发信人: courieryboo (小凡·每天灌水多一些...), 信区: DC
标  题: 甘肃省公路土桥病害与黄土分区相关关系
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:48:33 2000)

摘　要：通过对甘肃公路土桥调查区病害成因的探讨，认为地面水、地下水、土桥设计
、施工和养护不当均可成为病害的主要影响因素，而水是最根本的原因。研究发现，不
同地貌、地形、地质、气候条件下土桥病害差异很大，说明公路土桥病害与黄土分区有
十分密切的相关关系，这一关系对于公路工程建设具有很好的实际指导意义。
关键词：黄土土桥；黄土分区；病害机制
中图分类号：U416.16　　　文献标识码：A
Relation between Disease of Loess Bridge on Highway
and Loess Zoning in Gansu Province
YANG Zhong-cun1， WANG Zhi-gui2, TAN Dun-yi1
（1.Gansu Province Administration of Highway, Lanzhou 730030, China;
2. Communication Department of Gansu Province, Lanzhou 730030, China）
Abstract: The investigation of the causes of disasters of region of loess br
idges in Gansu province is carried out. The results show that the surface wa
ter,ground water, design, construction and conservation of loess bridge can
become the main factors influencing on the disaster,and the water is the mos
t fundamental factor. The results indicate that the disasters of loess bridg
e are different in different geomorphic,land form,geology and climate condit
ions,which shows that there is a close relation between disaster of loess br
idge and loess zoning.This relation is very good and realistic significance
guild to the highway construction.
Key words: loess bridge;loess zoning;disaster mechanism
　　甘肃省中部和东部黄土地区，其表层多为湿陷性黄土。区内大小冲沟密布，甚至1
km2的山凸也可能出现50 m深的冲沟。道路选线时由于冲沟附近的地形和路线的高度在技
术上和经济上不可能总是建造桥梁，大多数情况下，还是依靠修路堤来跨越冲沟，特别
是连接梁峁间的路堤(崾岘)往往很陡，故形象地称之为“土桥”。土桥在甘肃境内分布
很广，病害类型较多，而且不同地区各具特点。甘肃现有公路士桥状况及其使用质量直
接影响着省内黄土地区公路交通的安全运营。因此，要保障黄土地区公路正常使用，首
先就要解决好土桥问题。如何建好、养好、管好土桥，一直是甘肃公路部门探求解决的
