灾后公路调查分析及处治建议

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  摘要本文通过公路地质灾害与地层岩性、断裂构造的内在联系和对灾后公路的调查分析,总结了公路及构造物受地震破坏的特征及特点,并建议在以后的公路勘察设计过程中加强公路工程抗震设防措施的理念,减少因灾难而造成的破坏和损失。
  主题词地震公路网支挡生命通道
  1 概述
  北京时间2008年5月12日14时28分,四川省汶川县映秀镇发生8.0级特大地震!中交第二公路勘察设计研究院先后派出40多名专家及技术人员赶赴灾后现场,进行公路灾情调查评估,并对灾后公路重建可行性方案研究,本着“保通、保畅、保安全”的原则,兼顾绵阳地区的路网规划建设,使绵阳地区的路网建设更系统更合理,让绵阳地区灾后的经济又快又好地恢复与发展。
  2 S105線震后破坏情况调查及处置措施
  绵阳市境内省道S105南起与绵竹市交界的河清镇,向北经秀水镇、桑枣、安昌镇、永安镇、擂鼓镇、北川县城、陈家坝乡、桂溪乡、平通镇、响岩镇、南坝镇、水观至清川县接壤处,全长约150公里,总体上呈北东向延伸。永安镇以南为成都冲积平原,地势较缓,以平原为主,次为丘陵、陇岗地貌,海拔高程为500-700米;永安镇以北经擂鼓这镇进入的低山-中山区,海拔高程为700-2500米,向西地貌变陡,处于前龙门山(低龙门山)-后龙门山(高龙门山)分界线上。
  省道S105线是通往北川、平武、青川等重灾区的重要交通要道,根据现阶段对沿线道路路况调查统计资料以及已经做的主要测试工作成果,部分路段目前仍然没有抢通或只有简易便道临时保通,随着雨季的来临,难以实现灾区国省干道公路“保通、保畅、保安全”。
  省道S105线路基、路面受地震严重破坏的段落较少,只需局部整治边坡,挡墙,翻修路面,公路即能恢复畅通,但其中有几段(沙湾和南坝段)受地震影响破坏严重,边坡垮蹋严重,路基横向移动距离较大,路面破碎严重,临时便道路面窄,纵坡大,现行状况安全隐患较大,必须通过改线保持道路畅通.以下介绍重点路段的处理方案:
  (1)沙湾至南坝段
  S105线绵阳(桂溪至南坝)段,全线长约40公里,大部分段落通过整治边坡、重修挡墙、翻修路面等措施,公路能够恢复畅通。但沙湾至南坝段(K231+400---K236+000)长约4.6公里)路基、路面,边坡受地震影响破坏严重,无法保证道路畅通,其中道路左侧边坡高达300余米,河道被垮蹋的边坡所堵塞。为了抢险在河道的中间堆出一条临时便道,线形标准很低,纵坡大,临时便道无法错车,现行状况行车非常危险,如通过对原有老路治理无法解决,必须通过改线保证道路畅通。
  K238+000~+900左侧滑坡 K238+200~+300滑坡中的小滑坡
  K241文家山滑坡掩埋公路 K241文家山岩堰塞湖淹没公路
  S105线在南坝镇分流为:南坝-平武(A线)和南坝-青川(B线)两个方向。
  为了确保公路在灾后的通行能力达到震前的水平,结合绵阳远期路网规划情况,拟定了现有路线方案,从震后破坏严重的沙湾(K231+400)开始路线以桥跨越涪江,在涪江对岸以展线一直延伸至南坝镇对面与第二个路口垂直处以桥的形式跨江,顺接S105,经过南坝镇利用现有的路线到达南坝桥(桥长220米),再至平武,图中红线为A线,改线全长4.6公里(其中桥长为1.04公里);路线在南坝镇对面,分流为青川方向的路线长1.1公里(其中桥长为0.4公里),改线段路基宽8.5米,公路为三级公路标准,水泥混凝土路面。南坝至青川方向因受文家坝堰塞湖的影响路线已经被水淹没,建议远景规划公路,到平武方向的甘水井-青溪镇-青川的公路服务水平需提高,加快改扩建工程的进度,确保“生命线”的畅通。
