淺談巖溶地區(qū)路基溶洞的處理方法

■唐 崧 ■中鐵二十一局集團(tuán)三公司，陜西 咸陽(yáng) 712000

在溶巖地區(qū)，由于水的長(zhǎng)期溶蝕作用，在巖層中形成溶洞、溶溝等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為巖溶。貴州省思南至劍河高速公路第五合同段位于貴州省銅仁地區(qū)，沿線巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，溶洞、石牙、溶蝕漏斗、溶蝕洼地、落水洞到處可見(jiàn)。這些地段路基的溶洞如果處理不好，容易導(dǎo)致路基下沉、開(kāi)裂等病害，對(duì)路基穩(wěn)定性有極壞的影響。如何針對(duì)不同類型的溶洞，采取相應(yīng)的處理措施以消除水對(duì)路基的影響，是保證巖溶地區(qū)路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

1 溶洞的成因及類型

巖溶主要是水對(duì)可溶性巖石溶蝕的結(jié)果。巖溶形成的四個(gè)基本條件:可溶性巖石、具有溶解能力的水、巖石的透水性及水在其中的不斷流動(dòng)。在實(shí)際工程中常按照溶洞對(duì)路基的危害程度進(jìn)行分類，可分兩類:無(wú)水的溶洞和有水的溶洞。漏斗是地表水沿可溶性巖石豎直的裂隙溶蝕擴(kuò)大或由溶洞塌陷形成的漏斗狀凹地，其橫斷面可從數(shù)米到數(shù)十米或更大，深度由1～2米至10～15米，平面形狀有圓形、橢圓形和不規(guī)則外形等形態(tài)。漏斗底部常有堆積物，無(wú)地下暗河與其連接，不能排泄地表積水。有水的溶洞常與地下暗河相聯(lián)系，雨季常有地下水涌出，地表積水也可通過(guò)地下暗河通道排走。

在實(shí)際工程中常遇到的多為小型的溶洞，孔徑和深度均不大;對(duì)大型的溶洞，道路選線時(shí)要盡量繞避，本文主要針對(duì)小型溶洞的處理方式進(jìn)行討論。

2 溶洞距路基的安全距離

如果溶洞距路基較遠(yuǎn)，對(duì)路基不造成影響。路基附近的溶洞距路基的安全距離，按坍塌時(shí)的擴(kuò)散角計(jì)算如下:

L=H*ctgβ

H--溶洞頂板厚度(m);β--坍塌擴(kuò)散角;β=(45+φ/2)/k;k—安全系數(shù)，取1．10～1．25(高速公路取大值);φ—巖石內(nèi)摩擦角。

如在頂板巖層上有覆蓋層，則自土層底用45掛向上繪斜線，求出與地面的交點(diǎn)，路基邊坡坡腳應(yīng)在交點(diǎn)范圍以外。

3 巖溶路基發(fā)育情況及相應(yīng)的處理措施

地表水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)所經(jīng)過(guò)的沉積物或巖石有著重要的侵蝕作用，既包括水動(dòng)力作用下的碎屑物搬運(yùn)，又包括水對(duì)巖石或沉積物的化學(xué)溶蝕作用，還包括碎屑物在搬運(yùn)過(guò)程中的磨蝕作用。相關(guān)處理措施如下:

3．1 堵塞

(1)對(duì)于路塹邊坡上的干溶洞，洞內(nèi)用片石填塞，洞口用干砌片石鋪砌、砂漿勾縫或漿砌片石封閉。路基范圍及路塹上方溶洞內(nèi)如有填充物，應(yīng)予以清除，然后用塊片石填實(shí)，洞口用漿砌片石封閉，路基范圍內(nèi)涌水泉眼，應(yīng)將涌水引入邊溝、排水溝及截水溝。(2)路基基底或路基附近流量較大的暗河、落水洞、消水坑、涌泉等，設(shè)橋跨過(guò);規(guī)模較小的設(shè)涵洞跨過(guò)或設(shè)擋土墻避開(kāi);路基以填方型式通過(guò)巖溶發(fā)育，多以溶槽、溶溝、石牙等型式存在時(shí)，應(yīng)注意爆破清除基底部的部分溝槽等，然后重新回填夯實(shí)處理。路塹邊坡上的巖溶水徑流通道，應(yīng)采用漿砌片石封閉并設(shè)排水管引入邊溝或平臺(tái)截水溝;路塹邊坡上的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)采用噴漿護(hù)坡或M10抹面;路基范圍內(nèi)的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)先灌注M5，再用M10抹面;路基范圍內(nèi)如遇落水洞或大的溶洞，且下有地下水徑流通道，應(yīng)采用砼蓋板跨越或設(shè)橋涵通過(guò)。(3)對(duì)位于路基基底或擋土墻基底的干容洞，當(dāng)洞口不大，深度較淺時(shí)，回填夯實(shí);當(dāng)干溶洞頂板太薄或巖層較破碎時(shí)，可爆破后回填。路基范圍內(nèi)的漏斗及溶蝕洼地應(yīng)采用塊片石填實(shí)，并對(duì)表層作封閉處理，再加設(shè)土工格柵(土工格柵采用高強(qiáng)鋼塑土工格柵，幅寬4米，極限抗拉強(qiáng)度:縱向≥80KN/m，橫向≥80KN/m，極限延伸率≤3%)。若邊坡為完整巖層下遇軟弱層或破碎帶，應(yīng)采用擋土墻，必要時(shí)采用錨桿、錨索防護(hù)。(4)對(duì)四周高，中間低，匯水面積小，中間沒(méi)有明顯的泄水洞口又無(wú)須排水的溶蝕洼地，可以先對(duì)將溶洞底部進(jìn)行強(qiáng)夯，然后再填碎塊石土至要求的高度。(5)對(duì)大的溶蝕洼地，若匯水面積大，洼地底部溶洞排水量大時(shí)，采用橋梁跨越。(6)對(duì)那些有排水洞口的溶蝕洼地，若填筑路基后，仍需要從溶蝕洼地底部洞口排水的，從洞口接塊片石盲溝至地表。在溶蝕洼地的底部填大的塊片石，向上依次填小直徑的塊片石。若排水量稍大時(shí)，可以做多條盲溝。(7)對(duì)單獨(dú)的無(wú)水溶洞，可以采用漿砌片石回填，也可以先填片石再注漿回填。(8)對(duì)于路塹邊坡上的干溶洞，洞內(nèi)用片石填塞，洞口用干砌片石鋪砌，砂漿勾縫或?qū)⑶衅忾]。

