高海拔生态脆弱地区改建道路防护设计探讨

吴正生

建设与施工

高海拔生态脆弱地区改建道路防护设计探讨

吴正生

川黄公路（川主寺至黄龙段）道路改建工程是安徽省对口支援松潘重点援建项目之一，地处阿坝藏族羌族自治州松潘县境内，主要对现有道路进行拓宽和改建。项目设计时根据地形条件合理确定改建规模和标准，积极贯彻“安全、环保、和谐、统一”等公路建设新理念，重点改善路面，完善边坡防护、排水及安保工程等，提高行车的舒适和安全，极力营造“车在画中行，人在画中游”的行车环境。改建路线全长45km，按二级公路技术标准，沥青混凝土路面，设计时速40～60km/h。全线地形起伏较大，路线起终点海拔3000m，路线穿越雪山梁段最高海拔达4007m，平均海拔3500m以上，属于典型的高海拔地区道路。但该项目建设周期短，起点高，从生态、环保、安全和积极贯彻山区公路建设新理念等方面提出更多更高的要求。该项目在建设过程中先后数处路基边坡出现失稳，给工程建设带来很大困难。现结合高海拔地区气候、地形及地质特点，对高海拔地区道路的防护设计进行探讨，为以后高海拔地区道路防护设计提供参考。

一、高海拔地区气候及地形地质情况

川黄公路地处青藏高原东缘北部，是青藏高原向四川盆地陡跌的两大地貌单元的过渡带，是我国第一大地形的坎前转折部位，是典型的高海拔地区。高海拔地区日照强烈，昼长夜短，大部地区寒冷潮湿，冬长无夏、春秋相连、四季不明，昼夜温差大，小气候多样且灾害性天气活动频繁，雨雪与冰雹时常不期而至，有时一天能遇上四季的天气，多年平均气温5.7℃，年极端最低气温为-21.1℃。恶劣的气候条件，使每年11月份至次年的3月份因严寒被强制为停工期，一年有效施工期只有7个月左右，且受5～7月份雨季影响，实际工期不足4个月。

项目所在地区属西部典型的山地生态脆弱区，位于西秦岭造山带摩天岭地块与松潘—甘孜造山带丹巴—汶川构造岩片的接触部位，以雪山断裂为界，以北为摩天岭地块；以南为丹巴—汶川构造岩片。区内的主要构造线方向呈东西向展布。区内地形切割强烈，高差大，各种不良地质现象发育，常见有季节性冻土、泥石流、滑坡、碎石流、崩塌、危岩（石）、冰雪害、大雾等不良地质及自然灾害。同时地处地震断裂带，是地震高发区，工程建设难度大。

由于高原缺氧，空气稀薄，地材缺乏，交通不便，施工机械工效、匹配性能降低，加之高原气候条件十分恶劣，六月飞雪也不足为怪，施工环境十分艰苦，工人多有不同程度的高原反应。所以高海拔地区施工工期短、效率低，环境恶劣，工程施工难度大。

二、高海拔地区改建道路常见病害

川黄公路大多边坡坡面较为破碎，很少有坡面较为完整稳定的岩质路堑边坡。在道路改建过程中及建成后，填方路基加宽段和挖方路堑边坡失稳时有发生，主要有以下几种情况：

1.穿越不稳定边坡引起的病害

川黄公路原有路线有数处经过古滑坡，因上边坡坡脚开挖或下边坡路基填筑加载等不同程度的扰动，虽然对原有边坡开挖或填筑不多，但是也会引起失稳变形。改建过程中先后有10处路堤边坡和3处路堑边坡出现失稳变形。有的变形在路基施工过程中就出现，有的在路面施工完成后出现。此类边坡的基本特征是坡体较为平缓，坡面破碎，坡体裂隙水发育。

川黄公路K15+700～K16+680为新改线段，因原有老路在该段范围坡陡弯急，是交通事故高发地段，所以新改线段改善了纵坡和线形，大大提高了行车的安全性。但新改线K16+473～K16+730段左侧路堑边坡在开挖过程中山体出现滑塌且变形明显，如对整个滑塌边坡进行病害工程治理，不仅费用高，工期也会延长。综合考虑决定避开此不良地段，在原老路的基础上，通过改善平面线形及纵坡，增设避险车道等措施，确保行车安全。

