公路边坡水毁灾害等级快速评估方法.pdf

收稿日期2 0 0 5 - 0 1 - 3 0 基金项目 国家西部交通建设科技项目2 0 0 1 3 1 8 8 1 2 3 4 作者简介 李家春1 9 6 8 - , 男, 陕西商洛人, 工学博士研究生. 第2 6卷 第2期 2 0 0 6年3月 长安大学学报 自然科学版 J o u r n a lo fC h a n g a nU n i v e r s i t yN a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n V o l . 2 6 N o . 2 M a r . 2 0 0 6 文章编号1 6 7 1 - 8 8 7 92 0 0 60 2 - 0 0 2 7 - 0 4 公路边坡水毁灾害等级快速评估方法 李家春1,田伟平1,陈建壮2 1.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西 西安7 1 0 0 6 4; 2.新疆维吾尔自治区交通厅, 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 摘 要 通过对陕西、 四川两省公路边坡水毁的调查分析, 指出边坡水毁对公路交通的影响较大, 是 引发交通中断的一个主要原因。根据塌方量及其对交通的影响, 提出了边坡失稳灾害的快速等级 划分方法, 为减灾救灾决策提供依据。将边坡灾害发生时间与暴雨的时间分布进行比较, 认为公路 边坡灾害与暴雨的关系密切。通过中长期天气预报预测区域公路边坡水毁时间、 等级, 通过短期降 雨预报并结合公路边坡工况, 可进行公路边坡的灾害预警。 关键词 道路工程;公路边坡;灾害等级;交通;降雨 中图分类号U 4 1 8. 5 4 文献标识码A R a p i dA s s e s s m e n t o fH i g h w a yS l o p eD i s a s t e rC a u s e db yR a i n f a l l L I J i a - c h u n 1, T I AN W e i - p i n g 1, CHE NJ i a n - z h u a n g 2 1.K e yL a b o r a t o r yf o rS p e c i a lA r e aH i g h w a yE n g i n e e r i n go fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n, C h a n g’a nU n i v e r s i t y,X i ’a n7 1 0 0 6 4,S h a a n x i,C h i n a;2. D e p a r t m e n to fC o mm u n i c a t i o n s, X i n j i a n gU y g u rA u t o n o m o u sR e g i o nG o v e r n m e n t,U r m q i 8 3 0 0 0 0,X i n j i a n g,C h i n a A b s t r a c tT h r o u g ha ni n v e s t i g a t i o no fh i g h w a yd a m a g ei nf l o o ds e a s o n si nS h a a n x ia n dS i c h u a n p r o v i n c e s,i tw a s f o u n dt h a th i g h w a ys l o p es l i d ec a nc a u s eb a dh i g h w a yt r a f f i c j a m. A f t e ra n a l y - z i n gt h eg a t h e r e dd a t a,an e ws l o p ed i s a s t e rg r a d ei sp l o t t e do u tt oq u i c k l yi d e n t i f yt h ed i s a s t e r s c a l e . I tw a sp o i n t e do u t t h a t s l o p ed i s a s t e r i s r e l a t e d t o r a i n s t o r mi ns p a c e - t i m e a s p e c tb yc o m p a - r i n gt h e i rp e r i o da n dq u a n t i t y . T h eh i g h w a ys l o p ed i s a s t e r c a nb ep r e d i c t e db yd e v e l o p i n gaw a r n - i n gs y s t e mw i t hw e a t h e r f o r e c a s t . 