巖溶區(qū)路基土洞勘探治理一體化研究

摘 要：土洞是巖溶區(qū)交通工程建設(shè)面臨且又難以解決的主要巖溶路基病害問題，為了更合理有效地處理土洞，對(duì)比三種物理勘探方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及穩(wěn)定性判定方法的原理，分析土洞治理方法的適用環(huán)境，以探討巖溶區(qū)路基土洞勘探治理一體化的方法。研究結(jié)果表明：采用地質(zhì)雷達(dá)勘探土洞更高效;綜合利用定性和定量評(píng)價(jià)方法判定土洞穩(wěn)定性更準(zhǔn)確;治理巖溶區(qū)路基土洞應(yīng)關(guān)注土洞所處的地理環(huán)境，因地制宜。

關(guān)鍵詞：巖溶區(qū)土洞;勘探;治理方法

隨著我國(guó)公路局網(wǎng)的發(fā)展，公路規(guī)劃和建設(shè)不可避免地要經(jīng)過巖溶區(qū)，巖溶區(qū)土洞的發(fā)展將對(duì)公路工程的建設(shè)造成顯著阻礙作用。目前對(duì)巖溶區(qū)地基的處理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者更多的是針對(duì)具體的工程實(shí)踐進(jìn)行土洞的勘探、穩(wěn)定性判定或土洞治理方面的研究，尚未系統(tǒng)地從這三方面對(duì)土洞處理進(jìn)行理論指導(dǎo)。因此，如何系統(tǒng)地對(duì)巖溶區(qū)的路基土洞進(jìn)行勘探治理一體化處理，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 巖溶區(qū)路基土洞地球物理勘探方法

目前最常用的地球物理勘探有多種選擇，如地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、淺層地震法等[1]。三種物理探測(cè)法比較如表1所示。其中，地質(zhì)雷達(dá)勘探快速連續(xù)、成像色彩豐富、探測(cè)深度淺，更適用于勘探土洞。

2 巖溶區(qū)路基土洞穩(wěn)定性判定

巖溶區(qū)路基建設(shè)前期需對(duì)已發(fā)現(xiàn)土洞的穩(wěn)定性做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，為路基的鋪設(shè)方向或是否治理土洞提供指導(dǎo)，可省去大量治理費(fèi)用。近年來土洞的穩(wěn)定性分析判定經(jīng)歷了從定性到半定量再到定量的過程。

2.1 巖溶區(qū)路基土洞的定性評(píng)價(jià)

定性評(píng)價(jià)是根據(jù)已查明的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，在考慮荷載的情況下做出穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。它是一種經(jīng)驗(yàn)比擬方法，僅適合一般工程。大量工程實(shí)踐表明：當(dāng)巖溶地質(zhì)有斷裂、褶曲;或土洞洞體大、復(fù)體相連;或土洞頂板巖層厚度與洞徑比值小或土洞下方及周圍有水流或間歇性水流時(shí)，土洞穩(wěn)定性較差。

2.2 巖溶地區(qū)路基土洞的半定量評(píng)價(jià)

半定量評(píng)價(jià)主要是依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)或者通過工程類比的方式，建立簡(jiǎn)單的計(jì)算模型近似求解土洞頂板穩(wěn)定所需安全厚度。常用的有頂板厚跨比法、估算頂板安全厚度法，求出厚跨比h/L，將其作為安全厚度評(píng)價(jià)依據(jù)，當(dāng)h/L≥0.5時(shí)，土洞頂板穩(wěn)定。

2.3 巖溶地區(qū)路基土洞的定量評(píng)價(jià)

定量評(píng)價(jià)法是在取得了具體準(zhǔn)確的地質(zhì)資料和巖體物理力學(xué)參數(shù)的情況下采取的評(píng)價(jià)方法。目前，對(duì)巖溶區(qū)路基土洞的定量評(píng)價(jià)方法主要根據(jù)土洞坍塌的穩(wěn)定性條件進(jìn)行評(píng)價(jià)。土體內(nèi)部形成空洞前，在垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力作用下處于自然平衡狀態(tài);隨著土洞的出現(xiàn)，上部土體失去支撐，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。地表至土洞土層厚度是臨界厚度的1.5倍以下時(shí)，土洞穩(wěn)定較差[2]。

用定性評(píng)價(jià)缺乏數(shù)據(jù)支持，又若僅采用定量評(píng)價(jià)，常常需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在偏差。因此在判定土洞穩(wěn)定性時(shí)將定性與定量評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，并結(jié)合具體的工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析。

3 巖溶區(qū)路基土洞處治措施

巖溶區(qū)路基土洞處治的措施主要有換填法、強(qiáng)夯法和板跨法。第一，換填法是指將地基下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖走，回填強(qiáng)度較高、壓縮性較低的材料，該方法主要應(yīng)用于塌坑較淺或淺埋（1m～2m）的土洞處理。第二，強(qiáng)夯法主要應(yīng)用于覆蓋形巖溶地帶，用以處理大面積土洞以及塌陷區(qū)域。該方法通過用重錘自一定高度落下夯擊土層，使地基迅速固結(jié)，提高地基的承載力。第三，板跨法主要應(yīng)用于深度較大且洞口直徑較小、不方便入內(nèi)進(jìn)行施工的土洞治理，在實(shí)際情況中根據(jù)荷載的特點(diǎn)、基地承受能力等情況合理選擇混凝土板、鋼筋混凝土板等進(jìn)行封頂加固[3]。

因此，應(yīng)根據(jù)土洞的大小位置和填充情況等采取某項(xiàng)或綜合各項(xiàng)的土洞工程處理措施，因地制宜地選擇施工方法，為路基的穩(wěn)固性提供全面保障。

4 結(jié)論

1）土洞勘探的手段直接關(guān)系到對(duì)巖溶區(qū)路基土洞的認(rèn)識(shí)程度，分析表明利用地質(zhì)雷達(dá)勘探巖溶路基土洞具有較好的可行性。

2）采用定性、半定量和定量分析巖溶區(qū)路基土洞穩(wěn)定性的過程中，要結(jié)合土洞的發(fā)育形態(tài)特征，綜合使用經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算相結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3）根據(jù)工程實(shí)際判別土洞對(duì)路基的危害程度以及土洞所處的地質(zhì)條件，選擇合理的方法進(jìn)行治理。

參考文獻(xiàn)

[1]林魯生，徐禮華，等.巖溶地區(qū)高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2017：54.

[2]劉之葵.巖溶區(qū)溶洞及土洞對(duì)建筑地基影響的研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2004：34.

[3]朱炳泉.巖溶地基巖土工程勘察及地基處理分析[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2018（11）：213-214.

作者簡(jiǎn)介

譚玉梅（1998-），女，漢，四川省眉山市，學(xué)生，本科，西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，研究方向：工程管理。