黄土地区公路水毁病害成因分析及处治措施

王 勇

（甘肃省陇南公路事业发展中心碧口公路段，甘肃 陇南 746412）

在我国社会经济高速发展的大环境下，公路工程的数量和里程不断增多，使得各区域之间的贸易往来更加频繁，极大地促进了社会经济的持续发展。但在一些特殊地区，受到地理位置、地形地貌、气候条件等因素的共同影响，致使公路经常发生各种各样的病害。就黄土地区而言，水毁病害最为常见，对公路的性能、使用寿命、行车的安全构成了严重威胁。基于此，开展黄土地区公路水毁病害成因处治措施的分析研究就显得尤为必要。

1 黄土的节理和水理特性

黄土新旧程度不同，节理特性也存在一定的差别，比如：新黄土多为垂直结构，没有明显的构造节理。但老黄土却存在斜向节理，在人类活动、雨水、地震等因素的共同作用下，会对路基的稳定性造成较大影响。黄土的节理和纹理都属于软弱的地质结构，在外力的作用下可将土体分割成不同的几何形体。因此，在黄土地区修建公路工程时，需要充分考虑其不稳定性造成的危害，同时也正是因为这些节理的存在，为黄土结构的破坏提供了可乘之机。

黄土的水理特性主要体现在三个方面，其一是渗水性，其二是收缩和膨胀性，其三是崩解性。渗水性对路基的稳定性、承载力的都会造成较大影响，雨水渗入到黄土中后，会降低黄土的强度和粘结性，在行驶车辆的荷载及碾压下，会引起路基变形和塌陷；黄土遇水后会发生膨胀，太阳曝晒和风干后，又会发生收缩。多次膨胀和收缩之后，极易出现裂缝和剥落，这也是天然黄土干燥之后，水平方向的收缩量超过垂直方向收缩量50%～100%的主要原因，此种水理特性，会引起路基形变，降低边坡的稳定性；崩解性和黄土的新旧程度有关，新黄土浸水之后，会快速全部崩解。而老黄土需要经过一段时间之后才能全部崩解。新黄土的湿陷性比较明显，黄土土层越老，崩解性越小，湿陷性也就越小。

2 黄土地区公路水毁病害成因分析

引起黄土地区公路水毁病害的成因比较多，其中水是主要的原因。黄土地区通常位于我国西北部干旱和半干旱地区，如陕西、甘肃、宁夏等地。年降雨量少，气候干燥，地表蒸腾强烈。而且黄土区域植被难以存活，地表植物少，缺乏植物根系的固结作用。黄土地区降雨量分布不均匀，在每年7～8月，一些小流域经常发生暴雨灾害，暴雨强度大，持续时间短。此外，黄土地区常年干旱，人工排水系统和天然排水系统不够完善，经常发生堵塞问题，易形成积水，致使公路发生水毁病害。总而言之，黄土地区公路水毁病害的成因主要包括以下几个方面：

2.1 自然条件

黄土地区地形地貌复杂，沟壑比较多。在风力的作用下，经常发生新黄土裸露在空气中的问题，沟谷多，可为排水提供天然的通道。在黄土地区建设公路工程，必然会破坏原有的环境条件，侵占原有的自然排水通道。此外，公路路基还会时刻受到两侧山体汇水的威胁。在湿陷性路段路基施工难度大，普遍存在不设置排水设施，或者排水设施设置不合理的问题。使得雨水和渗水无法及时排出，汇集在公路上，引起路基开裂、破坏、沉陷等一系列水毁病害。

2.2 气候

甘肃省陇南地区，为典型的黄土地区，年降雨量比较少。但在夏季容易出现暴雨，雨水集中，强度大，径流时间比较短，极易引起山洪灾害。山洪中携带大量泥沙，进入到排水通道后会堵塞公路工程的排水渠道，致使雨水无法及时排出，增大公路水毁病害发生的概率。

