高速公路巖溶地基穩(wěn)定性分析

潘 威

（河南交通職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

巖溶地基形式多樣，具有一定隱蔽性，和地上和地下很多因素有聯(lián)系，處理和評價時難度較大，是工程建設中突出的問題之一，巖溶地基的穩(wěn)定性不能保證就會影響上部結構安全，給生命和財產安全帶來威脅。我國公路建設不可避免的要穿越巖溶地區(qū)，巖溶會引起地基的變形塌陷，影響道路穩(wěn)定性，所以巖溶區(qū)的路基穩(wěn)定性防治和處理是公路建設成敗的關鍵，在建設前期要做好地質勘查，了解巖溶的特性，采取經濟合理的處理措施，保證公路建設能夠順利完成。

1 巖溶的產生及相關病害

1.1 巖溶的產生

巖溶是地下和地上水流對可溶巖層進行侵蝕破壞產生的地下溶洞現(xiàn)象，和地質條件和自然環(huán)境有很大關系，其形成條件要具備可溶性巖石、一定地質構造和水循環(huán)。巖溶的形成要經過漫長的發(fā)展過程，在確定巖體的力學特性時要考慮巖溶問題的影響，對巖溶問題量化分析，保證計算的準確性和安全性。

1.2 常見巖溶病害

巖溶引起的病害有很多種，對道路工程的影響主要為對路基的穩(wěn)定性影響和巖溶涌水對地下工程的危害，巖溶病害類型與巖石的周圍環(huán)境及物理性質有很大關系，在施工中常遇到以下幾種病害。

巖溶塌陷，竣工后高速公路在巖溶地區(qū)會出現(xiàn)塌陷，這是因為在巖溶地區(qū)地下水豐富，且流動方向多變，水中的微量元素會對地質產生較大的腐蝕作用，導致溶洞進一步增大，最終大面積塌陷。人類活動也會改變地下水的循環(huán)環(huán)境造成破壞，改變水流方向或水位高低，造成地質構造破壞加劇。

溶洞和土洞，溶洞是對土建工程威脅最大的一種病害，影響公路后期的正常使用，其規(guī)則大小不均，會導致路基產生不均勻沉降，在行車荷載的作用下會產生塌陷，造成周圍土體移動。土洞和溶洞有一定的相似，但是發(fā)生在巖體的土體覆蓋層中發(fā)生，容易受到水流的干擾，周圍土體松散，承載力低，對道路路基的穩(wěn)定性威脅嚴重。

巖溶道路地基病害，巖溶導致路基的穩(wěn)定性下降，病害有路基不均沉降，巖溶上部土體壓縮性強，使用過程中會產生起伏不平。造成路基失穩(wěn)，巖石是脆性的，在發(fā)生彎曲時會斷裂，從而失去穩(wěn)定性，造成路基的坍塌失穩(wěn)。在邊坡處容易出現(xiàn)填料流失，引起路基的整體塌陷變形。

2 高速公路巖溶區(qū)地基溶洞發(fā)育和分布規(guī)律探測

2.1 巖溶地質探查

隨著科學技術發(fā)展，各種先進設備已經運用到地質探查中，借助先進技術和設備能夠更加清晰的掌握巖溶問題，利用物探層析成像輔助反演技術、井間斯通濾波探測、新一代鉆井電視攝像儀等具有較高的分辨率，了解溶洞周圍巖性的特點。對于深埋溶洞潛流水的流速和流向測試可以采用噪聲監(jiān)測測試，通過聲波分析，確定流速曲線，這種方法工作效率高，監(jiān)測范圍大。

地質雷達探測速度快、定位準，具有較高的經濟性，在淺層巖溶探測中應用廣泛，具有較大的優(yōu)越性。其工作原理是在地面埋設接收天線，接收地下巖體分界面反射回來的能量并進行記錄，形成雷達波剖面圖，電磁波會因巖體的幾何形態(tài)變化而變化，根據電磁波變化特點確定地下巖體的形態(tài)特征。

2.2 探測方案

探測目的是查明路基段內溶洞的分布狀況和規(guī)模大小，確定溶洞的埋深及其特征對路基的影響程度，根據數(shù)據確定合理的方案，為設計和施工提供可靠的依據。整個探測過程中數(shù)據的采集、資料整理和分析都要按照相關規(guī)范進行，道路地基內進行探測時要首先將地基開挖至設計標高，在填方路段要在填筑前進行探測。

