喀斯特地貌環(huán)境下的公路病害與防治對策

黃敏

（湖北工業(yè)大學(xué) 430000）

摘要：近年來，隨著社會與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，公共道路建設(shè)日趨普及，在公路建設(shè)中，不同地貌地質(zhì)條件對于公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)的要求也不盡相同，喀斯特地貌是一種特殊的環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性差、容易受干擾，環(huán)境容量低，在這種地貌環(huán)境下的公路產(chǎn)生的病害對于公路建設(shè)的安全與效率，本文從喀斯特地貌環(huán)境的特點(diǎn)出發(fā)，分析喀斯特地貌環(huán)境下公路病害的主要表現(xiàn)及特征，并對喀斯特地貌條件下的公路病害防治措施進(jìn)行深入探索，以期為公路設(shè)計、施工提供更加切實(shí)有效的技術(shù)借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：喀斯特；公路；病害；防治

一、 喀斯特地貌環(huán)境特征

喀斯特是由于水對可溶性巖石的化學(xué)溶蝕與流水的沖蝕、潛蝕、崩塌的機(jī)械相互作用的地貌。我國的喀斯特地貌主要集中在云貴高原與四川西南部地區(qū)。在喀斯特地貌中，最為重要的成土物質(zhì)基礎(chǔ)來自碳酸鹽巖風(fēng)化淋溶后的殘留物質(zhì)，而這些殘留物質(zhì)易溶于水而被帶走，這樣的成土方式導(dǎo)致土壤的成土速度慢，且水土流失嚴(yán)重，且成土另外喀斯特地貌的土石黏合力差，影響了地表土層的穩(wěn)定性?？λ固氐耐寥肋w移過程受到溶蝕、流水的影響大，土層的覆蓋面薄厚不均，覆蓋不連續(xù)。加上碳酸鹽巖的營養(yǎng)元素比較簡單，給植物的營養(yǎng)元素不充足而導(dǎo)致土壤的自然肥力低下，土質(zhì)基礎(chǔ)薄弱，表面土壤的保水性與蓄水能力較差。

總體而言，喀斯特地貌下的成壤能力低，成土慢，土壤薄、黏著力地，土壤分布不連續(xù)且侵蝕嚴(yán)重，這些都會對公路的穩(wěn)定性造成極大的影響。在公路設(shè)計與建設(shè)過程中，要特別針對喀斯特地貌環(huán)境特點(diǎn)，以科學(xué)合理的方式來處理公路病害，降低公路變形、破壞的發(fā)生率。

二、 喀斯特地貌環(huán)境下的公路病害及成因

1、 塌陷

塌陷是喀斯特地貌環(huán)境下最為常見的公路病害，由于喀斯特地貌的覆蓋層土壤密度低、地下水活動頻繁以及人為因素等原因，對公路路面造成塌陷坑?？λ固氐孛蚕驴?jié)B透、抗變形能力較差，由于土層土體呈軟塑狀態(tài)，粘著性低，受地下水滲透、沖擊的機(jī)率也更大，喀斯特地貌下的溶蝕裂隙多，且與地下巖溶聯(lián)系緊密，造成土壤覆土層被巖溶水帶走而形成空洞，影響了公路的承載力。

從喀斯特地貌環(huán)境的形成機(jī)理來看，在喀斯特環(huán)境下的地下水對土層巖體的侵蝕、潛蝕、溶蝕，造成溶隙裂縫不斷擴(kuò)大，形成了溶洞、溶槽，是造成塌陷形成的重要原因。尤其是地下水的上升、下降，對溶洞洞頂土地的破壞嚴(yán)重，加劇了溶洞的擴(kuò)大，也使得塌陷形成速度更大。在于地形低洼地段地表水體一般是地下水的天然排泄帶，裂隙巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。地下水位的升降變化，往往有利于塌陷發(fā)生，原因是水位的波動變化可促進(jìn)蓋層底部松散物的粒間聯(lián)結(jié)力的破壞，有利于潛蝕作用的進(jìn)行。

