黃土地區公路水毀病害成因分析及處治措施

王 勇

（甘肅省隴南公路事業發展中心碧口公路段，甘肅 隴南 746412）

在我國社會經濟高速發展的大環境下，公路工程的數量和里程不斷增多，使得各區域之間的貿易往來更加頻繁，極大地促進了社會經濟的持續發展。但在一些特殊地區，受到地理位置、地形地貌、氣候條件等因素的共同影響，致使公路經常發生各種各樣的病害。就黃土地區而言，水毀病害最為常見，對公路的性能、使用壽命、行車的安全構成了嚴重威脅?；诖?，開展黃土地區公路水毀病害成因處治措施的分析研究就顯得尤為必要。

1 黃土的節理和水理特性

黃土新舊程度不同，節理特性也存在一定的差別，比如：新黃土多為垂直結構，沒有明顯的構造節理。但老黃土卻存在斜向節理，在人類活動、雨水、地震等因素的共同作用下，會對路基的穩定性造成較大影響。黃土的節理和紋理都屬于軟弱的地質結構，在外力的作用下可將土體分割成不同的幾何形體。因此，在黃土地區修建公路工程時，需要充分考慮其不穩定性造成的危害，同時也正是因為這些節理的存在，為黃土結構的破壞提供了可乘之機。

黃土的水理特性主要體現在三個方面，其一是滲水性，其二是收縮和膨脹性，其三是崩解性。滲水性對路基的穩定性、承載力的都會造成較大影響，雨水滲入到黃土中后，會降低黃土的強度和粘結性，在行駛車輛的荷載及碾壓下，會引起路基變形和塌陷；黃土遇水后會發生膨脹，太陽曝曬和風干后，又會發生收縮。多次膨脹和收縮之后，極易出現裂縫和剝落，這也是天然黃土干燥之后，水平方向的收縮量超過垂直方向收縮量50%～100%的主要原因，此種水理特性，會引起路基形變，降低邊坡的穩定性；崩解性和黃土的新舊程度有關，新黃土浸水之后，會快速全部崩解。而老黃土需要經過一段時間之后才能全部崩解。新黃土的濕陷性比較明顯，黃土土層越老，崩解性越小，濕陷性也就越小。

2 黃土地區公路水毀病害成因分析

引起黃土地區公路水毀病害的成因比較多，其中水是主要的原因。黃土地區通常位于我國西北部干旱和半干旱地區，如陜西、甘肅、寧夏等地。年降雨量少，氣候干燥，地表蒸騰強烈。而且黃土區域植被難以存活，地表植物少，缺乏植物根系的固結作用。黃土地區降雨量分布不均勻，在每年7～8月，一些小流域經常發生暴雨災害，暴雨強度大，持續時間短。此外，黃土地區常年干旱，人工排水系統和天然排水系統不夠完善，經常發生堵塞問題，易形成積水，致使公路發生水毀病害?？偠灾?，黃土地區公路水毀病害的成因主要包括以下幾個方面：

2.1 自然條件

黃土地區地形地貌復雜，溝壑比較多。在風力的作用下，經常發生新黃土裸露在空氣中的問題，溝谷多，可為排水提供天然的通道。在黃土地區建設公路工程，必然會破壞原有的環境條件，侵占原有的自然排水通道。此外，公路路基還會時刻受到兩側山體匯水的威脅。在濕陷性路段路基施工難度大，普遍存在不設置排水設施，或者排水設施設置不合理的問題。使得雨水和滲水無法及時排出，匯集在公路上，引起路基開裂、破壞、沉陷等一系列水毀病害。

2.2 氣候

甘肅省隴南地區，為典型的黃土地區，年降雨量比較少。但在夏季容易出現暴雨，雨水集中，強度大，徑流時間比較短，極易引起山洪災害。山洪中攜帶大量泥沙，進入到排水通道后會堵塞公路工程的排水渠道，致使雨水無法及時排出，增大公路水毀病害發生的概率。

2.3 路基形式

在黃土地區修建公路時常用的路基形式有三種，包括：深路塹、高路堤、半填半挖路基。如果在實際施工中，遇到高路堤侵占溝道的問題，在路堤邊坡和自然溝道邊坡之間會形成三角帶，在雨季容易發生積水問題。常用的解決方法為當路基邊溝施工結束后，通過坡外填土的方法，將自然坡面上的水引流到邊溝中。但此種做法存在一個明顯的缺陷，如果坡外填土的壓實度沒有達到設計要求，會引起水流匯集問題，滲流到公路路基之上，從而引起一系列公路水毀病害。

