黃土路基塌陷及治理措施研究

曹升堂， 梁靜媛， 段 磊

（1.陜西省定邊縣農村公路管理站，陜西 定邊 718600；2.陜西省榆林公路管理局，陜西 榆林 719000；3.長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室， 陜西 西安 710064）

地面塌陷是地表巖、土體在自然或人為等因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質現象。如果這種動力地質現象發生的地區有人類活動時，就很有可能發生地質災害。根據形成塌陷的主要原因可以把地面塌陷分為自然塌陷和人為塌陷兩大類。前者是地表巖、土體由于自然因素作用（如地震、降雨、自重等），向下陷落而形成，例如黃土塌陷；后者是人為作用導致的地面塌落。黃土塌陷又屬于非巖溶地面塌陷。

黃土是干旱或半干旱氣候條件下形成的疏松均質堆積物，廣泛而且集中分布在陜西省北部地區。黃土地區的公路災害除邊坡地質災害和路基水毀災害以外，最常見的就是黃土路基塌陷。路基塌陷具有突發性、隱蔽性、危害嚴重等特點，極有可能對公路正常運營造成嚴重破壞。2011年7月，有媒體報道了榆林市榆陽區運煤專線牛家梁段由于路基塌陷造成交通嚴重擁堵的事件，引起了社會的高度關注。因此，研究黃土路基塌陷及其治理措施具有重要的工程和社會意義。

1 黃土路基塌陷的成因及危害

路基塌陷災害的主要誘發因素為黃土暗穴，與黃土自身的工程地質特性（如易崩解性、濕陷性等）密切相關。從成因上看，塌陷可分為自然和人為誘發兩種，由此造成的經濟損失也相當嚴重，同時人為誘發的塌陷有逐漸增多的趨勢。

濕陷性黃土在干燥狀態下可以承受一定荷重而變形不大。當浸水后，土粒間水膜增厚，水溶鹽被溶解，土粒粘結力顯著減弱，從而引起土體結構破壞并產生濕陷。由于濕陷往往是突然發生的，所以常使路基等工程建筑物發生突然沉陷，甚至導致建筑物破壞和人員傷亡、財產損失。

1.1 黃土路基塌陷災害的成因

1.1.1 內在因素

黃土地層時代、黃土濕陷性、黃土微觀結構、滲透性、崩解性、抗沖性及黃土中的節理是影響黃土暗穴發育程度的重要因素。野外調查發現，垂直節理、次生張開垂直節理、斜節理、構造節理、風化裂隙和卸荷裂隙發育的地區，黃土路基塌陷也十分發育。水流沿著各種節理、裂隙入滲，并對土體產生潛蝕和沖蝕作用，為塌陷的形成提供了水流通道。

1.1.2 外在因素

1.1.2.1 降雨特征

黃土路基塌陷災害的形成、發展與暴雨的強度和暴雨頻數有關，暴雨的強度和歷時對黃土路基塌陷的發育程度和類型均有影響。

1.1.2.2 地形地貌

黃土梁峁地貌單元內發育的微地貌（沖溝）、地形和地面坡度對黃土路基塌陷的發育影響較明顯。

1.1.2.3 工程因素

公路工程的挖、填方等對原有地形的改變，破壞了正常的地面徑流條件和植被情況，截斷了地面匯集水流的排泄而形成積水，在填土與下部原土層接觸界面處可能引起黃土濕陷。因公路排水系統設計不完善，或進出口處理不當，或施工質量較差，也常常導致黃土沉陷，造成路基沉陷或塌陷。

1.2 黃土路基塌陷災害的危害

黃土路基塌陷對公路的破壞，包括對路基、路面、路堤、路基邊坡及公路排水設施等的破壞。

1.2.1 對路基、 路面的破壞

黃土路基塌陷直接造成路基路面的沉陷、裂縫等。路面破壞的一般過程是：路面不均勻變形→沉降→路面開裂→下沉→塌陷。

1.2.2 對路塹邊坡的破壞

黃土路基塌陷對路塹邊坡的破壞主要有兩種類型：a）在路塹邊坡坡面形成水刷渦或深切溝，破壞路塹邊坡的完整性，并引起周圍土體坍塌；b）造成邊坡的滑塌破壞。

1.2.3 對路堤邊坡的破壞

在填方路段或半挖半填路段，路堤邊坡的穩定狀況直接影響公路的正常使用。黃土塌陷對路堤邊坡的破壞主要包括以下兩種形式：a）造成路堤邊坡的滑塌破壞；b）造成路肩部位的不均勻沉陷與裂縫。

