巖溶區(qū)公路路基病害分析及防治措施

楊子昂

摘要 公路建設往往會遇到復雜多變的地質(zhì)環(huán)境，直接或間接地導致路基病害的產(chǎn)生。巖溶是我國廣西地區(qū)常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。結(jié)合廣西某高速巖溶區(qū)路基病害處治的工程實例，提出了注漿加固、鋼管樁支撐、深層截泄水孔引排的工程方案，并對各方案的實用性進行了論證，對巖溶區(qū)公路路基破壞機理及路基病害處置方法進行了系統(tǒng)闡述。

關(guān)鍵詞 巖溶區(qū);路基病害;注漿加固;處治設計

中圖分類號 U416.161 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0073-03

0 引言

巖溶是廣西灰?guī)r地區(qū)常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。公路穿越巖溶地層，若處置不當，會引起路基塌陷、不均勻沉降、邊坡滑移失穩(wěn)等工程病害。文章以廣西巖溶區(qū)某高速為依托，對注漿加固、鋼管樁支撐、深層截泄水孔引排等多種工程方案進行了分析論證，為巖溶地區(qū)路基處置提供借鑒。

1 工程概況

廣西某高速路基屬半填半挖路基，下伏巖溶發(fā)育，公路通車后發(fā)現(xiàn)兩處巖溶塌陷區(qū)，均位于挖方路基側(cè)一級邊坡區(qū)域，該級邊坡坡率為1∶1.25，坡面為錨桿掛鐵絲網(wǎng)噴播基材防護。塌陷1區(qū)長6.0 m，寬4.2 m，深3.8 m，2區(qū)長5.0 m，寬3.5 m，深4.3 m，未見地下水。同時伴隨填方路基側(cè)發(fā)育有2處裂縫，根據(jù)裂縫發(fā)展變形情況分為核心變形區(qū)和非核心變形區(qū)兩部分，詳見圖1。填方路基外側(cè)最大填方高度約16 m，分兩級填筑，采用拱形骨架和漿砌片石矮擋墻防護（墻高約2.0 m，寬0.7 m），坡比分別為1∶1.5和1∶1.75。

圖1 路基病害平面圖

（1）核心變形區(qū)：左側(cè)挖方邊坡發(fā)現(xiàn)上述兩處巖溶塌陷區(qū)的同時，于右側(cè)填方路基核心變形區(qū)伴隨發(fā)育①、②號裂縫，①號裂縫長度約30 m，寬3～4 mm，下沉2～

3 mm，沿公路快車道與慢車道間縱向發(fā)展。②號裂縫長度約10 m，寬2～3 mm，下沉1～2 mm，沿公路快車道向慢車道呈弧形發(fā)展。自3月份雨季以來，填方側(cè)路基①裂縫逐步向小里程方向發(fā)展，于3月底出現(xiàn)裂縫開裂加劇、路面下沉等現(xiàn)象。截至5月初，核心變形區(qū)①裂縫已形成約1～2 cm錯臺，長約55 m，寬2～3 cm的弧形裂縫。②號裂縫未見明顯錯臺等變化。

（2）非核心變形區(qū)：雨季開始以來，新發(fā)育裂縫沿②號裂縫終點，由慢車道逐步向大里程方向縱向發(fā)展，截至5月初，非核心變形區(qū)已形成長約80 m，寬2～3 mm的縱向張開裂縫，尚未見有錯臺現(xiàn)象。

2 勘察成果分析

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭示，場地內(nèi)地層主要由第四系人工堆積層素填土、沖洪積層黏土和泥盆系上統(tǒng)榴江組中風化灰?guī)r組成。

場區(qū)內(nèi)地下水主要為孔隙水及巖溶水。巖溶水賦存于基巖中，屬潛水，略具承壓性，主要接受同層地下水補給，通過地下徑流排泄，受風化程度及裂隙發(fā)育的影響，水量變化較大。水位埋藏淺且隨季節(jié)動態(tài)變化大，旱季時水位急劇下降，雨季時水位抬升快，年變化幅度約3～

