黃土地區(qū)路基病害成因分析及GIS技術(shù)防治體系研究

程偉濤

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州　510370)

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黃土地區(qū)路基病害成因分析及GIS技術(shù)防治體系研究

程偉濤

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510370)

摘要：針對(duì)黃土地區(qū)路基工程的特點(diǎn)，對(duì)其病害成因及特征進(jìn)行分析歸納；同時(shí)針對(duì)目前我國黃土地區(qū)路基病害管理方面的落后局面，提出采用地理信息管理系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)技術(shù)解決這個(gè)問題的設(shè)想。GIS技術(shù)可以很好地利用黃土地區(qū)病害的特征來滿足我們對(duì)路基病害的全過程化管理、實(shí)時(shí)查詢分析和建立病害發(fā)生預(yù)測模型的需求，以實(shí)現(xiàn)路基病害的有效防治，徹底改變我國黃土地區(qū)路基病害治理的被動(dòng)局面。

關(guān)鍵詞：黃土性質(zhì)；路基病害；治理措施；GIS技術(shù)；防治體系

1黃土地區(qū)路基病害成因及特點(diǎn)分析

1.1路基病害成因分析

物質(zhì)的宏觀特征與其微觀結(jié)構(gòu)往往具有緊密的聯(lián)系，黃土地區(qū)的路基病害也是如此。黃土的顆粒成分以粉粒為主，約占55%以上，其中粗粉粒和砂粒通過粘粒共同構(gòu)成結(jié)構(gòu)性骨架，其他物質(zhì)填充或者懸浮于骨架上，這在一定程度上使其具有了多孔隙天然屬性。在大自然的物理作用下，黃土又形成原生節(jié)理(一般指垂直節(jié)理)和次生節(jié)理(一般指結(jié)構(gòu)節(jié)理)。這種多孔隙構(gòu)造和節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)必然導(dǎo)致其具有較強(qiáng)的透水性。黃土的這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特點(diǎn)共同構(gòu)成了黃土地區(qū)路基病害的內(nèi)因，而道路在修建、運(yùn)營期間受到的各種荷載和大自然等外因作用下就可能發(fā)生崩塌、滑移、坡面破壞、地基沉陷和滑坡等多種形式的路基病害，所以這些病害也就必然存在共同的特征。

1.2路基病害特征分析

(1)病害種類多樣，但是產(chǎn)生因素可溯。眾所周知，黃土地區(qū)路基病害類型較多，且發(fā)生的偶然性較大。有時(shí)多種病害同時(shí)發(fā)生，給人一種錯(cuò)綜復(fù)雜的感覺。其實(shí)病害種類的多樣性只是其不同形式的表現(xiàn)，他的發(fā)生由內(nèi)因和外因共同決定。內(nèi)因是黃土的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)、多孔隙性、豐富的節(jié)理和較強(qiáng)的透水性；外因是荷載和大自然(雨水及溫度)等作用。通過分析病害發(fā)生的影響因素來研究各種病害的思路就可以把握病害的本質(zhì)—土體受外界影響表現(xiàn)出的舊平衡的破壞。

(2)病害分布具有明顯的地理特征。對(duì)于一個(gè)地區(qū)的路網(wǎng)來說，相同或者類似的路基病害往往發(fā)生在同一區(qū)域的概率較大，抑或是某一路段在建成通車后成為路基病害的多發(fā)區(qū)。這些現(xiàn)象發(fā)生的主要是由于這些區(qū)域特殊的地理特征造成的，這也為我們防治路基病害提供了啟示。