问题。本文在大量调查的基础上，对甘肃公路土桥分布特征进行了统计分析，对土桥病
害及其与黄土分区相关关系进行了分析与探讨，提出了土桥设计、施工及养护中应遵循
的原则。
1　公路土桥病害机制与成因类型
　　公路土桥是人类工程——经济活动的产物，座落于崾岘或冲沟之上，改变了原来的
水文条件、地质条件、地形地貌条件，加之车辆动荷载对其直向和侧向加压和剪切，使
得土桥与周围环境处于动态平衡之中，一旦某种因素失去平衡，将会产生土桥病害。
1.1　水是引起土桥病害的根本原因
　　甘肃省土桥大多数修建较早，在当时设计施工中，只重视路线和平、纵、横结合问
题，而忽视了对土桥的排水系统设计、雨水对土桥的侵蚀和冲刷作用、水对土桥的季节
性冻融问题、洪水对土桥的破坏而造成的损失。水对土桥的破坏作用有以下表现形式。

1.1.1　地面水对土桥坡面的冲刷
　　当土桥顶面两侧之排水沟和边沟及坡面缺少必要的保护措施，每当下雨、特别是暴
雨时，土桥坡面及顶面水只能沿坡面漫流。由于土桥填土高度大，本身汇水面积大，因
此，坡面水流量大、流速快，加之黄土孔隙率大、土质疏松，造成对土桥坡面的冲刷，
轻则坡面冲沟纵横，重则导致坡脚水土流失、崩塌，乃至路基失稳。
1.1.2　地面水对桥体的直向溶蚀和潜蚀
　　土桥主要修筑在崾岘及冲沟上，往往位于路线的凹形竖曲线上，或者由于土桥沉降
造成桥面低洼。下雨时，两岸斜坡和路基路面水从两端流向土桥顶面桥面形成积水，这
部分水主要通过向桥体下掺和蒸发而排除。由于甘肃省公路油路面部分超期服役，路面
龟裂、破坏严重，加之土桥压实不够，水分下渗极为严重。在黄土的湿陷性作用下，水
流溶解掉沉积在土颗粒表面的易溶盐和中溶盐以及胶结物，使水分子契入土颗粒之间，
破坏了土颗粒间的联结薄膜，使土的抗剪强度显著下降；当渗流速度较大时就出现潜蚀
，使上部细颗粒被带走。在土体自重和车辆的活荷载作用下，土的结构被破坏，细土颗
粒向大孔隙中滑动，骨架挤紧，从而导致桥面翻浆，甚至土桥不均匀沉降、裂缝扩大、
土桥滑塌等。
1.1.3　地下水对桥基的水平溶蚀与潜蚀
　　对于坝式路堤或填方路堤，由于土桥的修建，使得地下水排泄路径受阻，地下水加
大了对桥基的渗透。尤其是坝式路堤上游积水，使得地下水的溶蚀作用加强，在桥基内
形成隐伏的水平向黄土溶洞，给土桥病害防治带来很多困难。
1.1.4　水对土体的冻融作用
　　由于黄土具有较显著的毛细现象，毛细水上升高度大、速度快，具有较畅通的地下
水源补给通道。同时这些土颗粒较细，土粒矿物成份亲水性强，能持有较多的结合水，
从而使大量结合水迁移和聚积于土桥土体中。土桥内部含水由于季节性变化而引起冻融
，冬天冻结时，在土桥边坡表面和路基顶面形成冻结层，后由于温差聚水作用，地下水
分不断向冰层迁移。甘肃省黄土覆盖区年平均冻融时间达4个月之久，冬季最低气温为-
20℃左右，日温差较大，土层冻结平均深度为60～80 cm［1］；春季冰冻开始融化，随
着土中水分的融化，下部冰冻层尚未解冻，土桥顶部容易造成翻浆。而融化后的水分注
入胀裂缝中，形成土桥强度较弱面。经过多年冻胀和消融的循环，软弱面逐渐加大、加
宽、延深，造成土桥的破坏。
1.1.5　洪水对土桥的破坏
　　甘肃省气候干燥，植被覆盖率差，降雨集中，暴雨时地面径流量大，水土流失严重
。土桥位于崾岘和沟口处，沟内汇水面积较大，暴雨时土桥泄水涵洞不能及时将洪水排
出，导致土桥上游临时性大量积水，浸泡土桥边坡，冲蚀掏挖原冲沟土层，造成湿陷成
穴，特别是土桥填筑士与原状土的结合处常常会出现穿孔现象，并贯通整个土桥底部。
由于洪水携带泥沙在表层沉积，暗穴进口不易发现，洪水多次侵蚀、冲刷，暗穴内部逐
渐扩大，从而导致土桥整体崩塌、冲毁，造成交通中断和经济损失。
1.2　土桥设计不合理引起的病害
