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公路水毁的成因及防治措施论文
【摘要】公路水毁主要有路基沉陷、路基坍塌、桥涵破坏、防护与加固工程损坏等4种类型,详细阐述了各类水毁发生的原因以及对各类水毁的防治措施,指出公路水毁要以预防为主,及时清除水毁隐患,防患于未然。只要能从公路的设计、施工、养护等方面重视水毁,采取的措施得当,公路水毁将会得到有效控制。
【关键词】公路水毁;成因;防治
公路水毁是指公路沿线的工程设施由于受到水的作用而遭到损坏的现象与过程,是各地共同存在的一个普遍问题,属于一种常见的自然灾害。尤其是山区道路每年都有公路水毁现象的发生,轻者路基路面损坏、影响公路通行能力,重者桥梁冲毁、中断交通。由此造成的损失相当严重。因此,了解公路水毁的成因,加强公路水毁的预防,对彻底根治公路水毁具有重要的意义,是保障公路畅通的一个必备前提。
1. 公路水毁的类型和成因。
公路虽然主要是作为交通运输建筑物,但一旦受到水流的作用,如跨河桥梁与河道并行的公路等,又会因是水工建筑物的性质而遭遇到很多水力学问题。
公路建筑物遭遇的水力学问题可分为两类:一类是水毁,系因洪水造成的各种程度的破坏;另一类是水害,是因洪水而带来的经济损失。公路水害主要有:公路因洪水淹没而中断交通;小桥涵、路基边沟被泥沙堵塞而需要疏通;道路被泥沙淤积而需要清除等。公路水毁从表现形式来说,主要有以下4种类型:路基沉陷、路基坍塌、桥涵破坏、防护与加固工程损坏。
1.1路基沉陷。路基沉陷是指路基在垂直方向上产生较大的沉降,路基的不均匀下陷,将造成局部路段的基层破坏,进而使路面破损,如水泥混凝土路面的断板、沥青混凝土路面的坑槽、龟裂等,降低路面行驶质量,影响行车安全,甚至中断交通。形成路基沉陷的主要原因有:
(1)填方路段填料选择不当,施工过程中超厚度碾压,压实度不足;
(2)路基结构组合不合理,弯沉过大,路面防水差,雨,雪水渗入路基;
(3)路基排水措施不当,路面、边沟形成积水;
(4)缺少必要的排水和防护措施。
1.2路基坍塌。
路基坍塌主要指路基土体或沿线山体(或土石混杂的堆积物)遇水软化,在较陡边坡无支撑的情况下,自身重量所产生的剪切力,超过了粘结力和摩擦力所构成的抗剪力,因而土体沿松动面下坠散开。路基坍塌破坏了路基的整体性,损害了路面的通车功能,易造成交通中断,是比较严重的水毁病害。形成路基坍塌的主要原因有:
(1)缺乏合理的排水措施,路基极易冲刷;
(2)路基边坡土质松软、坡度过陡,缺乏必要的挡土墙等防护措施;
(3)构成路基的土质极差,岩石风化严重,遇水软化。
目前公路水毁的重点主要是在山区公路上,不少路段与河道并行,一面傍山,一面临河。很多路基是半挖半填或全部由填方筑成,填方多由开山废渣填筑。尽管填方中有大量的大块石构成路基边坡,但未做冲刷防护加固措施。这样的填方路基边坡在一般洪水条件下,因水位较低、流速不大,坡脚块石又较大,坡脚边坡比较平缓,是能够抵御洪水冲刷而保持路基边坡的稳定。但在较大洪水条件下,水位较高、流量过大,而边坡上部的块石又较小,且含有不少石屑和土壤,坡度也比较陡,因此边坡中的石屑、土壤、小块石被冲走后,大多就造成了路基坍塌,出现很多缺口或半个以上路基被毁。在公路路基的水毁中,这样的水毁占多数。 另外,也有不少沿河路线,由于河道变迁,使原来离河岸还有一段距离的路基,因河岸被冲而临近河边或遭到水毁,这类水毁多出现在宽浅变迁河段上。在深挖段路基中,两侧山体由于坡度过陡,石质较差,山上积水渗入山体或沿开挖面下泄,就形成了山体滑坡或泥石漉。
1.3桥涵破坏。桥涵破坏主要是指在山洪暴发情况下,洪水冲刷淘空桥基,使桥梁失稳损坏或涵洞被毁,形成桥涵破坏的原因有:
(1)涵洞位置不当,孔径偏小,满足不了排洪要求;
(2)涵洞进口处理不当,泄洪时发生洪水流向偏差;
(3)桥位选择不当,河床的地质条件差,极易发生冲刷,进而影响桥梁基础及墩台结构;
(4)桥涵日常养护差,长期得不到清理,发生堵塞,水流不畅;
(5)河床变化较快,水流偏差较大。 桥涵水毁一旦发生,轻者洪水涌上路面,破坏路基路面,重者桥涵被冲断,从而中断交通。因此,桥涵类水毁是公路水毁预防中的重中之重,应引起高度重视。
1.4防护与加固工程损坏。