喀斯特環(huán)境中的巖洞多，且地下水資源豐富，常年的地下水活動對于喀斯特巖溶地質(zhì)具有一定的腐蝕作用，尤其在雨季或是多雨地區(qū)，雨水通過巖隙滲透到地下，使得地下水位升高，對公路基巖造成更大的腐蝕，在此情形下形成的公路巖洞荷載力不斷下降，如果不進(jìn)行及時的處理，很容易形成塌陷。另外，施工過程中產(chǎn)生的負(fù)荷對于溶洞產(chǎn)生不同程度的影響，工程中的強(qiáng)力擾動可能會破壞溶洞的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致巖溶塌陷，在喀斯特地區(qū)的公路上出現(xiàn)的天坑等，就是由于公路底部的溶洞塌陷引發(fā)的，自然及人為因素的影響造成的溶洞塌陷，不僅會影響公路建設(shè)的質(zhì)量，也會對公路交通安全造成嚴(yán)重的威脅。

2、 滑移失穩(wěn)

滑移失穩(wěn)是由于公路路基處于不穩(wěn)定的坡面上，路基附近存在的溶洞、溶溝、裂隙燈，會導(dǎo)致路基基底覆蓋層巖傾斜基巖面一同滑移，滑移不僅影響了公路的穩(wěn)定性。由于喀斯特地貌下的巖土松脆，地下水活動造成的溶洞洞頂板彎曲、折裂，加上喀斯特土層、溶洞的抗干擾能力差，很容易因為公路的荷載而遭到結(jié)構(gòu)的破壞，造成路基周圍土體移動。土體松散、承載力差都會對公路路基的穩(wěn)定性造成極大威脅。

3、 不均勻沉降

路基不均勻沉降。巖溶對道路路基的表現(xiàn)有多種多樣，由于其發(fā)育形式的不同，道路路段在使用中可能會產(chǎn)生起伏不平，巖溶溶洞上部的土體壓縮性較高，每個地方的厚度不一樣，在多雨的地區(qū)，會出現(xiàn)的多處坑坑掛佳；另外，由于道路地基溶洞頂板的厚度和跨度的不同，可能會產(chǎn)生頂板頂部的沉降?；谶@種情況，在巖溶地基上部的道路路基會產(chǎn)生不同程度的下降。當(dāng)公路構(gòu)筑物地基存在巖溶覆土層時，由于石牙、石柱、溶槽、溶溝、漏斗等巖溶形態(tài)下覆基巖面高低起伏、及填充其間的土層巖土性質(zhì)和厚度分布不均勻，易引起路基路面及其它結(jié)構(gòu)物的不均勻沉降，并可能導(dǎo)致公路構(gòu)筑物的進(jìn)一步損壞。

喀斯特地貌的溶洞復(fù)雜多樣，尺寸、形狀的不同，對于公路基層的影響也非常大，頂板厚度不均勻?qū)е鹿仿坊l(fā)生沉降，是公路建設(shè)工程中常見的病害。

4、巖溶水環(huán)境的影響

巖溶地下水活動不僅會導(dǎo)致路基和橋基沖刷、水淹路基、隧道突水突泥等工程病害，而且可以誘發(fā)路基、橋基和隧道圍巖變形失穩(wěn)。巖溶水徑流、排泄、消散通道的阻塞或改變，可能產(chǎn)生一系列環(huán)境地質(zhì)及水文地質(zhì)災(zāi)害，如造成上游農(nóng)田水澇，水浸路基危害路基安全，甚至泄洪不暢，形成洪災(zāi)以及巖溶管道氣水交替失衡，產(chǎn)生氣爆、吸虹、潛蝕作用而引起路基塌陷。由于巖溶水環(huán)境的破壞，地表與地下水壓力不平衡，很容易使路基基底發(fā)生涌水，導(dǎo)致路基損毀，而地下涌水造成對路基的侵蝕，也會造成路基塌陷，影響公路行車安全。

三、 喀斯特地貌環(huán)境下的公路病害防治對策

1、 對巖洞的處理

在喀斯特地區(qū)進(jìn)行公路建設(shè)，必須要對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行細(xì)致、深入的偵測。了解巖洞的形狀、尺寸、頂板厚度、地下水文特征等，對巖洞的穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)、全面的評估，對于頂板厚度為洞體寬度1-1.5倍的溶洞，可以視為相對穩(wěn)定的溶洞而不作處理，對于頂板厚度達(dá)不到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的溶洞，可以對溶洞進(jìn)行開挖清理，并以塊石、碎石填埋，避免溶洞的塌陷，而對于不便炸除的深埋溶洞，可以通過鉆孔注漿的方式來增強(qiáng)穩(wěn)定性。endprint

