探地雷達在巖溶路基搶險檢測中的應用研究

王 焱，彭凌星，何現(xiàn)啟

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008；2.中南公路建設及養(yǎng)護技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410008)

0 引言

湖南省湘西地區(qū)石灰?guī)r分布極廣，巖溶較發(fā)育，已經(jīng)建成的高速公路例如新溆、溆懷、懷吉等高速公路在建過程中都遇到過跨巖溶路基技術難題。巖溶檢測現(xiàn)在主要采用地質雷達探測、電法等地球物理勘探手段，特別是探地雷達檢測結合現(xiàn)場地質調(diào)查在劃定巖溶區(qū)域方面取得了良好的效果?，F(xiàn)結合湖南省吉首至懷化高速公路吉信鎮(zhèn)入口連接線巖溶路基塌陷應急檢測工程實例，介紹巖溶路基條件下通過地質雷達檢測結合現(xiàn)場調(diào)查對塌陷區(qū)范圍進行劃定，通過現(xiàn)場調(diào)查分析了塌陷的原因，根據(jù)現(xiàn)場地質調(diào)查提出了整治建議并取得了良好的效果，對類似的路基塌陷應急檢測有很好的借鑒意義。

1 巖溶路基塌陷現(xiàn)場概況

吉懷高速公路起自湘西州吉首市東小莊村，接吉首至茶峒高速公路，經(jīng)三拱橋、吉信、鳳凰縣、石羊哨、麻陽縣、隆家堡、鶴城區(qū)，止于懷化市中方縣牛欄坡的互通；吉鳳段隸屬于G56即杭瑞高速。吉懷高速公路吉首市吉信鎮(zhèn)入口處于2017-02-28發(fā)生一塌坑，大小約94 m2，塌坑垂直最大高差約為70 cm(見圖1)。

圖1 巖溶路基塌陷現(xiàn)場圖

2 巖溶塌陷區(qū)及圓管涵的確定

2.1 現(xiàn)場地質情況調(diào)查

(1)通過現(xiàn)場地質調(diào)查，發(fā)現(xiàn)塌陷段附近地貌類型主要為巖溶殘丘～溶蝕洼地地貌，屬裸露型～覆蓋型巖溶地貌。從現(xiàn)場來看所處塌陷段是一個路塹，但是根據(jù)施工圖紙調(diào)查發(fā)現(xiàn)此處原設計為一填方，通過與現(xiàn)場養(yǎng)護管理處交流，不存在設計變更情況。塌陷處周邊的巖體為中風化石灰?guī)r，地下水較豐富，以前該路基也出現(xiàn)過小規(guī)模塌陷，但因范圍較小直接采用回填夯實進行過處理。

(2)在周邊調(diào)查發(fā)現(xiàn)一根100 cm的排水圓管涵，但是該圓管涵是否穿過塌陷區(qū)有待采用地質雷達探測確定。

2.2 探測方法的選擇

針對巖溶路基搶險檢測要求普查范圍廣、檢測速度快的特點，現(xiàn)場路基檢測具有平整度好、現(xiàn)有路基填筑材料差異性較大的實際情況，結合以往的工程實踐經(jīng)驗，提出通過探地雷達結合現(xiàn)場局部開挖的方法來查明路基塌陷范圍跟深度并確定排水圓管涵的走向，為巖溶塌陷區(qū)的評價和后期的應急處理提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 現(xiàn)場塌陷區(qū)域測線布置及塌陷區(qū)域的檢測結果