防护与加固工程损坏主要是指挡土墙、驳岸等防护工程在不断受到水流冲刷下基础失稳,产生滑移破坏,产生破坏的主要原因有:
(1)防护加固工程地基软弱或基础设置不深;
(2)位置选择不合理,挤压河道,引起局部冲刷。
全国各地区公路养护部门每年都要投入大量资金用于水毁抢修和修复,每年都要修复不少路基防护构造物。由于设计这些防护工程时往往凭经验估算,有不少基础埋得很浅,有的还由于施工质量差等原因而遭到重复水毁,即:修了被冲,冲了再修,有的重复到3次以上。路基冲刷防护工程不但没有明显增加,还出现“旧账未清、又欠新账”的现象,这种弊病也是造成构造物易被水毁的原因之一。
现在还有不少公路测设单位对山区小型排水构造物的测设缺乏系统设计,必须强调的是:山区排水构造物不但要排水,还要输沙,很多山区公路的边沟和小桥涵因忽略了输沙因素而造成堵塞,水漫路面,冲毁路面和路基,从而造成较大的公路水毁。
2. 公路水毁的防治
对于公路水毁,应预防为主,清除水毁隐患,仿患于未然;水毁恢复,也要有一支具有专业知识的技术队伍,精心设计、精心施工,修一处、保一处,这也是公路水毁防治的大方针。
另外,各地方每年都可能遭到不同程度的水毁,对这些水毁进行认真调查和技术总结非常重要。通过调查总结,寻求水毁真正原因,才能比较切合实际地进行水毁预防和水毁修复设计。同时也可搜集大量现场资料,对使用的科技成果进行检验、筛选和改进,积极推进科技的发展,对加快防治公路水毁有很大的现实意义。
目前有一种普遍的看法,即认为出现的洪水一旦超过了设计标准,公路建筑物遭到水毁是不可避免的。因此,为了使公路建筑物具有更大的安全性,就趋向于采用更罕遇的设计洪水标准,例如:将50年一遇提高到100年一遇,或者将100年一遇提高到300年二遇。这就促使公路桥梁趋向于修得更高、更长,公路路基修得更高,从而大量增加工程投资。
认真研究公路构造物的水毁情况,不难发现,公路构造物遭到的水毁主要是由于设计依据不符合实际,或是公路构造物遇到了设计时未料到的水力条件。
就桥梁而言,其可能遇到的水力条件是随桥位河段的河道演化(自然或是人工的)而发生变化的。随着洪水的增涨,桥梁可能处于由不漫水到漫水的水力条件,因此除了桥梁超过极限洪水以外,广义而言,所有的桥梁都可视为漫水桥。桥梁遇到的水力条件(如墩台冲刷、承受的动水压力和浮力等)在洪水位与桥面齐平时最为不利。洪水继续上涨,水位高出桥面后,桥梁遇到的水力条件一般并不比水位与桥面齐平时更为不利。因此,在进行桥梁水文、水力设计时,如果将洪水与桥面齐平时的水力条件考虑进去,则桥梁在任何大小洪水条件下的安全就得到了保证,桥梁就可免于水毁。这样桥梁采用什么样的洪水频率设计就不是为了保证桥梁的安全,而属于经济上的考虑,即:考虑桥梁在其经济使用年限内,桥梁因漫水中断交通可能受到的经济损失与提高设计洪水频率标准减少桥梁漫水经济损失而增加的建桥投资何者更为经济合算的问题。 就路基而言,目前公路构造物中,浆砌片石挡墙用得最多,一方面用来支撑路基填土以保证路基的必要宽度,同时又起到防御洪水淘刷路基的作用。挡墙受到洪水冲刷时在挡墙处产生一种沿墙面向下的下降剪力,使挡墙处出现很大的局部冲刷力和冲刷深度,当水流与挡墙正交时,冲刷最深,水流越大,冲刷也越深。随着水深的增加,当水面与挡墙路面齐平时,冲刷深度达到最大值,洪水继续上涨漫上路面,挡墙基础的冲刷深度并不增加。所以,挡墙基础按水位与路面齐平时的冲刷深度埋设,就可达到安全可靠而免于水毁。或者采用丁坝或铅丝笼的保护,这时,挡墙基础可以埋得很浅,在河床下有一安全深度即可,不作冲刷计算。丁坝可采用漫水丁坝,坝头冲刷在水位与坝顶齐平时达到最大值,按此设计修建的路基冲刷防护构造物群,也同样可以在任何大小的洪水条件下达到安全可靠。
从上述可以看出,只要我们在新建公路的勘测设计和已建公路的水毁防治中把水力问题处理好,大部分公路水毁可以得到解决,即使遭遇到超过设计标准的罕见历史特大洪水,公路也未必出现更多的水毁。
3. 水毁的具体防治措施
3.1路基沉陷的防治
(1)在软弱地基上修建公路时,应特别注意对路基进行加固,可采用换土法、掺石灰法、石灰桩法等多种加固方法,使路基达到足够的强度,满足设计要求。
(2)在进行路基设计时,切不可用透水性不同的土无序填筑,要采用级配良好的砂性土等填筑路基,当确需用透水性不同的土填筑路基时,应将透水性强的土填筑路基下层,透水性不强的土填筑路基上层。 ?
