于100cm的鋼筋混凝土管涵或墻身高不小于100cm的鋼筋混凝土板涵或石拱涵。對于山區(qū)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后,人工難以進入清淤,使涵洞排水功能減弱,一旦山洪暴發(fā),涵洞極易被沖毀。
(2)涵洞進水口應(yīng)漿砌一段片石鋪砌,當(dāng)涵前排水溝縱坡較大時,應(yīng)建急流槽或跌水等構(gòu)造物以減緩流速。
(3)所建橋梁除保證橋梁安全外,還應(yīng)根據(jù)水流情況修建導(dǎo)流壩等調(diào)治構(gòu)造物,以保證橋梁在設(shè)計洪水位時不被沖毀。
(4)對于橋基已被淘空的橋梁,應(yīng)立即用混凝土填筑橋基淘空部分,然后采取現(xiàn)澆鋼筋混凝土加固橋基,在橋梁上游修建合適的導(dǎo)流壩、丁壩等調(diào)治構(gòu)造物,使水流均勻流暢地通過橋孔。
(5)加強橋涵的日常養(yǎng)護,保持橋涵排水最好狀態(tài)。
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為軟弱的地基時,要采用換土或砂礫、碎石、灰土等進行填筑。
(2)防護與加固工程基礎(chǔ)埋深,對于無沖刷地基,應(yīng)在天然地基以下至少1m,對于有沖刷地基,應(yīng)在沖刷線下至少1m。
(3)擋土墻應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施,以疏干墻后填料中的水份,防止墻后積水致使墻身受到額外的靜水壓力,減少季節(jié)性冰凍地區(qū)填料的凍脹壓力,清除粘土填料浸水的膨脹壓力。
(4)路塹擋土墻后地面應(yīng)做好排水處理,設(shè)置排水溝,必要時夯實地表土以減少雨水和地面水下滲,而墻趾前的邊溝則應(yīng)予以鋪砌加固,以防邊溝水滲入基礎(chǔ)。
(5)漿砌塊(片)石墻身,泄水孔尺寸可為5cm×10cm、10cm×10cm、15cm×20cm或直徑為5~10cm圓孔,視泄水量大小而定。泄水孔的間距一般為2~3m,上下泄水孔宜錯開布置,下排泄水孔的出口應(yīng)高于地面。若為路塹墻,出水口應(yīng)高出邊溝水位0.3m,若為浸水擋土墻應(yīng)設(shè)在常水位以上0.3m。
(6)沿河路堤設(shè)置擋墻時,應(yīng)結(jié)合河流情況布置,注意設(shè)墻后仍要保持水流順暢,不要擠壓河道,引起局部沖刷。
另外,要加強公路水毀的預(yù)防工作,預(yù)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(yù)防和搶險之間有互為消長的關(guān)系,這就說明了“防重于搶”的重要性及其經(jīng)濟效益。但在公路水毀的防搶工作中,還存在“搶重于防”的現(xiàn)象,特別是對滑坡、崩塌的處理,不論是大型的還是小型的均采取清除的方法,少有重視保護生態(tài)環(huán)境,積極采取綜合治理者,以致有的小型滑坡、崩塌越清越大,越清越多,花費也相應(yīng)增大,最后變成難以治理的大型滑坡、崩塌。
4. 結(jié)語
防治公路水毀一定要依靠科學(xué)技術(shù)進步,要不斷以新的科學(xué)技術(shù)成果、新的科學(xué)技術(shù)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(shè)計、施工和養(yǎng)護等方面十分重視預(yù)防水毀,公路水毀災(zāi)害將會得到有效控制,公路水毀損失也將會大大減少
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