中巴公路布红段路基病害及防治工程研究

2020-12-23孙云龙罗文功

西部交通科技 2020年8期

孙云龙罗文功

摘要：中巴公路作为中巴经济走廊要道，近年来因沿线路基破坏逐渐受到关注。中巴公路布红段路基破坏形式主要表现为：泥石流破坏和水毁破坏，破坏性强，危害严重。研究发现，区域地质地形条件、气象和水文因素均会造成公路沿线路基破坏，产生公路局部和整体病害，影响道路通行。文章在道路路基病害特征的基础上，给出了针对性的防治手段和建议，对于中巴经济走廊安全畅通和区域经济交流有一定的意义。

关键词：中巴公路;路基破坏类型;防护措施;地质灾害

中图分类号：U416.1A200714

0 引言

中巴公路布红段（布伦口-红其拉甫段）为中巴公路国内段连接巴基斯坦国内喀喇昆仑公路的重要部分，全长约258 km（如图1所示）。沿线地形地质复杂、气候多变，公路常受到洪水、泥石流和滑坡等病害侵扰，畅通能力欠佳。

近年来对于本研究区的成果较为丰富，涵盖了泥石流、滑坡、冰川灾害和道路雪害等地质灾害[1-13]，其中以泥石流灾害研究最为丰富[1-5]。本研究经过实地调研和分析历史资料发现，当前中巴公路布红段路基破坏类别主要包括：泥石流破坏、水毁冲刷破坏和不良土质破坏，其中不良土质破坏程度较轻。通过对各类灾害成因进行分析，发现研究区地形、地质、水文和气象条件为路基病害的主要成因。本研究在路基破坏成因和破坏现象的基础上，对公路路基病害进行针对性防治研究，以期达到路基安全稳固和免于重复性破坏的效果。本研究对于保障中巴公路国内段的畅通和安全稳定起到重要作用，对于新疆地区和中巴两国的经济发展有着一定的推动作用。

1 研究区路基破坏类型和分布特征

1.1 路基破坏病害类型

（1）泥石流冲刷破坏

泥石流的发生条件包括：地形条件、物源条件和水流条件[14]，布红段主要为中小型沟谷型泥石流和山坡型泥石流间断分布，沿线泥石流段落长度一般在20～100 m，破坏较为严重。

（2）水毁破坏

公路水毁破坏通常是指，暴雨洪水、冰雪融水及河道水流等造成的公路结构及公路附属结构物破坏的统称[15-16]，当前研究区公路沿线常见的水毁破坏为河道水流冲刷破坏。踏勘发现水毁累计段落长度达18 km，洪水期对沿河路基冲刷危害总体达到轻微-中等，局部无防护构造物路段冲刷强烈。

1.2 路基病害分布及灾害特征

根据中巴公路布红段实地踏勘及历史资料收集，对公路沿线主要路基病害分布区间进行划分，如表1所示。

2 路基灾害成因分析

2.1 气象因素

中巴公路布红段整体气候属暖温带干旱气候，研究区整体年平均气温5 ℃以下，最高气温32.5 ℃，最低气温-39.1 ℃，年平均降水量为77.5 mm。研究区处于高原气候区和高山带气候区，整体温度较低，山体冰雪堆积发育，偶遇极端水热条件时，会随着日照和气温的增强，加速冰川和积雪的消融，为下游河流和沟道提供丰富的水源补给，河道水位激增，同时助增水毁、泥石流及水石流等灾害的隐患。

2.2 水文因素

研究区水源条件主要为塔什库尔干河和喀拉库里河，两条河流水源补给均为春季融雪和夏季冰川融水，水势较大，冰川融水比例可占到年径流的45%～55%。研究区河道水流主要来源于冰雪融水，春夏季节随着冰雪消融作用增强，河道水位激增，对沿河公路路基造成极大的冲刷，易滋生公路水毁破坏。

2.3 地形地貌因素

研究区属于西昆仑山及喀喇昆仑山高山地貌，区域地貌形态在强烈的新构造运动和外应力作用下，形成多种地貌类型，海拔高程介于3 280～4 733 m之间。公路沿线地形起伏，加之上山体碎屑物源材料和冰雪融水丰富，易在短时间形成泥石流灾害，对公路交通的安全稳定造成影响。

2.4 地质因素

研究区地层岩性较为复杂，自元古界-中生界-新生界的地层均有分布。在多种地质构造作用下，断裂带、褶皱以及新的隆起作用发育，在地形、气象和水文的共同作用下，山间不良地质岩性发生崩塌、脱落和溜石作用，逐渐存储于山间沟谷地带和山麓，为后续地质灾害提供了隐患。在此基础上，易发生碎落（崩塌）、泥石流和强震等地质災害，对沿线公路造成不同程度的破坏。

