沿河公路河水对路基稳定性能的影响

摘 要：我国大部分山区公路沿河而建，河水对公路路基的影响较大，其失稳破坏现象时有发生。因此研究河水对路基稳定性的影响是非常有必要的。本文对沿河公路路基稳定破坏的主要原因做了相关分析，阐述了路基稳定性破坏机理，并提出了防护路基的基本结构形式，对沿河公路的建设及发展具有重要意义。

关键字：公路；路基；河水

中图分类号：U416 文献标识码：A

引言

随着我国经济及交通事业的快速发展，公路的建设越来越快，交通状况也逐渐得到了极大改善。但在山区公路建设中，公路路线大都沿河布置，与河道并行，施工单位一般通过河流流动作用形成的阶地来修筑路基。当在河水两岸修筑半填半挖式路基，或在河漫滩上沿河堤修筑路基时，路基其中一侧不可避免的会成为山区河水的堤岸。另外，由于山区天然型河道本身有一定的弯曲性，河水会以凹岸冲刷和凸岸淤积的形式环流，这样，路基由于受到水流的冲刷而导致边坡的塌陷，直接影响到路基的稳定性及使用性能。每年由于山区沿河公路路基失稳而导致交通停歇或中断的事件不断涌现，这种由于路基失稳而带来的灾害不仅影响了山区交通的发展，而且还影响了当地的经济建设与区域发展，为了避免这种灾害的频繁发生，对沿河公路路基的稳定性研究近些年已经成为了山区公路地质灾害研究的热点课题。

一、沿河公路路基稳定破坏的主要原因

山区河流具有季节性，其水文特点是河水流域区坡面陡，水流流速快，河水水位及流量受气候的影响，这种季节性流位对沿河路基有间歇性的冲刷及侵淘作用，对路基稳定性影响严重。总体而言，影响沿河路基稳定性能的因素表现在三个方面：

（一）首先，防护设计及施工方面的不合体。一般在沿河公路路基都设有防护工程，防护工程自身设计上的不足，如基础埋深不达标，路基就会在水流的急速冲刷作用下出现明显的外露现象，而导致防护部分失效。

（二）其次，公路的修筑对河岸原貌的影响。因为公路沿河修筑，不可避免的会对河流原来的岸间地形、河道形态造成一定的影响，河流的水文性质也遭受一定的变故。尤其是修筑路基占据大部分河道时，在洪水发生期路基受到河水浸泡的同时也受到的强烈的冲刷作用，这种作用强度有时会很强，导致公路路基局部或整体失稳破坏。

（三）最后，沿河公路路基的线路布置。公路路基沿岸布置形式多样，当沿弯曲河流凹形布置时，会受到一定的侧侵作用。凹形河段受到河水的冲刷侵蚀作用，这是天然河水发展的自然趋势，若施工时对这种自然过程有所限制，路基防护结构将不可避免的代替凹形河段而不断受到河水的淘蚀作用，当这种淘蚀作用达到一定的强度时，就会引起公路路基及其防护构筑物的失稳破坏，严重时会使路基遭到毁坏

二、河水对沿河公路路基稳定性的影响机理

（一）河水对结构完整的路基防护结构的影响机理

结构性完整的路基防护结构，即本身不存在裂缝或缺陷的结构。当结构物侧表现是光滑的，其受到的河水作用主要是静水压力，静水压力的存在对结构物稳定性能是有一定的正面作用，但若结构物由于材料或其他方面的原因导致侧表面粗糙，这时，结构物在河水的作用下，除了受到水压力的作用，其凸起部分还受到一定的剪切作用。静水压力的存在对结构的影响是极小的，甚至是有利的，但是剪切力是水流作用的影响，当结构物受到极大的剪切力时就会使原来的凸起部分剥落，甚至出现剪切破坏。当结构物由于剥落而使其表面粗糙度增大时，这种剪切效果更加明显，路基及防护结构就会在河水的不断作用下逐渐失稳。若结构物破坏并未及时加以修复，其因剪切引起的破坏更加容易。

