黄土路基塌陷及治理措施研究

曹升堂， 梁静媛， 段 磊

（1.陕西省定边县农村公路管理站，陕西 定边 718600；2.陕西省榆林公路管理局，陕西 榆林 719000；3.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室， 陕西 西安 710064）

地面塌陷是地表岩、土体在自然或人为等因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。如果这种动力地质现象发生的地区有人类活动时，就很有可能发生地质灾害。根据形成塌陷的主要原因可以把地面塌陷分为自然塌陷和人为塌陷两大类。前者是地表岩、土体由于自然因素作用（如地震、降雨、自重等），向下陷落而形成，例如黄土塌陷；后者是人为作用导致的地面塌落。黄土塌陷又属于非岩溶地面塌陷。

黄土是干旱或半干旱气候条件下形成的疏松均质堆积物，广泛而且集中分布在陕西省北部地区。黄土地区的公路灾害除边坡地质灾害和路基水毁灾害以外，最常见的就是黄土路基塌陷。路基塌陷具有突发性、隐蔽性、危害严重等特点，极有可能对公路正常运营造成严重破坏。2011年7月，有媒体报道了榆林市榆阳区运煤专线牛家梁段由于路基塌陷造成交通严重拥堵的事件，引起了社会的高度关注。因此，研究黄土路基塌陷及其治理措施具有重要的工程和社会意义。

1 黄土路基塌陷的成因及危害

路基塌陷灾害的主要诱发因素为黄土暗穴，与黄土自身的工程地质特性（如易崩解性、湿陷性等）密切相关。从成因上看，塌陷可分为自然和人为诱发两种，由此造成的经济损失也相当严重，同时人为诱发的塌陷有逐渐增多的趋势。

湿陷性黄土在干燥状态下可以承受一定荷重而变形不大。当浸水后，土粒间水膜增厚，水溶盐被溶解，土粒粘结力显著减弱，从而引起土体结构破坏并产生湿陷。由于湿陷往往是突然发生的，所以常使路基等工程建筑物发生突然沉陷，甚至导致建筑物破坏和人员伤亡、财产损失。

1.1 黄土路基塌陷灾害的成因

1.1.1 内在因素

黄土地层时代、黄土湿陷性、黄土微观结构、渗透性、崩解性、抗冲性及黄土中的节理是影响黄土暗穴发育程度的重要因素。野外调查发现，垂直节理、次生张开垂直节理、斜节理、构造节理、风化裂隙和卸荷裂隙发育的地区，黄土路基塌陷也十分发育。水流沿着各种节理、裂隙入渗，并对土体产生潜蚀和冲蚀作用，为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

黄土路基塌陷灾害的形成、发展与暴雨的强度和暴雨频数有关，暴雨的强度和历时对黄土路基塌陷的发育程度和类型均有影响。

1.1.2.2 地形地貌

黄土梁峁地貌单元内发育的微地貌（冲沟）、地形和地面坡度对黄土路基塌陷的发育影响较明显。

1.1.2.3 工程因素

公路工程的挖、填方等对原有地形的改变，破坏了正常的地面径流条件和植被情况，截断了地面汇集水流的排泄而形成积水，在填土与下部原土层接触界面处可能引起黄土湿陷。因公路排水系统设计不完善，或进出口处理不当，或施工质量较差，也常常导致黄土沉陷，造成路基沉陷或塌陷。

1.2 黄土路基塌陷灾害的危害

黄土路基塌陷对公路的破坏，包括对路基、路面、路堤、路基边坡及公路排水设施等的破坏。

1.2.1 对路基、 路面的破坏

黄土路基塌陷直接造成路基路面的沉陷、裂缝等。路面破坏的一般过程是：路面不均匀变形→沉降→路面开裂→下沉→塌陷。

1.2.2 对路堑边坡的破坏

黄土路基塌陷对路堑边坡的破坏主要有两种类型：a）在路堑边坡坡面形成水刷涡或深切沟，破坏路堑边坡的完整性，并引起周围土体坍塌；b）造成边坡的滑塌破坏。

1.2.3 对路堤边坡的破坏

在填方路段或半挖半填路段，路堤边坡的稳定状况直接影响公路的正常使用。黄土塌陷对路堤边坡的破坏主要包括以下两种形式：a）造成路堤边坡的滑塌破坏；b）造成路肩部位的不均匀沉陷与裂缝。

