淺談公路選線遇到巖溶區(qū)的設計方法

閆進平

（山西省古交市路橋開發(fā)建設公司，山西 太原 030200）

我省石灰?guī)r分布比較廣泛。石灰?guī)r在流水的長期溶解和剝蝕作用下，會產(chǎn)生特殊的地貌形態(tài)和水文地質(zhì)現(xiàn)象，稱為巖溶。在巖溶地區(qū)修建公路時，路基經(jīng)常會出現(xiàn)如下情況：①地下巖溶水的活動或因地面水的消水洞穴阻塞，導致路基基底出現(xiàn)冒水、路基被水淹沒、路基被沖毀以及隧道內(nèi)出現(xiàn)涌水等病害；②地下洞穴頂板發(fā)生坍塌，則會引起位于其上的路基及其附屬構(gòu)造物也發(fā)生坍塌，造成路基下沉或開裂。

因此，在巖溶地區(qū)修建公路選線時應全面了解路線通過地帶巖溶發(fā)育的程度，了解清巖溶形態(tài)的空間分布規(guī)律，以便避讓或防治影響路基穩(wěn)定的巖溶病害。

1 巖溶發(fā)育的條件及影響因素

巖石和流水是巖溶發(fā)育的兩個基本條件。

1.1 巖石

1.1.1 巖石的可溶性

碳酸鹽類的巖石，其溶蝕強度一般是由石灰?guī)r向白云巖、泥灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r依次遞減。巖石的組織結(jié)構(gòu)不同，巖溶的強度也就不同。粗顆粒的巖石比細顆粒的容易遭到溶蝕。在碳酸鹽類巖層與硫化礦體（如黃鐵礦等）相接觸處，因硫化礦體易于氧化而產(chǎn)生大量的硫酸根離子，具有較大的溶蝕性，所以巖溶發(fā)育強烈。

1.1.2 巖石的透水性

巖石的透水性取決于巖石的裂隙和孔隙，但裂隙的透水性比孔隙的透水性更為重要。較為純凈的石灰?guī)r相對隔水層少的厚層塊狀巖石剛性較強，裂隙多張開，透水性強，溶蝕強度也較強；泥質(zhì)灰?guī)r相對隔水層多的薄層巖石，剛性較弱，裂隙多密閉，透水性差，在溶蝕過程中會產(chǎn)生蝕余黏土物質(zhì)，容易填塞裂隙，因而溶蝕強度較弱。

孔隙度主要通過增大水流與巖石的接觸面積，對巖石的強度發(fā)生影響。巖石的巖溶程度和透水性是相互助長的，巖溶化程度越高，透水性就越強。

1.2 流水

1.2.1 水的溶蝕性

水的溶蝕性主要取決于其含酸性。水中有酸才具有溶解可溶性巖石的能力。自然界的二氧化碳（CO2）溶于水中，在水中生成碳酸 （H2CO3），與石灰?guī)r （CaCO3） 相遇后產(chǎn)生化學反應：CaCO3+H2CO3=Ca+2HCO3，石灰?guī)r被溶解成易溶的重碳酸鈣，隨著流水而帶走。在巖溶過程中，巖石的溶蝕大于物質(zhì)的重新沉淀，因而在巖體中形成了各種各樣的空洞，為侵蝕和重力坍塌創(chuàng)造了條件。

除了碳酸外，其他無機酸和有機酸都可以溶蝕碳酸鹽類的巖石。水的溶蝕性在不同的氣候帶中是不相同的。如濕潤熱帶的溶蝕強度大于干旱氣候帶的71倍、大于濕潤溫帶的7倍、大于寒冷氣候帶的11倍。

1.2.2 水的流動性

水的流動性主要取決于降水量和水流通道的形態(tài)、規(guī)模、數(shù)量以及連同情況。巖溶水的一個重要補給來源是大氣降水。降水多者，垂直循環(huán)交替快，溶蝕強度顯著加強；降水少者，垂直循環(huán)交替差，溶蝕強度顯著減弱。

巖溶水的流動通道有孔隙、裂隙和溶洞等。通道的形態(tài)、規(guī)模、數(shù)量以及連同情況，控制著巖溶水流動的坡降、速度、流量和流向，即影響巖溶水的交替強度。水流交替強度大，溶蝕能力強，巖溶就發(fā)育；巖溶越發(fā)育，巖溶水的流動性就越好。

2 巖溶地區(qū)選線的主要原則

在巖溶地區(qū)進行公路選線時，首先要從地質(zhì)條件上弄清楚巖溶的發(fā)展規(guī)律和分布情況，在選線時慎重確定路線的布局和位置。一般情況下，對局部嚴重且不易搞清楚的巖溶地段，盡量設法避繞；對不太嚴重的中小型巖溶地段，可以選擇其最窄的、易于采取措施的地方通過。