6f i g s,6r e f s . K e yw o r d sr o a de n g i n e e r i n g;h i g h w a ys l o p e;d i s a s t e rg r a d e;t r a f f i c;r a i n f a l l 0 引 言 公路边坡整体或局部失稳类型主要有滑坡、 崩 塌、 落石、 坍塌, 其中滑坡、 崩塌、 落石比较典型, 在土 质 包括各种成因堆积土 边坡上, 还有一些过渡的 地质灾害类型, 如溜坍、 堆塌、 滑塌等。通常把上述 土质边坡的3种现象统称为坍塌或塌方[ 1]。鉴于下 边坡一般是填方, 水毁机理与上边坡有所不同, 本文 主要讨论上边坡水毁问题, 包括边坡水毁与降雨的 关系、 交通的影响、 灾害等级划分、 防治基本原则。 1 边坡灾害与暴雨的关系 1. 1 公路边坡灾害与年降雨量关系 根据四川全省公路边坡水毁数量统计, 丰水年 灾害明显增多 图1 。1 9 8 1、 1 9 9 0、1 9 9 3、1 9 9 5、1 9 9 8 年公路水毁多于均值, 这几年的降雨量也偏多。由于 降雨的周期性, 公路边坡水毁也呈现出周期性特征。 图1 四川省年度公路坍塌方量 1. 2 公路边坡塌方与暴雨月分布的关系 根据陕西9 7个气象站的降水资料[ 2], 对1 9 5 7 年～1 9 9 8年共4 2年的逐日降水资料进行分析, 得 出陕西大暴雨始于5月, 终于1 0月, 但主要集中发 生在7、 8两个月, 其中以7月为最多,8月次之, 分 别占全年的4 2和3 4。大暴雨的旬变化特征以 7月上旬为第一高峰期, 随后波峰变化较稳, 且逐渐 递减, 平均暴雨次数参见图2。将陕西省近3年的 边坡水毁点次按旬统计 图2 , 其分布的起止时间 为5～1 0月, 与暴雨分布一致。由于2 0 0 2年～2 0 0 3 年陕南出现超频率暴雨, 发生在6月9日和6月2 2 日, 出现了大量边坡灾害, 在图2上出现2个异常 点。因为只对3年的数据进行分析, 可将这2个点 去掉。去掉这2个点后的直方图, 坍塌方与多年暴 雨次数的时间分布是一致的。 图2 陕西省公路水毁灾害的时间分布 2 公路边坡降雨灾害对交通的影响 对陕西省2 0 0 0年～2 0 0 3年公路水毁统计, 上 边坡失稳7 9点次, 占水毁点总数的5 2; 若加下边 坡破坏, 边坡水毁所占比例就更大。对四川省1 9 8 1 年～1 9 9 9年公路国道、 省道水毁统计, 上边坡滑塌 发生点次占水毁总数的4 2. 2; 若加下边坡塌方, 占8 2. 8。由此可见边坡水毁对交通造成很大的 影响。 3 公路边坡水毁工程数量等级划分 边坡灾害的危害程度可用灾害等级描述, 对已 发生灾害等级的划分是管理部门了解灾情、 制定抢 险方案的重要依据。在灾害预测工作中, 灾害的等 级不是凭空想象的, 而是根据灾害发生的频率、 危害 程度划分的。发生频率、 危害程度一般通过历史资 料, 运用数理统计的方法确定, 这是相对可靠的办 法。当预测的边坡灾害等级得以确定, 则相应处理 对策或应急预案的制定也就有章可循[ 34]。 每年汛期发生的小坍塌很多, 在1 0 0m 3 以下的 塌方, 公路养护部门清除塌方即可, 对交通的影响也 较小, 一般不作统计。对四川省近2 0年1 9 6个样本 统计, 按数据分布及对交通影响程度进行分级。据 统计 图3 , 累积频率曲线呈折线形, 几个转折点分 别为60 0 0、 2 00 0 0、5 00 0 0、1 0 00 0 0m 3。小于60 0 0 m 3 的边坡滑塌占6 4. 1, 引起交通中断时间一般 为2 4h; 小于2 00 0 0m 3 的占9 0. 2, 引起交通中断 数天; 小于5 00 0 0m 3 的占9 7. 4, 小于1 0 00 0 0m 3 的占9 9. 4, 大于1 0 00 0 0m 3 的极少。 对陕西省近几年的公路边坡水毁统计, 上边坡 滑塌数量大部分在1 20 0 0m 3 以内。