（二）河流与公路的位置对路基稳定性的影响机理

公路路基沿河岸布置形式多样，当沿河路基布置在河流直线岸坡段时，河水对路基的冲刷作用较弱，对结构的稳定性影响较小。右岸岸坡路基所受淘蚀作用比左岸岸坡明显，这是由于科里奥利效应的存在导致了河水偏向右侧运动。当沿河路基位于河流凸岸段时，路基几乎不受河水淘蚀作用的影响，因为河曲凸岸是河水横向环流的堆积区，而不是淘蚀区，这就间接性地影响不到公路路基的稳定性能。其影响时受力如图1所示。

（a）路基位于河流直线岸坡（b）路基位于河流凸岸段

图1 路基与水流的相对位置对其受力的影响

三、沿河路基防护的基本结构形式

由于沿河水流对公路路基的冲刷作用，导致水路基坡脚的后退，沿河路基边坡稳定性能受到了极大影响，因此，应加强路基防护工作，确保沿河路基稳定性能。对沿河公路路基的防护分为直接防护和间接防护两种形式，其对路基稳定破坏的防止有不同的作用。

（一）直接防护

直接防护一般是通过在凹边路基边坡上设立防护抗冲结构而达到抵抗水流淘蚀和冲刷的作用。分为高水位护坡和低水位护坡两种形式，高水位护坡有抛石护坡、挡土墙护坡和护坦防护等形式，低水位护坡一般采用植被护坡。其形式如图2所示。

1.抛石护坡

抛石护坡是为了防止水流对基础的冲蚀而带走抛石，抛石边坡不可以太陡，也不可大于抛石水下休止角，是沿河路基最常见的直接防护措施。

2.挡土墙护坡

当浸水的路基填土较高时，就应该综合考虑路基边坡冲刷的范围、河道水位等因素。当河路基的稳定性验算后不满足要求是时，就可以采用挡土墙护坡的方法。

（a）抛石护坡（b）挡土墙护坡

图2 直接防护的四种防护结构

（二）间接防护

间接防护是通过改变水流的性质来达到防护的目的，可以降低流速、调整流向、减轻水流对凹岸路基的侵蚀作用。主要有丁坝与丁坝群两种防护形式。丁坝可以改变河流局部流动形态，改善流道，维护岸线，保护路基；当丁坝不足以防护整段路基时，常采用丁坝群的方式，即将多个丁坝组合在一起作用，其布置有两种经典方式：高冬光教授建议的XG 法和美国联邦公路总署研究报告(FHWA-IP90014)建议的FHWA法，但不论哪种方式，布置中首坝都必须在水流转折处的上流，使其能够很好地控制主流，防止过早破坏路基稳定性。

四、结语

沿河公路路基的稳定性破坏，会直接性地影响到公路是使用，从而对人民的生活、生产和经济带来巨大影响，因此，我们必须有足够的重视，除了了解河水对沿河公路路基的影响因素及机理之外，还要加大防护力度，以免造成后期处理的难度及路基破坏的继承性。在以后的工程中，更要依据具体施工路段的河水地形特点，选择切实合理的施工及防护措施，保护沿河公路的安全，防止灾害的发生。

参考文献：

[1]重庆交通科研设计院 .交通部科技项目－山区公路沿河路基动态失稳机理与防治技术. 2005，10.

[2]张丽娟.松散堆积体沿河路基稳定性研究：[硕士学位论文].重庆：重庆交通大学，2008.

[3]田伟平，李惠萍，高冬光，沿河路基冲刷机理与冲刷深度，长安大学学报(自然科学版)，22(4)，2002.

[4]田伟平，李惠萍，沿河路基的护坦冲刷防护试验研究，中国公路学报，15(4)，2002.

[5]田伟平，李惠萍，武炎，沿河公路的丁坝群冲刷防护试验研究，重庆交通学院学报，22(3)，2003.