坡體破壞之后，容易發生滑塌問題，堵塞既有公路排水通道，引起公路水毀病害。此外，施工方法選擇不當，也會破壞坡面總體結構的穩定性，降低邊坡的強度，在外力作用下，易發生邊坡突然破壞，出現滑塌災害。

半填半挖路基在填挖銜接位置，如果回填和壓實不達標，會引起嚴重的沉降問題，影響通車的安全性。此外，如果在正式施工中，沒有合理處理好邊坡防護和排水相互之間的關系，會導致雨水難以順利排出，雨水徑流沖刷邊坡，降低邊坡的穩定性，易引起邊坡滑塌問題。如果邊坡潛水具有較高的水頭，會從邊溝底部，滲流到公路路基中，提升黃土填料的含水量，降低路基的強度，在行駛車輛反復碾壓下，易出現沉陷、變形等一系列水毀病害。

2.4 排水設施

在黃土地區修建公路工程時，如果不重視地下排水系統的設置，或者布設間距不合理，就難以將地下水順利下降到指定的深度，致使路基被地下水浸泡，出現沉陷問題。受到地形地貌和交通條件的限制，黃土地區公路在施工中邊溝、排水溝出水口的間距比較大，很多路段連續長度達到300～400 m，一些路段甚至能夠達到600 m或者更長，為保證雨水能夠順利排出，需要開挖出大斷面排水溝渠，雖然能夠提升排水的速度，但同時也會增大雨水沖蝕的面積，影響排水效果。

3 黃土地區公路水毀病害防治措施

3.1 提升公路路基的穩定性

為降低水毀病害發生的概率，在黃土地區公路施工建設中需要注重路基穩定性的提升，具體而言，可從以下幾個方面同時入手：

第一，提升路基的高度。在一些水文條件比較差，地下水位高的區域，為降低春融翻漿和夏季雨水沖刷的影響。提升路基高度，是保證公路路基穩定性的關鍵。此種做法，既能促使公路路基遠離地表水和地下水，還能增加路基上部的臨高面積，提升黃土中水分蒸發的速度，并免受水浸、雪埋的影響。

第二，邊坡控制。針對高度不超過30 m的高填方路基，可按照公路路基基底的實際承載力情況，采取折線形或者階梯形邊坡。

第三，選擇合適的填料。在黃土地區公路施工中路基填料主要以黃土為主，新黃土中含有很多砂粒，有助于提升路基的壓實度和穩定性，可作為填筑材料。老黃土中含有大量細小顆粒，容易結團，且透水性比較差，不易作為路基填筑的填料。較大的黃土顆粒需要打碎后再填筑，路基填筑要采取分層回填、分層壓實的技術工藝，每層壓實度都要達到設計要求。

第四，鋪砂墊層。在黃土地區公路路基施工中，通過鋪砂墊層可有效降低地下水毛細上升的高度，并降低濕陷性黃土遇水的可能性，以及凍結時的冰聚性。路基上層土壤化凍之后，形成的水分，可含蓄在砂層中，并被順利排出。而粗砂或者中砂，即便是處于含水飽和狀態，也能處于良好的穩定狀態，提升路基的穩定性。鋪砂墊層也可以作為路面的一個加強層施工，以提升路基的整體強度和承載力。

3.2 提升路堤的壓實度

從黃土的節理和水理特性中能夠看出，如果黃土中沒有水的加入，具有良好的工程特性，一旦滲入水，黃土顆粒會發生崩解現象，從而引起一系列的溶蝕、濕陷等水毀病害。而加強路堤的壓實度，不但可以降低黃土的孔隙率，還能降低毛細水的上升高度以及水對黃土的滲透和溶蝕。但在壓實操作中，需要嚴格控制好填料的含水量，因為黃土的濕陷性會隨著含水量的減少而增加，隨著干容量的增加而減少，因此，在進行黃土路堤壓實中，必須嚴格按照標準擊實試驗得到的最佳含水量的-3%～+1%進行填筑。影響路堤壓實度的因素比較多，如回填土的性質、含水量、壓實度標準、壓實設備、壓實方法等。在黃土地區修建公路工程時，普遍存在水源不足的問題，在此種施工條件，為提升路堤的壓實度可采取以下方法：