1.2.1　排水系统设计不合理
　　主要表现在土桥顶面排水沟和边沟无法汇集雨水，造成土桥顶面积水，破坏路面，
侵蚀填筑土或雨水沿坡面漫流冲刷。另外，土桥两侧排水沟设置不当，出水口距土桥边
坡太近或急流槽未设置到土桥边坡底部，造成土桥边坡严重冲刷、滑塌。
1.2.2　土桥下泄涵洞设置不合理
　　土桥下泄涵洞孔径偏小，形成洪水滞流，对土桥上游边坡产生侵蚀冲刷；孔径过大
，造成施工困难和浪费。另外，涵洞位置的选择也直接影响着土桥的安全，尤其是将涵
洞设置在填筑土与原状土的结合处，土体应力集中，产生不均匀沉降，造成涵洞断裂，
水流渗入裂缝造成土桥的局部沉降过大。
1.2.3　预留沉落量不合理
　　设计预留沉落量时认为它与填土高度成正比［2］，故设计成两端低中间高的形式，
结果在现场调查中发现土桥地基为坚硬土时这种设计是合理的，但当地基为黄土或软土
时，其结果恰好相反。这就使得路堤线型不良，桥面中间凸起、两端凹陷。
1.2.4　土桥边坡坡比、坡高、顶宽和桥体走向设计不合理
　　土桥边坡坡比、坡高与沟谷形态、两端路面标高、水文条件、地质条件等密切相关
。为了保证交通安全和排水方便，尽量使土桥标高和两端路线标高协调，避免中间低凹
。坡比不宜太大，以免侧向扩张开裂甚至滑塌；也不宜太缓，以免桥下排水涵洞过长引
起涵洞开裂和桥基坡面因汇水面积过大而受冲刷。设计顶宽必须考虑未来交通宽度、人
行道宽度、排水系统宽度、护栏宽度及路肩反压平台宽度。否则，宽度过小会严重制约
车流量，引发交通事故。桥体走向应考虑如下两方面的因素：一是桥体走向应尽量与沟
谷水流方向垂直，便于设置排水涵洞；二是桥体走向应与两端路线连成直线，或尽量增
大曲线半径。两者有冲突时，应根据交通需要进行协调。本次所调查国道和省道土桥，
有几处土桥因设计不合理，后进行了裁弯取直，保障了道路畅通。
1.3　土桥施工不合理引起的病害
1.3.1　排水设施不健全
　　有些土桥在排水系统设计上就是空白，或设计上做了，但又未在施工中实施，造成
水的疏导和防护不当，引起土桥破坏。
1.3.2　基层处理不合格
　　为保证土桥整体稳定性，基层处理是第一步［3］。由于冲沟内杂草、杂物多，淤泥
、软黄土厚，沟壁凹凸不平，故必须清除杂草、杂物、淤积物和松散堆积土层，挖齿状
反坡台阶、处理沟壁表面土层。如果沟底软土太厚，则需进行地基处理；如果沟底附近
有泉水出露，不可压制，只能疏导。甘肃黄土区公路土桥有多处因地基不合格，导致上
部桥体沉陷过大，尤其原来的黄土边坡与新填土接茬处因处理不当，造成接触带开裂进
水、滑移、塌落。
1.3.3　施工时问、顺序、质量控制与监理问题
　　施工时间应避开多雨天气，确保土质符合填筑要求。但是甘肃黄土区修筑公路的黄
金季节在5月至10月之间，其中7月至9月为降雨集中时间，这给施工带来了一定难度。
　　为了确保施工质量必须有合理的施工顺序，夯填土的密度和最优含水量是2个控制性
指标。由于土桥施工土方集中，工程量大，工期紧，一般取水条件又差，加之摊土厚度
及填筑土的含水量很难掌握，所以大多数直接采用天然含水量土，甚至将大量干土块用
于填筑土桥，加之土桥压实机械较缺，大多数用人工夯打，压实功能低，这样很难达到
压实要求。调查中发现，压实度在90％以上的土桥，整体稳定性都较好，压实度在80％
以下的土桥，尤其贮水土坝，在使用过程中局部整体大量沉降，甚至边坡滑塌的较多。

　　过去，在土桥填筑过程中没有引入监理机制，甚至连自检过程都没有，从而使得土
桥病害在土桥运营时才得以发现，治理难度增大了，治理费用也大大增加。为了保证施
工质量，必须建立健全监理制度，对摊铺、洒水、碾压、现场检测各阶段进行严格把关
。
1.4　养护不周引起的病害