  K236+000~+150南坝大桥1 K236+000~+150南坝大桥2
  南坝-青川段(南坝境内)边坡垮蹋严重,如走老线困难很大,老路被深埋10米左右,鉴于左侧边坡严重垮蹋,清理路面会造成边坡失稳,工程量巨大,即使清理了老路,若经历雨季,边坡将形成泥石流或大面积的垮蹋。经综合考虑,故把这段垮蹋边坡段落撇开,路线方案从南坝镇里面穿过,从南坝镇的第二个路口通过,在南坝镇以直线的线形通过,路线横跨三次河流,避开边坡滑塌段落,顺接S105线。南坝-平武段路线方案,如南坝大桥经检测桩基没有问题,路线方案就从原来的线位经过;如果南坝大桥经检测桩基不能利用,路线方案就从桥右侧通过。
   在修建新线的同时,要治理垮蹋的边坡,在坡角修建挡护工程,同时要疏通河道,避免在雨季来临的时候所形成的泥石流对公路造成破坏。
   设置路基下挡墙的时候,需考虑水库在蓄水和泄洪时对挡墙所造成的破坏。
   在修建新线的时候,要确保现有抢险临时便道的保通,保安全。
   在往平武方向经白草-青川方向,改扩建此条公路,避开文家山堰塞湖段落,完善公路网建设。
  (2)陈家坝滑坡段
  沿线受地震破坏的公路照片
  K182~K182公路左侧山体滑坡和崩塌 K182~K182陈家坝滑坡中断交通
  对路基裂缝,可以采用水泥砂浆进行加固和封缝;路面破损现阶段可以只采用局部修补进行处理;支挡工程的破损则需要考虑恢复重建与提高相结合的原则,采取重新修建,并且要求采用将砌片石砌筑,挤浆法施工,因为原有挡墙都是浆砌卵石砌筑,且大部分砂浆不饱满;对边坡崩落问题,现阶段对明显的、对公路危害严重的路段,采用主动或被动柔性网进行防护,配以局部的喷浆加固。
  本段有两处大型滑坡,公路皆被滑坡阻断,目前在滑坡体上和河流中设简易便道通过。若清理滑坡体,可能造成新的次生灾害,因此必须对公路改线。第一段为K177~K179,第二段K282~K284段落。
  改线段落(K177~K179)以路基的形式修建,路基长700米,然后接桥,桥长600米左右,再以路基的形式和老路顺接,路基长700米左右,路线全长2公里(桥长为0.6公里),路线等级为三级,路基宽8.5米,沥青路面,并对滑坡体进行整治,在坡角修建挡墙,同时要疏通河道,在新线修建的同时,要保证临时便道的畅通。
  K282~K284段,因老路修建在巨大的古滑坡体上,边坡崩塌严重,路线被深埋,无法清理,更无法治理,滑坡体长400米左右,坡顶相对高度300米左右,道路两侧的房屋被埋,因为本路段陈家坝大桥垮蹋,临时便道从河里通过,通过陈家坝村,在河滩开阔的地方通过,此段河道受地震抢修公路和废墟的堆积,严重挤压河道,为保证本段落路线恢复畅通,必须重建陈家坝大桥,拟定方案在靠近河滩左侧以路基的形式通过(路基长约2000米左右),后接陈家坝大桥(桥长300米),路线等级为三级,路基宽8.5米,沥青路面,路基左侧靠近边坡滑塌的段落修建上挡墙,避免造成新的崩塌对公路造成破坏.鉴于这些受地震破坏所造成的病害,除小部分改变路线方案外,大部分还要靠通过养护、不断的维修来慢慢地使边坡稳定和减少次生灾害。故应增加地方地养护队伍和设备,当然也要重点及时根治危险路段的边坡。采取有力的措施保证交通线的畅通和往来人员物资的安全。
  3.四川绵阳地区公路灾后破坏初步分析