溶洞的發(fā)育經(jīng)歷不同的階段，對于不同層級、形態(tài)的溶洞，需要采用不同形式的處理，地下水活動較為頻繁的溶洞，其穩(wěn)定性較差，發(fā)生自然塌陷的較多，而塌陷的溶洞往往被松散的堆積土填充，這樣的溶洞對公路地基的承載力造成嚴(yán)重影響，在公路建設(shè)中，可以根據(jù)溶洞分布的特點(diǎn)、規(guī)律，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，對于零星的塌陷溶洞，可以采用鉆孔注漿的方式，使洞中的松散堆積物更加穩(wěn)固。對于分布較密集的塌陷溶洞，可以采用統(tǒng)一震垮、強(qiáng)夯的方式，使大面積的溶洞能夠得到強(qiáng)固，進(jìn)而增強(qiáng)公共路基的穩(wěn)定性。在垂直發(fā)育的落水洞中，地下水活動較多，對于這樣的溶洞，要特別注意勘察周圍的地質(zhì)水文環(huán)境，有些落水洞具有一定的消水功能，在公路建設(shè)中，既需要增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，也要保持溶洞地區(qū)的水文地質(zhì)平衡，處理具有消水功能的溶洞，可以將溶洞口揭開，用鋼筋混凝土干板以梁板結(jié)構(gòu)來承受上部路堤填土跨越，同時設(shè)置意設(shè)置盲溝保留溶洞的消水功能。對于一些不具消水功能的溶洞，可以直接用塊石、碎石填塞，如果洞口徑較深、小，不宜塊石填埋的，可以采用鋼筋混凝土封閉洞口，對于洞口徑淺小的，采用塊石填塞洞口，并用混凝土填平。對于洞口徑大且深的落水洞，可以先清除洞內(nèi)的填充物，用木樁加固，提高溶洞的承載力，然后填塞塊石、片石，夯填粘土做土牛拱，最后用漿砌片石拱跨封閉洞口。

2、 對巖溶水的處理

喀斯特地貌下的巖溶水豐富，尤其是在發(fā)育良好的巖溶地區(qū)，巖溶水更加活躍、富集，巖溶水的運(yùn)動與溶洞的形態(tài)、發(fā)育層級密切相關(guān)，對于公路的穩(wěn)定性也會造成不同程度的影響，對巖溶水的處理應(yīng)該以疏導(dǎo)為主，由于喀斯特地貌下的巖溶水分布零散、不均勻，且與周圍地質(zhì)環(huán)境關(guān)系密切，在地表水豐富或者雨季時，巖溶水水位急劇上升，變化幅度大的巖溶水對路基的影響也較大，因此，通過疏導(dǎo)的方式處理巖溶水，能夠降低對周圍環(huán)境的影響，保持地面地下水的動態(tài)平衡。

在巖溶水的處理中，還需要根據(jù)水流方向、流量等采用恰當(dāng)?shù)奶幹么胧话愣?，可以有截流、排泄等方式?/p>

截流主要針對流量較小的巖溶水，排水建筑物與水流方向垂直，通過截水墻、截水溝、截水洞等措施來促進(jìn)水路暢通，截水后設(shè)置排水溝、集水槽等使水流有固定的出口，以排除公路路基的范圍，通過截水措施建立一個完整的綜合排水系統(tǒng)，減少巖溶水對路基的影響。在截流過程通常會通過填石滲溝盲溝、管式滲溝和洞式滲溝，避免地表水滲入造成的影響。為了避免地下水的淤積，要根據(jù)水流量來確定截流構(gòu)造物的大小、形態(tài)。

排泄適用于處理流量大、流速大的集中巖溶水，巖溶水流向與排水建筑物的方向一致，通過排水管、排水橋涵、明溝、泄水洞的設(shè)置來引排巖溶水，在排水過程中要注意坡度與基礎(chǔ)的順適貼合，避免排水設(shè)施受力不均而產(chǎn)生變形。在排泄設(shè)施設(shè)置出水口，并將出水口引至天然河溝，避免流水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及公路建設(shè)的影響。

疏導(dǎo)常常是采用豎井涵管、封堵涵管等方法，將巖溶水引出路基外，同時保持熔巖地下水的壓力與地面一致，避免水汽壓力變化過大而對路基造成沖擊或真空吸蝕，根據(jù)巖溶水方向、巖溶水洞水位情況來確定疏導(dǎo)方式的運(yùn)用，如果路基底部出現(xiàn)巖溶涌水，則需要采用疏導(dǎo)巖溶水的方式處理，疏導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸要根據(jù)巖溶水量決定，在疏導(dǎo)過程中，用混凝土砌筑基礎(chǔ)，以厚砂礫、碎石墊層，管涵節(jié)坐穩(wěn)，受力均勻，管道接口處應(yīng)以特制的膠圈或瀝青麻絮等彈性材料填塞。

