黄土地区路基病害成因分析及GIS技术防治体系研究

程伟涛

(广东省建筑设计研究院，广东 广州　510370)



黄土地区路基病害成因分析及GIS技术防治体系研究

程伟涛

(广东省建筑设计研究院，广东 广州510370)

摘要：针对黄土地区路基工程的特点，对其病害成因及特征进行分析归纳；同时针对目前我国黄土地区路基病害管理方面的落后局面，提出采用地理信息管理系统(Geographic Information System，简称GIS)技术解决这个问题的设想。GIS技术可以很好地利用黄土地区病害的特征来满足我们对路基病害的全过程化管理、实时查询分析和建立病害发生预测模型的需求，以实现路基病害的有效防治，彻底改变我国黄土地区路基病害治理的被动局面。

关键词：黄土性质；路基病害；治理措施；GIS技术；防治体系

1黄土地区路基病害成因及特点分析

1.1路基病害成因分析

物质的宏观特征与其微观结构往往具有紧密的联系，黄土地区的路基病害也是如此。黄土的颗粒成分以粉粒为主，约占55%以上，其中粗粉粒和砂粒通过粘粒共同构成结构性骨架，其他物质填充或者悬浮于骨架上，这在一定程度上使其具有了多孔隙天然属性。在大自然的物理作用下，黄土又形成原生节理(一般指垂直节理)和次生节理(一般指结构节理)。这种多孔隙构造和节理发育的特点必然导致其具有较强的透水性。黄土的这些结构和构造特点共同构成了黄土地区路基病害的内因，而道路在修建、运营期间受到的各种荷载和大自然等外因作用下就可能发生崩塌、滑移、坡面破坏、地基沉陷和滑坡等多种形式的路基病害，所以这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)病害种类多样，但是产生因素可溯。众所周知，黄土地区路基病害类型较多，且发生的偶然性较大。有时多种病害同时发生，给人一种错综复杂的感觉。其实病害种类的多样性只是其不同形式的表现，他的发生由内因和外因共同决定。内因是黄土的构造及结构、多孔隙性、丰富的节理和较强的透水性；外因是荷载和大自然(雨水及温度)等作用。通过分析病害发生的影响因素来研究各种病害的思路就可以把握病害的本质—土体受外界影响表现出的旧平衡的破坏。

(2)病害分布具有明显的地理特征。对于一个地区的路网来说，相同或者类似的路基病害往往发生在同一区域的概率较大，抑或是某一路段在建成通车后成为路基病害的多发区。这些现象发生的主要是由于这些区域特殊的地理特征造成的，这也为我们防治路基病害提供了启示。

(3)病害与前期路基修建具有一定关系。在道路修建之前，一个地区土体经过与大自然的长期作用已经处于一种比较稳定的平衡状态，道路的修建则是打破原有的平衡、建立新平衡的过程，路基病害的发生则是新平衡形成过程中不稳定的表现。因此路基病害的发生就必然和路基设计施工过程有一定的联系，因而我们在路基病害防治时也应该将路基设计施工因素考虑进来，同时还应该分析道路建设前期的地质勘查资料，这样才能在最大程度上保证路基病防治措施的科学性。

(4)路基病害危害性大，治理成本高昂。黄土地区路基病害一旦发生往往会对整个道路产生致命的影响，轻则破坏道路、影响交通正常运行；重则中断交通造成重大人员伤亡。而交通的受阻对社会造成的经济损失则是无法估算的。同时病害的处治又需要消耗大量的人力物力及时间，这又会对交通造成二次影响。

(5)病害重治理、轻预防。我国道路养护体系发展滞后已是不争的事实，同时由于道路后期运营养护方面的投入较少，缺乏专业的技术人才和设备，导致目前路基病害仍然处于“头疼医头、脚疼医脚”的状态；重病害治理，轻预防。这就很难彻底地防治路基病害这一顽疾。而一个重要的因素则是没有一个完善的黄土地区路基病害管分析理体系。