2.水的因素引起的病害

高海拔地区昼夜温差大，日照强烈，气候多变，自然营力对边坡破坏较大，其中水对边坡的稳定的影响尤为明显。一方面边坡坡体因水的反复冻融变得更为破碎，从而引起坡面小范围坍塌，另一方面，来不及排走的坡面水下渗至坡体软弱交接面处，使之进一步液化产生蠕动变形，从而引发较大范围的坡体滑塌。

川黄公路K4+155～K4+275段右侧路堤边坡在建成通车后发生滑塌，且变形迅速，近4m宽的路基下挫约5m。经现场踏勘，并结合后期补勘资料，发现该段路基由第四系冲洪积的粉土及素填土组成，物质结构较松散，有利于雨水的下渗，连日来的强降雨，造成地表水下渗，表层粉性土透水性较强，大量雨水下渗使路基软化，降低了土体的抗剪强度，当雨水下渗至路基下部粘性土等相对不透水层时，沿斜坡向下渗流，增大了下滑力，使路基土体蠕变加速，终至失稳。

3.由于挡墙埋深不足引起边坡失稳

高海拔地区地质破碎，地形变化较大，为收缩坡脚，减少填挖工程数量，挡墙设计不可避免，且不失为行之有效的支护措施。因为高海拔地区地质破碎，有时地基承载力不能达到设计承载力要求；或承载力虽然满足要求，但挡墙落在不稳定地层上；或未做好防排水措施，地表水下渗造成地基软化等等原因，使挡墙开裂滑移，引起边坡失稳。

川黄公路K2+610～K2+640段为半填半挖路基，右侧填方路基设2m高路肩挡墙收缩坡脚，因挡墙基础落在不稳定填方松散体上，通车后挡墙滑移，路面出现较为明显的失稳变形。

三、高海拔地区改建道路防护设计探讨

因高海拔地区物资较为匮乏，交通不便，加上恶劣天气的干扰，施工及后期养护难度大。所以进行高海拔地区改建工程设计时，应从全寿命周期的角度综合考虑，做好预防措施，尽量减少施工期间的变更，降低运营期间的养护费用。

1.加强地质勘查，防患于未然

改建时需要对原有道路线形进行一定的优化与提高，不可避免对原有路基进行一定的上挖或下填，尤其一些位于古滑坡内的路段处于临界平衡状态时，改建过程中轻微的施工扰动，往往能引发路基失稳。后期处治难度大、造价高。所以在设计阶段，应加强地质勘查，尽量查明原有路段的地质情况，提前做好预防措施。对古滑坡或可能引起滑坡病害的路段，应尽量绕避；当难以避让时，应进行工点设计，在施工阶段一次根治，不留隐患。尤其值得注意的是，当对老路线形进行较大范围的改动时，需加强新线的地质勘查，因为老线可能是因为地质原因才放弃更好的选择。

2.因地制宜，保护生态

高海拔地区生态脆弱，一般海拔3000m以上树木难以生长，3500m以上灌木难以生长，4000m以上杂草难以生长。高海拔地区地质复杂，地形变化大，稍不注意，就可能造成大开挖或路基近百米掉空，给路基防护带来很大的困难，甚至留下工程隐患。所以设计阶段应树立牢固的保护生态意识，减少人工扰动。根据现场地形，因地制宜，避免高填深挖，在满足规范要求的前提下，降低线形指标要求；适当增设路基挡墙收缩坡脚，减小开挖或回填高度；清表土方应预留供后期绿化恢复；弃方不可随意堆放，应精心选择弃土场并做好弃土场防护，避免不当弃土形成新的病害。

川黄公路设计时，灵活运用技术标准及指标，精心设计平纵线形及线形组合，路基结合地形能宽则宽，宜窄则窄，给后期改建带来很大的便利。

3.重视水患，完善排水措施

因为高海拔地区地质较为破碎，日照强烈，温差大，故水对边坡的稳定影响很大。高海拔地区易引发涎流冰、冻土和泥石流，危害路基安全。所以，加强边坡的排水尤为重要。

因高海拔地区地质破碎，施工困难，且对开挖边沟进行护砌后易发生渗漏，故一般情况下可不设截水沟，但两山夹一洼处需设排水沟将坡面水引排至路基边沟；宜采取拱型护坡、菱形骨架护坡等坡面防护，以利坡面水及时排走，减少冲刷；对坡面上有明显出水点的，需增设仰斜排水孔；对渗水比较严重的边坡，需在边坡坡脚增设渗沟排水；在路堑边坡坡高小于4m，且地形允许的情况下，可采用带渗沟的浅碟形明沟排水；当坡脚设有挡墙时，可在挡背下部设渗沟并将水引至路基边沟排走。