5 m?？辈炱陂g鉆孔控制深度范圍內(nèi)測得地下穩(wěn)定水位為85.35～88.60 m，基本位于溶洞附近。地下水的反復漲落及補給排泄，將洼槽地段的溶洞內(nèi)填充的軟塑狀黏土帶出，導致溶洞內(nèi)部失去支撐。地下水反復漲落，多次干濕循環(huán)反復作用下，路基素填土的力學強度逐漸降低（特別是與灰?guī)r巖層接觸地段），從而引起沉降變形。

根據(jù)地質(zhì)鉆探成果，該路段場地屬巖溶強烈發(fā)育區(qū)。鉆探顯示路段巖溶形態(tài)主要以溶洞為主，鉆孔9個，其中5個遇溶洞，遇洞率62.5%，單孔線巖溶率7.87%～50.74%，線巖溶率14.40%，溶洞垂直高度為1.10～6.40 m。物探推斷場區(qū)為巖溶強發(fā)育帶，其發(fā)育走向大體沿巖層走向，詳見圖2，與鉆探結(jié)果基本吻合。

3 路基病害成因分析

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及物探成果，病害路段下伏多為淺表巖溶，巖層產(chǎn)狀傾向與高速路走向一致，導致地下水（巖溶水）沿高速路方向產(chǎn)生徑流排泄，產(chǎn)生流土變形累積，是影響路基穩(wěn)定的最主要因素，對路基可能會產(chǎn)生如下幾種病害風險：

（1）沉降變形：病害路段下伏巖溶多為淺表覆蓋型巖溶，溶洞頂板較薄，巖層產(chǎn)狀與高速路走向基本一致，為山體上地下水（巖溶水）產(chǎn)生橫向與縱向徑流創(chuàng)造了有利條件，加上高速路開挖修建，破壞了原有地表水和地下水徑流補給排泄系統(tǒng)[1]，地表水直接沿高速開挖坡面巖溶表面入滲補給，并沿巖層傾向向下產(chǎn)生徑流補給至高速路下填土路基底面，致使路基填土被軟化，溶洞充填物被帶走，產(chǎn)生流土變形累積，導致高速路沉降變形。

（2）溶洞頂板失穩(wěn)：在地下水的反復漲落及徑流補給排泄，將溶洞內(nèi)填充軟塑狀黏土顆粒帶出，導致溶洞內(nèi)部失去支撐[2]。在路面車荷載反復作用及地下水干濕循環(huán)交替下，最終導致溶洞頂板失穩(wěn)，路面出現(xiàn)塌陷坑、裂縫、錯臺。

（3）側(cè)向滑移：隨著地下徑流的反復循環(huán)作用，溶洞頂板失穩(wěn)逐步擴大，路基填土逐步軟化，飽水后力學強度更差，產(chǎn)生更大的流土變形累積，最終導致路基填土產(chǎn)生風險更高、規(guī)模更大的路基整體側(cè)向滑移破壞。

（4）場地內(nèi)素填土為人工分層壓實填土，主要成分為黏土與硅質(zhì)泥巖，完成填筑時間約3年，尚未完成自重固結(jié)，具中等壓縮性，其力學強度較低，飽水后更差[3];在路面車荷載反復及地下水干濕循環(huán)交替作用下，最終導致溶洞頂板失穩(wěn)，路基填土沉降變形，產(chǎn)生路面裂縫及錯臺。

4 工程處治措施

考慮微型樁（鋼管樁）和梁板跨越方案，須破除原有路面進行施工，社會及經(jīng)濟效益影響較大[4]，首先考慮注漿加固方案，注漿試驗區(qū)域如圖3所示。

針對病害路段巖溶發(fā)育情況，試驗性注漿施工區(qū)域確定為：試驗1區(qū)ZK2巖溶注漿，試驗2區(qū)ZK9巖溶注漿。注漿孔間距2.0 m×2.0 m，呈梅花形布置，孔深按15 m考慮。試驗區(qū)電阻率等值線如圖4、5所示。

