王愛(ài)軍
(福建省福州市連江公路事業(yè)發(fā)展中心,連江 350500)
福建省地形素有 “八山一水一分田” 的特點(diǎn), 約有85%的土地面積為低山丘陵。 長(zhǎng)期以來(lái),地形限制影響著福建省內(nèi)外的交流便利性。為改善福建省的交通狀況,國(guó)家與省政府投入大量經(jīng)費(fèi)建設(shè)各級(jí)公路,至“十二五”末,全省基本實(shí)現(xiàn)了高速公路“三縱八橫”、國(guó)道“二縱二橫”、省道“八縱九橫”和農(nóng)村路網(wǎng)建設(shè)任務(wù),促進(jìn)了全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的大力發(fā)展[1]。然而,受全球氣候變化的影響,區(qū)域性和局地性強(qiáng)降雨過(guò)程頻度增加、強(qiáng)度加劇,并在起伏的地形特征疊加作用下,使福建省公路邊坡災(zāi)害(如滑坡、泥石流、崩塌等)發(fā)生幾率大大提高[2]。2005 年10 月4 日,受臺(tái)風(fēng)“龍王”帶來(lái)強(qiáng)降雨影響,福州武警指揮學(xué)校駐地遭泥石流襲擊, 造成85 人死亡的重大事故;2010 年6 月13-27 日,閩西、閩中等地出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的暴雨,導(dǎo)致三明、南平等市大范圍內(nèi)發(fā)生山體垮塌、洪水、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,阻斷交通干道,嚴(yán)重限制災(zāi)區(qū)交通運(yùn)輸安全,造成77 個(gè)縣級(jí)行政區(qū)范圍內(nèi)的922 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、總計(jì)404.86萬(wàn)人受災(zāi),直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)144.6 億元[3]。 本文擬在總結(jié)歸納公路邊坡災(zāi)害類(lèi)型、成因的基礎(chǔ)上,著重對(duì)各類(lèi)型災(zāi)害的防治對(duì)策與綜合治理方法進(jìn)行一步探討, 為公路邊坡防護(hù)和處理等工作的優(yōu)化提供理論依據(jù)。
邊坡落石是影響公路正常運(yùn)行的常見(jiàn)災(zāi)害之一,由于前期公路建設(shè)時(shí)對(duì)巖體挖掘形成大面積的裸露坡面,坡面上部巖層出現(xiàn)墜空面或陡崖,具有較大的勢(shì)能,在物理風(fēng)化與水力侵蝕的作用下, 巖石附著力小于其本身重力, 導(dǎo)致高處的巖石向下墜落從而影響公路路面的災(zāi)害現(xiàn)象。此類(lèi)災(zāi)害隱蔽性強(qiáng),破壞力較小但極易使公路上駕駛?cè)藛T受驚失控,從而引起較大的安全威脅。
崩塌是指公路邊坡巖土體上部巖土受雨水、滯水、重力、震動(dòng)等作用,其淺層巖土整體坍塌、崩解,移動(dòng)至中下部相應(yīng)坡度較緩的位置[4]。 按公路邊坡巖土體的移動(dòng)距離、水分含量及重力作用大小劃分,可細(xì)分為坍溜、坍塌和崩塌(狹義)。其中,坍溜和坍塌主要受雨水、上層滯水影響,在雨季中常見(jiàn),且移動(dòng)距離較短,具有半流體態(tài)特征,規(guī)模較小,危害程度較崩塌低。狹義的崩塌則是在重力為主要誘導(dǎo)因子,在風(fēng)力、地震活動(dòng)等作用下,陡坡上的巨大巖土體突然向下整體翻落或崩解后往下傾倒, 運(yùn)動(dòng)時(shí)還會(huì)與坡面磕碰并崩解體間相互碰撞的過(guò)程[5]。其發(fā)生隱蔽性強(qiáng),預(yù)測(cè)預(yù)警過(guò)程短,破壞力和破壞范圍極大,往往會(huì)影響公路正常運(yùn)行的車(chē)輛,造成重大事故。
