1. 引言
奥依塔克镇–布伦口段(简称奥布段)为公路G314洪水泥石流灾害最严重路段，常常造成公路水毁灾害。奥布段路线沿盖孜河布设，线路总长度约为70 km左右(图1)，路线起终点高程介于1750 ~ 3350 m (桩号K1548 + 600 ~ K1618 + 684.4)，公路沿线分布有著名的海拔为7649 m的公格尔山，终年积雪，现代冰川广泛发育，公路两侧山谷沟道侵蚀切割作用强烈，比降较大，又加上固体物质来源丰富，水热条件变化复杂，局地性降雨强度大，以洪水泥石流等为主的不良地质现象活动极其频繁。另外，由于特殊地形地貌条件，路线多依山傍(盖孜)河而行，公路难以避让绕行，又加上短历时突发性强降雨作用，很难预知
Figure 1. The road map of the Aoyitage-Bulunkou section along Sino-Pakistan highway
图1. 中巴公路奥依塔格-布伦口段路线走向图
其发生的准确时间和具体位置，至此洪水泥石流对道路产生极为严重的冲毁灾害，不仅阻断交通造成重大损失，还对行车安全造成严重威胁，甚至导致车毁人亡的惨剧。
2015年7月30日至8月8日，G314公路奥布段沿线发生局地强降雨，加之高海拔山区冰雪消融加剧，降雨和融水的时空耦合引发了盖孜河及两侧支沟发生洪水、泥石流、滑坡等重大水毁灾害，造成公路中断，严重阻碍中巴公路的安全建设和正常运行。公路是一种长线型跨越式结构，其作用范围广大，所穿越地区的地质条件复杂多样，常会出现“某段受损，全线阻塞”的情况 [1] 。公路水毁是指在气候、水文和地质环境因素以及人类活动的综合作用下，公路沿线所发生的一系列对公路工程的破坏现象和破坏过程，雨水是整个事件发生的直接因素 [2] [3] [4] [5] 。公路水毁及洪水引发的地质灾害是公路最大的自然灾害，现已成为最主要的公路地质灾害表现形式 [6] ，其灾害现象一直是地质灾害领域里的研究热点，相关人员也取得了大量的研究成果 [7] - [13] ，然而不同区域水毁灾害类型特点及影响因素差别较大，当前针对G314公路沿线群发性水毁灾害研究较少，本文在对2015年公路群发性水毁事件调查基础上，重点分析了公路水毁类型特征及主要影响因素，为公路水毁防治提供了参考和指导。
2. 水毁类型及特点
山区公路由于地形起伏较大，地质和气候条件复杂，填挖方数量较大，桥涵密布，排水系统不完善和易发生水毁等不利于交通安全的特点，公路水毁是危害公路使用寿命和安全的主要灾害。公路水毁灾害类型及特点的研究，是进行致灾机理及成灾过程研究的起点。通过对2015年公路群发性水毁灾害详细调查发现，公路水毁灾害具有类型多、群发性、规模大、破坏力强等特点，主要类型包括路基冲毁破坏、泥石流掩埋破坏、挡墙冲毁破坏、桥涵冲毁破坏、防护工程损坏等。
2.1. 路基冲毁破坏
路基冲毁破坏是指路基经过河流冲刷而发生整体或局部破坏，是比较严重的水毁病害，严重损坏了路面通车功能。G314公路奥布段路线依山傍盖孜河而设，由于高山峡谷地形限制，路基常常侵占盖孜河并沿河道布设，而山区河流变迁复杂，水流冲击能量大，又加上半填半挖或高填方路基地质条件差，坡度较陡，在水流长期浸泡或冲刷淘蚀下，极易发生路基冲毁破坏。公路沿线共出现路基水毁灾害6处，影响公路长度约820 m，破坏形式有三种：一是由于洪水暴发导致路基被直接冲毁；二是洪水冲毁防护工程后导致路基塌陷、开裂；三是泥石流直接冲毁路基。
如G314公路K1609 + 700 ~ K1610 + 100段位于泥石流堆积扇的边缘，公路设置过水混凝土路面，在山洪泥石流冲刷下，公路下边坡及路面被水流切割拉槽出小冲沟(图2(a))，同时，该路段对岸泥石流挤压盖孜河道(图2(b))，致使盖孜河在此处形成弯道，水流强烈淘蚀路基，在公路内侧泥石流沟冲刷和盖孜河水流淘蚀共同作用下，公路边坡发生滑塌形成直立状岸坎，造成路基被冲毁约50米，路面形成40米深冲沟。
2.2. 泥石流掩埋破坏