(3)沿河路堤、河滩路和桥头引道等长期浸水路基要设置堤岸、护坡等防护措施。
(4)路基边沟纵坡不小于0.5%,单向排水长度不宜超过500m,应分段设排水沟、涵洞将水引出路基,以免水积聚在边沟内而下渗,影响路基稳定。
(5)在地下水位浅的路段,应铺设砂(砾)垫层以阻断毛细水上升,以免影响路基路面稳定,路面基层宜采用水泥稳定土类、二灰稳定碎石类以提高路基路面水浸稳定性,并具有足够的强度,面层宜采用密实型路面结构以防止雨水下渗。
3.2路基坍塌的防治
(1)路基坍塌多见于山区公路,因此在公路选线时应避免经过地质水文不良地段,尽量采用台口式路基以减少路基外侧填方。
(2)路堑必须设置边沟,对于较长的路堑必须设置合理的纵坡,当纵坡较大,且有冲刷可能时,应加固加深或改用跌水与急流槽等设施。路堑挖方上侧距离挖方坡口5m外应设置一道或多道截水沟,以使地表水汇入截水沟引到排水沟或涵洞排出。
(3)对于开挖段或半填半挖段,两侧山体坡度必须开挖到位,必要时设置合理碎落台,对于地质不良路段,应采用喷铺、或防护工程、或生物固化来加固,防止山体滑坡或泥石流。
3.3桥涵破坏的防治
(1)对于山区沿溪线公路,一般应每隔300m设置一道涵洞,通常要设置在凹凸曲线顶部和纵坡的陡缓变坡处,穿越村庄路段为排除村庄地面排水也应设置涵洞。涵洞应设置直径不小于100cm的钢筋混凝土管涵或墙身高不小于100cm的钢筋混凝土板涵或石拱涵。对于山区公路,涵洞不仅排水而且输沙,如果孔径太小,流沙及杂物堵塞涵洞后,人工难以进入清淤,使涵洞排水功能减弱,一旦山洪暴发,涵洞极易被冲毁。
(2)涵洞进水口应浆砌一段片石铺砌,当涵前排水沟纵坡较大时,应建急流槽或跌水等构造物以减缓流速。
(3)所建桥梁除保证桥梁安全外,还应根据水流情况修建导流坝等调治构造物,以保证桥梁在设计洪水位时不被冲毁。
(4)对于桥基已被淘空的桥梁,应立即用混凝土填筑桥基淘空部分,然后采取现浇钢筋混凝土加固桥基,在桥梁上游修建合适的导流坝、丁坝等调治构造物,使水流均匀流畅地通过桥孔。
(5)加强桥涵的日常养护,保持桥涵排水最好状态。
3.4防护工程与加固工程损坏的防治
(1)防护与加固工程在地段为软弱的地基时,要采用换土或砂砾、碎石、灰土等进行填筑。
(2)防护与加固工程基础埋深,对于无冲刷地基,应在天然地基以下至少1m,对于有冲刷地基,应在冲刷线下至少1m。
(3)挡土墙应设置排水设施,以疏干墙后填料中的水份,防止墙后积水致使墙身受到额外的静水压力,减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力,清除粘土填料浸水的膨胀压力。
(4)路堑挡土墙后地面应做好排水处理,设置排水沟,必要时夯实地表土以减少雨水和地面水下渗,而墙趾前的边沟则应予以铺砌加固,以防边沟水渗入基础。
(5)浆砌块(片)石墙身,泄水孔尺寸可为5cm×10cm、10cm×10cm、15cm×20cm或直径为5~10cm圆孔,视泄水量大小而定。泄水孔的间距一般为2~3m,上下泄水孔宜错开布置,下排泄水孔的出口应高于地面。若为路堑墙,出水口应高出边沟水位0.3m,若为浸水挡土墙应设在常水位以上0.3m。
(6)沿河路堤设置挡墙时,应结合河流情况布置,注意设墙后仍要保持水流顺畅,不要挤压河道,引起局部冲刷。
另外,要加强公路水毁的预防工作,预防工作搞好了,水毁就会减少,水毁抢险自然也就会随之减少,所以水毁预防和抢险之间有互为消长的关系,这就说明了“防重于抢”的重要性及其经济效益。但在公路水毁的防抢工作中,还存在“抢重于防”的现象,特别是对滑坡、崩塌的处理,不论是大型的还是小型的均采取清除的方法,少有重视保护生态环境,积极采取综合治理者,以致有的小型滑坡、崩塌越清越大,越清越多,花费也相应增大,最后变成难以治理的大型滑坡、崩塌。
4. 结语
防治公路水毁一定要依靠科学技术进步,要不断以新的科学技术成果、新的科学技术知识进行工程实践,虽然造成公路水毁的原因是多方面的,但只要我们能从公路的设计、施工和养护等方面十分重视预防水毁,公路水毁灾害将会得到有效控制,公路水毁损失也将会大大减少
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