巖溶對(duì)高速公路路基的影響分析及處置措施

任久杰

(湖南中核建設(shè)工程公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

高速公路工程建設(shè)中，路線規(guī)劃不可避免通過巖溶發(fā)育地段，淺層巖溶地段對(duì)路基的影響較大。如果在勘察、設(shè)計(jì)及施工階段沒有合適的針對(duì)巖溶地段應(yīng)對(duì)措施，將會(huì)給后期高速公路運(yùn)行造成很大影響。因此，必須做好巖溶路基地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)工作，查明巖溶的規(guī)模、空間分布形態(tài)、充填情況等，分析巖溶對(duì)路基的影響并提出合理措施，保證高速公路施工的順利進(jìn)行，以及高速公路工程竣工后，減少由于巖溶特殊地質(zhì)條件給高速公路運(yùn)行帶來的地質(zhì)病害，為高速公路養(yǎng)護(hù)和車輛駕駛提供良好的交通環(huán)境。

1 巖溶對(duì)路基的危害

巖溶對(duì)路基的危害主要表現(xiàn)在巖溶頂板的承載力不夠或者存在溶洞使得高速公路運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)的局部下沉。主要表現(xiàn)形式有：(1)由于頂板厚度較薄，承載力較低，在超荷載作用下，巖溶路基路基頂板會(huì)崩塌，使路基產(chǎn)生地面塌陷等地質(zhì)病害；(2)路基遭受巖溶水作用破壞，導(dǎo)致路基掏空產(chǎn)生塌陷或整體失穩(wěn)；(3)在巖溶地下水出入口，干濕交替，路基層反復(fù)受浸泡，路基地層內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力降低，引起路基底層破壞，公路路面產(chǎn)生地面裂縫、沉降；在暴雨季節(jié)，巖溶通道使地下水位迅速上升，沖毀路基和路面。

2 巖溶地區(qū)路基穩(wěn)定性的影響

在巖溶發(fā)育地區(qū)高速公路建設(shè)中，對(duì)路基產(chǎn)生不良影響的主要是淺層巖溶。因此在高速公路修建的勘察設(shè)計(jì)階段，探明巖溶區(qū)的發(fā)育情況、充填物情況、地下水等工程地質(zhì)條件并根據(jù)所得的勘察結(jié)論評(píng)價(jià)巖溶對(duì)路基的影響極為重要。施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)巖溶分析結(jié)果結(jié)合勘察結(jié)論和計(jì)算模型，針對(duì)性地采取合理的措施處置巖溶來消除巖溶對(duì)路基帶來的不利影響。巖溶路基的穩(wěn)定性與其基礎(chǔ)底面溶洞四周圍巖的地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造與地震，所屬水文地質(zhì)單元、水文地質(zhì)條件和溶洞的規(guī)模，空間分布形態(tài)，洞頂距設(shè)計(jì)標(biāo)高的厚度，填充物分布情況以及上部結(jié)構(gòu)的載荷等有關(guān)。所以，在前期的勘察階段應(yīng)根據(jù)巖土工程地質(zhì)條件要嚴(yán)格分析按照不同的工程地質(zhì)條件，用科學(xué)的方法評(píng)價(jià)和分析淺層和深層的巖溶對(duì)高速公路路基的穩(wěn)定性影響，為高速公路的設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)施工。

高速公路巖溶路基的影響因素，主要有區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖體整體特征、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖石強(qiáng)度、溶洞的分部特征，以及溶洞內(nèi)部是否存在充填物情況，地下水分布規(guī)律(包括是否存在巖溶地下暗河)，外部荷載分布情況及人類活動(dòng)、地震及地震烈度因素等多種因素。

(1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造：對(duì)高速公路巖溶地區(qū)的巖石溶洞裂隙發(fā)育規(guī)律的判斷和巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性分析是判斷巖溶路基穩(wěn)定性的主要任務(wù)。路基巖溶地區(qū)的巖石溶洞頂板厚度及溶洞周邊圍巖的穩(wěn)定情況是后期路基是否出現(xiàn)塌陷或不均勻沉降的主要原因。溶洞頂板較厚時(shí)，路基整個(gè)穩(wěn)定性較好，反之相反。

(2)地層巖性：不同高速公路地段的灰?guī)r巖石類型不同，分布規(guī)律和強(qiáng)度也不同。對(duì)巖溶路基的穩(wěn)定性存在不同的影響。當(dāng)巖石的巖層存在較厚層或厚層狀構(gòu)造，巖石的強(qiáng)度較高時(shí)對(duì)高速公路巖溶路基穩(wěn)定性比較有利，反之，對(duì)于高速公路巖溶路基穩(wěn)定性影響較大。

(3)溶洞的分布特征及溶洞內(nèi)部充填情況：溶洞的大小對(duì)于高速公路路基的整體穩(wěn)定性有較大影響。對(duì)于溶洞橫向跨度較小且溶洞內(nèi)有充填物的對(duì)巖溶路基穩(wěn)定性影響較小。對(duì)于溶洞發(fā)育較多且分布較廣，并且溶洞呈串珠狀，溶洞內(nèi)充填物較少或未見充填物，該種情況影響高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性。