第一，采取重型擊實標準。新規范中規定的重型擊實標準，比過去輕型擊實標準的擊實工提高了4.5倍，最佳含水量有所下降，最大干密度有所提升。比如：粘性土的最佳含水量可減少3%～9%，而最大干密度卻提升了10%～16%，由于降低了最佳含水量，能夠更好地保證壓實效果。

第二，選擇重型壓實設備。和常規地區相比，黃土地區要選擇重型的壓實設備，并適當增加碾壓遍數，提升碾壓實踐?？刂泣S土濕陷的方法有兩種，一種是控制最佳含水量，另一種是控制最大干密度。采取重型壓實設備來碾壓黃土填料，能夠很好地提升黃土最大干密度，從而保證壓實度。

第三，選擇有利的時節。黃土地區缺少水源，為解決供水不足影響速度和質量的問題，需要在對施工有利的時節加快施工速度。

第四，通過化學加固法來加固黃土填料。但如果公路工程施工范圍內黃土中鈣質的含量比較大，或者是粘粒達到一定的程度，不進行處理直接施工，會出現嚴重的濕陷問題。這就需要對黃土的土質進行改造和處理。比如：可在黃土中加入適量的石灰，可有效改善黃土的性能，提升強度，減少濕陷性，提升黃土的壓實度和CBR值。

3.3 注重坡面防護

坡面防護也是黃土地區公路施工中防治水毀病害的主要方法和措施，常用的方法有兩種，一種是植物防護，另一種是礦料防護，每種防護都有其獨特的優缺點，比如：植物防護是施工工序簡單、費用低廉、防護效果好的公路邊坡防護技術。植物根系能夠加固黃土結構的穩定性，并覆蓋黃土表層，降低雨水沖刷量。而且還能調節黃土的濕度，防止發生裂縫。對邊坡水土流失可起到淺層加固的作用，還能美化周圍環境。但黃土地區氣候干旱，可采取種草和植樹的方法，來對邊坡進行防護。

礦料防護同樣可以起到防護邊坡的作用，常用的礦料防護技術有三種，保證抹面、錘面、漿砌片石，具體的適用范圍和要點如表1所示：

表1 礦料防護技術適用范圍和要點表

3.4 綜合排水防治

黃土地區公路排水系統存在的問題主要體現在兩個方面，其一是“系統問題”，是否形成了穩定的排水系統，以及形成的排水系統是否合理；其二是“完整性問題”，形成排水系統中由于缺乏粘結環節中的一個或者排水設施，致使排水系統無法發揮出排水的功能。對黃土地區排水系統而言，為能夠將雨水及時排出，達到控制功能水毀病害的目的，可從以下幾個方面同時入手：

第一，在設計排水系統時，需要綜合考慮氣候、地形、地貌、不良地質條件、人類活動因素、生態環境等，尤其是黃土地區普遍存在的黃土特殊工程材質對排水系統造成的不良影響，需要高度重視。

第二，排水系統的設計和施工需要有良好的超前性和主動性，要能夠有效處理好長期使用性能和短期發展之間的關系。大量實踐和研究結果表明，被動的、過于注重短期排水效果的排水系統，會造成巨大的經濟損失，而且修復難度極大，會對公路后期養護各項工作的開展制造很多麻煩。

第三，全面調研各路段排水系統的系統性和完整性，針對那些不能修復，或者修復資金過大的路段，可考慮改線或者重新布設排水。針對排水系統不完整性，引起的水毀病害，需要增修排水溝、截水溝、急流槽等，通過擋墻+植被+礦料防護相互結合的方法，對黃土地區公路水毀病害進行全面防治。

4 結束語

綜上，分析了黃土地區公路水毀病害成因分析及處治措施，分析結果表明，水毀病害是黃土地區公路常見的病害，對公路結構的穩定性、通車的安全性以及使用壽命都有很大影響。為有效防治水毀病害，在黃土地區修建公路工程時，需要結合當地的自然條件、地形地貌、地質水文等，從提升公路路基的穩定性、提升路堤的壓實度、注重坡面防護、綜合排水防治等方面同時入手，才能提升公路質量，降低水對黃土地區公路造成的不良影響。