此類(lèi)災(zāi)害主要發(fā)生在公路的土質(zhì)邊坡上, 常由短期強(qiáng)降雨造成,尤其在東南丘陵區(qū)花崗巖強(qiáng)風(fēng)化砂土層,此類(lèi)災(zāi)害較為常見(jiàn), 大量分布于山體中上部坡度大于35°,下部山體坡度大于25°,沖溝坡度10°以上的公路邊坡[2]。其中,因強(qiáng)風(fēng)化砂土層顆粒粗、粘粒含量少,抗沖能力弱,在強(qiáng)降雨作用下易形成淺層滑坡順坡面或沖溝快速下滑,土體在前期降雨與大暴雨作用下已經(jīng)飽和、膨脹并軟化, 滑動(dòng)過(guò)程中, 陡坡區(qū)的地表徑流大量匯集來(lái)不及下滲,坡體水力梯度達(dá)到臨界水力梯度,促使土體液化并轉(zhuǎn)化為坡面泥石流。
由于在公路施工過(guò)程中, 對(duì)邊坡開(kāi)挖會(huì)形成路塹邊坡,造成巖土體的抗剪強(qiáng)度下降,原有的穩(wěn)定坡體的穩(wěn)定性也隨之下降。 高陡邊坡(大于30°)的部分巖土體在強(qiáng)降雨作用下,巖土體膨脹變形失穩(wěn),沿土壤與巖土體交界面(或稱(chēng)軟弱面、軟弱帶)整體向下滑動(dòng),形成厚度1~2 m 的淺層滑坡。 此外,降雨會(huì)導(dǎo)致公路邊坡上的古滑坡體復(fù)活,使已有滑坡體再次發(fā)生大規(guī)?;瑒?dòng),這也是影響公路邊坡的重要災(zāi)害之一。一般而言,滑坡災(zāi)害規(guī)模較大、治理工程投資也相應(yīng)較大,屬于邊坡災(zāi)害防治中的難點(diǎn)問(wèn)題。
(1)物質(zhì)基礎(chǔ)
東南沿海丘陵區(qū)地質(zhì)環(huán)境十分脆弱, 以變質(zhì)巖和少部分沉積巖為主,在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和環(huán)境因素的共同作用下,地表主要出露強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖, 表層土壤為花崗巖風(fēng)化形成的紅粘土,在公路建設(shè)的坡麓地區(qū),發(fā)育大量的坡積裙。 這些巖土體具有吸水性好、排水性差、抗沖性差等特點(diǎn),力學(xué)強(qiáng)度低,同時(shí)存在風(fēng)化差異面或堆積面等相對(duì)軟弱面[6],在長(zhǎng)期降雨的作用下,土體含水量飽和后發(fā)生膨脹,孔隙水壓力加大后土體軟化,滑動(dòng)面摩擦力降低,進(jìn)而發(fā)生滑坡。
(2)動(dòng)力條件
公路邊坡災(zāi)害主要發(fā)生在坡度大于25°的山坡,其坡度越大,巖土體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化潛力就越大,綜合型災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)性就相對(duì)提升。 東南沿海丘陵區(qū)公路邊坡中除河流兩岸階地和坡腳山地為坡度小于25°的緩坡外,山坡中上部多為25°~40°的陡坡, 且溝谷切割深度多在200 m 以上,為滑坡、泥石流等公路邊坡災(zāi)害的形成提供了動(dòng)力條件[7]。
(3)觸發(fā)因子
強(qiáng)降雨是公路邊坡災(zāi)害的主要觸發(fā)因子, 而東南沿海地區(qū)降雨具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣、降水強(qiáng)度大、強(qiáng)降水區(qū)域集中的特點(diǎn),尤其是在每年的臺(tái)風(fēng)季節(jié),隨之而來(lái)的暴雨過(guò)程極易誘發(fā)沿海公路的邊坡災(zāi)害。此外,由于沿海海風(fēng)大,風(fēng)中夾雜著高鹽分顆粒,促進(jìn)公路邊坡裸露面的風(fēng)化過(guò)程及化學(xué)分解過(guò)程,從而造成巖性松軟,進(jìn)一步提高了公路邊坡災(zāi)害發(fā)生的可能性。
(4)坡面植被抑災(zāi)功能低
福建省森林覆蓋率雖高居全國(guó)第一, 但以毛竹、杉木、馬尾松等人工林為主,闊葉樹(shù)種、灌木所占比例較少。毛竹、杉木根系淺,主根不發(fā)達(dá),馬尾松受松材線(xiàn)蟲(chóng)病影響,生態(tài)功能急劇降低,因此主要人工林樹(shù)種對(duì)坡面水分及坡體的保水、錨固、抗滑能力有限。 在持續(xù)強(qiáng)降雨與特大暴雨作用下,土體表層膨脹、軟化,土壤層與巖土層接觸面形成滑動(dòng)面,造成坡體失穩(wěn),加上毛竹、杉木、馬尾松自重及風(fēng)力影響,表層土壤沿接觸面發(fā)生溜滑,出現(xiàn)瀉溜型的淺層滑坡。