小于50 0 0m 3 的阻车时间一般不超过4 8h, 大部分在2 4h内可恢 复通车 图4 。阻车时间与工程量相关性不强, 这 是因为阻车时间不仅取决于工程数量, 还受路基宽 度、 有无便道、 机械数量、 施工危险性等因素影响。 图3 塌方数量累积频率直方图 图4 塌方量与阻车时间的关系 82 长安大学学报 自然科学版 2 0 0 6年 交通部门提出在汛期要确保公路畅通, 社会对 交通阻车的反响强烈, 这些对公路服务提出了更高 要求。所以各级公路管养部门克服了种种困难, 尽 量缩短边坡灾害引起的阻车时间。从图4可以看 出, 目前小于10 0 0m 3 的公路边坡坍塌一般在1 2h 之内完全可以通车; 50 0 0m 3 以内的坍塌无特殊情 况时, 抢修可在1 2h内通车, 少数情况需2 4h才能 恢复交通; 大于50 0 0m 3 的, 可能阻车3d以上。 综合以上数据分析, 按工程量可将公路边坡坍 塌等级分为 一级 小于10 0 0m 3; 二级 10 0 0～60 0 0m 3; 三级 6 0 0 0 ～ 2 0 0 0 0m 3; 四级 2 0 0 0 0 ～ 5 0 0 0 0m 3; 五级 大于5 00 0 0m 3。 公路边坡坍塌大于5 00 0 0m 3 的很少发生, 灾 害等级主要为一到四级。灾害防治的重点应是四级 以下的边坡灾害。五级的灾害只能通过工程专项治 理, 对边坡进行综合工程加固, 才能防范。 公路水毁发生后, 最紧迫的任务是抢通。对灾 害的评定也必须快速, 要在最短的时间对灾害的性 质、 规模做出判断, 多指标的评定往往不能在短时间 内做出结论。边坡坍塌方数量是工程计量的主要依 据, 可通过现场简单的测量进行估算。因此, 用工程 数量进行灾害等级划分是合理的, 简便快捷。 以上是单个公路边坡坍塌的等级划分。一场暴 雨, 往往会引发大量坍塌, 有些路段很严重, 而有的 则轻微, 这就需要对路线的灾害等级有一个总体认 识。由于路线有长有短, 不便用工程量直接比较, 故 用平均点塌方量来划分等级反映不了路线总体受灾 情况。图5为路线平均点塌方量柱状图, 由此判断 路线灾害等级会出现不合理的现象, 例如一条路上 只有一个灾害点, 并且单个规模较大, 则得出这条路 灾害等级高的错误判断。采用平均里程坍塌方数量 进行划分较为合理, 例如, 四川省1 9 8 1年, 全省3 0 多条公路不同程度地发生了水毁, 若按某条路塌方 的最小桩号到最大桩号计算里程, 那么威凤路边坡 水毁点为K 3～K 3 9, 当水毁里程按3 6k m计算, 6个 水毁点塌方总量为1 89 0 0m 3, 平均里程塌方量5 2 5 m 3k m-1 。图6为四川省1 9 8 1年全省3 3条公 路上边坡水毁计算平均里程塌方量柱状图。 按图6数据, 将路线的边坡水毁等级划分为 一级 小于1 0 0m 3k m-1 ;二级 1 0 0～7 5 0 m 3k m-1 ;三级 7 5 0～15 0 0m 3k m-1 ;四 级 1 5 0 0～30 0 0m 3k m-1 ;五级 大于 30 0 0 m 3k m-1 。 图5 平均点塌方量 图6 平均里程塌方量 这种等级划分是粗略的, 因为没有考虑交通量。 对于国道、 省道, 由于交通量大, 灾害对交通的影响 更敏感, 较小的灾害就可能产生较大的影响。用本 方法可以反映灾害本身的量级, 边坡灾害的结果可 通过具体的灾害损失进行评估。 4 防治的一般原则 由于边坡水毁对公路交通的影响较大, 因此必 须在勘察、 设计、 施工、 养护各个阶段充分重视边坡 灾害的防治工作。勘察阶段强调边坡工程地质的现 场踏勘, 事实证明许多问题可通过现场踏勘发现和 提出解决方案。设计阶段要充分利用勘察成果, 避 免千篇一律地采用同一个坡度、 一种坡型和单一的 防护加固结构, 应增加个案设计数量, 提高设计水 平。施工时及时跟踪观察, 验证和纠正勘察、 设计有 关内容, 并排除险情[ 56]。 公路运营期间, 为减少对交通的影响, 应以防治 结合为原则。“ 防” 主要是指①确定危险路段, 采取 工程措施加固边坡;②汛期加强巡察, 及时养护;③ 建立预警应急机制。这里特别强调应急机制的建 立, 对保证公路畅通和行车安全至关重要。 5 结 语 1 通过对四川、 陕西两省公路边坡水毁的统 计, 说明公路边坡水毁对交通的影响很大, 是发生交 通中断事件的一个主要原因。 2 根据灾害的数量特征以及灾害对交通的影 响, 进行灾害等级的快速划分, 从实际出发, 对公路 抢通和减灾救灾具有实际指导价值。 