　　土桥工程量集中，各种影响因素复杂，尤其是第1年，病害较多，如不进行及时修补
和经常性地维修加固，土桥的特性和经济效益就会受到严重影响。
1.4.1　坡面植被覆盖率小
　　坡面种草植树可起到固坡、抗冲刷的作用，对增强土坡稳定有重要意义，能避免边
坡沉陷、开裂、坍落等不良现象。
1.4.2　养护不及时
　　有些病害处于隐藏伏状态，难以发现，不能及时养护，以致出现更大的病害。
1.4.3　养护资金短缺
　　公路土桥病害多、面广、频率高，要求配套的资金量大，但目前由于甘肃省经济实
力有限，资金很难到位，使得病害拖延、增多。
　　当然，在实际工程中以上4个方面即水、设计、施工和养护是密不可分的，各种病害
相辅相成，具体分析只有结合具体条件才有实际意义。表1(见下页)是以上各种病害类型
的汇总。
表1　土桥调查区病害成因类型
成因类型 主要影响因素 具体病害类型
水引起的
病害
(Ⅰ) 地面水对土桥桥面的冲刷(Ⅰ1) 坡面冲蚀、沉陷、水土流失、路肩滑塌、崩塌、路
基失稳
地面水对桥体直向溶蚀与潜蚀(Ⅰ2) 不均匀沉降、上部开裂、翻浆、滑塌
地下水对桥基的水平溶蚀与潜蚀(Ⅰ3) 地基沉陷、潜伏水平向溶洞
水对土体的冻融作用(Ⅰ4) 翻浆、橡皮上
洪水水毁(Ⅰ5) 涵洞进出水口水毁、陷穴、土桥底基穿孔、崩塌，冲断公路
土桥设计不合理
引起的病害
(Ⅱ) 排水系统不合理(Ⅱ1) 路面积水、坡面漫流冲刷、陷穴滑塌
下泄涵洞设置不合理(Ⅱ2) 滞流侵蚀冲刷、不均匀沉降、洞顶开裂
预留沉落量不当(Ⅱ3) 桥面凹凸不平、中间凸起
设计参数不当(Ⅱ4) 桥体下凹、侧坡开裂、阻塞交通、排水不利、曲线半径太小
土桥施工不当
引起的病害
(Ⅲ) 排水设施不健全(Ⅲ1) 沉陷、桥体蠕滑、接茬处开裂进水、塌落
基层处理不当(Ⅲ2)
施工时间、顺序、质量控制与监理问题(Ⅲ3) 压实度不够、局部或整体大量沉陷、边坡
滑塌
土桥养护不周
引起的病害(Ⅳ) 坡面植被覆盖率小(Ⅳ1) 边坡冲沟、沉陷、开裂、塌落
养护不及时（Ⅳ2） 各种病害被拖延加重

2　陇东黄土区与陇西黄土区土桥病害相关性分析
　　出现上述各种病害分布性有其内在规律和外界影响，前者如土的工程性质和各种自
然环境，后者如施工设备、施工质量、排水情况等。
　　按照土桥类型，分2大类进行统计，即一类为典型土桥，另一类为坝式中堤和填方路
堤，结果见表2。同时绘制了5张H～m关系图(图1～图5)。通过各种图表的分析，可以了
解土桥分布特征。可以看出，陇东、陇西黄土区土桥病害既有相同之处，又各具特点。

表2　甘肃黄土地区各种公路土桥分布及使用情况统计表
土桥类型 黄土分区
陇西梁峁区 陇西河谷阶地区 陇东塬梁区 陇东河谷阶地区
典型土桥 总例数 7 —— 112 48
使用良好 例数 5 —— 31 35
比例(%) 71.4 —— 27.7 72.9
使用不良 例数 2 —— 81 13
比例(%) 28.6 —— 72.3 27.1
坝式路堤
和填方路堤
 总例数 21 28 9 38
使用良好 例数 13 19 3 20
比例(%) 61.9 67.9 33.3 52.6
使用不良 例数 8 9 6 18
比例(%) 38.1 32.1 77.7 47.4

图1　甘肃黄土地区各种公路土桥的H～m散点图
图2　陇西梁峁区、陇东河谷各区典型土桥的H～m散点图
图3　陇东区塬梁区典型土桥的H～m散点图
图4　陇西区坝式路堤与填方路堤的H～m散点图
图5　陇东区坝式路堤与填方路堤的H～m散点图
2.1　源梁峁区土桥病害率高
　　塬梁区、梁卯区表层黄土基本具有湿陷性，黄土的干密度、含水量都比较小，沟谷
密而深，土桥两端汇水面积大，坡面植被稀少。而沟谷阶地区，尤其是低阶地区，黄土
的湿陷性弱，干密度、含水量都相对较高，沟谷两岸稳定性相对提高，土桥两端汇水面