(1)當(dāng)防護(hù)工程缺失或防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)偏低時(shí),公路建設(shè)形成的切坡、高邊坡和高臨空坡體,在極端降雨條件下是邊坡災(zāi)害的集中發(fā)生區(qū)。 道路建設(shè)往往造成坡面水文路徑改變,道路以上坡體地表徑流沿道路排泄,而道路缺乏排水設(shè)施,強(qiáng)降雨往往造成路面嚴(yán)重沖刷、產(chǎn)生裂隙,徑流沿道路裂隙下滲,進(jìn)而引發(fā)道路下部山體發(fā)生滑坡。
(2)公路邊坡養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平缺失
在當(dāng)前公路養(yǎng)護(hù)工作中,著重于路面保養(yǎng)、綠化種植等方面,缺乏對(duì)邊坡的防護(hù)工作,或者職能劃分時(shí)未明確邊坡工程的養(yǎng)護(hù)方,容易造成路面養(yǎng)護(hù)水平高、邊坡工程卻出現(xiàn)損害的現(xiàn)象。此外,公路邊坡養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范主要針對(duì)的是高等級(jí)公路,缺乏中低等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)的規(guī)程,難以達(dá)到養(yǎng)護(hù)工作均有據(jù)可依的程度。 因此,在加強(qiáng)公路邊坡日常養(yǎng)護(hù)工作的同時(shí),應(yīng)盡早出臺(tái)普通公路邊坡養(yǎng)護(hù)的技術(shù)規(guī)范,達(dá)到公路養(yǎng)護(hù)工作綜合化、整體化的最終目的。
針對(duì)公路使用者對(duì)邊坡災(zāi)害危害認(rèn)識(shí)不足,防災(zāi)、減災(zāi)意識(shí)淡薄的現(xiàn)狀, 建議加大公路邊坡災(zāi)害的科技知識(shí)普及,提高群眾本身的防災(zāi)、減災(zāi)意識(shí)與水平;同時(shí)逐步建立群策群防體系,實(shí)現(xiàn)公路全路段全民防災(zāi)、減災(zāi),同時(shí)制定災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)警、預(yù)防方案,最大限度地規(guī)避和防治邊坡災(zāi)害。
采用以防為主、多種治理措施并用的策略,對(duì)公路路段內(nèi)所有潛在邊坡災(zāi)害點(diǎn)登記在冊(cè),定時(shí)監(jiān)控,強(qiáng)降雨時(shí)期隨時(shí)監(jiān)測(cè),預(yù)防邊坡災(zāi)害的發(fā)生。從時(shí)間和立體結(jié)構(gòu)出發(fā), 通過(guò)生態(tài)工程防護(hù)措施配套巖土工程防護(hù)措施的方法,邊坡治理初期主要運(yùn)用巖土工程措施的攔擋效果,后期巖土工程功效減弱時(shí)發(fā)揮生態(tài)防護(hù)技術(shù)的根系錨固和攔水截沙作用和景觀(guān)美化功能。
關(guān)注國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài), 掌握公路邊坡防護(hù)中已有的新技術(shù)、新方法,根據(jù)東南沿海丘陵區(qū)的地貌特征、環(huán)境狀況、地質(zhì)條件,積極引進(jìn)適合于本區(qū)公路邊坡防護(hù)的新技術(shù),或在區(qū)域內(nèi)公路邊坡上開(kāi)展自主研究,歸納總結(jié)出適合本區(qū)的新技術(shù),提高防護(hù)技術(shù)水平和使用年限,編撰有據(jù)可依的技術(shù)手冊(cè), 為公路邊坡災(zāi)害防治發(fā)揮有效的促進(jìn)作用。