1.2.4 对公路排水设施的破坏

黄土塌陷容易引起公路截排水设施的破坏，造成边坡冲刷，进一步加剧塌陷对公路的破坏。

2 黄土路基塌陷的识别及调查方法

2.1 黄土路基塌陷灾害的识别

对黄土地区路基塌陷灾害的识别可以从以下几方面入手。

2.1.1 灾害的特征

灾害的特征指通常在路域范围内出现明显的凹陷、裂缝、塌陷等。

2.1.2 灾害对公路各部分的破坏形式和特点

灾害对公路各部分的破坏形式和特点包括：路面有明显的纵、横向裂缝；路基出现明显的塌陷；排水设施，特别是出口处明显出现破坏或者下沉；公路边坡出现明显的滑塌破坏；路肩部位出现明显不均匀沉陷与裂缝。

2.1.3 黄土暗穴的发育特点及分布规律

黄土路基塌陷灾害主要是由黄土暗穴诱发的，故黄土暗穴的发育特点及分布规律可以为灾害识别提供参考依据：

a）从地貌类型上看，地貌单元主要为黄土残塬梁、黄土梁峁区的地区，公路黄土暗穴普遍发育密度较高；各类地貌单元中发育的冲沟中，黄土平梁、黄土塬及黄土残塬的边缘地带及与冲沟之间的斜坡地带，缓梁浅谷或深谷的斜坡地形变化强烈的微地貌上公路黄土暗穴发育最为强烈；黄土缓峁、宽峁的坡度变化明显地带黄土暗穴也常常较发育；

b）从土性上看，公路黄土暗穴的形成和分布与黄土物质的特殊性质，尤其是与其颗粒成分、疏松程度、湿陷性及崩解性等有着紧密的联系；

c）从公路工程不同部位看，暗穴主要分布在路堤和路堤段的边坡、公路转弯处内侧、边沟、排水沟、排水渠以及路肩与路面衔接处等公路工程部位，另外，一些公路桥涵、隧道的某些部位也时有暗穴的发生。

2.1.4 灾害的易发区域

黄土暗穴分布与黄土湿陷性强弱的分布规律基本一致。

2.2 黄土路基塌陷灾害的调查方法

黄土路基塌陷灾害的调查方法以资料收集、巡查和现场调查为主。调查内容包括以下几方面：

a）区域孕灾条件调查 主要包括降雨、植被、人类工程活动、黄土类型等；

b）路域范围内灾害情况调查 包括灾害的数量、严重程度、灾害对路基及其排水等附属设施的破坏情况；

c）对危险性大的灾害进行详细调查 包括类型、规模、成灾位置、路基损坏部位等，并对成因进行初步判断；

d）对线路进行灾情调查 包括灾害数量、路基毁坏及造成的损失情况。

3 黄土路基塌陷治理措施

3.1 路基塌陷灾害危险程度

黄土暗穴成因较复杂，是黄土地区公路灾害的一大根源，其危害程度如下：

a）黄土湿陷性较强的地区，黄土路基塌陷灾害较严重，对公路的危害也较严重；

b）在黄土暗穴发育程度高的黄土梁、峁及冲沟等地貌单元内，黄土路基塌陷灾害较严重；

c）自然条件越恶劣的区域（包括降雨和植被等），路基塌陷灾害越严重；

d）公路养护工作比较滞后，排水设施遭到严重破坏或堵塞的地段，黄土路基塌陷对公路的危害越严重。

3.2 黄土路基塌陷的防治对策

黄土路基塌陷的防治对策包括：

a）做好路域范围内的截排水措施；

b）灌砂、灌浆、开挖回填、导洞和竖井等；

c）黄土路基塌陷防治应以预防为主，消除其产生的可能条件，如加强排水，把坡面水引排至路基影响范围以外或填平坡面上的积水坑，在坡面土质松散的地方，可铺填粘土并夯实或种植树木；

d）增设防渗设施，即对已形成或正在形成的塌陷，除了开挖分层夯实外，还应在源头设截水沟、挡水墙等措施，并做好防渗措施；

e）结合当地技术条件，采取其他工程措施等。

4 结语

黄土地区自然环境条件复杂，在公路工程建设过程中所见的特殊工程问题（如黄土塌陷等）已成为广大工程技术人员的重点研究领域之一。黄土塌陷成因较为复杂，随着黄土地区公路建设和养护工作的不断推进，可能会面临更为严重的、多样的黄土塌陷灾害。因此，对于黄土塌陷灾害的研究具有必要性，其减灾效益十分可观。

[1]谷拴成,于远祥.黄土滑坡灾害形成机理及其防治对策[J].中国矿业， 2008， 17（3）： 44-46.

[2]肖曼，马保成，范俊瑛.公路地质灾害的预测预警与应急处置[J].交通企业管理，2011，（3）：64-65.

[3]李家春，田伟平，马保成，等.公路地质灾害防治指导手册[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]舒森，李家春，朱钰，等.陕西省公路灾害防治技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009.