积小、坡面植被成活率较高。这样，河谷阶地区的土桥施工质量、桥面排水、坡面植被
等方面优于塬梁峁区，故后者病害率要低得多。
2.2　排水涵洞病害率高
　　无论是在河谷阶地区还是在塬梁峁区，排水涵洞的病害率都很高，其病害率高达45
.6％。由于土桥与基底之间、土桥与两岸边坡之间、桥体内部土体之间相互作用，土桥
不断变形，使得管涵在土体中处于座力集中状态，加上施工的夯碾冲击，故易破损。而
在管涵的进出水口部位水动力条件变化最大，故易出现沉陷、塌落、水毁等病害。
2.3　各种土桥的H～m关系
　　从图1可以看出，甘肃省黄土地区各种土桥的H～m散点图(H—高度，m—坡比)表现出
的关系很凌乱，图中分界线以上部分为使用不良区，而分界线下方的使用情况好坏混杂
在一起。为了揭示其H～m关系，本文采用不同黄土区的不同土桥类型分别作H～m关系图
。图2、图3表明，陇东河谷区典型土桥的H～m关系明显，而陇东塬梁区关系也比较清楚
。图4、图5表明，坝式路提与填方路堤的H～m关系在陇西区很明显而在陇东区没有什么
规律可循。
2.4　陇西区病害率低于陇东区
　　从表2可以看出，陇西区总的病害率为33.9％，而陇东区总的病害率为57.0％。这种
结论显然与陇西区的强烈湿陷性是相悖的。
　　实际上，从调查资料来看，陇西区土桥超过30 m的仅有16座，而陇东区高达65座。
土桥愈高，病害率也愈高(表3)。
表3　土桥高度统计表
地区 土桥高度及百分比
<20 m 20～30 m 30～60 m >60 m
数量 百分比(%) 数量 百分比(%) 数量 百分比(%) 数量 百分比(%)
陇西黄土区(56例) 31 55.4 9 16.1 13 23.2 3 5.3
陇东黄土区(207例) 100 48.3 45 21.7 57 27.5 5 2.3

　　另外，陇西区土桥坡比较大，边坡较缓；陇东区土桥坡比较小，边坡较陡。陇西区
调查点有1／3在国道312线改建公路上，其修建时间短、施工质量高、公路等级高，故病
害率很低。而陇东区多数土桥修建早、顶面窄、等级低、人工填筑，故病害率反而高。

2.5　陇东、陇西区典型土桥分布规律
　　陇西区典型土桥数量很少，仅7例，分布在梁卯区。使用不良者2例，占28.6％。由
于陇西区黄土是以丘陵和河谷阶地的形式存在，很难形成崾岘，故线路遇到这种崾岘时
都要对基底进行处理、消除黄土湿陷性，病害率就低。
　　陇东区典型土桥甚多，调查了160例，塬梁区112例，使用不良者81例，占72.3％；
河谷阶地区48例，使用不良者13例，占27.1％。两者总的病害率达58.8％。可见，该区
典型土桥病害率很高，只是河谷区相对低一些。这是由于塬梁区土桥的坡比在0.2～1.5
之间，而0.4～1.0区间占59％，故病害率非常高。陇东河谷区的坡比在0.3～2.0之间，
1.0～1.5区间占81％，而0.3～0.8区间仅占11％，坡比2.0的有4例，占8％。这样，河谷
区病害率小，且坡比在2.0以上时无病害发生。
2.6　陇西、陇东区坝式路堤与填方路堤的分布规律
　　陇西梁卯区和河谷区土桥基本上以坝式路堤与填方路堤型式存在，共调查了49例，
占陇西区调查总数的87.5％，而陇东源梁区这种型式甚少，只在河谷区有一定数量，共
调查了47例，占陇东调查总数的22.7％。从这种土桥的病害率来看，陇西区共有17例使
用不良，占其总数的34.7％，而陇东区共有24例使用不良，占其总数的51.1％。显然，
陇东区病害率高，其原因同典型土桥。
　　从图4、图5可以看出：陇西区坝式路堤和填方路提高度和坡比分布范围大，高度大
于30 m者13例，占25.6％；而陇东区仅有3例，占6.4％。陇西区坡比在0.20～2.25之间
