喀斯特地貌環境下的公路病害與防治對策

黃敏

（湖北工業大學 430000）

摘要：近年來，隨著社會與經濟的迅速發展，公共道路建設日趨普及，在公路建設中，不同地貌地質條件對于公路建設、養護的要求也不盡相同，喀斯特地貌是一種特殊的環境生態系統，其穩定性差、容易受干擾，環境容量低，在這種地貌環境下的公路產生的病害對于公路建設的安全與效率，本文從喀斯特地貌環境的特點出發，分析喀斯特地貌環境下公路病害的主要表現及特征，并對喀斯特地貌條件下的公路病害防治措施進行深入探索，以期為公路設計、施工提供更加切實有效的技術借鑒與參考。

關鍵詞：喀斯特；公路；病害；防治

一、 喀斯特地貌環境特征

喀斯特是由于水對可溶性巖石的化學溶蝕與流水的沖蝕、潛蝕、崩塌的機械相互作用的地貌。我國的喀斯特地貌主要集中在云貴高原與四川西南部地區。在喀斯特地貌中，最為重要的成土物質基礎來自碳酸鹽巖風化淋溶后的殘留物質，而這些殘留物質易溶于水而被帶走，這樣的成土方式導致土壤的成土速度慢，且水土流失嚴重，且成土另外喀斯特地貌的土石黏合力差，影響了地表土層的穩定性。喀斯特的土壤遷移過程受到溶蝕、流水的影響大，土層的覆蓋面薄厚不均，覆蓋不連續。加上碳酸鹽巖的營養元素比較簡單，給植物的營養元素不充足而導致土壤的自然肥力低下，土質基礎薄弱，表面土壤的保水性與蓄水能力較差。

總體而言，喀斯特地貌下的成壤能力低，成土慢，土壤薄、黏著力地，土壤分布不連續且侵蝕嚴重，這些都會對公路的穩定性造成極大的影響。在公路設計與建設過程中，要特別針對喀斯特地貌環境特點，以科學合理的方式來處理公路病害，降低公路變形、破壞的發生率。

二、 喀斯特地貌環境下的公路病害及成因

1、 塌陷

塌陷是喀斯特地貌環境下最為常見的公路病害，由于喀斯特地貌的覆蓋層土壤密度低、地下水活動頻繁以及人為因素等原因，對公路路面造成塌陷坑。喀斯特地貌下抗滲透、抗變形能力較差，由于土層土體呈軟塑狀態，粘著性低，受地下水滲透、沖擊的機率也更大，喀斯特地貌下的溶蝕裂隙多，且與地下巖溶聯系緊密，造成土壤覆土層被巖溶水帶走而形成空洞，影響了公路的承載力。

從喀斯特地貌環境的形成機理來看，在喀斯特環境下的地下水對土層巖體的侵蝕、潛蝕、溶蝕，造成溶隙裂縫不斷擴大，形成了溶洞、溶槽，是造成塌陷形成的重要原因。尤其是地下水的上升、下降，對溶洞洞頂土地的破壞嚴重，加劇了溶洞的擴大，也使得塌陷形成速度更大。在于地形低洼地段地表水體一般是地下水的天然排泄帶，裂隙巖溶發育強烈。地下水位的升降變化，往往有利于塌陷發生，原因是水位的波動變化可促進蓋層底部松散物的粒間聯結力的破壞，有利于潛蝕作用的進行。

喀斯特環境中的巖洞多，且地下水資源豐富，常年的地下水活動對于喀斯特巖溶地質具有一定的腐蝕作用，尤其在雨季或是多雨地區，雨水通過巖隙滲透到地下，使得地下水位升高，對公路基巖造成更大的腐蝕，在此情形下形成的公路巖洞荷載力不斷下降，如果不進行及時的處理，很容易形成塌陷。另外，施工過程中產生的負荷對于溶洞產生不同程度的影響，工程中的強力擾動可能會破壞溶洞的結構，進而導致巖溶塌陷，在喀斯特地區的公路上出現的天坑等，就是由于公路底部的溶洞塌陷引發的，自然及人為因素的影響造成的溶洞塌陷，不僅會影響公路建設的質量，也會對公路交通安全造成嚴重的威脅。

2、 滑移失穩

滑移失穩是由于公路路基處于不穩定的坡面上，路基附近存在的溶洞、溶溝、裂隙燈，會導致路基基底覆蓋層巖傾斜基巖面一同滑移，滑移不僅影響了公路的穩定性。由于喀斯特地貌下的巖土松脆，地下水活動造成的溶洞洞頂板彎曲、折裂，加上喀斯特土層、溶洞的抗干擾能力差，很容易因為公路的荷載而遭到結構的破壞，造成路基周圍土體移動。土體松散、承載力差都會對公路路基的穩定性造成極大威脅。