2基于GIS技术的黄土地区路基病害管理防治体系的提出及可行性分析

随着道路交通事业的发展，道路的相关附属设施正在不断完善和深化，因此相关的信息统计管理工作正在呈“井喷式”的增加，而传统的文件管理系统虽然可以对数据进行长期保存并进行查询修改，但是却存在数据共享性差，冗余度大的缺点；同时相同数据的重复存储和各自管理也容易造成数据的不一致性，给数据的修改和维护带来极大的困难。这一点在路基病害及其相关信息的管理方面显得尤为明显，因为路基病害信息种类繁多，相互之间既有联系又有区别，并且这些信息具有很强的时间属性，这无疑加重了路基病害信息的管理整合难度。

地理信息系统(简称“GIS”)是一种特定的空间信息管理和数据库分析系统。它是在计算机软硬件系统支持下，对有关地理数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它可以把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。

由此可见，我们完全可以利用GIS技术来对路基病害信息实现科学管理，它不仅可以很好地解决路基病害管理面临的难题，而且还可以有效地提高路基病害的防治水平。

3GIS技术在黄土地区路基病害防治中的优势

3.1路基病害信息的全过程管理

虽然黄土地区路基病害的发生往往是十几或者几十分钟的事情，但是从路基开始建设到安全隐患的存在，再到路基病害的形成及最终发生必定要经历一个长期的过程，而这个过程也就是路基土体本身性质特征信息逐渐变化的过程。如果能够准确掌握这个变化过程，那就可以认识路基病害发生的深层次机理，这就为治理病害提供了一种可能。而GIS技术则是实现这个可能的首选，其强大的数据收集管理功能可以帮助我们全面地了解病害信息。

3.2路基病害状态的实时查询分析

目前我们已经对路基土体性质的变化规律和病害发生机理有了一定的了解，但是却无法全面对道路病害信息进行实时查询分析，主要原因是没有一个有效的针对病害信息的查询工具。GIS技术强大的数据运算、查询和分析功能可以解决该问题。借助GIS技术，我们可以准确地了解黄土地区路基病害的实时及历史状态，同时结合大自然气候天气状况来进一步分析病害发生的可能性。这样在极端天气出现前，我们就有可能对即将发生的路基病害地区进行预报，以避免车辆和人员伤害。

3.3路基病害发生预测模型的建立

GIS技术研发的初衷就是为了处理地质地表等地理信息，因此完全可以把道路从建设前、建设中、运行过程及病害发展发生等各个阶段的信息纳入到GIS管理系统中，同时从黄土特有的结构、多孔隙性、节理丰富及透水性强的特点入手，进而有针对性地分析影响路基病害发展发生的因素，然后利用数据库技术的数据挖掘功能来建立黄土地区路基病害发生预测模型。因为数据挖掘技术可以从大规模的数据中找出隐藏其中的特殊关系，最终通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统和模式识别等诸多方法来现实模型的建立。这样我们就可以全方位地了解路基病害的发展发生过程，并对病害的发生做出科学的预测。

4小结

本文对黄土地区路基病害成因进行深入分析，并对路基病害的主要特征进行总结；然后分析了目前我国在路基病害管理和防治方面存在的问题。在此基础上，提出了通过GIS技术来解决目前在路基病害治理方面的困境。GIS技术在路基病害具有病害信息全过程管理、病害状态实时查询分析和建立病害发生预测模型的强大功能。这种路基病害防治体系可以较好地利用路基病害成因可循可溯性和地理特征属性来建立数据库信息系统，并通过GIS技术特有优势来降低病害发生概率，节约治理成本。这样就可以彻底改善目前黄土地区路基病害治理的被动局面，同时也可以为其他地区的路基病害治理提供一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]许维贞.黄土地区新建线路基床病害成因与整治[J]．铁道建筑，2005，(2).

[2]王学文，杨敏．简论公路路基病害的防治[J]．黑龙江交通科技，2011，208(6)：32-33.

[3]杨俊乐.公路养护管理现状和发展浅析[J].土木建筑学术文库(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

中图分类号：U416.1+69

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0027-02

作者简介：程伟涛(1988-)，男，陕西武功人，助理工程师，研究方向：路基路面工程。

收稿日期：2016-02-23