2017 年10 月, 福州市連江公路事業(yè)發(fā)展中心接養(yǎng)省道308 線(xiàn)黃岐至潘渡段公路, 其中黃岐至筱埕段就屬于典型的東南沿海丘陵區(qū)公路。 該路段邊坡受海洋氣候影響較大, 現(xiàn)場(chǎng)邊坡綠化防護(hù)成活率不高, 造成坡面裸露,風(fēng)化嚴(yán)重,且有局部發(fā)生溜方掉塊現(xiàn)象,對(duì)過(guò)往的行人和車(chē)輛造成嚴(yán)重威脅。
考慮大面積削坡帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān), 在結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料后,福州市連江公路事業(yè)發(fā)展中心采用SNS 柔性防護(hù)網(wǎng)防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)裸露坡面、 避免松散破碎的石質(zhì)邊坡向路面掉落石塊[8]。
(1)坡面預(yù)處理
依據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》(JTG H30-2015)規(guī)定的與坡腳及高空作業(yè)相關(guān)的安全措施, 特別是坡腳處交通疏導(dǎo)和隔離,應(yīng)設(shè)置簡(jiǎn)易管架并安裝擋板,消除落石隱患。應(yīng)在坡面的上部和中部設(shè)置安全繩錨桿,施工人員利用安全繩清除坡面及坡頂浮石浮土和綠植, 做好局部地形修整工作,并確定好便于施工鉆孔的4.5 m × 4.5 m 規(guī)格的錨桿孔位。
(2)鉆孔
選擇好錨桿孔位后, 在前期修整的低凹處鉆取錨桿孔位,鉆孔深度大于錨桿外露環(huán)套的長(zhǎng)度(一般孔深應(yīng)比錨桿長(zhǎng)度長(zhǎng)5 cm 以上), 以保證錨桿整體埋入邊坡內(nèi),一般口徑為20 cm,深20 cm。 為了方便灌漿和保證灌漿的飽滿(mǎn),錨桿孔向下傾斜與水平方向的夾角應(yīng)不小于15°,并盡可能使錨桿和坡面垂直, 充分發(fā)揮其垂直錨固力的效應(yīng)。鉆鑿錨桿孔時(shí)以5 m 深度鉆孔并清孔,且孔徑應(yīng)≥5.5 cm。
(3)注漿
注漿液標(biāo)號(hào)為M30, 宜用灰砂比1∶1~1∶2、 水灰比0.45~0.50 的水泥砂漿或水灰比0.45~0.50 的純水泥漿。為確保漿液固體作用良好,選用500 號(hào)水泥(42.5 普通硅酸鹽型)、粒徑≤3 mm 的中細(xì)砂進(jìn)行加水混合,注漿后養(yǎng)護(hù)至少3 d 才能進(jìn)行下一步操作。
(4)安裝縱橫張拉繩及格柵網(wǎng)
安裝縱橫向張拉繩時(shí)錨桿的抗拔力≥80 kN,張拉繩拉緊后若其長(zhǎng)度<30 m 時(shí)兩端用3 個(gè)繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接、長(zhǎng)度>30 m 時(shí)則用4 個(gè)繩卡,錨桿外露凹坑則用C20 混凝土灌澆填平,加大錨桿錨固力。鋪設(shè)格柵網(wǎng)時(shí),格柵網(wǎng)重疊處≥10 cm 防止?jié)L石從重疊處漏出,并用扎絲將格柵網(wǎng)綁結(jié)固定在張拉繩網(wǎng)上。
(5)安裝縫合繩
鋪設(shè)張拉繩網(wǎng)并用長(zhǎng)31 m 的φ8 鋼繩作為縫合繩,將每張張拉繩網(wǎng)與四周支撐繩進(jìn)行縫合。 縫合網(wǎng)形成后進(jìn)行預(yù)張拉, 隨后用兩個(gè)繩卡將縫合繩兩端與網(wǎng)繩進(jìn)行聯(lián)結(jié)。
東南沿海丘陵區(qū)公路邊坡受環(huán)境因素、 地質(zhì)條件等影響,災(zāi)害數(shù)量多、類(lèi)型復(fù)雜,邊坡災(zāi)害防治工作不容忽視。針對(duì)邊坡災(zāi)害的防治工作,本文提出了加強(qiáng)公路邊坡災(zāi)害的宣傳工作、優(yōu)化公路邊坡災(zāi)害的治理措施、積極采用先進(jìn)的治理方法等對(duì)策,并結(jié)合公路養(yǎng)護(hù)實(shí)例,旨在維護(hù)公路邊坡的穩(wěn)定性和公路的正常運(yùn)營(yíng), 促進(jìn)公路邊坡治理水平的進(jìn)一步提升。