某路線有左岸和右岸的比選方案，左岸線路順直，占農(nóng)田較少，但該岸有許多發(fā)育的溶洞，且洞內(nèi)坍塌嚴重，遇到暴雨時有5處涌水成河，而且這一帶埋藏的溶洞一時不易搞清楚，經(jīng)研究比較，采取走右岸通過頁巖地區(qū)的方案，避開溶洞嚴重的地區(qū)。

根據(jù)巖溶發(fā)展的規(guī)律和巖溶帶的分布規(guī)律，在選線中應注意以下幾點：①在可溶性巖石分布區(qū)，路線宜選擇在溶蝕強度較低的巖石地區(qū)通過，因為這些地方的巖溶發(fā)育程度往往較弱；②在通過可溶性巖石分布地區(qū)時，路線方向不宜與巖層構(gòu)造線方向平行，而應與之成斜角或垂直通過，因為暗河的主要通過方向多平行于巖層構(gòu)造線方向；③在巖溶地區(qū)，路線應避開較大的斷層破碎帶，或使路線方向與其直交或斜交，以避免或減少由于斷層帶巖石破碎、巖溶發(fā)育強烈和巖溶水豐富而威脅到路基的穩(wěn)定性；④路線應盡可能避開可溶巖與非可溶巖相接觸的地帶，因為這種地帶有利于地下水的活動，巖溶發(fā)育比較強烈；⑤路線應盡可能避開碳酸鹽類巖石同某些金屬礦床相接觸的地帶，因為這些地帶巖溶發(fā)育比較強烈。

3 巖溶地區(qū)路基設計

巖溶地區(qū)路基設計主要是對影響路基穩(wěn)定性的巖溶和巖溶水進行預防和處治。實踐證明，巖溶問題如果不加處理或處理不當，不僅會影響工程計劃方案，使工程計劃方案發(fā)生變更，延長施工期限造成浪費，還會威脅行車安全。因此，合理的路基設計措施是非常重要的。以下結(jié)合實際案例說明。

3.1 處理方法

疏導法：對巖溶水宜以疏導為主，不宜堵塞。疏導建筑物一般采用明溝、泄水洞等。例如，巖溶泉出露于某公路的右上方石灰?guī)r陡坡處，為間歇性裂隙懸掛泉，旱季枯歇，雨季流量加大，在路側(cè)砌筑一座5 m×1.5 m×1.5 m的蓄水池后，把水攔蓄引入邊溝排到下游涵洞流出，多年來路基穩(wěn)定。而左側(cè)的簡易公路只挖有邊溝排水，雨季巖溶水浸泡公路漫過路面，致使路基受到嚴重破壞。

3.1.1 跨越

路線通過巖溶洞或巖溶水時，如果跨越和施工條件較好，可采用跨越的辦法。橋梁跨越適用于流量較大的暗河、冒水洞或消水洞等。涵洞跨越適用于一般巖溶泉。在跨越季節(jié)性或經(jīng)常性積水而水太深的溶蝕洼地時，可采用片石透水路堤。

某路線通過溶蝕洼地，有3條來自暗河的水流，交匯于龍門洞前的深溝，由此轉(zhuǎn)入暗河排出。路線曾于龍門暗河出露處設一單孔小橋跨過，路堤高出龍門洞口2 m.由于雨季暗河與地表的流量大于排泄量，導致洼地積水，淹沒龍門橋和路堤，中斷交通。后加高路堤至4.7 m，并改建為一孔25 m石拱橋跨過，才消除了水淹問題。

3.1.2 加固

①洞徑較大、洞內(nèi)施工條件好時，可采用漿砌片石支墻、支柱及碼砌片石垛等加固。如需保持洞內(nèi)水流通暢，可在支撐工程間設置涵管來排水。②如果是深且小的涵洞，又不便于在洞內(nèi)采取加固的辦法時，可采用石蓋板涵來加固。③對洞徑較小、頂板薄或巖層破碎的的溶洞，可采用爆破頂板，用片石回填的辦法來處理加固。假如溶洞較深或保持排水者，可采用拱跨或板跨辦法處理。④出溶洞露于路基表面或構(gòu)造物基底時，如需要換土或加固，對較淺的全部換填碎、片石；對較深的可采用部分換填的辦法，換填厚度根據(jù)需要而定。對路基范圍內(nèi)的地表塌陷，應查明發(fā)生的原因，以便采取相應的處理措施。基巖如果未出露處，可采用黏土回填夯實；基巖出露并見到空洞洞口時，可先用大塊石頭堵塞洞口，再用黏土回填土洞。

4 結(jié)束語

綜上所述，若在巖溶地區(qū)修建公路，在公路設計選線時應全面了解線路通過地區(qū)巖溶的發(fā)育程度和巖溶形態(tài)的空間分布規(guī)律，對路線通過地帶的巖溶形態(tài)、地質(zhì)、水文地質(zhì)情況進行全面的調(diào)查研究，以便在選線時盡量避讓或采取有效的措施防治影響路基穩(wěn)定性的巖溶病害。