山区公路水库路段岸坡坍塌预测及处治浅析

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　　【摘 要】公路在库区路段布线，由于处于复杂的工程环境，路基受库区动水力、岩土性质、边坡形式等影响，路基边坡易变形、坍塌。在公路前期设计时，预测出水库路段坍岸影响范围，从而进行避让或提前进行有效处治，保证路基的安全、稳定。
　　【关键词】水库;坍塌;支护
　　中图分类号： TV554 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）16-0197-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.086
　　Prediction and Treatment of Bank Slope Collapse of Highway Reservoir Section in Mountain Area
　　CHEN Yu-bang
　　（Gansu Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou Gansu 730000， China）
　　【Abstract】Because of the complex engineering environment， the roadbed is affected by the dynamic hydraulic power， geotechnical properties and slope form of the reservoir area， and the subgrade slope is easy to deform and collapse. In the early design of highway， the influence range of bank collapse of reservoir section is predicted， so as to avoid it or deal with it effectively in advance， so as to ensure the safety and stability of subgrade.
　　【Key words】Reservoir; Collapse; Support
　　0 概述
　　随着我国交通路网的不断完善和交通事业的发展，对于贫困和偏远地区的公路建设不断增加，山区公路和沿河公路以及沿库区公路得以改建或新建。山区公路受地形、地质限制，基本以沿地形展线为主。典型情况为两山夹一沟，公路沿沟展线，形成沿溪线。由于沿沟水流比降，沟下游路段常遇水库存在，此路段路基受到常年或季节性浸水、河流的淘蚀和搬运的作用，造成路基边坡稳定性下降，对驾乘人员的安全和财产造成一定的影响。
　　公路在库区路段布线时，受水流冲刷、波浪侵蚀影响，土质边坡发生坍塌破坏，原有自然平衡条件遭到破坏，沟岸或路基边坡易导致变形、坍塌，因此，对水库路段岸坡进行坍塌预测及提前支护处治，关系着路基的安全、稳定。笔者以省道313线宕昌（南河）至迭部二级公路所经水泊峡水库、斑鸠水库等多处水库为案例，针对其处理方案，对山区公路水库路基岸坡坍塌预测及处治方案进行探讨。项目中水泊峡路段，路基左侧为水库，右侧山体陡峻，岩层破碎，经常发生崩塌、碎落等不良地质现象，旧路存在20cm的裂缝，并且在不断扩张，其中有60m路基左侧形成临空面，仅限一个车道通行，路基存在失稳坍塌的危险隐患。斑鸠水库路段，根据地质分析，本段属于断层区，路基位于河流凹陷线位处，当水流流动时，路基处于顶冲位置。本路段路基处在堆积层上，堆积层与断层破碎带存在软弱夹层，由于电站运营，导致水位升降，水流流动带走路基土中细颗粒填料，从而导致路基滑移，形成塌岸现象。
　　1 影响岸坡边坡稳定的主要因素
　　1.1 波浪作用
　　影响塌岸的主要外因为波浪作用。在水库蓄水、运行过程中，风浪及地表水冲刷作用下，地形坡度较陡的岸坡的土体和岩石不断被冲刷、淘蚀，造成土体直接被水流搬运带走，岩石表面不断风化侵蚀而剥落，造成原有岸坡失稳。坍落物堆积形成浅滩，直至波浪无力冲击岸壁与塌落物时，塌岸作用结束，进入稳定状态。
　　1.2 边岸的地质形态构造
　　根据水库以往边岸的情况，一般边岸较陡、高度较高路段，都是形成塌岸较为严重路段。一般岸嘴由于受到多面风浪的侵蚀，塌岸宽度较大。凹岸和平直岸段较为轻微。岸坡上陡下缓路段，浅滩不易形成，塌岸发展速度较快。
　　1.3 水位变化
　　水位变化主要为水库运营过程中蓄水、放水造成水位变化和雨水下渗造成地下水位变化两个方面。蓄水、放水过程中，边岸土质和岩石受到水位变化的干湿影响，同時受到风蚀和日照作用下，易产生风化破碎现象，导致岩石破坏塌落。水位涨落幅度越大，边岸破坏范围越大。雨季地下水水位变化主要是由雨水随裂缝渗入土体或岩石裂隙，造成土内含水量增加，失稳后造成坍塌。
　　1.4 淤积影响