探測前保持地面平整，在干燥環(huán)境下操作，潮濕地基會導致探測深度較淺。測線布置時要每隔100~200m設置橫斷面測線，巖溶極度發(fā)育區(qū)域要每條車道布置一條測線，一般區(qū)域可以根據左右車道布置2~4條測線，并根據探測情況決定測線的增加。巖溶發(fā)育具有不規(guī)則性和不均勻性，測線之間的巖溶發(fā)育形態(tài)和實際探測情況可能存在一定誤差，要根據實際情況進行處理，保證結果的正確性和科學性。

3 巖溶區(qū)溶洞穩(wěn)定性分析

3.1 影響溶洞穩(wěn)定性因素

溶洞穩(wěn)定性分析要考慮內在因素和外在因素兩種，內在因素包括溶洞頂板厚度、溶洞跨度、溶洞形態(tài)、巖層的產狀、節(jié)理和裂隙等狀況，外在因素則包括巖石的受力時間、荷載大小、荷載類型等，另外還有巖石的含水量、水溫以及水流方向等。

巖溶區(qū)內影響路基穩(wěn)定性的因素包括路基巖層的形態(tài)、物理力學特性、結構特征、溶洞發(fā)育和分布等。根據影響因素的不同特點也可以分為內因和外因兩種，內因是巖溶地基自身因素導致的不穩(wěn)定，包括巖體形態(tài)、力學特性和產狀等，外因則是外部荷載對地基的影響，外部因素是導致巖溶溶洞穩(wěn)定性的直接原因。

3.2 定性評價分析法

定性評價分析巖溶穩(wěn)定性是根據已掌握的資料，直觀的評價路基穩(wěn)定性，評價效率高，應用廣泛，主要有綜合分析法和經驗比擬法兩種，影響分析法中涉及到的影響因素包括巖性及厚度、裂隙狀況、巖體產狀、洞穴形態(tài)及埋藏條件、頂板情況、填充情況和地下水，這種方法雖然簡單方便，但具有較大的隨意性，評價結果受人的思維和經驗影響大，需要綜合考慮各項因素，并不斷的修正才能得到較為可靠的結果。表1為綜合分析法評價表。

表1 綜合分析法評價表

3.3 半定量評價分析法

頂板厚跨比法，一般認為當溶洞頂板完整性較好時，當頂板厚度和跨越頂板長度比值大于0.5時，溶洞是安全的，厚跨比法是將溶洞和上部頂板看作為一紅簡單理想模型，為了工程安全性的保證，可以將厚跨比大于1.0作為安全界限。除了厚跨比，埋藏深淺對穩(wěn)定性影響也較大，頂板越厚，埋藏越深，對穩(wěn)定性就越有利。

h/L≥0.5處于安全狀態(tài)

h/L≥0.5不安全狀態(tài)

h/L≥1.0安全界限

梁板抗彎估算安全厚度，可以將溶洞、上部路基和周邊巖石看做為一個整體結構，在簡化的基礎上進行力學計算，也即是梁板抗彎估算法。采用梁板抗剪方式可以估算出安全厚度，這種方法適用于巖層厚度大、強度高、洞跨較小，且由剪力控制溶洞變形的情況。

4 巖溶路基工程處理

巖溶路基處理時要制定路基處治方案，全面掌握路基工程地質情況，對不同巖溶病害采用不同的處理方式。挖方路段要先開挖到設計要求的標高，填方路段要先對路基處治，然后填方至設計標高，對具備洞內施工條件的溶洞要優(yōu)先考慮洞內處治方法，以漿砌片石或洞內支撐進行加固。

對于巖溶裂隙發(fā)育帶，要根據裂隙發(fā)育程度在路基基層設置雙層配筋的混凝土板，也可以采用注漿的方式處理。存在暗河和地下水的巖溶區(qū)路段，要采用專門的排水通道，或者設置跨越的方式，不宜采用強夯處理，對于大型的地下暗河、溶洞和土洞要制定專門的研究方案，涵洞等構筑物下存在溶洞時，要先進行路基處治，滿足構筑物基礎底面的地基承載力要求。不穩(wěn)定的巖溶溶洞，要根據其形態(tài)特征，采用相應的處理方法，常見的方式有換填法、洞底支撐、梁板跨越法等。

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