黃土地區(qū)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(yè)發(fā)展中心碧口公路段，甘肅 隴南 746412）

在我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展的大環(huán)境下，公路工程的數(shù)量和里程不斷增多，使得各區(qū)域之間的貿(mào)易往來更加頻繁，極大地促進了社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。但在一些特殊地區(qū)，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(jīng)常發(fā)生各種各樣的病害。就黃土地區(qū)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(gòu)成了嚴重威脅?；诖?，開展黃土地區(qū)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(jié)理和水理特性

黃土新舊程度不同，節(jié)理特性也存在一定的差別，比如：新黃土多為垂直結(jié)構(gòu)，沒有明顯的構(gòu)造節(jié)理。但老黃土卻存在斜向節(jié)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(wěn)定性造成較大影響。黃土的節(jié)理和紋理都屬于軟弱的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(qū)修建公路工程時，需要充分考慮其不穩(wěn)定性造成的危害，同時也正是因為這些節(jié)理的存在，為黃土結(jié)構(gòu)的破壞提供了可乘之機。

黃土的水理特性主要體現(xiàn)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(wěn)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(jié)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(fā)生膨脹，太陽曝曬和風(fēng)干后，又會發(fā)生收縮。多次膨脹和收縮之后，極易出現(xiàn)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(wěn)定性；崩解性和黃土的新舊程度有關(guān)，新黃土浸水之后，會快速全部崩解。而老黃土需要經(jīng)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(qū)公路水毀病害成因分析

引起黃土地區(qū)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(qū)通常位于我國西北部干旱和半干旱地區(qū)，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(qū)域植被難以存活，地表植物少，缺乏植物根系的固結(jié)作用。黃土地區(qū)降雨量分布不均勻，在每年7～8月，一些小流域經(jīng)常發(fā)生暴雨災(zāi)害，暴雨強度大，持續(xù)時間短。此外，黃土地區(qū)常年干旱，人工排水系統(tǒng)和天然排水系統(tǒng)不夠完善，經(jīng)常發(fā)生堵塞問題，易形成積水，致使公路發(fā)生水毀病害?？偠灾?，黃土地區(qū)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(qū)地形地貌復(fù)雜，溝壑比較多。在風(fēng)力的作用下，經(jīng)常發(fā)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(qū)建設(shè)公路工程，必然會破壞原有的環(huán)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(cè)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(shè)置排水設(shè)施，或者排水設(shè)施設(shè)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(qū)，為典型的黃土地區(qū)，年降雨量比較少。但在夏季容易出現(xiàn)暴雨，雨水集中，強度大，徑流時間比較短，極易引起山洪災(zāi)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(fā)生的概率。

2.3 路基形式

在黃土地區(qū)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(fā)生積水問題。常用的解決方法為當路基邊溝施工結(jié)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(shè)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(fā)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低邊坡的強度，在外力作用下，易發(fā)生邊坡突然破壞，出現(xiàn)滑塌災(zāi)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(guān)系，會導(dǎo)致雨水難以順利排出，雨水徑流沖刷邊坡，降低邊坡的穩(wěn)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(fù)碾壓下，易出現(xiàn)沉陷、變形等一系列水毀病害。

2.4 排水設(shè)施

在黃土地區(qū)修建公路工程時，如果不重視地下排水系統(tǒng)的設(shè)置，或者布設(shè)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(xiàn)沉陷問題。受到地形地貌和交通條件的限制，黃土地區(qū)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(xù)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(qū)公路水毀病害防治措施

3.1 提升公路路基的穩(wěn)定性

為降低水毀病害發(fā)生的概率，在黃土地區(qū)公路施工建設(shè)中需要注重路基穩(wěn)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(qū)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(wěn)定性的關(guān)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(fā)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(qū)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(wěn)定性，可作為填筑材料。老黃土中含有大量細小顆粒，容易結(jié)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(shù)工藝，每層壓實度都要達到設(shè)計要求。

第四，鋪砂墊層。在黃土地區(qū)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(jié)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(tài)，也能處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)，提升路基的穩(wěn)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(jié)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(fā)生崩解現(xiàn)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(zhì)、含水量、壓實度標準、壓實設(shè)備、壓實方法等。在黃土地區(qū)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(guī)范中規(guī)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(shè)備。和常規(guī)地區(qū)相比，黃土地區(qū)要選擇重型的壓實設(shè)備，并適當增加碾壓遍數(shù)，提升碾壓實踐。控制黃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(shè)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(jié)。黃土地區(qū)缺少水源，為解決供水不足影響速度和質(zhì)量的問題，需要在對施工有利的時節(jié)加快施工速度。

第四，通過化學(xué)加固法來加固黃土填料。但如果公路工程施工范圍內(nèi)黃土中鈣質(zhì)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(xiàn)嚴重的濕陷問題。這就需要對黃土的土質(zhì)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(qū)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(yōu)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(shù)。植物根系能夠加固黃土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并覆蓋黃土表層，降低雨水沖刷量。而且還能調(diào)節(jié)黃土的濕度，防止發(fā)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(huán)境。但黃土地區(qū)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(shù)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(shù)適用范圍和要點表

3.4 綜合排水防治

黃土地區(qū)公路排水系統(tǒng)存在的問題主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是“系統(tǒng)問題”，是否形成了穩(wěn)定的排水系統(tǒng)，以及形成的排水系統(tǒng)是否合理；其二是“完整性問題”，形成排水系統(tǒng)中由于缺乏粘結(jié)環(huán)節(jié)中的一個或者排水設(shè)施，致使排水系統(tǒng)無法發(fā)揮出排水的功能。對黃土地區(qū)排水系統(tǒng)而言，為能夠?qū)⒂晁皶r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(shè)計排水系統(tǒng)時，需要綜合考慮氣候、地形、地貌、不良地質(zhì)條件、人類活動因素、生態(tài)環(huán)境等，尤其是黃土地區(qū)普遍存在的黃土特殊工程材質(zhì)對排水系統(tǒng)造成的不良影響，需要高度重視。

第二，排水系統(tǒng)的設(shè)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(fā)展之間的關(guān)系。大量實踐和研究結(jié)果表明，被動的、過于注重短期排水效果的排水系統(tǒng)，會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且修復(fù)難度極大，會對公路后期養(yǎng)護各項工作的開展制造很多麻煩。

第三，全面調(diào)研各路段排水系統(tǒng)的系統(tǒng)性和完整性，針對那些不能修復(fù)，或者修復(fù)資金過大的路段，可考慮改線或者重新布設(shè)排水。針對排水系統(tǒng)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(jié)合的方法，對黃土地區(qū)公路水毀病害進行全面防治。

4 結(jié)束語

綜上，分析了黃土地區(qū)公路水毀病害成因分析及處治措施，分析結(jié)果表明，水毀病害是黃土地區(qū)公路常見的病害，對公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(qū)修建公路工程時，需要結(jié)合當?shù)氐淖匀粭l件、地形地貌、地質(zhì)水文等，從提升公路路基的穩(wěn)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(zhì)量，降低水對黃土地區(qū)公路造成的不良影響。