為確定塌陷區(qū)域以及排水管涵走向，現(xiàn)場主要采用地質雷達探測加局部開挖方法。對于非金屬管線探測，探地雷達主要根據(jù)反射波同相軸以及反射波在不同介質中的傳播特性分析，圓管涵的同相軸反射為典型的開口向下的拋物線反射，如圖2所示。對于暗埋的管道來說，電磁波介質差異一共有管道內(nèi)外四層，當管道含水時，電磁波從介電常數(shù)小的物質穿入較大的物質，反射波與入射波方向相反；同理當管道內(nèi)未含水介質為空氣，反射系數(shù)為正反射波與入射波同向。通過反射波的界面可以很好地確定管涵的埋深及位置，并通過局部開挖驗證。對于塌陷路基的不密實區(qū)，因介質差異，顯示為雙曲線反射。根據(jù)現(xiàn)場情況共布置雷達測線24條，其中縱向17條、橫向7條，地質雷達測線布置圖及塌陷區(qū)域以及圓管涵走向如圖3所示。

圖2 探地雷達圓管涵檢測成果圖

圖3 探地雷達塌陷區(qū)檢測成果圖

3 塌陷原因分析

依據(jù)地質雷達探測結果結合現(xiàn)場地質描述，現(xiàn)場路基塌陷面積約94 m2，沉降開裂的面積約58 m2，沉降變形面積為273 m2，塌陷沿路線長17 m，寬25 m，塌陷深度在5 m以內(nèi)對路基穩(wěn)定性有較大影響，塌陷區(qū)內(nèi)的直徑100 cm排水圓管涵斷裂，排水圓管涵穿過塌陷區(qū)斷裂長度達到24 m(如圖4)。根據(jù)設計圖紙，該段路基為填方，塌陷不密實區(qū)在深度5 m以內(nèi)，結合雷達采集數(shù)據(jù)，排除在填方路基處存在天然溶洞的可能；在圓管涵附近填土較松散，圓管涵底部與路基土界面存在同相軸紊亂，界面發(fā)射較強，結合數(shù)據(jù)分析認為因排水管涵破裂，大量的滲水軟化路基填土帶走細顆粒填土，是造成路面塌陷的主要原因。

圖4 塌陷區(qū)平面圖

4 路基塌陷區(qū)的處置措施

對于塌陷路基，采用換填法是比較經(jīng)濟環(huán)保的做法。換填法即采用壓縮模量較小的砂礫、片石等將需要換填的軟弱層替換，通過換填減少地基的壓縮量。一般在工程中5 m以內(nèi)采用換填處理地基，換填層上的承載通過壓縮性小的砂石料后，應換填的材料壓縮模量較小，具有較大的應力擴散角，從而達到提高地基承載力的目的。

本塌陷區(qū)路基采用換填法，主要采用以下措施：

(1)對425 m2范圍內(nèi)挖除0～5 m的路面及路基填土，由于開挖路基填土后揭露，主要空洞在5 m以內(nèi)，以下地基不再做處理；

(2)拆除已經(jīng)破壞的24 m圓管涵；

(3)回填碎石土，分層壓實，修復圓管涵；

(4)路床頂面設置18 cm鋼筋混凝土板；

(5)按照原設計恢復路面結構。

5 結語

(1)對巖溶路基的路基塌陷檢測，首先應結合設計文件做好現(xiàn)場調(diào)查；對路基為路塹或填方結合地質雷達資料所做的解釋具有多樣性。

(2)對巖溶路基塌陷的治理，確定塌陷范圍及深度是首要目標，結合現(xiàn)場地質調(diào)查以及選擇現(xiàn)場開挖、物探等手段能夠查明塌陷范圍及深度，為處理設計提供依據(jù)，并能夠取得良好的效果。

(3)對路基下的管線探測，地質雷達檢測具有一定的效果，但是需要一定的現(xiàn)場經(jīng)驗以及結合現(xiàn)場情況對參數(shù)進行調(diào)整，通過現(xiàn)場檢測的經(jīng)驗得出：管道材質例如金屬或者非金屬以及管道含水與不含水對于雷達檢測影響較大。

(4)巖溶地區(qū)搶險檢測具有時間緊、精度要求高等特點，建議根據(jù)現(xiàn)場情況靈活采用檢測手段才能取得良好的效果。