河谷地段公路路基浸水挡土墙汛期防控技术研究

1 引言

河谷地段公路路基浸水 直接关系到汛期公路系统的安全运行。这类结构需在复 冲击等多重威胁。近年频发的极端降雨事件进 上 降雨量高达412.7 毫米，其中最大降雨量更是达到了 和南岭山脉的交界地带，地势东南高西北低， 上路基浸水挡土墙冲毁，致使多处道路塌 洪能力提出严峻考验。本文基于河谷水动力特性与灾害机理 系统 质量控制体系，为提升公路抗洪韧性提供理论支撑。

2 河谷水文地质特性与设计理念

2.1 河谷水动力特征

山区河道具有典型的 **V/U 形形态 **，河床纵坡比降常超过 0.1%，导致洪水 ** 峰高尖瘦、流速迅猛 **。如福建五溪河道洪水流速可达 5m/s 以上，携带卵石与漂浮物的动能冲刷力极强。同时，地壳活动加剧了河谷不稳定性：青藏高原构造结隆升速率达 5-8mm/a，引发雅鲁藏布江古水系重组。此类动态地质环境要求浸水挡土墙设计必须统筹**“构造- 气候- 地表过程”** 的耦合效应。

2.2 浸水挡土墙核心设计原则

防洪安全、结构稳定可靠（抗倾覆、抗滑移、抗沉降、抗冲刷）为首要目标：

2.2.1 防洪安全优先考虑

* 抵御设计洪水位：浸水挡土墙的高度必须足以抵御设计洪水标准（如50 年一遇、100 年一遇）下的最高洪水位，并考虑风浪壅高、弯道超高、漂浮物冲击等附加高度。设计洪水位的确定需基于可靠的水文分析。* 承受水压力与动水荷载：结构设计必须能承受最高洪水位产生的巨大静水压力，以及洪水流动产生的动水压力（包括冲击力、脉动力）。计算荷载组合时，洪水荷载是主导荷载。

* 抵御漂浮物冲击：河谷洪水常携带大量漂浮物（树木、杂物等）。浸水挡土墙迎水面的结构强度、刚度需考虑这些漂浮物的撞击力，避免局部破坏甚至整体倾覆。可考虑设置防撞墩或采用更坚固的结构形式。* 防止漫顶：严格控制墙顶标高，确保在设计洪水位下有足够的安全超高。必要时，可在墙顶设置防浪墙或采取其他防止洪水直接漫过墙顶的措施。

2.2.2 稳定性优先设计

* 抗倾覆控制：洪水巨大的侧向压力是主要倾覆力矩来源。设计需通过增加墙体自重（重力式）、设置抗拔锚杆 / 锚索（锚定式）、利用底板（悬臂 / 扶壁式）或增加基础宽度等方式提供足够的抗倾覆力矩平衡洪水倾覆力矩。基础埋深需低于最大冲刷线，如西江水库浸水挡土墙基础深入河床6m。

* 抗滑移设计：洪水压力推动墙体沿基础滑动。需通过增加墙体与基础间的摩擦力（如增大自重、基础底面设计为齿坎）、设置抗滑键、利用被动土压力或设置抗滑桩 / 板桩等措施增强基底摩擦保证抗滑安全系数。如福州五溪浸水挡土墙采用梯形截面（上窄下宽）提升抗滑系数。

* 地基承载力与沉降控制：河谷地段地质条件可能复杂（如存在软土、砂层、卵砾石层等）。基础设计必须确保地基有足够的承载力承受墙体自重和洪水荷载，并严格控制沉降和不均匀沉降，防止墙体开裂、倾斜甚至失稳。常采用深基础（桩基础）、地基处理（换填、夯实、挤密）或扩大基础等措施。

* 抗冲刷防护：洪水流速快，对墙趾和基础冲刷破坏力极强。这是河谷浸水挡土之一。必须采取有效的防冲刷措施：

* 基础埋深：基础埋置深度需低于河床最大可能冲刷深度（根据水文计算确定）

* 护脚 + 消能”综合措施：在墙趾前设置刚性（混凝土板、钢筋混凝土沉箱）或柔性（抛石、石笼、格宾网垫）的护脚结构，扩散水流能量，保护基础，辅以丁坝导流降低流速。地质雷达探测显示，合理护脚使墙趾冲刷深度减少40%。

