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(nóng)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(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhì)現(xiàn)象。如果這種動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的地區(qū)有人類活動(dòng)時(shí)，就很有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)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(dǎo)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(zhì)堆積物，廣泛而且集中分布在陜西省北部地區(qū)。黃土地區(qū)的公路災(zāi)害除邊坡地質(zhì)災(zāi)害和路基水毀災(zāi)害以外，最常見的就是黃土路基塌陷。路基塌陷具有突發(fā)性、隱蔽性、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，極有可能對公路正常運(yùn)營造成嚴(yán)重破壞。2011年7月，有媒體報(bào)道了榆林市榆陽區(qū)運(yùn)煤專線牛家梁段由于路基塌陷造成交通嚴(yán)重?fù)矶碌氖录鹆松鐣母叨汝P(guān)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(zāi)害的主要誘發(fā)因素為黃土暗穴，與黃土自身的工程地質(zhì)特性（如易崩解性、濕陷性等）密切相關(guān)。從成因上看，塌陷可分為自然和人為誘發(fā)兩種，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)嚴(yán)重，同時(shí)人為誘發(fā)的塌陷有逐漸增多的趨勢。

濕陷性黃土在干燥狀態(tài)下可以承受一定荷重而變形不大。當(dāng)浸水后，土粒間水膜增厚，水溶鹽被溶解，土粒粘結(jié)力顯著減弱，從而引起土體結(jié)構(gòu)破壞并產(chǎn)生濕陷。由于濕陷往往是突然發(fā)生的，所以常使路基等工程建筑物發(fā)生突然沉陷，甚至導(dǎo)致建筑物破壞和人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。

1.1 黃土路基塌陷災(zāi)害的成因

1.1.1 內(nèi)在因素

黃土地層時(shí)代、黃土濕陷性、黃土微觀結(jié)構(gòu)、滲透性、崩解性、抗沖性及黃土中的節(jié)理是影響黃土暗穴發(fā)育程度的重要因素。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，垂直節(jié)理、次生張開垂直節(jié)理、斜節(jié)理、構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化裂隙和卸荷裂隙發(fā)育的地區(qū)，黃土路基塌陷也十分發(fā)育。水流沿著各種節(jié)理、裂隙入滲，并對土體產(chǎn)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(zāi)害的形成、發(fā)展與暴雨的強(qiáng)度和暴雨頻數(shù)有關(guān)，暴雨的強(qiáng)度和歷時(shí)對黃土路基塌陷的發(fā)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(nèi)發(fā)育的微地貌（沖溝）、地形和地面坡度對黃土路基塌陷的發(fā)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?cái)嗔说孛鎱R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(tǒng)設(shè)計(jì)不完善，或進(jìn)出口處理不當(dāng)，或施工質(zhì)量較差，也常常導(dǎo)致黃土沉陷，造成路基沉陷或塌陷。

1.2 黃土路基塌陷災(zāi)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(shè)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(wěn)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(shè)施的破壞

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

2 黃土路基塌陷的識別及調(diào)查方法

2.1 黃土路基塌陷災(zāi)害的識別

對黃土地區(qū)路基塌陷災(zāi)害的識別可以從以下幾方面入手。

2.1.1 災(zāi)害的特征

災(zāi)害的特征指通常在路域范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的凹陷、裂縫、塌陷等。

2.1.2 災(zāi)害對公路各部分的破壞形式和特點(diǎn)

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

2.1.3 黃土暗穴的發(fā)育特點(diǎn)及分布規(guī)律

黃土路基塌陷災(zāi)害主要是由黃土暗穴誘發(fā)的，故黃土暗穴的發(fā)育特點(diǎn)及分布規(guī)律可以為災(zāi)害識別提供參考依據(jù)：

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(qū)的地區(qū)，公路黃土暗穴普遍發(fā)育密度較高；各類地貌單元中發(fā)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(qiáng)烈的微地貌上公路黃土暗穴發(fā)育最為強(qiáng)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(fā)育；

b）從土性上看，公路黃土暗穴的形成和分布與黃土物質(zhì)的特殊性質(zhì)，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(lián)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(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)、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(shí)有暗穴的發(fā)生。

2.1.4 災(zāi)害的易發(fā)區(qū)域

黃土暗穴分布與黃土濕陷性強(qiáng)弱的分布規(guī)律基本一致。

2.2 黃土路基塌陷災(zāi)害的調(diào)查方法

黃土路基塌陷災(zāi)害的調(diào)查方法以資料收集、巡查和現(xiàn)場調(diào)查為主。調(diào)查內(nèi)容包括以下幾方面：

a）區(qū)域孕災(zāi)條件調(diào)查 主要包括降雨、植被、人類工程活動(dòng)、黃土類型等；

b）路域范圍內(nèi)災(zāi)害情況調(diào)查 包括災(zāi)害的數(shù)量、嚴(yán)重程度、災(zāi)害對路基及其排水等附屬設(shè)施的破壞情況；

c）對危險(xiǎn)性大的災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查 包括類型、規(guī)模、成災(zāi)位置、路基損壞部位等，并對成因進(jìn)行初步判斷；

d）對線路進(jìn)行災(zāi)情調(diào)查 包括災(zāi)害數(shù)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(zāi)害危險(xiǎn)程度

黃土暗穴成因較復(fù)雜，是黃土地區(qū)公路災(zāi)害的一大根源，其危害程度如下：

a）黃土濕陷性較強(qiáng)的地區(qū)，黃土路基塌陷災(zāi)害較嚴(yán)重，對公路的危害也較嚴(yán)重；

b）在黃土暗穴發(fā)育程度高的黃土梁、峁及沖溝等地貌單元內(nèi)，黃土路基塌陷災(zāi)害較嚴(yán)重；

c）自然條件越惡劣的區(qū)域（包括降雨和植被等），路基塌陷災(zāi)害越嚴(yán)重；

d）公路養(yǎng)護(hù)工作比較滯后，排水設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞或堵塞的地段，黃土路基塌陷對公路的危害越嚴(yán)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(nèi)的截排水措施；

b）灌砂、灌漿、開挖回填、導(dǎo)洞和豎井等；

c）黃土路基塌陷防治應(yīng)以預(yù)防為主，消除其產(chǎn)生的可能條件，如加強(qiáng)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(zhì)松散的地方，可鋪填粘土并夯實(shí)或種植樹木；

d）增設(shè)防滲設(shè)施，即對已形成或正在形成的塌陷，除了開挖分層夯實(shí)外，還應(yīng)在源頭設(shè)截水溝、擋水墻等措施，并做好防滲措施；

e）結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)條件，采取其他工程措施等。

4 結(jié)語

黃土地區(qū)自然環(huán)境條件復(fù)雜，在公路工程建設(shè)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(shù)人員的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。黃土塌陷成因較為復(fù)雜，隨著黃土地區(qū)公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)工作的不斷推進(jìn)，可能會面臨更為嚴(yán)重的、多樣的黃土塌陷災(zāi)害。因此，對于黃土塌陷災(zāi)害的研究具有必要性，其減災(zāi)效益十分可觀。

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