，而陇东区在1.0～1.5之间。经研究发现，陇西区坡比低于1.0时，9例中有7例使用不良
，故这种土桥边坡不宜陡。当坡比在2.0以上时，所调查的这类土桥均无病害发生。陇西
区提高小于30 m、坡比在1.0～1.5之间者调查了20例，仅有4例使用不良。当堤高大于3
0 m时，这个区间有5例，其中4例使用不良。可见，陇西区施工质量高，汇水面积小，降
雨量少，当坝式路堤和填方路堤不高于30 m，坡比在1.0～1.5之间，一般不会出现大的
病害。当高度大于30 m，采取2.0以上的坡比可以降低病害率，当坡比过小(＜0.8)时，
由于季节性暴雨的强烈汇集冲刷，即使高度很小，也容易出现病害。陇东区的坝式路堤
和填方路堤，其坡比均在2.0～1.5之间，加上该区降雨量大，汇流迅猛，修建质量较差
，故病害率很高。
2.7　河谷阶地排水引起的高病害率
　　陇西河谷区使用不良的土桥调查了9例，都是由于排水不良而引起沉陷、路基下沉、
边坡冲蚀、路基下部空洞贯通、坡脚水毁、涵洞毁坏、急流槽破损等病害。陇东河谷区
使用不良者31例，其中排水不良者19例，占61.3％，也引起了上述的各种病害。可见，
河谷阶地排水措施合理配套是保证公路交通正常运营的重要方面。
3　结　语
　　(1)不同黄土区的土桥病害特征各异，陇东典型土桥占该区土桥的77.3％，而陇西坝
式路堤和填方路堤占该区调查土桥数的87.5％。前者由于修建早，填筑质量差，等级低
，病害率高达58.9％；后者由于修建晚，等级高，排水完善，尽管土质较差，但病害率
只有18.4％。
　　(2)土桥中涵洞病害率高，是土桥最主要的病害。调查发现，其病害率高达45.6％，
占土桥病害率的54.8％，如果再加上无排水涵洞产生的病害，则可达70.1％，可见，排
水系统对于土桥来说是十分重要的。
　　(3)塬梁峁区土桥的病害率高于河谷阶地区，这是由于黄土的湿陷强烈程度、干容重
大小、含水量大小、汇水面积大小不同而产生的。前者病害率占塬梁峁区调查总数的65
.1％，后者只占河谷区调查总数的35.1％。
　　(4)建议在土桥修建和养护中尽可能建立和完善排水系统，种草植树，固化边坡。
　　(5)建议在对土桥实施定额养护管理中，应视不同地貌、地形、地质、气候条件而有
所区别。在甘肃，陇东区与陇西区，塬梁峁区与河谷防地区其养护标准与经费应有所不
同。
作者简介：杨重存(1967-)，男，甘肃皋兰县人，甘肃省公路局工程师文章编号：1007-
4112(1999)04-0024-06
作者单位：杨重存　谈敦仪　甘肃省公路局，甘肃　兰州　730030
　　　　　王志贵　甘肃省交通厅，甘肃　兰州　730030
参考文献：
［1］　甘肃省计划委员会国土区划处.甘肃国土资源(气候资源)01072［R］.兰州：甘肃
省计划委员会，1985.
［2］　甘肃省公路局，成都科技大学，等.黄土地区公路特殊结构研究成果总报告(交通
部“八五”行业联合科技攻关项目［R］.兰州：甘肃省公路局，1993.
［3］　中华人民共和国交通行业标准JTJ033-XX.公路路基施工技术规范［S］.北京：人
民交通出版社，1997，51.
［责任编辑　孙守增］
收稿日期：1999-03-07

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梧桐身旁的浮云里 飘出一弯朦胧的月亮    *        *
清清淡淡的月光 静静地飘落在我身旁         ●
   ahuang
在寂寞的晚上 我就是一只音乐虫子      ^^   *
飞呀飞呀找不到爱发源的地方... ...
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