對于一些流量較大的冒水洞、暗河、巖溶泉，也可以采用橋跨、涵跨等方式來，用填石透水路堤的方式來實(shí)現(xiàn)對溶蝕洼地的跨越。

3、 溶蝕裂隙的處理

喀斯特地區(qū)巖溶水對巖石造成的溶蝕形成溶溝、溶槽對公路路基的均勻性存在較大影響，對于溶蝕裂隙的處理，可以根據(jù)溶蝕的程度不同采取相應(yīng)措施，對于覆土層較厚的溶溝溶槽，因其對路基均勻性影響不大，可以不作處理。裂隙較大的溶溝、溶槽，其承載力較差，會影響路基的穩(wěn)定性、均勻性，導(dǎo)致路基沉降不均、甚至開裂，影響公路壽命及道路安全。對溶溝、溶槽的處理可以先清除溝槽內(nèi)的松軟土，鑿平突出的石牙，以素混凝土或碎石填充溝槽，在設(shè)置一層褥墊層，增強(qiáng)路基的穩(wěn)固性。

對于發(fā)育較好的溶溝溶槽，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)的特點(diǎn)采取恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞剑捎谌軠先懿凼沟寐坊鶑耐临|(zhì)突變?yōu)閹r石地基，此時可將路基挖至一定深度，再采用褥墊層來協(xié)調(diào)路基的沉降。利用物理探測來確定裂隙打樁的位置，推斷裂隙的深度、大小，如果裂隙較大，先清除裂隙中的污泥松土，然后用片石混凝土來填平裂隙。

4、巖溶路基的處理

由于巖溶發(fā)育而影響路基的基巖不平整、石牙突出等，會影響公路的平穩(wěn)性，對巖溶路基的處理可通過清平基底、砌筑路肩墻等方式進(jìn)行，利用削峰填谷的方式設(shè)置堅實(shí)平穩(wěn)的路基基礎(chǔ)，避免路基強(qiáng)度差距較大而產(chǎn)生的坑洼，在最大洪水位下的填方采用塊石填筑，避免由于水流產(chǎn)生的裂隙擴(kuò)大而產(chǎn)生的塌陷。通過砌筑路肩墻的方式攔阻流水，避免路基外積水浸入路基。根據(jù)公路路面的塌陷程度，選擇不同的處理方式，如塌坑較大時，先清理松軟的塌陷土體，在回填塊石、碎石，并夯實(shí)路基。在夯實(shí)路基時，將夯錘調(diào)至一定高度然后自由下落，利用自由落體的巨大沖擊力將路基土體夯實(shí)，提高路基的強(qiáng)度。

四、 結(jié)論

綜上所述，喀斯特地貌下的公路病害復(fù)雜突出，主要表現(xiàn)在塌陷、沉降不均、滑移失穩(wěn)及水環(huán)境影響，這些病害對于公路壽命及行車安全產(chǎn)生極大的影響?？λ固氐貐^(qū)的巖溶發(fā)育層次不一，對于不同層級的巖溶，也應(yīng)該采取針對性的措施，根據(jù)巖溶分布范圍、深度、大小、水流情況等，采用綜合性的治理方法，在增強(qiáng)路基穩(wěn)定性的同時，也應(yīng)該注意周圍生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，避免因巖洞治理而產(chǎn)生的污染或水環(huán)境破壞?？λ固氐孛蚕碌墓凡『χ卫硎且豁椛婕岸鄠€層面的綜合性工程，明確病害的根源、特點(diǎn)，溶洞是喀斯特地貌下最主要的病害，在溶洞的處理中，應(yīng)根據(jù)溶洞的發(fā)育特征進(jìn)行處理，通過鉆孔注漿或填埋的方式來增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，對于巖溶水，可采用排泄、截流、疏導(dǎo)等方式使流水能夠引出路基外?？傮w而言，喀斯特地貌下的公路建設(shè)與管理，應(yīng)該從整體的生態(tài)環(huán)境出發(fā)，因地制宜地采取切實(shí)有效的治理措施，提升公路的使用壽命及安全性，并維護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境的平衡性。通過科學(xué)合理的規(guī)劃、治理與維護(hù)，使喀斯特地區(qū)的公路建設(shè)更加規(guī)范，優(yōu)質(zhì)，從而提高交通基礎(chǔ)設(shè)施長遠(yuǎn)、健康發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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