路基冲蚀淤埋水毁减灾原理

截至2014年底，我国公路总里程达到450万km，其中约24%位于泥石流灾害高易发区。我国公路水毁灾害以路基缺口、路基冲失、路面板悬空、路基沉陷、桥梁墩台变形破坏等类型为主，分布范围广，出现频率高，灾情严重，其防灾减灾长期得到公路管理部门与科技工作者的高度重视但却从未得到有效解决。尤其是近十年来，在全球性地质活动程度加剧、极端气象条件频繁出现的宏观地学背景下，我国公路水毁灾害直接经济损失每年超过30亿元。如2004年汛期，湖北省十堰市连续遭遇暴雨袭击，国道G209、G316和襄关路、兴界路、鲍竹路、郧漫路、十两路等省道水毁损失十分严重，被冲毁挡墙261处计93415m3，路基沉陷82处，水毁路面16×104m2，公路临时中断交通31条，乡村公路路基水毁达2000km；2009年4月至7月，贵州省大部分地区遭受到强降雨袭击，造成国道、省道和县乡道近80余条公路交通中断，山洪泥石流毁损路基、路面、桥梁和涵洞，仅黔东南地区国、省干线公路共冲毁路基3.5km、冲毁防护工程83处计11505m3、路基塌方133处计117009m3；2012年四川省凉山彝族自治州喜德县“8.13”洪灾，全县累计冲毁县道32.1km、乡道44km、通村公路272km、桥梁16座，交通基础设施损毁估算达到2.7亿元。

从1998年开始，本书作者团队立足四川、重庆、贵州、新疆、云南、河南、陕西等省市区的公路交通防灾减灾，对路基水毁灾害进行了深入、系统、持续研究，本书即是基于系列研究成果整理提炼而成，解决了路基冲蚀淤埋水毁灾害减灾系列基础理论问题，构建了路基水毁灾害常态修复和应急抢修成套技术，具有较高理论水平和重要工程实用性。

本书包括6章，第1章由陈洪凯、崔志波和唐红梅编写；第2章由陈洪凯、崔志波、李海湛、刘国礼、杨玉平和唐兰编写；第3章由唐红梅、李海湛、刘国礼、吴国勤、王德新和周福川编写；第4章由梁丹、杨玉平、刘书萍和陈玉红编写；第5章由陈洪凯、姜会玲、张中义

和钟盈编写；第6章由陈洪凯、唐红梅、崔志波、何晓英、李海湛、刘国礼、吴国勤、刘燕和李小明编写。全书由陈洪凯统稿，李小明和梁丹负责图文校对。

本书在编撰过程中，得到兰州大学李吉均院士，重庆大学鲜学福院士，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所崔鹏院士、韦方强教授、陈宁生教授和王全才教授，解放军后勤工程学院郑颖人院士和刘元雪教授，三峡大学李建林教授，中山大学刘希林教授，清华大学孙其诚教授，中南大学徐林荣教授，重庆师范大学赵纯勇教授，华东交通大学郑明新教授，重庆市地质矿产开发局总工程师刘东升教授，重庆交通科研设计院柴贺军教授和邓卫东教授，西南大学王建力教授，重庆大学阴可教授，重庆交通大学唐伯明教授、梁乃兴教授、王平义教授、周华君教授、王多垠教授、梁波教授、吴国雄教授等专家学者的大力支持和热忱关怀，在此一并致以诚挚的谢意！

