高速公路巖溶地基穩定性分析

潘 威

（河南交通職業技術學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

巖溶地基形式多樣，具有一定隱蔽性，和地上和地下很多因素有聯系，處理和評價時難度較大，是工程建設中突出的問題之一，巖溶地基的穩定性不能保證就會影響上部結構安全，給生命和財產安全帶來威脅。我國公路建設不可避免的要穿越巖溶地區，巖溶會引起地基的變形塌陷，影響道路穩定性，所以巖溶區的路基穩定性防治和處理是公路建設成敗的關鍵，在建設前期要做好地質勘查，了解巖溶的特性，采取經濟合理的處理措施，保證公路建設能夠順利完成。

1 巖溶的產生及相關病害

1.1 巖溶的產生

巖溶是地下和地上水流對可溶巖層進行侵蝕破壞產生的地下溶洞現象，和地質條件和自然環境有很大關系，其形成條件要具備可溶性巖石、一定地質構造和水循環。巖溶的形成要經過漫長的發展過程，在確定巖體的力學特性時要考慮巖溶問題的影響，對巖溶問題量化分析，保證計算的準確性和安全性。

1.2 常見巖溶病害

巖溶引起的病害有很多種，對道路工程的影響主要為對路基的穩定性影響和巖溶涌水對地下工程的危害，巖溶病害類型與巖石的周圍環境及物理性質有很大關系，在施工中常遇到以下幾種病害。

巖溶塌陷，竣工后高速公路在巖溶地區會出現塌陷，這是因為在巖溶地區地下水豐富，且流動方向多變，水中的微量元素會對地質產生較大的腐蝕作用，導致溶洞進一步增大，最終大面積塌陷。人類活動也會改變地下水的循環環境造成破壞，改變水流方向或水位高低，造成地質構造破壞加劇。

溶洞和土洞，溶洞是對土建工程威脅最大的一種病害，影響公路后期的正常使用，其規則大小不均，會導致路基產生不均勻沉降，在行車荷載的作用下會產生塌陷，造成周圍土體移動。土洞和溶洞有一定的相似，但是發生在巖體的土體覆蓋層中發生，容易受到水流的干擾，周圍土體松散，承載力低，對道路路基的穩定性威脅嚴重。

巖溶道路地基病害，巖溶導致路基的穩定性下降，病害有路基不均沉降，巖溶上部土體壓縮性強，使用過程中會產生起伏不平。造成路基失穩，巖石是脆性的，在發生彎曲時會斷裂，從而失去穩定性，造成路基的坍塌失穩。在邊坡處容易出現填料流失，引起路基的整體塌陷變形。

2 高速公路巖溶區地基溶洞發育和分布規律探測

2.1 巖溶地質探查

隨著科學技術發展，各種先進設備已經運用到地質探查中，借助先進技術和設備能夠更加清晰的掌握巖溶問題，利用物探層析成像輔助反演技術、井間斯通濾波探測、新一代鉆井電視攝像儀等具有較高的分辨率，了解溶洞周圍巖性的特點。對于深埋溶洞潛流水的流速和流向測試可以采用噪聲監測測試，通過聲波分析，確定流速曲線，這種方法工作效率高，監測范圍大。

地質雷達探測速度快、定位準，具有較高的經濟性，在淺層巖溶探測中應用廣泛，具有較大的優越性。其工作原理是在地面埋設接收天線，接收地下巖體分界面反射回來的能量并進行記錄，形成雷達波剖面圖，電磁波會因巖體的幾何形態變化而變化，根據電磁波變化特點確定地下巖體的形態特征。

2.2 探測方案

探測目的是查明路基段內溶洞的分布狀況和規模大小，確定溶洞的埋深及其特征對路基的影響程度，根據數據確定合理的方案，為設計和施工提供可靠的依據。整個探測過程中數據的采集、資料整理和分析都要按照相關規范進行，道路地基內進行探測時要首先將地基開挖至設計標高，在填方路段要在填筑前進行探測。