公路沿线共发育53处泥石流沟，主要以中小型泥石流和群发性中小型泥石流为主，具有暴发频繁、规模大、类型多、危害严重等特点，不仅包括降雨型泥石流，还包括冰川型泥石流及两者混合型泥石流，既有坡面型泥石流，也存在沟谷型泥石流，其中降雨型泥石流26条，冰川型泥石流27条；在“8.1”公路水毁事件中，泥石流堆积掩埋路段12处，分布在公路K1600 + 300 ~ K1616 + 200段，以冰川降雨混合型泥石流为主，影响路基长度共计4542 m，主要以掩埋灾害为主。如在公路K1600处的艾尔库然沟，每2 ~ 3年就暴发一次泥石流，在“8.1”水毁事件中，泥石流堆积体上两冲沟同时暴发泥石流，大量松散物质被冲出而堆积在公路上，致使刚刚完工的过水路面被掩埋(图3)，影响长度约为1 km，最大堆积厚度为
(a) 泥石流冲沟拉槽 (b)对面泥石流沟挤压河道
Figure 2. The road in K1609 + 700 ~ K1610 + 100 is destroyed by debris flow and flood
图2. 公路K1609 + 700 ~ K1610 + 100段路基被洪水泥石流冲毁
Figure 3. The road in K1600 is buried by debris flow
图3. 公路K1600处泥石流掩埋路面
4 m，堆积方量至少10万m3，阻断公路达3天。
2.3. 挡墙冲毁破坏
在洪水冲刷作用下，沿河公路下边坡挡墙基础被淘蚀，挡墙基础局部被淘空，淘蚀严重时将造成墙体倾覆倒塌，路面开裂变形。在对公路沿线挡墙水毁破坏调查中发现，挡墙冲毁破坏分为挡墙基础冲刷淘蚀和挡墙倾覆倒塌两种。其中挡墙基础受强烈冲刷淘蚀路段主要发生在K1550 + 270 ~ K1603 + 750段，共计14处，挡墙基础受强烈冲刷淘蚀段(如图4(b))共计1769 m，护坡基础受强烈冲刷淘蚀段共计3079 m；挡墙倾覆倒塌路段主要发生在K1602 + 890 ~ K1603 + 900段，高动能水流强烈冲刷导致河道下切严重，挡墙基础被淘空，致使挡墙失稳倒塌或外倾，同时引起路基纵向开裂下沉或塌陷(如图4(a))，挡墙外倾长度共计330 m，挡墙倒塌长度共计288 m。
2.4. 桥涵冲毁破坏
在洪水泥石流作用下，桥梁和涵洞可能遭受水流冲刷和泥石流掩埋而导致损毁，破坏形式包括桥梁墩台被泥石流冲击、桥梁涵洞被堆积物掩埋、桥涵基础被冲刷破坏等，在“8.1”水毁事件中，公路沿线
(a) 挡墙倾倒路面开裂 (b) 挡墙基础冲刷淘蚀
Figure 4. The retaining wall is washed away along the highway
图4. 公路挡墙冲毁破坏
桥涵构筑物遭受水毁灾害严重，其中堆积物淤积在涵洞进、出口或桥梁局部堵塞共计27处(K1553-K1616)、桥涵完全掩埋7处(K1607-K1615)、涵洞基础冲刷淘蚀6处(K1571-K1604)，泥石流冲击桥墩1处(K1613)。如K1613 + 049处阿克朗中桥桥墩被左侧泥石流冲毁(如图5(a))，泥石流掩埋桥墩和墩台，大石块冲击墩身，致使钢筋外露，墩台破损严重，在公路K1607 + 460处涵洞(如图5(b))、K1608 + 621处小桥被泥石流完全掩埋(如图5(c))；另外，由于沟谷泥石流堆积堵塞桥涵，导致大面积路面过水漫流而产生路面和下边坡水毁破坏，如公路K1571 + 400 ~ K1571 + 645段路基左侧被洪水冲刷，新建涵洞和路面被冲刷破坏(如图5(d))。
2.5. 防护工程损坏
公路防护工程损坏指公路的丁坝、护坦等防护措施在水流冲刷下，其基础淘蚀、坝体冲毁而造成工程破坏，这种破坏现象大大降低公路的使用年限及提高了养护费用。公路沿线为防护挡墙基础设置了丁坝及护坦工程，此次发生的水毁对丁坝和护坦造成了较大的破坏，破坏形式主要有二种：一是河流改道冲刷下切沿河构造物，洪水掏蚀基础导致构造物断裂；二是洪水中夹杂的大量卵漂撞击构造物导致浆砌片石被撞击损坏。根据现场调查，沿线丁坝和护坦水毁路段共计18处，大部分为完全冲毁破坏，其中沿线造成丁坝冲毁路段14处，共计175 m，护坦冲毁或基础受强烈冲刷路段4处，共计3400 m。如在公路K1559 + 160 ~ K1560 + 140段路基左侧，公路挡墙防护设施(丁坝和护坦)被盖孜河洪水冲刷损毁，造成丁坝淘蚀倒塌、护坦冲刷破损(图6)。