(4)地下水分布規(guī)律：地下水的類型、特征、徑流情況對(duì)于高速公路巖溶路基的穩(wěn)定影響較大。地下水促進(jìn)巖石的溶蝕，長(zhǎng)期存在地下水對(duì)巖石的溶蝕較多，就非常不利于高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性。

(5)外部荷載情況：外部荷載的大小是影響高速公路巖溶路基穩(wěn)定性最重要的因素。當(dāng)溶洞頂板厚度達(dá)不到最低厚度時(shí)，隨著荷載的增加，極易引起溶洞的坍塌及高速公路的不均勻下沉。特別是在高速公路修建好運(yùn)營(yíng)期間當(dāng)外部荷載過大時(shí)，導(dǎo)致路基的坍塌會(huì)對(duì)高速公路最致命的危害。所以荷載的變化是巖溶路基最關(guān)鍵因素，過載是路基穩(wěn)定性最大的危害。

(6)人類活動(dòng)的加劇和地震的作用，這些都不同程度的影響巖溶路基的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)卣鹆叶?7°時(shí)，對(duì)高速公路巖溶路基穩(wěn)定性的影響比較小，當(dāng)?shù)卣鹆叶取?°時(shí)，對(duì)高速公路巖溶路基穩(wěn)定性的開始增大。

很多因素影響高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性，每個(gè)地區(qū)地段都應(yīng)該分別研究。第一步應(yīng)該分析出對(duì)巖溶路基穩(wěn)定性影響的幾個(gè)最主要的因素；第二步根據(jù)幾個(gè)主要因素來分析論證溶洞的破壞機(jī)理；第三步用最合理的辦法處理巖溶路基。因此，路基巖溶穩(wěn)定性的分析表如表1所示。

表1 巖溶路基穩(wěn)定性分析表

3 對(duì)巖溶路基常用的處置措施

對(duì)于存在溶洞比較發(fā)育的公路路基勘察建議，主要是計(jì)算影響路基巖溶頂板的穩(wěn)定程度和巖溶地下水的防控和處置。根據(jù)巖溶的類別，所處的位置，溶泉狀態(tài)等不同的形態(tài)，采用主要處理方法為：采取引排、回填、封閉、堵塞、鋼筋混凝土蓋板跨越、強(qiáng)夯等方法處理路基。

(1)導(dǎo)流：對(duì)于地下水及巖溶水采用盲溝或涵洞構(gòu)造物進(jìn)行導(dǎo)流，將水排到路基外側(cè)排水溝。

(2)對(duì)于溶洞頂板厚度不厚，跨度比較大的，建議用鋼筋混凝土蓋板的方式跨越溶洞。

(3)對(duì)于淺層的溶洞建議用強(qiáng)夯的方法處理，該方法是最簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)的方法。

(4)對(duì)于溶洞頂板厚度大，巖石比較穩(wěn)定的路基，通過計(jì)算建議不做處理。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

江西省吉蓮線A3標(biāo)K28+635～K29+152段、昌寧線C4標(biāo)K164+135～K165+373段、昌栗線A5標(biāo)K48+880～K52+636段三段都為石灰?guī)r地層，巖溶發(fā)育，針對(duì)上述情況，業(yè)主要求對(duì)巖溶路基進(jìn)行詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，查明巖溶發(fā)育程度、發(fā)育規(guī)律、溶洞圍巖性質(zhì)及充填物情況、地下水活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行明確，依據(jù)勘察結(jié)果采取合理的措施對(duì)巖溶路基進(jìn)行科學(xué)處理建議，為設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

4.2 巖溶對(duì)路基的影響及處置措施

通過工程地質(zhì)勘察，查明了巖溶發(fā)育程度、發(fā)育規(guī)律、溶洞圍巖性質(zhì)及充填物情況、地下水活動(dòng)規(guī)律等，分析評(píng)價(jià)巖溶對(duì)路基的影響，并提出了相應(yīng)的措施，高速公路修建完成已運(yùn)行，目前路基穩(wěn)定，交通狀況良好。三段公路對(duì)路基的影響及處置措施見表2。

表2 巖溶發(fā)育情況及處置措施表

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路建設(shè)過程中，巖溶路基勘察和設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，如果勘察和設(shè)計(jì)不合理，會(huì)給后期高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理帶來很多地質(zhì)問題，造成工程造價(jià)增加，運(yùn)營(yíng)管理中產(chǎn)生相應(yīng)的地質(zhì)病害，給車輛行駛安全帶來了隱患。因此，在高速公路工程建設(shè)中，一旦遇到巖溶路基，應(yīng)根據(jù)實(shí)地巖溶發(fā)育情況，分析和評(píng)價(jià)對(duì)路基的影響，并制定相應(yīng)的處理措施。