3、 不均勻沉降

路基不均勻沉降。巖溶對道路路基的表現有多種多樣，由于其發育形式的不同，道路路段在使用中可能會產生起伏不平，巖溶溶洞上部的土體壓縮性較高，每個地方的厚度不一樣，在多雨的地區，會出現的多處坑坑掛佳；另外，由于道路地基溶洞頂板的厚度和跨度的不同，可能會產生頂板頂部的沉降。基于這種情況，在巖溶地基上部的道路路基會產生不同程度的下降。當公路構筑物地基存在巖溶覆土層時，由于石牙、石柱、溶槽、溶溝、漏斗等巖溶形態下覆基巖面高低起伏、及填充其間的土層巖土性質和厚度分布不均勻，易引起路基路面及其它結構物的不均勻沉降，并可能導致公路構筑物的進一步損壞。

喀斯特地貌的溶洞復雜多樣，尺寸、形狀的不同，對于公路基層的影響也非常大，頂板厚度不均勻導致公路路基發生沉降，是公路建設工程中常見的病害。

4、巖溶水環境的影響

巖溶地下水活動不僅會導致路基和橋基沖刷、水淹路基、隧道突水突泥等工程病害，而且可以誘發路基、橋基和隧道圍巖變形失穩。巖溶水徑流、排泄、消散通道的阻塞或改變，可能產生一系列環境地質及水文地質災害，如造成上游農田水澇，水浸路基危害路基安全，甚至泄洪不暢，形成洪災以及巖溶管道氣水交替失衡，產生氣爆、吸虹、潛蝕作用而引起路基塌陷。由于巖溶水環境的破壞，地表與地下水壓力不平衡，很容易使路基基底發生涌水，導致路基損毀，而地下涌水造成對路基的侵蝕，也會造成路基塌陷，影響公路行車安全。

三、 喀斯特地貌環境下的公路病害防治對策

1、 對巖洞的處理

在喀斯特地區進行公路建設，必須要對地質環境進行細致、深入的偵測。了解巖洞的形狀、尺寸、頂板厚度、地下水文特征等，對巖洞的穩定性進行科學、全面的評估，對于頂板厚度為洞體寬度1-1.5倍的溶洞，可以視為相對穩定的溶洞而不作處理，對于頂板厚度達不到穩定標準的溶洞，可以對溶洞進行開挖清理，并以塊石、碎石填埋，避免溶洞的塌陷，而對于不便炸除的深埋溶洞，可以通過鉆孔注漿的方式來增強穩定性。endprint

溶洞的發育經歷不同的階段，對于不同層級、形態的溶洞，需要采用不同形式的處理，地下水活動較為頻繁的溶洞，其穩定性較差，發生自然塌陷的較多，而塌陷的溶洞往往被松散的堆積土填充，這樣的溶洞對公路地基的承載力造成嚴重影響，在公路建設中，可以根據溶洞分布的特點、規律，進行恰當的處理，對于零星的塌陷溶洞，可以采用鉆孔注漿的方式，使洞中的松散堆積物更加穩固。對于分布較密集的塌陷溶洞，可以采用統一震垮、強夯的方式，使大面積的溶洞能夠得到強固，進而增強公共路基的穩定性。在垂直發育的落水洞中，地下水活動較多，對于這樣的溶洞，要特別注意勘察周圍的地質水文環境，有些落水洞具有一定的消水功能，在公路建設中，既需要增強路基的穩定性，也要保持溶洞地區的水文地質平衡，處理具有消水功能的溶洞，可以將溶洞口揭開，用鋼筋混凝土干板以梁板結構來承受上部路堤填土跨越，同時設置意設置盲溝保留溶洞的消水功能。對于一些不具消水功能的溶洞，可以直接用塊石、碎石填塞，如果洞口徑較深、小，不宜塊石填埋的，可以采用鋼筋混凝土封閉洞口，對于洞口徑淺小的，采用塊石填塞洞口，并用混凝土填平。對于洞口徑大且深的落水洞，可以先清除洞內的填充物，用木樁加固，提高溶洞的承載力，然后填塞塊石、片石，夯填粘土做土牛拱，最后用漿砌片石拱跨封閉洞口。

2、 對巖溶水的處理

喀斯特地貌下的巖溶水豐富，尤其是在發育良好的巖溶地區，巖溶水更加活躍、富集，巖溶水的運動與溶洞的形態、發育層級密切相關，對于公路的穩定性也會造成不同程度的影響，對巖溶水的處理應該以疏導為主，由于喀斯特地貌下的巖溶水分布零散、不均勻，且與周圍地質環境關系密切，在地表水豐富或者雨季時，巖溶水水位急劇上升，變化幅度大的巖溶水對路基的影響也較大，因此，通過疏導的方式處理巖溶水，能夠降低對周圍環境的影響，保持地面地下水的動態平衡。