3. 公路水毁成因分析
3.1. 水文气象因素
3.1.1. 上游异常来水突增水流流量
2016年3~7月期间上游布伦口水库输水隧洞塌方，未投产发电，水库在满足下游灌溉需求的情况下不断蓄水，本次公路水毁事件之前水库水位已接近3290 m的警戒水位。自7月26日以来受强对流天气的影响，局地强降雨和高山冰川融水叠加，致使上游来水量急剧增加，为了保证大坝安全，水库开始泄洪。在8月6日和8月8日布伦口水库泄洪流量达到213 m3/s和213.3 m3/s，超过警戒流量200 m3/s，而且2015年同期洪水量超过其它年份流量(图7)；再加上沿线各支沟及坡面汇水，经初步计算下游瞬时洪
(a) K1613 + 049阿克朗桥二桥被冲毁 (b) K1607 + 460.5处1 ~ 4 m涵洞被淤埋
(c) K1608 + 621处1 ~ 16 m小桥被掩埋 (d) K1571 + 400 ~ K1571 + 645段路基被冲毁
Figure 5. The bridges and culverts are washed way and buried by debris flow
图5. 公路桥涵被泥石流冲毁淤埋
Figure 6. Groin and apron are destroyed in the highway K1559 + 160 ~ K1560 + 140
图6. 公路K1559 + 160~K1560 + 140段丁坝和护坦水毁破坏
峰流量达873 m3/s，已超出公路路基设计洪水流量839 m3/s的设计标准。洪水流量大，冲击力强，又加上河流比降大，可达33‰ ~ 87‰，水流侵蚀下切能力强，致使原公路工程基础埋深变浅，同时弯道水流冲刷淘蚀能力增强，水流常以更大交角冲击墙基，一般可达20˚ ~ 30˚，致使公路路基及其防护工程被冲毁破坏。
3.1.2. 持续高温加速冰川消融
2015年7月中旬以来新疆各地经历了一场持续时间长、影响范围广的高温天气，南疆的气温普遍升至30℃以上，部分地区气温达到了45℃，如公路沿线7月30日至8月8日期间多出现高于30℃高温天气(图8(a))，持续高温导致公格尔高山区冰川持续融化，大量冰川融水导致盖孜河及两侧支沟流量急剧增加。另外，2015年4月公格尔九别峰北脊，冰川发生跃动，估计约5亿m3冰川移动约20 km，大规模冰川滑移至海拔相对较低位置，在持续高温下将加速融化而形成洪水；再加上公路两侧沟道内存在大量冰碛物，公路沿线暴发了群发性泥石流灾害，造成公路多点冲毁和掩埋。据当地公路分局介绍，自2003年公路改建以来从未暴发过水毁灾害的泥石流沟，本次也发生了不同规模的泥石流灾害。
3.1.3. 强降雨诱发洪水泥石流
2015年7月29日 ~ 8月8日，由于受到强对流天气的影响，盖孜河流域经历了一次强降雨过程，根据气象资料显示，公路沿线9天累积降雨量达到57.9 mm，占年均降水量127.5 mm的45%，其中最大日降雨量出现在8月1日，达到21.5 mm (图8(b))。强降雨造成山区坡面径流急剧增大，由于地面坡度大，地表植被稀少，径流产汇流时间短，洪峰大且冲击力强，又加上沟道堆积体受前期降雨作用接近饱和，在降雨径流冲刷下形成特大洪水和泥石流灾害。
Figure 7. The variation in discharge of Gaizi River from June to August in different years
图7. 不同年份盖孜河6~8月流量变化图
(a) 温度随时间的变化特征 (b) 降雨量随时间的变化特征
Figure 8. The variation of temperature and rainfall with time from7.30 to 8.9 in 2015
图8. 2015.7.30~8.9期间温度和降雨量随时间的变化
3.2. 勘察设计因素
3.2.1. 历史水文资料缺乏，水力计算不合理
G314奥布段位于东帕米尔东部高山峡谷区，沿线最高海拔为7649 m的公格尔山，冰川广泛分布，气象水文条件变化复杂，人类活动少，公路沿线气象水文监测站点少，且监测历史短，无法提供长序列水文资料，致使公路工程水力计算参数局限性较大，公路工程设计标准偏低，易在洪水年发生公路水毁灾害。