  四川绵阳地区地震沿龙门沟三条断裂带(汶川-茂县、棉竹-江油、映秀-北川)分布,省道105、205、302、X120在平行于断裂带的地方受地震破坏严重,与断裂带垂直或者有角度的地方受地震破坏较轻。
  4:地震对公路的破坏的形式和原因
  ⑴、地震对公路的破坏的几种主要形式
  (1)临河或路基外侧临空,临河或临空半幅路基下沉、开裂。
  (2)地震导致地基液化、路基沉陷。
  (3)山体滑坡、崩塌、落石将公路推断、掩埋。由于滑坡、崩塌。
  (4)危岩,沿线部分路段边坡上分布有危岩。
  ⑵、地震对公路的破坏的原因:
  (1)公路没有设防的,或者设防低的。
  (2)公路在施工的时候没有按照设计要求来施工的。
  (3)在公路选线的时候路线在古滑坡体上的。
  (4)公路支挡设施没有考虑水库蓄水和放水的时候对挡墙的受力分析,或者在水电站修建的时候没有考虑此力对公路的破坏研究。
  (5)因为在修建公路的时候,资金少,地方经济不发达,对公路设防级别低,也是地震破坏公路的一种原因。
  (6)现行的抗震规范主要针对基本烈度进行抗震设防,在地震中桥梁结构的抗震性能目标缺乏明确的定义。
  ⑶、公路地质灾害与地层岩性、断裂构造的内在联系
  5.12汶川特大地震,其主因是北川-映秀中央断裂再次剧烈活动所致,而产生的次生地质灾害,也与次级构造(节理、裂隙)、岩石的性质、结构构造等有着密不可分的内在联系。5.12汶川特大地震给公路造成的主要地质病害如下:
  1、山体在漫长的地质作用和风化作用进程中,导致岩体产生多组节理,特别是与公路近于平行的张性节理,形成了形态各异的危岩体,原本摇摇欲坠的危岩,在此次大地震作用下导致山体成片崩塌或产生大块的落石。公路旁山坡岩壁高悬,有的落差达百米,巨大的落石(有的体积达10-30立方米)从高空坠落,砸裂公路、砸毁护栏。
  2、因公路原有边坡开挖导致上部山坡岩体临空,在特大地震的强力作用下引起上部岩体顺层滑塌,滑塌将现有公路推断、掩埋。公路边坡原有的老滑坡、老崩塌在大地震强大的地震冲击力下,导致原有老滑坡、老崩塌的重新复活。
  3、由于公路山体岩土松散的不稳定山坡,原山坡已处于极限平衡状态,在特大地震的强力作用下,形成新的滑坡、泥石流或崩滑等。
  4、由于地震引起主断裂的运动及各次级断层的错动作用,造成公路水泥砼路面开裂、局部隆起等。
  5、公路路基部分地段原本就有的沉降不一或地基不稳现象,在此次大地震强大的地震冲击力下,形成路面局部沉陷和和垮塌。
  5、公路工程抗震设防技术措施:
  (1)对第一种形式的路基病害,采取的防治措施有两种,一是路基外侧存在一定宽度地基土,则采取开挖部分路肩后重新碾压回填;第二就是对临河路基,则采取设置抗冲刷的重力式挡土墙或桩基础挡土墙进行支挡。两种方式都只针对路基。此种破坏形式下路面一般破坏较严重,要求破坏严重的路面挖除(根据破坏深度决定只挖除面层还是整个路面都挖除),在对基层或路床进行补强,一般通过注浆封缝和铺设土工格栅处理,然后新铺路面。
  (2)对第二种形式的病害,则一般只进行路面补强或翻修。补强一般是采用注浆封缝+罩面处理,翻修则是对路面开裂破损严重的路段,首先挖除路面面层,然后在对基层行补强,一般通过注浆封缝和铺设土工格栅处理,然后新铺路面。
  (3)对第三种病害,则应考虑恢复重建与保通相结合,按新建公路程序进行,新线方案的确定要综合考虑地区新的路网规划、该段地形地貌和工程地质条件等因素。
  (4)对第四种形式病害,首先考虑清理危岩,对清理方量大,且废方处理困难的,考虑采用SNS柔性网进行主动或被动防护,在震后相当长的时间内要增加公路防护和维修公路的设施和人员。