92 第2期 李家春, 等 公路边坡水毁灾害等级快速评估方法 3 边坡水毁等级的划分标准不同于地质灾害的 等级划分, 公路边坡水毁灾害以5 0 0 0m 3 以下为主。 4 公路边坡灾害的地区发生频次与暴雨的时 间、 空间分布规律是一致的, 等级划分还可用于灾害 预测、 预警及应对方案的制定。建议通过暴雨预测、 预警, 结合公路边坡工况进行公路边坡的灾害预测 和预警。 参考文献 R e f e r e n c e s [1] 胡厚田, 韩会增, 吕小平, 等.边坡地质灾害的预测预 报[M].成都 西南交通大学出版社,2 0 0 1. HU H o u - t i a n,HAN H u i - z e n g,L X i a o - p i n g,e ta l . T h eE s t i m a t eF o r e c a s to ft h eS i d eS l o p i n gG e o l o g i c a l D i s a s t e r[M]. C h e n g d uS o u t h w e s tJ i a o t o n gU n i v e r s i - t yP r e s s,2 0 0 1. [2] 张列锐, 候建忠, 王 川, 等.陕西大暴雨时空分布特 征及减灾对策[J].灾害学,1 9 9 9, 1 42 3 8 4 2. Z HANGL i e - r u i,HOUJ i a n - z h o n g,WANGC h u a n,e t a l . T h eS p a c e - t i m eD i s t r i b u t i o no fT o r r e n t i a lR a i na n d P r e v e n t i o nM e a s u r e s i nS h a a n x iP r o v i n c e[J].T h eD i - s a s t e,1 9 9 9,1 42 3 8 4 2. [3] 黄朝迎, 张 清.暴雨洪水灾害对公路交通的影响 [J].气象,2 0 0 0, 2 69 1 2 1 5. HUANGC h a o - y i n g,Z HANG Q i n g . I m p a c to fF l o o d o nH i g h w a y[J].W e a t h e r,2 0 0 0,2 6 9 1 2 1 5. [4] 汤爱平, 谢礼立, 陶夏新, 等.自然灾害的概念、 等级 [J].自然灾害学报, 1 9 9 9,83 6 1 6 5. TANGA i - p i n g,X I EL i - l i,TAO X i a - x i n,e ta l .T h e D e f i n i t i o no fN a t u r a lD i s a s t e r a n dD i s a s t e rG r a d eS c a l e [J]. J o u r n a l o fN a t u r a lD i s a s t e r s,1 9 9 9, 83 6 1 6 5. [5] 张 梁, 张业成, 罗元华.地质灾害灾情评估理论与实 践[M].北京 地质出版社, 1 9 9 8. Z HANGL i a n g,Z HANG Y e - c h e n g,L UO Y u a n - h u a . T h eG e o l o g yD i s a s t e rE v a l u a t i o nT h e o r i e sa n dF u l f i l l - m e n t[M]. B e i j i n gG e o l o g yP r e s s,1 9 9 8. [6] 向缉熙.地质灾害经济评价系统[M].北京 地质出版 社, 1 9 9 8. X I ANGJ i - x i . T h eG e o l o g yD i s a s t e rE c o n o m yE v a l u a - t i o nS y s t e m[M]. B e i j i n gG e o l o g yP r e s s, 0000000000000000000000000000000000000000000000000 1 9 9 6. 上接2 6页 3 针对某涵洞已经发生扭转破坏, 建议采用高 压喷射注浆的方法, 在涵洞内外侧同时注浆, 定向固 化涵洞周围土体, 处治涵洞因为扭转倾斜而引起的 结构体破坏。 参考文献 R e f e r e n c e s [1] 顾安全.