3.2.2. 河床侵蚀变化大，设计方案未调整
公路勘察设计完成于2009年，而工程施工始于2014年，由于山区河流冲刷侵蚀能力强，河床横向摆动复杂，致使河床地形变幅大，如K1597 + 800 ~ K1618 + 684.4段河床最大冲刷下切深度在2.5 m~3.5 m，原有公路工程设计尺寸已不满足当前水力计算要求，出现基础埋深变浅或防护工程位置偏低等现象，又加上公路两侧泥石流发育，大量泥石流物质堆积挤压盖孜河，致使河道压缩变窄，高速水流强烈冲刷公路工程，而原有设计方案并未进行相应设计方案调整，以增强公路工程防护设计。
3.2.3. 桥涵构筑物设计不合理
前期对洪水泥石流沟流通路径调查不详细，缺少对流速、流量和冲击力等工程设计参数准确预判，造成涵洞位置布设不合理，孔径偏小，进口截水设施不完善，涵洞出现河水倒灌、进出口不均匀沉降、泥石流堵塞淤埋和洪水冲毁等危害；桥梁的破坏原因复杂多样桥墩基础埋置深度不够，处于冲刷线以上，或桥墩强度不足，桥墩基础在河流的洪峰时刻容易遭受强烈的冲刷，或是桥位选择不当，河床变化大，桥墩布设在沟道中间而缺少防护，泥石流大石块直接冲击桥墩，造成桥墩破损而无法使用，还有就是桥梁跨径小且净空高度较小，泥石流整体掩埋桥梁。
3.2.4. 缺少前期灾害风险评价，公路设计不合理
在前期工可阶段，缺少对公路沿线地质灾害危险性评价与风险预测，致使线位总体设计偏低，无法避免洪水泥石流冲刷和掩埋，在泥石流堆积扇上开挖的低线位，常常成为洪水泥石流天然停淤场；另外，对地质灾害发展趋势缺少准确预测，未能绕避潜在灾害点，造成局部线型不合理公路工程设计不合理。
3.3. 施工组织因素
3.3.1. 水电施工沿河取砂、导致河床下切严重
自2009年以来，盖孜河沿线水电工程所需的砂石材料均采挖自附近河道，导致河床断面和原地表发生较大变化，使路基距主河床的距离越来越近，公路挡墙基础埋深逐渐变浅，从而使路基及防护工程易受到洪水冲刷危害。
3.3.2. 部分防护工程未完工，未形成有效的防护体系
由于天气、施工控制等因素，公路沿线部分段落护坡工程未能施工完成，部分已施工完工后的护坡工程未及时回填压实，河水暴涨后导致路基和未完工防护工程基础冲毁破损。
3.3.3. 水电站引水隧洞施工弃渣随意堆放，改变自然冲沟
公路沿线右侧山坡有多个水电站隧道支洞施工区，隧道弃渣未进行合理规划，随意弃至洞口附近沟道和坡面，改变了原有冲沟流向并堵塞沟道，在雨季松散弃渣极易受雨水冲刷，常常发生溃决型泥石流。
3.3.4. 工期紧张，公路防护工程质量存在缺陷
由于施工工期紧张，局部公路挡墙存在施工质量差、材料用量不足和施工工艺不合理等问题，墙体局部出现强度较低、基础埋深不足，以及墙体层间滑移和内部断裂，造成墙体倾覆和倒塌等危害。
4. 结论
2015年7.30 ~ 8.8日G314公路奥布段发生群发性水毁事件，公路沿线多处被洪水泥石流冲毁、掩埋，公路被阻断并造成巨大经济损失。公路水毁灾害具有类型多、群发性、规模大、破坏力强等特点，主要类型包括路基冲毁破坏、泥石流掩埋破坏、挡墙冲毁破坏、桥涵冲毁破坏、防护工程损坏等。本次公路水毁灾害不仅受水文气象等自然因素影响，还与勘察设计的时效性、合理性和前瞻性、以及施工过程中的施工管理、过程控制和外界工程干扰等因素有关，其中水文气象要素对本次公路水毁灾害具有决定性控制作用。在未来山区的公路建设中，应加强公路水毁灾害的监测预警，充分分析气象水文数据以获取诱发流量、降水等临界预警指标，并研发新型公路水毁防护结构和形式，同时，开展公路沿线地质灾害危险评价和风险识别，科学计算工程设计水力参数，合理确定公路及防护工程设计标准，加强公路工程的水毁风险预测和前瞻性设计，制定科学合理施工组织方案和施工进度计划，以最大程度降低或避免公路水毁灾害。
基金项目
国家自然科学青年基金(41602331)；中国沙漠气象科学研究基金(Sqj2015015)；中国博士后基金(2016 M602951XB)；新疆交通厅科技项目(2015-2017)。