探測前保持地面平整，在干燥環境下操作，潮濕地基會導致探測深度較淺。測線布置時要每隔100~200m設置橫斷面測線，巖溶極度發育區域要每條車道布置一條測線，一般區域可以根據左右車道布置2~4條測線，并根據探測情況決定測線的增加。巖溶發育具有不規則性和不均勻性，測線之間的巖溶發育形態和實際探測情況可能存在一定誤差，要根據實際情況進行處理，保證結果的正確性和科學性。

3 巖溶區溶洞穩定性分析

3.1 影響溶洞穩定性因素

溶洞穩定性分析要考慮內在因素和外在因素兩種，內在因素包括溶洞頂板厚度、溶洞跨度、溶洞形態、巖層的產狀、節理和裂隙等狀況，外在因素則包括巖石的受力時間、荷載大小、荷載類型等，另外還有巖石的含水量、水溫以及水流方向等。

巖溶區內影響路基穩定性的因素包括路基巖層的形態、物理力學特性、結構特征、溶洞發育和分布等。根據影響因素的不同特點也可以分為內因和外因兩種，內因是巖溶地基自身因素導致的不穩定，包括巖體形態、力學特性和產狀等，外因則是外部荷載對地基的影響，外部因素是導致巖溶溶洞穩定性的直接原因。

3.2 定性評價分析法

定性評價分析巖溶穩定性是根據已掌握的資料，直觀的評價路基穩定性，評價效率高，應用廣泛，主要有綜合分析法和經驗比擬法兩種，影響分析法中涉及到的影響因素包括巖性及厚度、裂隙狀況、巖體產狀、洞穴形態及埋藏條件、頂板情況、填充情況和地下水，這種方法雖然簡單方便，但具有較大的隨意性，評價結果受人的思維和經驗影響大，需要綜合考慮各項因素，并不斷的修正才能得到較為可靠的結果。表1為綜合分析法評價表。

表1 綜合分析法評價表

3.3 半定量評價分析法

頂板厚跨比法，一般認為當溶洞頂板完整性較好時，當頂板厚度和跨越頂板長度比值大于0.5時，溶洞是安全的，厚跨比法是將溶洞和上部頂板看作為一紅簡單理想模型，為了工程安全性的保證，可以將厚跨比大于1.0作為安全界限。除了厚跨比，埋藏深淺對穩定性影響也較大，頂板越厚，埋藏越深，對穩定性就越有利。

h/L≥0.5處于安全狀態

h/L≥0.5不安全狀態

h/L≥1.0安全界限

梁板抗彎估算安全厚度，可以將溶洞、上部路基和周邊巖石看做為一個整體結構，在簡化的基礎上進行力學計算，也即是梁板抗彎估算法。采用梁板抗剪方式可以估算出安全厚度，這種方法適用于巖層厚度大、強度高、洞跨較小，且由剪力控制溶洞變形的情況。

4 巖溶路基工程處理

巖溶路基處理時要制定路基處治方案，全面掌握路基工程地質情況，對不同巖溶病害采用不同的處理方式。挖方路段要先開挖到設計要求的標高，填方路段要先對路基處治，然后填方至設計標高，對具備洞內施工條件的溶洞要優先考慮洞內處治方法，以漿砌片石或洞內支撐進行加固。

對于巖溶裂隙發育帶，要根據裂隙發育程度在路基基層設置雙層配筋的混凝土板，也可以采用注漿的方式處理。存在暗河和地下水的巖溶區路段，要采用專門的排水通道，或者設置跨越的方式，不宜采用強夯處理，對于大型的地下暗河、溶洞和土洞要制定專門的研究方案，涵洞等構筑物下存在溶洞時，要先進行路基處治，滿足構筑物基礎底面的地基承載力要求。不穩定的巖溶溶洞，要根據其形態特征，采用相應的處理方法，常見的方式有換填法、洞底支撐、梁板跨越法等。

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［3］王杰.武廣客運專線韶關至花都段厚覆蓋型巖溶處理措施研究及效果評價[D].成都:西南交通大學,2008

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