(3)病害與前期路基修建具有一定關(guān)系。在道路修建之前，一個(gè)地區(qū)土體經(jīng)過與大自然的長期作用已經(jīng)處于一種比較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，道路的修建則是打破原有的平衡、建立新平衡的過程，路基病害的發(fā)生則是新平衡形成過程中不穩(wěn)定的表現(xiàn)。因此路基病害的發(fā)生就必然和路基設(shè)計(jì)施工過程有一定的聯(lián)系，因而我們?cè)诼坊『Ψ乐螘r(shí)也應(yīng)該將路基設(shè)計(jì)施工因素考慮進(jìn)來，同時(shí)還應(yīng)該分析道路建設(shè)前期的地質(zhì)勘查資料，這樣才能在最大程度上保證路基病防治措施的科學(xué)性。

(4)路基病害危害性大，治理成本高昂。黃土地區(qū)路基病害一旦發(fā)生往往會(huì)對(duì)整個(gè)道路產(chǎn)生致命的影響，輕則破壞道路、影響交通正常運(yùn)行；重則中斷交通造成重大人員傷亡。而交通的受阻對(duì)社會(huì)造成的經(jīng)濟(jì)損失則是無法估算的。同時(shí)病害的處治又需要消耗大量的人力物力及時(shí)間，這又會(huì)對(duì)交通造成二次影響。

(5)病害重治理、輕預(yù)防。我國道路養(yǎng)護(hù)體系發(fā)展滯后已是不爭的事實(shí)，同時(shí)由于道路后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)方面的投入較少，缺乏專業(yè)的技術(shù)人才和設(shè)備，導(dǎo)致目前路基病害仍然處于“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的狀態(tài)；重病害治理，輕預(yù)防。這就很難徹底地防治路基病害這一頑疾。而一個(gè)重要的因素則是沒有一個(gè)完善的黃土地區(qū)路基病害管分析理體系。

2基于GIS技術(shù)的黃土地區(qū)路基病害管理防治體系的提出及可行性分析

隨著道路交通事業(yè)的發(fā)展，道路的相關(guān)附屬設(shè)施正在不斷完善和深化，因此相關(guān)的信息統(tǒng)計(jì)管理工作正在呈“井噴式”的增加，而傳統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)雖然可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長期保存并進(jìn)行查詢修改，但是卻存在數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大的缺點(diǎn)；同時(shí)相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)和各自管理也容易造成數(shù)據(jù)的不一致性，給數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)帶來極大的困難。這一點(diǎn)在路基病害及其相關(guān)信息的管理方面顯得尤為明顯，因?yàn)槁坊『π畔⒎N類繁多，相互之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，并且這些信息具有很強(qiáng)的時(shí)間屬性，這無疑加重了路基病害信息的管理整合難度。

地理信息系統(tǒng)(簡稱“GIS”)是一種特定的空間信息管理和數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支持下，對(duì)有關(guān)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。它可以把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作集成在一起。

由此可見，我們完全可以利用GIS技術(shù)來對(duì)路基病害信息實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，它不僅可以很好地解決路基病害管理面臨的難題，而且還可以有效地提高路基病害的防治水平。

3GIS技術(shù)在黃土地區(qū)路基病害防治中的優(yōu)勢

3.1路基病害信息的全過程管理

雖然黃土地區(qū)路基病害的發(fā)生往往是十幾或者幾十分鐘的事情，但是從路基開始建設(shè)到安全隱患的存在，再到路基病害的形成及最終發(fā)生必定要經(jīng)歷一個(gè)長期的過程，而這個(gè)過程也就是路基土體本身性質(zhì)特征信息逐漸變化的過程。如果能夠準(zhǔn)確掌握這個(gè)變化過程，那就可以認(rèn)識(shí)路基病害發(fā)生的深層次機(jī)理，這就為治理病害提供了一種可能。而GIS技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這個(gè)可能的首選，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集管理功能可以幫助我們?nèi)娴亓私獠『π畔ⅰ?/p>