在巖溶水的處理中，還需要根據水流方向、流量等采用恰當的處置措施，一般而言，可以有截流、排泄等方式。

截流主要針對流量較小的巖溶水，排水建筑物與水流方向垂直，通過截水墻、截水溝、截水洞等措施來促進水路暢通，截水后設置排水溝、集水槽等使水流有固定的出口，以排除公路路基的范圍，通過截水措施建立一個完整的綜合排水系統，減少巖溶水對路基的影響。在截流過程通常會通過填石滲溝盲溝、管式滲溝和洞式滲溝，避免地表水滲入造成的影響。為了避免地下水的淤積，要根據水流量來確定截流構造物的大小、形態。

排泄適用于處理流量大、流速大的集中巖溶水，巖溶水流向與排水建筑物的方向一致，通過排水管、排水橋涵、明溝、泄水洞的設置來引排巖溶水，在排水過程中要注意坡度與基礎的順適貼合，避免排水設施受力不均而產生變形。在排泄設施設置出水口，并將出水口引至天然河溝，避免流水對農業生產及公路建設的影響。

疏導常常是采用豎井涵管、封堵涵管等方法，將巖溶水引出路基外，同時保持熔巖地下水的壓力與地面一致，避免水汽壓力變化過大而對路基造成沖擊或真空吸蝕，根據巖溶水方向、巖溶水洞水位情況來確定疏導方式的運用，如果路基底部出現巖溶涌水，則需要采用疏導巖溶水的方式處理，疏導結構的尺寸要根據巖溶水量決定，在疏導過程中，用混凝土砌筑基礎，以厚砂礫、碎石墊層，管涵節坐穩，受力均勻，管道接口處應以特制的膠圈或瀝青麻絮等彈性材料填塞。

對于一些流量較大的冒水洞、暗河、巖溶泉，也可以采用橋跨、涵跨等方式來，用填石透水路堤的方式來實現對溶蝕洼地的跨越。

3、 溶蝕裂隙的處理

喀斯特地區巖溶水對巖石造成的溶蝕形成溶溝、溶槽對公路路基的均勻性存在較大影響，對于溶蝕裂隙的處理，可以根據溶蝕的程度不同采取相應措施，對于覆土層較厚的溶溝溶槽，因其對路基均勻性影響不大，可以不作處理。裂隙較大的溶溝、溶槽，其承載力較差，會影響路基的穩定性、均勻性，導致路基沉降不均、甚至開裂，影響公路壽命及道路安全。對溶溝、溶槽的處理可以先清除溝槽內的松軟土，鑿平突出的石牙，以素混凝土或碎石填充溝槽，在設置一層褥墊層，增強路基的穩固性。

對于發育較好的溶溝溶槽，應根據地質的特點采取恰當的處理方式，由于溶溝溶槽使得路基從土質突變為巖石地基，此時可將路基挖至一定深度，再采用褥墊層來協調路基的沉降。利用物理探測來確定裂隙打樁的位置，推斷裂隙的深度、大小，如果裂隙較大，先清除裂隙中的污泥松土，然后用片石混凝土來填平裂隙。

4、巖溶路基的處理

由于巖溶發育而影響路基的基巖不平整、石牙突出等，會影響公路的平穩性，對巖溶路基的處理可通過清平基底、砌筑路肩墻等方式進行，利用削峰填谷的方式設置堅實平穩的路基基礎，避免路基強度差距較大而產生的坑洼，在最大洪水位下的填方采用塊石填筑，避免由于水流產生的裂隙擴大而產生的塌陷。通過砌筑路肩墻的方式攔阻流水，避免路基外積水浸入路基。根據公路路面的塌陷程度，選擇不同的處理方式，如塌坑較大時，先清理松軟的塌陷土體，在回填塊石、碎石，并夯實路基。在夯實路基時，將夯錘調至一定高度然后自由下落，利用自由落體的巨大沖擊力將路基土體夯實，提高路基的強度。

四、 結論

綜上所述，喀斯特地貌下的公路病害復雜突出，主要表現在塌陷、沉降不均、滑移失穩及水環境影響，這些病害對于公路壽命及行車安全產生極大的影響。喀斯特地區的巖溶發育層次不一，對于不同層級的巖溶，也應該采取針對性的措施，根據巖溶分布范圍、深度、大小、水流情況等，采用綜合性的治理方法，在增強路基穩定性的同時，也應該注意周圍生態環境的保護，避免因巖洞治理而產生的污染或水環境破壞。喀斯特地貌下的公路病害治理是一項涉及多個層面的綜合性工程，明確病害的根源、特點，溶洞是喀斯特地貌下最主要的病害，在溶洞的處理中，應根據溶洞的發育特征進行處理，通過鉆孔注漿或填埋的方式來增強路基的穩定性，對于巖溶水，可采用排泄、截流、疏導等方式使流水能夠引出路基外。總體而言，喀斯特地貌下的公路建設與管理，應該從整體的生態環境出發，因地制宜地采取切實有效的治理措施，提升公路的使用壽命及安全性，并維護當地的生態環境的平衡性。通過科學合理的規劃、治理與維護，使喀斯特地區的公路建設更加規范，優質，從而提高交通基礎設施長遠、健康發展奠定堅實的基礎。

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