上埋式管道及洞室垂直土压力研究[J].岩土 工程学报, 1 9 8 1,31 1 1 7. GU A n - q u a n . I n v e s t i g a t i o no f t h eV e r t i c a lE a r t hP r e s - s u r eo nP r o j e c t i n gC o n d u i ta n dU n d e r g r o u n dC h a m b e r u n d e ra H i g h E m b a n k m e n t[J]. C h i n e s eJ o u r n a lo f G e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g,1 9 8 1,31 1 1 7. [2] 康 佐.特高填土路堤下涵洞受力与减荷性状研究 [D].西安 长安大学, 2 0 0 4. KANGZ u o .T h eC h a r a c t e rR e s e a r c hf o rS t r e s sa n d L o a d - s h e d d i n gM e a s u r e m e n t o fC u l v e r t su n d e r t h eE m - b a n k m e n to f t h eS p e c i a lH i g h - S t a c k e dS o i l[D].X i’a n C h a n g’a nU n i v e r s i t y, 2 0 0 4. [3] 杨晓华, 谢永利.公路隧道塌方综合处治技术[J].长安 大学学报 自然科学版,2 0 0 4, 2 41 6 1 6 4. Y A N G X i a o - h u a,X I E Y o n g - l i .S y n t h e t i c a l T r e a t m e n t T e c h n i q u ef o rH i g h w a yT u n n e lC o l l a p s e[J]. J o u r n a lo f C h a n g’a nU n i v e r s i t yN a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ,2 0 0 4,2 4 1 6 1 6 4 . [4] 牛志荣.地基处理技术及工程应用[M].北京 中国建 筑工业出版社, 2 0 0 4. N I UZ h i - r o n g . T h eD i s p o s a lT e c h n i q u eo fG r o u n dB a s e a n d i t sP r o j e c tA p p l i c a t i o n s[M]. B e i j i n gC h i n aA r c h i - t e c t u r ea n dB u i l d i n gP r e s s,2 0 0 4. [5] 杨晓华, 俞永华.水泥 水玻璃双液注浆在黄土隧道施 工中的应用[J].中国公路学报, 2 0 0 4,1 72 6 8 7 2. YANG X i a o - h u a,YU Y o n g - h u a .A p p l i c a t i o no fC e - m e n t - s i l i c a t eD o u b l eS o l u t i o nG r o u t i n g i nL o e s sT u n n e l C o n s t r u c t i o n[J]. C h i n a J o u r n a l o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t,2 0 0 4,1 72 6 8 7 2. [6] 景宏君, 张 斌.黄土路基强度规律[J].交通运输工程 学报,2 0 0 4,42 1 4 1 8. J I NGH o n g - j u n,Z HANG B i n . L o e s s S u b g r a d e S t r e n g t hL a w[J]. J o u r n a lo fT r a f f i ca n dT r a n s p o r t a - t i o nE n g i n e e r i n g,2 0 0 4,42 1 4 1 8. 03 长安大学学报 自然科学版 2 0 0 6年