2.3 路基形式

在黄土地区修建公路时常用的路基形式有三种，包括：深路堑、高路堤、半填半挖路基。如果在实际施工中，遇到高路堤侵占沟道的问题，在路堤边坡和自然沟道边坡之间会形成三角带，在雨季容易发生积水问题。常用的解决方法为当路基边沟施工结束后，通过坡外填土的方法，将自然坡面上的水引流到边沟中。但此种做法存在一个明显的缺陷，如果坡外填土的压实度没有达到设计要求，会引起水流汇集问题，渗流到公路路基之上，从而引起一系列公路水毁病害。

坡体破坏之后，容易发生滑塌问题，堵塞既有公路排水通道，引起公路水毁病害。此外，施工方法选择不当，也会破坏坡面总体结构的稳定性，降低边坡的强度，在外力作用下，易发生边坡突然破坏，出现滑塌灾害。

半填半挖路基在填挖衔接位置，如果回填和压实不达标，会引起严重的沉降问题，影响通车的安全性。此外，如果在正式施工中，没有合理处理好边坡防护和排水相互之间的关系，会导致雨水难以顺利排出，雨水径流冲刷边坡，降低边坡的稳定性，易引起边坡滑塌问题。如果边坡潜水具有较高的水头，会从边沟底部，渗流到公路路基中，提升黄土填料的含水量，降低路基的强度，在行驶车辆反复碾压下，易出现沉陷、变形等一系列水毁病害。

2.4 排水设施

在黄土地区修建公路工程时，如果不重视地下排水系统的设置，或者布设间距不合理，就难以将地下水顺利下降到指定的深度，致使路基被地下水浸泡，出现沉陷问题。受到地形地貌和交通条件的限制，黄土地区公路在施工中边沟、排水沟出水口的间距比较大，很多路段连续长度达到300～400 m，一些路段甚至能够达到600 m或者更长，为保证雨水能够顺利排出，需要开挖出大断面排水沟渠，虽然能够提升排水的速度，但同时也会增大雨水冲蚀的面积，影响排水效果。

3 黄土地区公路水毁病害防治措施

3.1 提升公路路基的稳定性

为降低水毁病害发生的概率，在黄土地区公路施工建设中需要注重路基稳定性的提升，具体而言，可从以下几个方面同时入手：

第一，提升路基的高度。在一些水文条件比较差，地下水位高的区域，为降低春融翻浆和夏季雨水冲刷的影响。提升路基高度，是保证公路路基稳定性的关键。此种做法，既能促使公路路基远离地表水和地下水，还能增加路基上部的临高面积，提升黄土中水分蒸发的速度，并免受水浸、雪埋的影响。

第二，边坡控制。针对高度不超过30 m的高填方路基，可按照公路路基基底的实际承载力情况，采取折线形或者阶梯形边坡。

第三，选择合适的填料。在黄土地区公路施工中路基填料主要以黄土为主，新黄土中含有很多砂粒，有助于提升路基的压实度和稳定性，可作为填筑材料。老黄土中含有大量细小颗粒，容易结团，且透水性比较差，不易作为路基填筑的填料。较大的黄土颗粒需要打碎后再填筑，路基填筑要采取分层回填、分层压实的技术工艺，每层压实度都要达到设计要求。

第四，铺砂垫层。在黄土地区公路路基施工中，通过铺砂垫层可有效降低地下水毛细上升的高度，并降低湿陷性黄土遇水的可能性，以及冻结时的冰聚性。路基上层土壤化冻之后，形成的水分，可含蓄在砂层中，并被顺利排出。而粗砂或者中砂，即便是处于含水饱和状态，也能处于良好的稳定状态，提升路基的稳定性。铺砂垫层也可以作为路面的一个加强层施工，以提升路基的整体强度和承载力。

3.2 提升路堤的压实度

从黄土的节理和水理特性中能够看出，如果黄土中没有水的加入，具有良好的工程特性，一旦渗入水，黄土颗粒会发生崩解现象，从而引起一系列的溶蚀、湿陷等水毁病害。而加强路堤的压实度，不但可以降低黄土的孔隙率，还能降低毛细水的上升高度以及水对黄土的渗透和溶蚀。但在压实操作中，需要严格控制好填料的含水量，因为黄土的湿陷性会随着含水量的减少而增加，随着干容量的增加而减少，因此，在进行黄土路堤压实中，必须严格按照标准击实试验得到的最佳含水量的-3%～+1%进行填筑。影响路堤压实度的因素比较多，如回填土的性质、含水量、压实度标准、压实设备、压实方法等。在黄土地区修建公路工程时，普遍存在水源不足的问题，在此种施工条件，为提升路堤的压实度可采取以下方法：