设置渗沟能及时排走路堑坡体内的积水，既有利于边坡的稳定，也减少冬季涎流冰的形成和路基冻胀的危害。

4.安全第一，预防为主

高海拔地区地质破碎，路堑边坡坡脚应力松弛易发生坍塌，路堤边坡遇水软化易发生溜塌，所以设置挡墙，采取上支下挡的支护措施是高海拔地区边坡防护较为有效的一种手段。

挡墙设计时，挡墙基础底应埋置冻胀线以下，低于沟底标高，且必须置于稳定的地基上，如基底承载力不能满足要求，应加深加高挡墙，必要时加大挡墙基础、增设钢管桩或改为桩基础，避免出现因挡墙抗滑力不足导致路基滑移；为减少放坡的不利影响，挡墙的背坡不宜缓于1∶0.25，应尽量垂直；建议挡墙下部沿纵向设置渗沟将坡体水经横向引排走，以利边坡稳定；挡墙墙背需采用透水性材料及时回填密实，应确保墙背回填质量；考虑高海拔地区的实际情况，挡墙基础可采片石混凝土，墙身采用素混凝土。

对受地形限制，不具备放坡条件的边坡，如回头弯处，不论是土质还是石质，可采取锚杆（索）框架支护，其支护的边坡坡度一般不陡于1∶0.5；如不能满足要求，可设置路堑挡墙收缩坡脚，采取路堑挡墙+锚杆（索）框架预支护的形式。

对边坡整体处于稳定状态，但坡面较为破碎的情况下，采取挡墙+主（被）动网的形式也比较好。

对处于泥石流路段，或坡面较为高陡且破碎，难以绕避时，可设置棚洞通过。

5.注重施工工序，避免二次病害

高海拔地区本身地质情况就比较破碎，但也有一些边坡的失稳是因为施工工序不合理造成的，尤其对自身不太稳定的边坡，往往因为施工不当使原本处于极限平衡状态的边坡变形失稳，既影响工程进度，又增加工程造价，所以，设计时应充分认识到施工工序对边坡稳定的影响，并在施工图中提出明确要求。

对路堑边坡，开挖前应做好临时排水措施，开挖时应尽量避开雨季；边坡开挖应自上而下分段分级开挖，开挖后及时防护，原则上开挖一级防护一级，并及时做好排水沟及其护砌；应避免为赶工程进度，大面积进行路堑边坡开挖而防护工程滞后，导致地表水冲刷和下渗，引起坡体失稳，但对地质情况较好且较为稳定的低矮边坡，开挖时可适当调整。

开挖后的土石方应及时运走，不能为方便施工，从山上抛至山下，导致山下边坡加载且排水不畅引发滑塌或泥石流，所以施工时应坚决避免。

高海拔地区地质较为破碎，挡墙施工时要加强验槽，确保挡墙基础落在稳定的地基上，做好墙背排水及回填。对稳定性较差的路堑或路堤边坡，应分段施工挡墙，施工时要严格控制墙背原状土的超挖，减少对边坡的扰动。

做好施工时临时排水措施，可与已设计的排水系统综合考虑，减少施工过程中不必要的冲刷损毁。

四、结语

高海拔地区地形起伏较大，地质条件复杂，滑坡、泥石流等地质灾害频发，后期施工及养护十分困难，所以，进行高海拔地区改建道路防护设计时，应充分考虑高海拔地区的气候、地形及地质的特点，加强地质勘查力度，尽量避开地质不良地段，强化生态保护意识，通过适当降低技术标准及指标，因地制宜，尽可能少扰动原有地貌，并加强排水与防护支挡，明确施工工序要求，注重取弃土场的选择与防护，避免泥石流等次生灾害，为工程建设及运营养护提供便利■

（作者单位：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 230088）