　　淤积影响主要指边岸形成浅滩的时间对塌岸的影响。一般快速形成淤积而产生浅滩路段，塌岸宽度均较小。形成塌岸主要集中在蓄水期前4年，因此，了解掌握水库蓄水时间是非常必要的。
　　2 水库路段路基设计原则
　　水库路段路基勘测过程中应收集水库设计水位、淹没范围、气象等资料。详细测绘水库水位变化幅度范围内的地形、地貌及地质及受水库影响情况。设计过程中首先应考虑路基高度应能满足设计洪水频率水位要求;其次应保证路基边坡的稳定性。在设计过程中应充分考虑水库水位变幅带内受到风浪的侵袭、冲击和淘蚀。
　　3 休止角的确定
　　路基工程中，安全系数为K=1，α=φ时，抗滑力等于滑动力，土体处于极限平衡状态，达到自然休止角，此时相应的坡角就等于无粘性土的内摩擦角。库区段边坡，自然休止角α受动水力的作用，与静止状态边坡存在不同，找出α影响范围，并进行避让或提前支护，有利于工程的顺利实施及安全运营。 　　水库路段岸坡受水库冲刷、洪水季节推移力、水体浮力、冰压力、凹岸冲刷及水位变化等综合影响，简称动水压力（D=rw·I·A），休止角不断的变化，因此，对最不利休止角范围的确定关系着项目成败。一般而言，休止角最不利下滑点选在水库设计低水位+低水位时波浪冲刷深度处，通过K=M抗/M滑=（f∑Nc+clc+fb∑Nb+cblb）/（∑Tc+∑Tb），K>1.25，验算得到休止角，路基在休止角外侧通过，或在休止角范围通过开挖至稳定土层进行支护保障路基的稳定、安全。
　　4 坍岸预测
　　路线通过水库区，对于库区两侧山体的土质的物理力学性质，必须取样通过试验确定，以作为预测坍岸的依据。
　　在坍岸预测时，需综合考虑水库风速（v=风速比值×陆地风速）、浪高2h=0.073KW，波浪侵袭高hz=3.20K0（2h）tga等影响因素，从而计算得到波浪冲刷深度hd=2.5h/d。
　　对于土质路段，通过计算确定得到的休止角α，受降雨量、土质性质、表面植被综合影响，计算所得α须增加2-2.5倍确定。
　　泥沙淤积严重路段，应采用稳定淤积高程，作为计算起点，通过地勘资料确定的匀质土或非匀质土进行计算，得到坍塌棱体范围。
　　岸质路段，一般坍岸较少，主要取决于岩层的风化速度，内摩擦角等确定稳定岸坡角。
　　5 处治方案
　　当公路通过库区段以路基形式通过时，在预测坍岸段，可进行绕避或加强边坡处治措施。对于路基绕避方案不可行时，坍岸边坡主要采用以下处治方式：
　　（1）放缓边坡并进行边坡加固：路基通过坍岸段，放缓边坡，一般大于1：1.75，并沿竖向每高约6-8m设置一处边坡平台，平台宽度不小于2m。坡面设置现浇混凝土护坡，其下设置天然砂砾反滤层，以防止水土流失。设置护坡可在水库水位下落时地下水能较为顺畅地排出坡提，不会造成护坡体过大的水压力，保证了岸坡的稳定。同时为了避免护坡基础受到水流冲刷，可在基础外侧设置石笼。
　　（2）设置挡土墙：U形深窄库区段，展线时多以挖方通过，对于边坡临库处，采用沿坡面开挖至预测休止角外侧安全范围，设置挡墙对路基进行支护。挡土墙适合于下伏完整基岩，土层小于6m的土质或混合型岸坡。此种方式是运用最广、造价较低的支挡工程。正常水位以下宜采用普通挡土墙，正常水位以上考虑加筋挡土墙。
　　（3）設置抗滑桩：因库区水位不断起落影响，带走阶地前缘土体，部分坡积体受软弱面影响产生滑坍，通过设置抗滑桩保证土体稳定。对于具有软弱夹层的易滑岩石边坡或土层大于10m，地标有明显的破坏变形迹象或已发生滑动路段，宜采用抗滑桩。其优点是可以抵挡较大的推力，治理效果好，缺点是界面大、埋深长、造价高。省道313线斑鸠水库塌岸路段土质岸坡厚8-10m，长200m，采用抗滑桩进行处理，共布设抗滑桩42根，桩长25m，直径1.5m，桩间距5m，嵌入岩层平均深度10m。
　　（4）桥梁跨越：部分库区段受实际地形限制，支护困难，要进行路基处理时，代价极其高昂，针对此种情况，采用桥梁方式通过，避免过渡支护及保证运营安全。
　　（5）锚杆、锚索框格防护：路基通过土层大于6m，坡度较陡的土质，以及强风化的岩石岸坡稳定性较差路段。休止角影响范围受风化、破碎影响，岩石易崩坍变形，采用锚杆、锚索框格对边坡进行加固，保证边坡的稳定、安全。采用预应力锚杆或锚索框格防护中现浇混凝土框格起到传力作用，框格梁与坡面的接触面积大，可减小坡面反力，同时它的整体刚度大，使坡面的受力、变形较均匀。因此，此方法适用于松散堆积层滑坡的治理。
　　6 结语
　　公路通过库区时，应从库岸再造影响因素入手进行多因素治理设计，根据库岸再造速度、特点、库水位变化等，分段分区设计防护工程，根据实际地形、地质、水文条件，应用科学的方法，提前预测休止角的影响范围，在搜集水库资料、工程地质和水文地质调查后，采取针对性的处治方案，可有效保障后期路基安全，关系着项目的成败，意义重大。省道313线宕昌（南河）至迭部二级公路所经库区综合采用桥梁、挡墙、抗滑桩等多种处理方案，经过约10年的运营，现有路基安全稳定，说明水库路段的处理方案是可行的。
　　【参考文献】
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