本书的出版得到重庆交通大学地质资源与地质工程重点学科、西部交通地质减灾创新团队和重庆市两江学者特聘教授专项经费资助。

虽然本书团队竭尽全力编撰本书，但是书中难免错漏，敬请各位同行批评指正。

2015年12月

第1章泥石流冲磨作用

1.1泥石流流速

1.1.1稀性泥石流流速

1.1.2黏性泥石流流速

1.1.3水石流流速

1.2泥石流冲击力

1.2.1流体动压法

1.2.2船筏撞击法

1.2.3地貌形迹法

1.3泥石流磨蚀作用

1.3.1泥石流磨蚀力

1.3.2防治结构磨蚀速度与磨蚀量

第2章路基缺口形成机制

2.1路基缺口类型

2.2路基缺口力学机制

2.2.1滑动型路基缺口力学机制

2.2.2坠落型路基缺口力学机制

2.2.3泥石流冲击型路基缺口力学机制

2.3路基缺口演化模式

2.3.1滑动型路基缺口演化模型

2.3.2坠落型路基缺口演化模式

2.3.3泥石流冲击型路基缺口演化模式

第3章悬空钢筋混凝土路面板破坏机制

3.1悬空钢筋混凝土路面板等效

3.1.1复合材料方法

3.1.2混凝土弹性模量预测模型

3.1.3算例

3.1.4等效弹性模量变化规律

3.2平行悬空钢筋混凝土路面板断裂破坏模型

3.2.1水泥混凝土路面有限元模型

3.2.2平行悬空路面板有限元分析

3.2.3基于断裂力学的平行悬空混凝土路面板极限承载力

3.3角部悬空钢筋混凝土路面板断裂破坏模型

3.3.1角部悬空钢筋混凝土路面板数值分析

3.3.2基于断裂力学的角部悬空混凝土路面板极限承载力

第4章路基沉陷形成机制

4.1路基吸水渗透—浸泡软化机理

4.2路基吸水渗透计算

4.2.1路基简化模型

4.2.2基本假设

4.2.3非饱和路基吸水渗透浸润锋面

4.3路基稳定性计算

4.4算例分析

第5章泥石流沉积物淤埋固结作用

5.1泥石流沉积物相变特性研究

5.1.1泥石流沉积物两相划分

5.1.2泥石流沉积物固相转变

5.1.3泥石流沉积物液相转变

5.1.4泥石流沉积物相变规律

5.2泥石流沉积物淤埋试验

5.2.1模型试验相似比

5.2.2桥梁淤埋受荷验算

5.2.3泥石流淤埋桥梁试验模型

5.2.4泥石流淤埋结构物试验结果分析

5.3泥石流沉积物固结力学机理

5.3.1泥石流两相流模型

5.3.2泥石流沉积物固结机理

5.3.3泥石流沉积物的固结力学关系

5.3.4泥石流沉积物固结试验验证

5.4泥石流沉积物承载力变化特性

5.4.1泥石流沉积物承载力变化特性试验

5.4.2泥石流沉积物承载力变化特性试验结果

第6章路基冲蚀淤埋水毁减灾技术

6.1曲面路基防护结构

6.1.1砌块结构设计

6.1.2施工步骤

6.2桩—墙复合抗滑支挡技术

6.2.1结构设计

6.2.2施工步骤

6.2.3适用条件

6.3病损路基拓宽修复方法

6.3.1结构设计

6.3.2施工步骤

6.4路基冲失段锚拉框架结构

6.4.1结构设计

6.4.2施工步骤

6.5路基缺口组合式桥梁

6.5.1结构设计

6.5.2施工步骤

6.6路基沉陷段组合式聚酯砌筑块

6.6.1结构设计

6.6.2施工步骤

6.7钢筋混凝土路面板悬空段锚拉结构

6.7.1结构设计

6.7.2施工步骤

6.8泥石流淤埋路段战备浮桥

6.8.1结构设计

6.8.2施工步骤

6.9泥石流淤埋路段承载伞通行结构

6.9.1结构设计

6.9.2施工步骤

6.10泥石流沉积体注氮快速凝固技术

参考文献2100433B

本书针对路基冲失、路基缺口、路基沉陷、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流淤埋道路等路基水毁灾害的工程治理需求，从泥石流流速、冲击、磨蚀三方面建立了泥石流冲磨计算理论。着眼于路基冲蚀槽的形成过程，给出了路基水毁灾害的地貌学描述，构建了每种灾害的力学模型，研发了曲面路基防护结构、病损路基拓宽修复方法等路基水毁灾害常态修复新技术。针对路基冲失段锚拉框架结构、钢筋混凝土路面板悬空段锚拉结构、泥石流淤埋路段战备浮桥等路基水毁灾害应急抢修新技术建立了防治结构的工程计算方法和设计方法，并给出了工程算例。本书是一本具有较高理论水平和重要工程实用性的公路水毁灾害治理论著。