第一，采取重型击实标准。新规范中规定的重型击实标准，比过去轻型击实标准的击实工提高了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减少3%～9%，而最大干密度却提升了10%～16%，由于降低了最佳含水量，能够更好地保证压实效果。

第二，选择重型压实设备。和常规地区相比，黄土地区要选择重型的压实设备，并适当增加碾压遍数，提升碾压实践。控制黄土湿陷的方法有两种，一种是控制最佳含水量，另一种是控制最大干密度。采取重型压实设备来碾压黄土填料，能够很好地提升黄土最大干密度，从而保证压实度。

第三，选择有利的时节。黄土地区缺少水源，为解决供水不足影响速度和质量的问题，需要在对施工有利的时节加快施工速度。

第四，通过化学加固法来加固黄土填料。但如果公路工程施工范围内黄土中钙质的含量比较大，或者是粘粒达到一定的程度，不进行处理直接施工，会出现严重的湿陷问题。这就需要对黄土的土质进行改造和处理。比如：可在黄土中加入适量的石灰，可有效改善黄土的性能，提升强度，减少湿陷性，提升黄土的压实度和CBR值。

3.3 注重坡面防护

坡面防护也是黄土地区公路施工中防治水毁病害的主要方法和措施，常用的方法有两种，一种是植物防护，另一种是矿料防护，每种防护都有其独特的优缺点，比如：植物防护是施工工序简单、费用低廉、防护效果好的公路边坡防护技术。植物根系能够加固黄土结构的稳定性，并覆盖黄土表层，降低雨水冲刷量。而且还能调节黄土的湿度，防止发生裂缝。对边坡水土流失可起到浅层加固的作用，还能美化周围环境。但黄土地区气候干旱，可采取种草和植树的方法，来对边坡进行防护。

矿料防护同样可以起到防护边坡的作用，常用的矿料防护技术有三种，保证抹面、锤面、浆砌片石，具体的适用范围和要点如表1所示：

表1 矿料防护技术适用范围和要点表

3.4 综合排水防治

黄土地区公路排水系统存在的问题主要体现在两个方面，其一是“系统问题”，是否形成了稳定的排水系统，以及形成的排水系统是否合理；其二是“完整性问题”，形成排水系统中由于缺乏粘结环节中的一个或者排水设施，致使排水系统无法发挥出排水的功能。对黄土地区排水系统而言，为能够将雨水及时排出，达到控制功能水毁病害的目的，可从以下几个方面同时入手：

第一，在设计排水系统时，需要综合考虑气候、地形、地貌、不良地质条件、人类活动因素、生态环境等，尤其是黄土地区普遍存在的黄土特殊工程材质对排水系统造成的不良影响，需要高度重视。

第二，排水系统的设计和施工需要有良好的超前性和主动性，要能够有效处理好长期使用性能和短期发展之间的关系。大量实践和研究结果表明，被动的、过于注重短期排水效果的排水系统，会造成巨大的经济损失，而且修复难度极大，会对公路后期养护各项工作的开展制造很多麻烦。

第三，全面调研各路段排水系统的系统性和完整性，针对那些不能修复，或者修复资金过大的路段，可考虑改线或者重新布设排水。针对排水系统不完整性，引起的水毁病害，需要增修排水沟、截水沟、急流槽等，通过挡墙+植被+矿料防护相互结合的方法，对黄土地区公路水毁病害进行全面防治。

4 结束语

综上，分析了黄土地区公路水毁病害成因分析及处治措施，分析结果表明，水毁病害是黄土地区公路常见的病害，对公路结构的稳定性、通车的安全性以及使用寿命都有很大影响。为有效防治水毁病害，在黄土地区修建公路工程时，需要结合当地的自然条件、地形地貌、地质水文等，从提升公路路基的稳定性、提升路堤的压实度、注重坡面防护、综合排水防治等方面同时入手，才能提升公路质量，降低水对黄土地区公路造成的不良影响。