* 导流 / 消能措施：在适当位置设置导流堤、丁坝或消力坎，改变局部水流方向或降低流速，减轻对浸水挡土墙的直接冲刷。

* 河床加固：在浸水挡土墙影响范围内的河床铺设抗冲层（如抛石、混凝土块、石笼等）。

2.2.3 水文适应性设计

* 洪水位匹配：墙顶标高需超出设计洪水位（如100 年一遇）并附加** 安全超高**（风浪壅高+0.5m）。国采用分级排水体系，小排水系统（10 年重现期）与大排水系统（100 年重现期）协同保障行洪安全。

* 排水系统优化（减压、防渗）：墙身设排水孔（间距 2-3m），后铺“级配反滤层”（砂砾石厚 0.3m）防止细粒土流失。排水失效将导致孔隙水压力倍增，引发墙体倾覆。

* 墙后排水：洪水位下降后，墙后土体中会滞留大量水，产生巨大的静水压力（孔隙水压力）。必须设置有效的排水系统：

* 排水孔：在墙身合理高度设置足够数量和尺寸的排水孔（带反滤层），及时排出墙后积水。* 反滤层：在排水孔后和墙后回填区设置级配良好的砂砾石反滤层，防止细粒土随水流流失造成土体掏空和结构破坏。反滤层设计至关重要。

* 墙后排水沟/ 盲沟：必要时在墙后路基内设置纵向排水沟或盲沟，汇集渗水并引至安全地带。

* 防渗措施：虽然浸水挡土墙主要功能是挡水，但其自身和墙后填土仍需考虑一定的防渗要求，减少渗漏量。墙身混凝土需满足抗渗等级要求，施工缝设置止水带。

3 施工核心要点与技术突破

3.1 地基处理与结构施工

3.1.1 地基强化技术

软弱地基采用 ** 桩基础穿越滑移面 **，如软土地基区域浸水挡土墙采用灌注桩或管桩进入持力层。卵石地基则通过** 换填夯实+ 齿坎结构** 增强抗滑力，实测显示齿坎使基底摩擦系数提高0.15。

3.1.2 混凝土结构施工

* 分层浇筑：每层≤30cm，插入振捣避免冷缝。福州五溪项目采用C30 混凝土，掺** 抗蚀剂** 提升耐水性。* 生态融合：采用** 混凝土生态驳岸六角块**（空心结构填土植草），兼顾抗冲与生态修复。经工程实践验证其植被覆盖率可达80%。

3.2 防冲刷与生态协同技术

3.2.1 河道整治配套

拓宽卡口段（如资兴永乐江局部河道从 10m 扩至 30m），拆除阻水构筑物（泄水断面不足的土桥改简支或连续梁桥）。比降>0.1% 的河段增设** 拦砂坝** 缓流降能。

3.2.2 创新材料、工艺应用

* 胶结坝技术：中国自主研发的** 漫顶不溃材料**，采用河床砂砾石、工程弃渣等广源材料，混合水泥、粉煤灰等胶凝材料形成砂石拌合物，材料强度控制在 3-15MPa 区间。如贵州西溪水库，超标准洪水漫顶 8 小时后仍结构完整。

* 自钻式锚杆：集钻进、注浆、锚固于一体，解决复杂地层施工难题，提升抗拔力40%。

3.2.3 材料耐久性与施工质量：

* 耐水性 / 抗冻性：墙体材料（主要是混凝土 / 钢筋混凝土）必须具有优良的抗渗性、耐水性及抗冻性（寒冷地区），能长期承受浸泡、干湿循环和冻融循环。

* 抗腐蚀性：考虑河水可能含有的化学物质（如碳酸盐、硫酸盐、矿物质）对混凝土和钢筋的腐蚀，选用合适的水泥品种、骨料，保证足够的保护层厚度，必要时添加防腐剂或采用防腐涂层。

* 高强度材料：承受巨大水压和冲击荷载，需要采用强度等级较高的混凝土和钢筋。* 严控施工质量：基础开挖、地基处理、混凝土浇筑（密实度、养护）、排水反滤层铺设、伸缩缝/ 沉降缝处理（带止水）等关键工序必须严格控制质量，确保设计意图的实现。

4 质量控制与智能监测

4.1 隐蔽工程质控

浸水挡土墙浸水部位作为隐蔽工程，传统开孔检测破坏结构整体性。现推广** 无损检测技术 ** ：

* 弹性波频谱分析：通过反射波高频成分损失判断内部空洞（精度90%）。

* 地质雷达（GPR）：电磁波探测墙体厚度与砂浆饱满度，误差<3%。

* 应急泄流 / 漫溢预案：在极端超标准洪水情况下，考虑是否有设置应急泄流口（需非常谨慎设计）或允许部分路段在严格管控下漫溢（牺牲局部保护整体）的可能性及预案，避免灾难性整体垮塌。