3 路基病害防治技术和工程实例

3.1 针对性处理措施

针对中巴公路布红段各类地质灾害频发且危害严重，现给出较为合理的针对性防治措施和防治技术，详见表2。

3.2 水毁工程防治实例

经对中巴公路布红段踏勘，初步统计水毁影响段落主要有两段，即：K1637～K1651和K1870～K1874段，累计段落长度达18 km，洪水期对沿河路基冲刷危害总体轻微-中等。水毁破坏主要表现为路基坡脚冲刷和淘蚀，水流顶冲段局部堤岸发生坍塌。其中，工点桩号K1640+150～K1640+300处弯道水流顶冲段落，洪水期间受到水流强烈冲刷，路基边坡坡脚冲刷强烈，局部路段边坡塌陷影响车辆通行。

2015年群发性水毁后对中巴公路进行重修和部分改线，对水毁工点K1640+150处前后进行路基边坡防护，考虑采用路肩挡墙搭配丁坝群的形式。设计期间，对该工点附近桥梁墩台局部冲刷深度进行数据收集、计算。

水毁工点附近K1685+625处大桥概况如下：河道宽度为120～180 m左右，平均河宽约为150 m;河槽最大水深为1.8 m，河槽水位量测均值为1.34 m;河床泥沙平均粒径为0.5 mm;其他基础参数通过实地量测和统计获得式（1）。

式中：hb为桥墩局部冲刷深度（m）;Kη1为河床颗粒影响系数;Kξ为墩形系数，可按附录B选用;B1为桥墩计算宽度（m）;V0为河床泥沙起动流速（m/s）;V′0为墩前泥沙起冲流速（m/s）。

计算得hb为0.55 m，即：局部冲刷深度为0.55 m。

根据最大冲刷深度为一般冲刷深度和与部冲刷深度之和，最大冲刷深度共计2.45 m。

丁坝、导流坝等构筑物可沿用桥墩冲刷深度进行设置，冲刷原理相似。故2015年后在中巴公路重修期间，根据K1685+625处桥梁墩台最大冲刷深度值，K1640+150处“丁坝群+挡墙”组合结构埋置深度设置>3.0 m，满足极端水流最大冲刷深度要求。防护工程落成后，整体防护效果较好，路基边坡防护稳固，未见严重水毁破坏见图4（a）。

但由于水流顶冲较为强烈，顶冲处丁坝的坝头发生破坏，坝身基础局部出露未见底，如图4（b）所示，破坏较轻，后续可在此基础上进行丁坝修复和加固，增加丁坝自身的抗冲刷破坏性能。

在水毁工程的防治过程中，常规水毁防护结构具备一定的防治性能，但各类结构防治特性单一，当水流条件较为极端（水位暴涨、挟沙能力大、流速急和下切能力强等）时，单一防护结构无法满足防治强度，造成结构本身破坏，最终影响公路路基边坡的安全稳定。进行多种防护结构搭配组合，可有效防止单一防护结构的弊端，做到稳固持久，从而保护路基安全，避免重复性水毁带来的一系列问题。当研究区工点段水毁灾害较为强烈时，推荐因地制宜采用针对性组合型防护结构，并严格保证其基础埋深，一般≥3.0 m。

3.3 泥石流防治工程实例

在中巴公路K1682+000～K1694+500段苏巴士达坂前后存在小型泥石流3段，影响长度达0.84 km，灾害危害程度较轻微，早期泥石流常常淤埋路面，清理须耗费较大的人力物力，泥石流灾害无法得到较好的防治。

近年来，在泥石流路段原有老路基礎上设置了苏巴士五桥、六桥、七桥、八桥、九桥等桥，拉高了路基高度，放大了桥涵孔径，并设置配套排导设施，如图5所示。

根据工点附近K1685+625处大桥的桥梁墩台最大冲刷深度2.45 m，苏巴士达坂段落桥涵结构墩台及其配套拦挡坝所设基础埋置深度均为3.0 m，满足泥石流及水石流发生时的水流冲刷要求。

加之本段落内三段泥石流本身规模较小，属小型沟谷型泥石流，泥石流发育基本已稳定，如图6所示，使现状泥石流对苏巴士达坂段落路基影响较小，泥石流防治效果较好。

泥石流多发区的中小型泥石流灾害会破坏公路结构，优先采用下述选线和防治方案：

（1）尽可能采用避让的选线方案。

（2）没有避让条件的，可采用桥梁跨越。应尽可能在流通区、山谷较窄处采用大跨径桥梁一次跨越，同时采取必要的拦、排措施，降低泥石流冲击力，减小影响范围，顺利将泥石流排至路线范围外。

4 结语

（1）中巴公路布红段路基病害分布区域广、灾害破坏性较强，路基破坏形式主要为：泥石流冲刷破坏、水毁破坏，其他病害较轻微，研究区路基病害的成因主要包括：气象水文、地质地形要素等，在水动力因素、地形地质条件共同作用下，布红段泥石流及水毁灾害频发，危害严重。

（2）本研究针对不同路基病害类型给出了针对性防护措施，分析了各防护措施的优势和适用性，经泥石流和水毁防治实例验证发现，因地制宜开展路基病害防治实用性强，防治效果好。本研究有效的防护方式及类型可为本地区以及疆外公路病害治理和路基防护提供参考和借鉴。

参考文献：