3.2路基病害狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢分析

目前我們已經(jīng)對(duì)路基土體性質(zhì)的變化規(guī)律和病害發(fā)生機(jī)理有了一定的了解，但是卻無法全面對(duì)道路病害信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢分析，主要原因是沒有一個(gè)有效的針對(duì)病害信息的查詢工具。GIS技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算、查詢和分析功能可以解決該問題。借助GIS技術(shù)，我們可以準(zhǔn)確地了解黃土地區(qū)路基病害的實(shí)時(shí)及歷史狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合大自然氣候天氣狀況來進(jìn)一步分析病害發(fā)生的可能性。這樣在極端天氣出現(xiàn)前，我們就有可能對(duì)即將發(fā)生的路基病害地區(qū)進(jìn)行預(yù)報(bào)，以避免車輛和人員傷害。

3.3路基病害發(fā)生預(yù)測模型的建立

GIS技術(shù)研發(fā)的初衷就是為了處理地質(zhì)地表等地理信息，因此完全可以把道路從建設(shè)前、建設(shè)中、運(yùn)行過程及病害發(fā)展發(fā)生等各個(gè)階段的信息納入到GIS管理系統(tǒng)中，同時(shí)從黃土特有的結(jié)構(gòu)、多孔隙性、節(jié)理豐富及透水性強(qiáng)的特點(diǎn)入手，進(jìn)而有針對(duì)性地分析影響路基病害發(fā)展發(fā)生的因素，然后利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘功能來建立黃土地區(qū)路基病害發(fā)生預(yù)測模型。因?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以從大規(guī)模的數(shù)據(jù)中找出隱藏其中的特殊關(guān)系，最終通過統(tǒng)計(jì)、在線分析處理、情報(bào)檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)和模式識(shí)別等諸多方法來現(xiàn)實(shí)模型的建立。這樣我們就可以全方位地了解路基病害的發(fā)展發(fā)生過程，并對(duì)病害的發(fā)生做出科學(xué)的預(yù)測。

4小結(jié)

本文對(duì)黃土地區(qū)路基病害成因進(jìn)行深入分析，并對(duì)路基病害的主要特征進(jìn)行總結(jié)；然后分析了目前我國在路基病害管理和防治方面存在的問題。在此基礎(chǔ)上，提出了通過GIS技術(shù)來解決目前在路基病害治理方面的困境。GIS技術(shù)在路基病害具有病害信息全過程管理、病害狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢分析和建立病害發(fā)生預(yù)測模型的強(qiáng)大功能。這種路基病害防治體系可以較好地利用路基病害成因可循可溯性和地理特征屬性來建立數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)，并通過GIS技術(shù)特有優(yōu)勢來降低病害發(fā)生概率，節(jié)約治理成本。這樣就可以徹底改善目前黃土地區(qū)路基病害治理的被動(dòng)局面，同時(shí)也可以為其他地區(qū)的路基病害治理提供一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]許維貞.黃土地區(qū)新建線路基床病害成因與整治[J]．鐵道建筑，2005，(2).

[2]王學(xué)文，楊敏．簡論公路路基病害的防治[J]．黑龍江交通科技，2011，208(6)：32-33.

[3]楊俊樂.公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀和發(fā)展淺析[J].土木建筑學(xué)術(shù)文庫(第16卷)，2012，(6).

Analysis of subgrade lesion in loess region and study on control system dased on GIS technology

CHEN Wei-tao

(Architectural Design and Research Institute Guangdong,Guangzhou,Guangdong 510370,China)

Abstract:Lesion causes and characteristics are analyzed based on the characteristics of Subgrade Construction in loess region. Geographic Information System(GIS)is put forward by in order to solve this problem considering a backward situation of subgrade lesion management in loess region. The GIS technology can make good use of the characteristics to meet a strong demand of the whole proceduring management, real-time query analysis and establishment of prediction model for subgrade lesion in order to achieve its effective prevention and treatment, which can completely change the passive situation of subgrade lesion loess region in our country.

Keywords:loess feature;subgrade lesion;treatment measure;GIS technology;control system

中圖分類號(hào)：U416.1+69

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0027-02

作者簡介：程偉濤(1988-)，男，陜西武功人，助理工程師，研究方向：路基路面工程。

收稿日期：2016-02-23