  (5)在地震区,高架桥梁不仅在横桥向设置抗震挡块,顺桥向也应设置防落梁构造措施,而且应适当提高构造措施的级别。适当加宽桥墩帽梁的尺寸。2)高地震烈度区,高架桥必须设置横桥向抗震挡块,并应适当加强。3)在7度以上城市的城市轨道交通高架车站慎用独柱式桥梁车站等。
  针对我国尚缺少完善的抗震分析方法和专门的结构抗震设计规范的现状,建议迫切解决的五个关键问题:
  1、合理的地下结构动力分析模型;
  2、合理的区域地震烈度等级和工程抗震之间的关系模型;
  3、应建立及时的工程地震预警分析;
  4、震区公路网的布设分析及震后灾害结构物的修复规范;
  5、地震动力损失及设防的标准;
  6、反思与建议:
  山区公路的选线要遵循“地质选线”的基本原则,不能与强烈的地震断裂带进行面对面的对抗。地质人员一定要深入的了解断裂带和地质构造所造成的安全隐患,作出路线方案安全可行的分析报告。一般来讲:面对重要的地质问题,首先应该是采取绕避措施,无法绕避时,应采取一些切实有效的解决措施。各等级的公路设防要求不一样,如边坡的高度对各个等级的公路能否有个明确的高度规定,比如说,挖方路段,对三、四级路边坡的高度应控制在20米以内,对高速和一、二级公路,原则上应控制在30米以内,特别是在公路施工建设中一定严格按照设计图纸来修建边坡,不要为了减少工程量,和加快工程进度而草草了事,对于深路堑也是如此,比如:在修建挡墙的时候用卵石修建挡墙,在地震中大部分段落都严重垮塌。
  其次,研究开发多种边坡防护技术,以及工程措施,不仅是抗灾的需求,也是环保的要求,特别在沿溪线的下挡墙设计的时候,一定综合考虑水流流速在低值和高值时对挡墙的受力分析,以便在灾难发生时,避免因公路破坏所造成的人民财产损失和对生命挽救的延误,比如:在南坝镇由人民解放军空降某师修建的临时便桥,在灾后救援中起到了巨大的作用,但通行能力很差,部队要等6个小时左右才能通过河对岸去救援,严重耽误了挽救生命的宝贵时间,这个桥被当地人称为’生命之桥’,鉴于这些受地震破坏所造成的病害,除小部分改变路线方案外,大部分还要靠通过养护、不断的维修来慢慢地使边坡稳定和减少次生灾害。故应增加地方地养护队伍和设备,当然也要重点及时根治危险路段的边坡。采取有力的措施保证交通线的畅通和往来人员物资的安全。
  最后,公路关键工点的损毁造成灾区路网瘫痪,灾区公路多处于特殊复杂地形、地质条件地带,陡坡山体、大的潜伏滑坡及崩塌体在地震激活下对公路造成破坏后,恢复难度大,缺乏的备用救援公路给灾区救援和灾后重建工作带来了巨大的困难,这也是要在以后公路建设中考虑的问题,确保在危难来临的时候有多座“生命之桥”多条“生命之路”来捍卫人民的生命和财产安全。
  参考文献
  1、四川省交通厅川交函[2008]333号文《关于对地震灾区高速公路及国省干線公路恢复重建工程调查、检测、评估和设计等工作安排的通知》。
  2、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)
  3、《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)
  4、《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)
  5、《公路技术状况评定标准》(JTGH20-2007)
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