3．2 跨越

路基底或路基附近流量較大的暗河、落水洞、消水坑、涌泉等，設(shè)橋跨過(guò);規(guī)模較小的設(shè)涵洞跨過(guò)或設(shè)擋土墻、護(hù)腳避免封閉。

3．3 加固

(1)深而小的溶洞不便用洞內(nèi)加固時(shí)，采用石蓋板或鋼筋混凝土蓋板加固。(2)對(duì)洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞，采用爆破頂板用片石回填加固，如溶洞較深或須保持排水者，采用拱涵或板涵跨越。(3)對(duì)路基范圍內(nèi)的地表塌陷，在不影響地下水排泄通道時(shí)，可采用回填夯實(shí)，并在地表整平后鋪設(shè)土工格柵及土工布。(4)對(duì)溶洞埋深較淺，洞頂板較薄的地段，采用鉆孔注漿加固。注漿采用低壓間歇定量或循環(huán)式灌注，目的是減少漿液流失，間歇時(shí)間可控制在7-8小時(shí)。(5)對(duì)以路基型式通過(guò)深而小的溶洞不便使用洞內(nèi)加固時(shí)，采用石蓋板或鋼筋砼蓋板加固;對(duì)洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞，采用爆破頂板用片石回填加固;洞口大時(shí)，采用橋梁跨越。

當(dāng)溶洞埋深H不滿足安全厚度要求，且溶洞為單個(gè)發(fā)育時(shí)，采用本圖處理方式，跨度L≤6m時(shí)采用30cm厚鋼筋砼板;6m＜L≤10m時(shí)采用45cm厚鋼筋砼板;10m＜L≤13m時(shí)采用60cm厚鋼筋砼板(砼標(biāo)號(hào)為C35)。鋼筋砼板表面必須橫向拉槽，槽深1．5cm，間距不大于3cm，并在上面設(shè)粘層。鋼筋砼板在開(kāi)挖和埋設(shè)過(guò)程中不得擾動(dòng)下部的基層和墊層，與兩端路面結(jié)構(gòu)層連接處采用鋸縫并用乳化瀝青灌縫。

4 工程處理實(shí)例

貴州省思南至劍河高速公路第五合同段路基施工中，在K39+228處存在一溶洞，溶洞充填物較為復(fù)雜，主要有灰黑色流塑狀淤泥，軟粘土，泥炭質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土;溶洞填充物和灰?guī)r地層承載力有很大的差別。通過(guò)對(duì)溶洞內(nèi)填充物予以清除，然后用塊片石填實(shí)，洞口用漿砌片石封閉，對(duì)路基范圍內(nèi)的涌水泉眼，將涌水引入邊溝，排除出路基以外，以提高該處地層的承載力，減小該地層的差異沉降，減少管片滲漏，成功控制地表沉降，達(dá)到地層承載力符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

在巖溶地段進(jìn)行路基施工時(shí)，應(yīng)認(rèn)真查清溶洞的分布、形狀、深度以及發(fā)育程度。工程地質(zhì)勘察除正常勘察外，要重點(diǎn)密布鉆孔詳查，提出詳盡的工程地質(zhì)報(bào)告，為施工場(chǎng)地的選擇和對(duì)地基的處理提供可靠的依據(jù)。地基的處理要適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的造型，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)也要適應(yīng)地基及基礎(chǔ)的變形，地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)是協(xié)同工作的整體，不可顧此失彼。因此，在處理溶洞的同時(shí)，還要適當(dāng)加強(qiáng)基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，這樣效果更好些。