注漿試驗1區(qū)，注漿后電法觀測結(jié)果與注漿前基本一致，說明注漿前后物探測線段地層結(jié)構(gòu)并無大的變化。

注漿試驗2區(qū)，注漿后電法觀測結(jié)果較注漿前有較明顯提高（注漿前電阻率約在10～50 Ωm，注漿后電阻率約在50～100 Ωm），推測注漿區(qū)有注漿凝固塊體，使得電阻率整體上有所提高，但電阻率仍存在不均勻分布，相對低阻異常的情況。未注漿段局部也出現(xiàn)了明顯變化，表現(xiàn)為注漿后電阻率較注漿前下降，可能是地下水變化、巖溶塌陷、基底地層結(jié)構(gòu)進一步破壞變化（出現(xiàn)了新的開裂下沉情況）等綜合因素造成。

通過對上述各試驗區(qū)鉆孔抽芯情況分析，①覆蓋層為黏土層，未見有注漿水泥結(jié)石礫，注漿穿透效果差;②基巖溶蝕裂隙發(fā)育，所揭示溶洞均充填有軟可塑狀黏土，僅在溶洞頂部見有少量水泥結(jié)石礫，注漿穿透性差，與注漿前相比，充填物性狀基本沒有改變，溶蝕裂隙中亦未發(fā)現(xiàn)有水泥結(jié)石礫，注漿效果不理想，鉆芯取樣照片見圖6。

根據(jù)試驗結(jié)果，設計最終采用處治方案為：核心變形區(qū)采用鋼管樁支撐+淺部小導管注漿+深層截泄水孔引排;非核心變形區(qū)采用淺部路床結(jié)構(gòu)注漿加固保護+深層截泄水孔引排。鋼管樁布置區(qū)域如圖7所示。

針對地下水徑流排泄所引起的病害，除了采用支撐方案跨越已形成病害外，尚須對其誘因（地下水徑流排泄）進行排水優(yōu)化處治，減小其對路基影響，采用深層截泄水孔進行逐級截排引流，從而截斷淺表地下水徑流的影響。深層截泄水孔設計位置詳見圖8。

5 結(jié)語

灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育，對于半填半挖路基，易產(chǎn)生路基沉降變形、溶洞頂板失穩(wěn)、路基側(cè)向滑移等病害[5]。隨著病害逐步發(fā)育，地下水徑流補給排泄的不斷作用，產(chǎn)生流土變形累積，路基沉降、巖溶失穩(wěn)將進一步擴大，甚至可能發(fā)生路基側(cè)向整體失穩(wěn)，路基向外側(cè)整體滑移破壞，嚴重威脅公路行車安全。

采用注漿法加固路基時，由于巖溶路基的溶蝕裂縫發(fā)育，連通性好，導致溶洞充填物的物理性質(zhì)沒有明顯改變，效果不佳[6]。微型樁（鋼管樁）和深層截泄水孔引排的治理方案，除了采用支撐方案跨越已形成病害外，同時對地下水徑流排泄進行排水優(yōu)化處治，減小對路基影響，采用深層截泄水孔進行逐級截排引流，從而截斷淺表地下水徑流的影響。該處治方法施工簡單、經(jīng)濟

合理，且處治效果良好，可為今后高速公路巖溶地區(qū)路基處置提供借鑒[7]。

參考文獻

[1]李楊， 彭瑞華. 壓力注漿技術(shù)在巖溶路基處理中的應用[J]. 路基工程， 2008（1）： 170-171.

[2]陳青洪. 渝懷鐵路巖溶地區(qū)路基加固技術(shù)[J]. 路基工程， 2009（3）： 163-164.

[3]王中文， 汪華斌， 劉志峰. 巖溶地區(qū)公路橋梁樁基設計與施工技術(shù)[M]. 北京： 科學技術(shù)出版社， 2015.

[4]向賢禮， 曾祥忠. 巖溶地區(qū)路基溶洞頂板的穩(wěn)定性評價及應用[J]. 西部探礦工程， 2007（6）： 164-166.

[5]石連娣. 探討公路工程路基路面病害治理措施[J]. 黑龍江交通科技， 2011（4）： 114-115.

[6]張世明， 周茂恒. 公路工程路基路面病害治理措施[D]. 西安：長安大學， 2016.

[7]呂增順， 祁永志， 夏志忠. 公路工程路基路面病害治理措施[J]. 科技信息， 2011（12）： 485.