黃土地區路基病害成因分析及GIS技術防治體系研究

程偉濤

(廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州　510370)

?

黃土地區路基病害成因分析及GIS技術防治體系研究

程偉濤

(廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州510370)

摘要：針對黃土地區路基工程的特點，對其病害成因及特征進行分析歸納；同時針對目前我國黃土地區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(Geographic Information System，簡稱GIS)技術解決這個問題的設想。GIS技術可以很好地利用黃土地區病害的特征來滿足我們對路基病害的全過程化管理、實時查詢分析和建立病害發生預測模型的需求，以實現路基病害的有效防治，徹底改變我國黃土地區路基病害治理的被動局面。

關鍵詞：黃土性質；路基病害；治理措施；GIS技術；防治體系

1黃土地區路基病害成因及特點分析

1.1路基病害成因分析

物質的宏觀特征與其微觀結構往往具有緊密的聯系，黃土地區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成結構性骨架，其他物質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，黃土又形成原生節理(一般指垂直節理)和次生節理(一般指結構節理)。這種多孔隙構造和節理發育的特點必然導致其具有較強的透水性。黃土的這些結構和構造特點共同構成了黃土地區路基病害的內因，而道路在修建、運營期間受到的各種荷載和大自然等外因作用下就可能發生崩塌、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，但是產生因素可溯。眾所周知，黃土地區路基病害類型較多，且發生的偶然性較大。有時多種病害同時發生，給人一種錯綜復雜的感覺。其實病害種類的多樣性只是其不同形式的表現，他的發生由內因和外因共同決定。內因是黃土的構造及結構、多孔隙性、豐富的節理和較強的透水性；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—土體受外界影響表現出的舊平衡的破壞。

(2)病害分布具有明顯的地理特征。對于一個地區的路網來說，相同或者類似的路基病害往往發生在同一區域的概率較大，抑或是某一路段在建成通車后成為路基病害的多發區。這些現象發生的主要是由于這些區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系。在道路修建之前，一個地區土體經過與大自然的長期作用已經處于一種比較穩定的平衡狀態，道路的修建則是打破原有的平衡、建立新平衡的過程，路基病害的發生則是新平衡形成過程中不穩定的表現。因此路基病害的發生就必然和路基設計施工過程有一定的聯系，因而我們在路基病害防治時也應該將路基設計施工因素考慮進來，同時還應該分析道路建設前期的地質勘查資料，這樣才能在最大程度上保證路基病防治措施的科學性。

(4)路基病害危害性大，治理成本高昂。黃土地區路基病害一旦發生往往會對整個道路產生致命的影響，輕則破壞道路、影響交通正常運行；重則中斷交通造成重大人員傷亡。而交通的受阻對社會造成的經濟損失則是無法估算的。同時病害的處治又需要消耗大量的人力物力及時間，這又會對交通造成二次影響。

(5)病害重治理、輕預防。我國道路養護體系發展滯后已是不爭的事實，同時由于道路后期運營養護方面的投入較少，缺乏專業的技術人才和設備，導致目前路基病害仍然處于“頭疼醫頭、腳疼醫腳”的狀態；重病害治理，輕預防。這就很難徹底地防治路基病害這一頑疾。而一個重要的因素則是沒有一個完善的黃土地區路基病害管分析理體系。

2基于GIS技術的黃土地區路基病害管理防治體系的提出及可行性分析

隨著道路交通事業的發展，道路的相關附屬設施正在不斷完善和深化，因此相關的信息統計管理工作正在呈“井噴式”的增加，而傳統的文件管理系統雖然可以對數據進行長期保存并進行查詢修改，但是卻存在數據共享性差，冗余度大的缺點；同時相同數據的重復存儲和各自管理也容易造成數據的不一致性，給數據的修改和維護帶來極大的困難。這一點在路基病害及其相關信息的管理方面顯得尤為明顯，因為路基病害信息種類繁多，相互之間既有聯系又有區別，并且這些信息具有很強的時間屬性，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(簡稱“GIS”)是一種特定的空間信息管理和數據庫分析系統。它是在計算機軟硬件系統支持下，對有關地理數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。它可以把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作集成在一起。

由此可見，我們完全可以利用GIS技術來對路基病害信息實現科學管理，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技術在黃土地區路基病害防治中的優勢

3.1路基病害信息的全過程管理

雖然黃土地區路基病害的發生往往是十幾或者幾十分鐘的事情，但是從路基開始建設到安全隱患的存在，再到路基病害的形成及最終發生必定要經歷一個長期的過程，而這個過程也就是路基土體本身性質特征信息逐漸變化的過程。如果能夠準確掌握這個變化過程，那就可以認識路基病害發生的深層次機理，這就為治理病害提供了一種可能。而GIS技術則是實現這個可能的首選，其強大的數據收集管理功能可以幫助我們全面地了解病害信息。

3.2路基病害狀態的實時查詢分析

目前我們已經對路基土體性質的變化規律和病害發生機理有了一定的了解，但是卻無法全面對道路病害信息進行實時查詢分析，主要原因是沒有一個有效的針對病害信息的查詢工具。GIS技術強大的數據運算、查詢和分析功能可以解決該問題。借助GIS技術，我們可以準確地了解黃土地區路基病害的實時及歷史狀態，同時結合大自然氣候天氣狀況來進一步分析病害發生的可能性。這樣在極端天氣出現前，我們就有可能對即將發生的路基病害地區進行預報，以避免車輛和人員傷害。

3.3路基病害發生預測模型的建立

GIS技術研發的初衷就是為了處理地質地表等地理信息，因此完全可以把道路從建設前、建設中、運行過程及病害發展發生等各個階段的信息納入到GIS管理系統中，同時從黃土特有的結構、多孔隙性、節理豐富及透水性強的特點入手，進而有針對性地分析影響路基病害發展發生的因素，然后利用數據庫技術的數據挖掘功能來建立黃土地區路基病害發生預測模型。因為數據挖掘技術可以從大規模的數據中找出隱藏其中的特殊關系，最終通過統計、在線分析處理、情報檢索、機器學習、專家系統和模式識別等諸多方法來現實模型的建立。這樣我們就可以全方位地了解路基病害的發展發生過程，并對病害的發生做出科學的預測。

4小結

本文對黃土地區路基病害成因進行深入分析，并對路基病害的主要特征進行總結；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。在此基礎上，提出了通過GIS技術來解決目前在路基病害治理方面的困境。GIS技術在路基病害具有病害信息全過程管理、病害狀態實時查詢分析和建立病害發生預測模型的強大功能。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據庫信息系統，并通過GIS技術特有優勢來降低病害發生概率，節約治理成本。這樣就可以徹底改善目前黃土地區路基病害治理的被動局面，同時也可以為其他地區的路基病害治理提供一定的借鑒作用。

參考文獻：

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

[2]王學文，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.公路養護管理現狀和發展淺析[J].土木建筑學術文庫(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：U416.1+69

文獻標識碼：C

文章編號：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