1.2.4 對公路排水設施的破壞

黃土塌陷容易引起公路截排水設施的破壞，造成邊坡沖刷，進一步加劇塌陷對公路的破壞。

2 黃土路基塌陷的識別及調查方法

2.1 黃土路基塌陷災害的識別

對黃土地區路基塌陷災害的識別可以從以下幾方面入手。

2.1.1 災害的特征

災害的特征指通常在路域范圍內出現明顯的凹陷、裂縫、塌陷等。

2.1.2 災害對公路各部分的破壞形式和特點

災害對公路各部分的破壞形式和特點包括：路面有明顯的縱、橫向裂縫；路基出現明顯的塌陷；排水設施，特別是出口處明顯出現破壞或者下沉；公路邊坡出現明顯的滑塌破壞；路肩部位出現明顯不均勻沉陷與裂縫。

2.1.3 黃土暗穴的發育特點及分布規律

黃土路基塌陷災害主要是由黃土暗穴誘發的，故黃土暗穴的發育特點及分布規律可以為災害識別提供參考依據：

a）從地貌類型上看，地貌單元主要為黃土殘塬梁、黃土梁峁區的地區，公路黃土暗穴普遍發育密度較高；各類地貌單元中發育的沖溝中，黃土平梁、黃土塬及黃土殘塬的邊緣地帶及與沖溝之間的斜坡地帶，緩梁淺谷或深谷的斜坡地形變化強烈的微地貌上公路黃土暗穴發育最為強烈；黃土緩峁、寬峁的坡度變化明顯地帶黃土暗穴也常常較發育；

b）從土性上看，公路黃土暗穴的形成和分布與黃土物質的特殊性質，尤其是與其顆粒成分、疏松程度、濕陷性及崩解性等有著緊密的聯系；

c）從公路工程不同部位看，暗穴主要分布在路堤和路堤段的邊坡、公路轉彎處內側、邊溝、排水溝、排水渠以及路肩與路面銜接處等公路工程部位，另外，一些公路橋涵、隧道的某些部位也時有暗穴的發生。

2.1.4 災害的易發區域

黃土暗穴分布與黃土濕陷性強弱的分布規律基本一致。

2.2 黃土路基塌陷災害的調查方法

黃土路基塌陷災害的調查方法以資料收集、巡查和現場調查為主。調查內容包括以下幾方面：

a）區域孕災條件調查 主要包括降雨、植被、人類工程活動、黃土類型等；

b）路域范圍內災害情況調查 包括災害的數量、嚴重程度、災害對路基及其排水等附屬設施的破壞情況；

c）對危險性大的災害進行詳細調查 包括類型、規模、成災位置、路基損壞部位等，并對成因進行初步判斷；

d）對線路進行災情調查 包括災害數量、路基毀壞及造成的損失情況。

3 黃土路基塌陷治理措施

3.1 路基塌陷災害危險程度

黃土暗穴成因較復雜，是黃土地區公路災害的一大根源，其危害程度如下：

a）黃土濕陷性較強的地區，黃土路基塌陷災害較嚴重，對公路的危害也較嚴重；

b）在黃土暗穴發育程度高的黃土梁、峁及沖溝等地貌單元內，黃土路基塌陷災害較嚴重；

c）自然條件越惡劣的區域（包括降雨和植被等），路基塌陷災害越嚴重；

d）公路養護工作比較滯后，排水設施遭到嚴重破壞或堵塞的地段，黃土路基塌陷對公路的危害越嚴重。

3.2 黃土路基塌陷的防治對策

黃土路基塌陷的防治對策包括：

a）做好路域范圍內的截排水措施；

b）灌砂、灌漿、開挖回填、導洞和豎井等；

c）黃土路基塌陷防治應以預防為主，消除其產生的可能條件，如加強排水，把坡面水引排至路基影響范圍以外或填平坡面上的積水坑，在坡面土質松散的地方，可鋪填粘土并夯實或種植樹木；

d）增設防滲設施，即對已形成或正在形成的塌陷，除了開挖分層夯實外，還應在源頭設截水溝、擋水墻等措施，并做好防滲措施；

e）結合當地技術條件，采取其他工程措施等。

4 結語

黃土地區自然環境條件復雜，在公路工程建設過程中所見的特殊工程問題（如黃土塌陷等）已成為廣大工程技術人員的重點研究領域之一。黃土塌陷成因較為復雜，隨著黃土地區公路建設和養護工作的不斷推進，可能會面臨更為嚴重的、多樣的黃土塌陷災害。因此，對于黃土塌陷災害的研究具有必要性，其減災效益十分可觀。

[1]谷拴成,于遠祥.黃土滑坡災害形成機理及其防治對策[J].中國礦業， 2008， 17（3）： 44-46.

[2]肖曼，馬保成，范俊瑛.公路地質災害的預測預警與應急處置[J].交通企業管理，2011，（3）：64-65.

[3]李家春，田偉平，馬保成，等.公路地質災害防治指導手冊[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]舒森，李家春，朱鈺，等.陜西省公路災害防治技術指南[M].北京：人民交通出版社，2009.