本书可作为从事公路水毁灾害勘察、设计、施工、养护、应急救援和管理科技人员的专业用书，对从事公路水毁灾害研究的科技人员具有一定参考借鉴作用。

沿河路基水毁的成因及治理

（1）沿河路基水毁成因

沿河（溪）公路受洪水顶冲和淘刷，路基发生坍塌或缺断，影响行车安全，乃至中断交通，称为沿河路基水毁。它常发生在弯曲河岸和半填半挖路段。主要成因有下列几种：

1.受洪水顶冲、淘刷的路段，路基缺少必要的防护构造物；

2.路基防护构造物基础处理不当或埋置深度不足而破坏，引起路基水毁；

3.半填半挖路基地面排水不良，路面、边沟严重渗水，路基下边坡坡面渗流普遍出露，局部管涌引起路基坍垮；

4.风浪袭击路基边坡，边坡过量水蚀而坍垮。

（2）防治沿河路基水毁的措施

防治沿河路基水毁的措施，可以采用设置不漫水丁坝、漫水丁坝和浸水挡土墙等。

桥梁水毁的成因及治理

（1）桥梁水毁的成因

桥梁受洪水冲击，墩台基础冲空危及安全或产生桥头引道缺、断，乃至桥梁倒坍，称为桥梁水毁。其主要原因有下列两种：

1.桥梁压缩河床，水流不顺，桥孔偏置时，缺少必要的水流调治构造物；

2.基础埋置深度浅又无防护措施。

（2）防治桥梁水毁的措施

防治桥梁水毁的措施，可根据情况采取增建各种水流调治构造物和墩台基础防护构造物，具体如下。

1.增建水流调治构造物防治桥梁水毁。

①稳定、次稳定河段上桥梁水毁防治。

稳定、次稳定河段上桥梁水毁防治措施，可根据调整桥下滩流、河床冲淤分布的实际需要及水流流向等情况分别加以选择。

·正交桥位，两侧有滩且对称分布时，两侧桥头布置对称的曲线形导流堤。

·正交桥位，两侧有滩但不对称分布时，两侧导流堤一般布置成口朝上游的喇叭形。大滩侧为曲线形导流堤，小滩侧为两端带曲线的直线形导流堤。

·桥位在河流弯道上，凹岸布置直线形导流堤，凸岸布置曲线形导流堤。

·桥位与河槽正交，一侧引道向上游与滩地斜交，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头布置梨形堤，引道上游侧设置短丁坝群。当水深小于1m，流速小于1m/s时，可以边坡加固代替短丁坝群；正交侧桥头设置直线形导流堤。

·桥位与河槽正交，一侧引道伸向下游与滩地斜交形成“水袋”，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头设置曲线形导流堤，引道上游进行边坡加固，并在适当位置设置小型排水构造物，以排除“水袋”积水；正交侧桥头设置直线形导流堤。若斜交侧滩地不宽，可设封闭导流堤消除“水袋”。

·斜交桥位，两侧有滩地对称分布时，根据河槽流向，锐角侧设梨形堤，另一侧设两端带曲线的直线形导流堤。

②不稳定河段上桥梁水毁防治。

在不稳定河段上桥梁水毁防治，可根据河岸条件、河床地貌及桥孔位置等情况分别采取下列措施。

·桥梁位于出山口附近的喇叭形河段上，封闭地形良好，宜对称布置封闭式导流堤。

·引道阻断支岔，上游可能形成“水袋”。为控制洪水摆动，防止支岔水流冲毁桥头引道，视单侧或双侧有岔及地形情况，可对称或不对称设置封闭式导流堤。

·一河多桥时，为防止水流直冲两桥间引道路基，可结合水流和地形条件，在各桥间设置分水堤。

·桥梁位于冲积漫流河段的扩散淤积区，一河多桥而流水沟槽又不明显时，宜设置漫水隔坝，并加强桥问路堤防护。

③增建各种调治构造物具体布置与设计，参照现行《公路桥位勘测规程》有关章节的规定。

2.增设冲刷防护构造物防治桥梁墩台水毁。

桥梁墩台明挖（浅埋）基础，应根据跨径大小、桥位河段稳定类型，分别增建基础防护构造物。当河床较稳定，冲刷范围小时，宜采用立面防护措施；当河床稳定，冲刷范闹较大时，宜采刚平面防护措施。 2100433B

在雨季和汛期，公路管理机构应组织人员对所辖公路进行昼夜巡视检查，对易毁的路段和构造物应设专门的抢护队伍守护，以便随时发现险情及时采取措施。当洪水对公路发生破坏时，应进行紧急抢护，并做到以下几个方面要求：