4.2 全周期监测体系

对于重要或地质条件复杂的路段，考虑在浸水挡土墙上设置位移、沉降、倾斜监测点，构建**“天空地水工”一体化感知网络，定期观测，及时发现异常：

* 位移传感网络：实时监测墙体倾斜与沉降，预警阈值设为5mm/24h。

* SkyLIM 水科大模型：数字孪生平台模拟洪水冲击场景，预演浸水挡土墙动力响应。* 联防联控机制：如美国洛杉矶建立四级洪涝响应体系（市- 郡- 州- 联邦），联邦应急管理局（FEMA）协调陆

5 案例分析与技术创新

5.1 典型工程实践

* 资兴 X009 线 K16+860 浸水挡土墙：修筑 6m 高梯形（下宽上窄阶梯式）挡墙，采用其自身重量和墙壁摩擦力有效地抵抗山体的上滑力和侧滑力。而且，梯形面板斜坡坡度较大，排水通道设置得当，有效地防止大雨天气和山洪暴发造成的冲刷和侵蚀，提高了防洪能力和防灾能力，成功抵御 2025 年汛期洪水。结合探地雷达年检，保障其稳定性。

* 资兴 S215 线公路浸水挡土墙：基于洪水流速快，冲击力大，对墙趾和基础采用石笼防护，施工便捷，石笼通过自身重量稳定在坡脚或挡土墙基础部位, 有效减缓水流冲刷, 适合路基边坡、护坡基础防护。

5.2 技术前沿与发展

* 漫顶不溃坝技术：胶结坝 胶结砂砾石为主要材料，兼具土石坝经济性与混凝土坝安 正式提出概念，通过 " 宜材适构 " 理念实现材料与结构 料成本 30%-50%、研发功能梯度结构提升防洪安全性、发 堡水库（61.6 米）等 40余项工程，并在 2021 年贵州西 013 年成立专业委员推动技术标准化，成为首个由中国主导的 员会誉为“筑坝史里程碑”。

* 地形 - 气候耦合设计：阿穆尔河流域（ARB）作为横跨中、俄、蒙三国的敏感生态区，其植被覆盖度（FVC）变化对区域水文和碳循环具 对阿穆 （ARB）植被动态响应气候变化的机制，中国科学院东北地理与农业生态研究所的研究团队通过分析 20 23 年 MODIS-NDVI 数据，结合 DEM 和气候数据集，揭示了ARB 植被动态的时空规律，浸水挡土墙生态设计需融入地形调控机制。结论与讨论强调：

气候变暖与降水增加直接促进 ARB 植被生长，但效应受地形强烈调制——海拔每升高 1000m 可使气候增温对FVC 的促进作用增强19%。

人类活动通过改变地表属性（如农业开垦使大兴安岭草地 FVC 下降）和水文过程，瓦解了地形原有的气候缓冲功能，这种干扰在跨境流域需协同治理。

研究创新点在于首次量化人类活动对地形调控的削弱强度，为 " 山水林田湖草 " 系统治理提供新视角，尤其对ARB 这类地形复杂的跨境生态区具有重要管理启示。

6 结论与展望

总结来说，河谷汛期公路路基浸水挡土墙的设计理念是： 以抵御设计洪水位及其带来的水压力、动荷载、漂浮物冲击为核心，通过科学的结构选型 式等）和严谨的计算，确保结构在各种荷载组合下的整体稳定（ （深度、形式）和强化的防冲刷措施（护脚、护坦、河床加固） 排水孔 + 反滤层 + 排水沟）有效消除墙后水压力；选用高性能耐久材料并严 格保证 行 路路基在汛期洪水侵袭下的安全、畅通与持久稳定。

这种设计理念要求工程师具备扎实的水力学、土力学、结构力学、水文地质学和材料学知识，并进行多专业协作（水文、地质、结构、岩土、施工）。江河奔涌，其力万钧；一墙之立，系于毫厘。浸水挡土墙作为公路防洪的“隐形卫士”，其设计施工的科学性，既是工程技术的体现，更是对自然规律的深刻敬畏。

参考文献：

[1] 吴畏 . 山区河谷斜坡堆积体地段高速公路路基沉陷治理方案研究 [J]. 交通世界 ( 建养 . 机械 ),2015,(08):78-79+88.

[2] 祁海军 , 陈炳帆 , 曾萧 , 等 . 考虑天然透水地层的公路路基地基优化处理技术 [J]. 交通节能与环保 ,2025,21(03):171-176.

** 注 ** ：本文核心数据及案例均来自权威工程实践与最新研究成果，部分技术创新已获国际认可（如胶结坝技术），可为类似项目提供参考。