（1）保证重点，照顾全面；

（2）先干线，后支线；

（3）先修通，后恢复，抢修与恢复相结合；

（4）先路基、桥涵，后路面工程；

（5）干线公路应随毁随修，力争水退路通，待雨季过后再进行恢复；

（6）乡级公路，应由沿线乡镇积极抢修，尽快恢复通车，公路管理部门给予适当经费补助和必要的技术指导。

路基水毁抢修措施

对于因养护不够而发生的路基水毁，可以分析水毁原因，按照有关养护修理的要求进行修复。如路基发生坍陷，应迅速使用已经备好的土料进行修补，如路基行车部分已泥泞难行，应将稀泥挖出，撒铺砂粒料维持通车。

对靠近河流、湖塘及洼地的路基，因洪水猛涨并不断冲刷路基，使路基发生塌陷时，可以根据具体情况，适当采用下面几种方法进行抢修：

（1）在受水冲刷的部分抛石块、砂袋、土袋等；

（2）洪水冲刷，并有波浪冲向路基时，可在受水浪冲击的部分，用绳索挂满芦苇编成的芦排或带树头的柳树，以防水浪冲打；

（3）如果路基边坡已大部分塌陷，可以在毁坏部分，顺路方向每米打木桩一根，桩里面铺设秸料或树枝，并填土挡水，或用草袋装上砂石、黏土等材料填筑；

（4）当路堤有被洪水淹没危险时，可在临河一面的路肩上，用草袋或黏土筑成土埂临时挡水。

对于因漫水造成的路基水毁，可根据漫水的深度，路基宽窄，材料取运难易，采用下面几种方法进行抢修。

（1）填土赶水法。路基漫水长度不大，漫水深度在0.3m以下时，可以直接从两头填土把水赶出，填土厚度要比现有水面再高出0.3~0.5m。填土后先将表层夯实维持通车，或填砂砾、碎砖、炉渣等矿料，提高路基以维持通车。

（2）打堤排水法。如路基漫水较长，漫水深度在0.5m以下时，可在漫水路段的两侧路肩上，用草袋装土填起两道土堤，先把路基上面的水围起来，然后将土堤里面的水排除，露出原路面后有的可以直接维持通车，如土壤湿软时可以撒铺一层砂或碎砖、炉渣后冉维持通车。

（3）打桩筑堤排水法。如果路基浸水深度在1m左右时，可采取打桩筑堤，每道堤必须先打两行木桩，间距和行距都是1m左右，木桩直径一般为10~15cm，打好木桩后，在桩里面铺秸料，然后在中间填土踏实，达到堤不漏水以后，再把围起来的水从路上排出，并在原路上铺一层砂料、碎砖等维持通车。

桥涵等构造物水毁抢修

汛期对抗洪能力不足的桥梁，应有专人负责查看，以便及时发现险情进行抢护，分不同情况可采取下列措施。

（1）监视漂浮物在桥下通过的情况，必要时川竹竿、钩杆等引导其顺利通过桥孔，防止其聚集在桥墩附近。堵塞在桥下的漂浮物，必须随时移开或捞起。

（2）洪水时，如桥涵墩台、引道、护坡、锥坡或河床发生冲刷，危及整个构造物时，应采取抛块石、沉放沙袋或柴排等紧急措施进行抢护。但抛填不能过多，以免减少泄水面积而增大冲刷。抛填块石时，可沿临时设置的术槽滑下，以控制抛填位置。

（3）遇有特大洪水，采用抢护措施仍不能保全的重要桥梁，在紧急情况下，经上级主管部门批准，可用炸药炸开桥头引道，以增加泄水面积，保护主桥安全度汛。

桥涵锥坡、路堤和导流坝等边坡被水浪冲击和水流冲刷时，应按不同情况，因地制宜采用下列防浪措施进行抢护。

（1）土袋、石袋防浪。用草袋装入砂石料、黏土等（每袋只装其容量2/3），铺置于迎水坡上，袋口向里互相叠压。

（2）芦排防浪。用芦苇编成芦排，铺置于迎水坡上，用竹条或绳索压住，并用小桩固定，用石袋压稳。

（3）草席防浪。用普通草席铺于边坡上，下端坠系砂石袋，上端用绳索固定在堤顶的木桩上。

（4）铅丝石笼防浪。用8号或10号铅丝编成铅丝笼，内装石块，置于迎水边坡上。

冲毁的路基、桥涵，须立即抢修便道便桥，便道便桥是维持通车的临时措施，能够保证在使用期间的行车安全即可。便桥可用打桩或石笼做桥墩，并不宜过高，应尽量省工省钱，以免增加施工闲难和拖延时间。