巖溶對高速公路路基的影響分析及處置措施

任久杰

(湖南中核建設(shè)工程公司，湖南 長沙 410000)

高速公路工程建設(shè)中，路線規(guī)劃不可避免通過巖溶發(fā)育地段，淺層巖溶地段對路基的影響較大。如果在勘察、設(shè)計及施工階段沒有合適的針對巖溶地段應(yīng)對措施，將會給后期高速公路運行造成很大影響。因此，必須做好巖溶路基地質(zhì)勘察和設(shè)計工作，查明巖溶的規(guī)模、空間分布形態(tài)、充填情況等，分析巖溶對路基的影響并提出合理措施，保證高速公路施工的順利進行，以及高速公路工程竣工后，減少由于巖溶特殊地質(zhì)條件給高速公路運行帶來的地質(zhì)病害，為高速公路養(yǎng)護和車輛駕駛提供良好的交通環(huán)境。

1 巖溶對路基的危害

巖溶對路基的危害主要表現(xiàn)在巖溶頂板的承載力不夠或者存在溶洞使得高速公路運營期間出現(xiàn)的局部下沉。主要表現(xiàn)形式有：(1)由于頂板厚度較薄，承載力較低，在超荷載作用下，巖溶路基路基頂板會崩塌，使路基產(chǎn)生地面塌陷等地質(zhì)病害；(2)路基遭受巖溶水作用破壞，導(dǎo)致路基掏空產(chǎn)生塌陷或整體失穩(wěn)；(3)在巖溶地下水出入口，干濕交替，路基層反復(fù)受浸泡，路基地層內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力降低，引起路基底層破壞，公路路面產(chǎn)生地面裂縫、沉降；在暴雨季節(jié)，巖溶通道使地下水位迅速上升，沖毀路基和路面。

2 巖溶地區(qū)路基穩(wěn)定性的影響

在巖溶發(fā)育地區(qū)高速公路建設(shè)中，對路基產(chǎn)生不良影響的主要是淺層巖溶。因此在高速公路修建的勘察設(shè)計階段，探明巖溶區(qū)的發(fā)育情況、充填物情況、地下水等工程地質(zhì)條件并根據(jù)所得的勘察結(jié)論評價巖溶對路基的影響極為重要。施工圖設(shè)計應(yīng)根據(jù)巖溶分析結(jié)果結(jié)合勘察結(jié)論和計算模型，針對性地采取合理的措施處置巖溶來消除巖溶對路基帶來的不利影響。巖溶路基的穩(wěn)定性與其基礎(chǔ)底面溶洞四周圍巖的地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造與地震，所屬水文地質(zhì)單元、水文地質(zhì)條件和溶洞的規(guī)模，空間分布形態(tài)，洞頂距設(shè)計標高的厚度，填充物分布情況以及上部結(jié)構(gòu)的載荷等有關(guān)。所以，在前期的勘察階段應(yīng)根據(jù)巖土工程地質(zhì)條件要嚴格分析按照不同的工程地質(zhì)條件，用科學(xué)的方法評價和分析淺層和深層的巖溶對高速公路路基的穩(wěn)定性影響，為高速公路的設(shè)計和施工提供指導(dǎo)施工。

高速公路巖溶路基的影響因素，主要有區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖體整體特征、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖石強度、溶洞的分部特征，以及溶洞內(nèi)部是否存在充填物情況，地下水分布規(guī)律(包括是否存在巖溶地下暗河)，外部荷載分布情況及人類活動、地震及地震烈度因素等多種因素。

(1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造：對高速公路巖溶地區(qū)的巖石溶洞裂隙發(fā)育規(guī)律的判斷和巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性分析是判斷巖溶路基穩(wěn)定性的主要任務(wù)。路基巖溶地區(qū)的巖石溶洞頂板厚度及溶洞周邊圍巖的穩(wěn)定情況是后期路基是否出現(xiàn)塌陷或不均勻沉降的主要原因。溶洞頂板較厚時，路基整個穩(wěn)定性較好，反之相反。

(2)地層巖性：不同高速公路地段的灰?guī)r巖石類型不同，分布規(guī)律和強度也不同。對巖溶路基的穩(wěn)定性存在不同的影響。當巖石的巖層存在較厚層或厚層狀構(gòu)造，巖石的強度較高時對高速公路巖溶路基穩(wěn)定性比較有利，反之，對于高速公路巖溶路基穩(wěn)定性影響較大。

(3)溶洞的分布特征及溶洞內(nèi)部充填情況：溶洞的大小對于高速公路路基的整體穩(wěn)定性有較大影響。對于溶洞橫向跨度較小且溶洞內(nèi)有充填物的對巖溶路基穩(wěn)定性影響較小。對于溶洞發(fā)育較多且分布較廣，并且溶洞呈串珠狀，溶洞內(nèi)充填物較少或未見充填物，該種情況影響高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性。

(4)地下水分布規(guī)律：地下水的類型、特征、徑流情況對于高速公路巖溶路基的穩(wěn)定影響較大。地下水促進巖石的溶蝕，長期存在地下水對巖石的溶蝕較多，就非常不利于高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性。

(5)外部荷載情況：外部荷載的大小是影響高速公路巖溶路基穩(wěn)定性最重要的因素。當溶洞頂板厚度達不到最低厚度時，隨著荷載的增加，極易引起溶洞的坍塌及高速公路的不均勻下沉。特別是在高速公路修建好運營期間當外部荷載過大時，導(dǎo)致路基的坍塌會對高速公路最致命的危害。所以荷載的變化是巖溶路基最關(guān)鍵因素，過載是路基穩(wěn)定性最大的危害。

(6)人類活動的加劇和地震的作用，這些都不同程度的影響巖溶路基的穩(wěn)定性。當?shù)卣鹆叶?7°時，對高速公路巖溶路基穩(wěn)定性的影響比較小，當?shù)卣鹆叶取?°時，對高速公路巖溶路基穩(wěn)定性的開始增大。

很多因素影響高速公路巖溶路基的穩(wěn)定性，每個地區(qū)地段都應(yīng)該分別研究。第一步應(yīng)該分析出對巖溶路基穩(wěn)定性影響的幾個最主要的因素；第二步根據(jù)幾個主要因素來分析論證溶洞的破壞機理；第三步用最合理的辦法處理巖溶路基。因此，路基巖溶穩(wěn)定性的分析表如表1所示。

表1 巖溶路基穩(wěn)定性分析表

3 對巖溶路基常用的處置措施

對于存在溶洞比較發(fā)育的公路路基勘察建議，主要是計算影響路基巖溶頂板的穩(wěn)定程度和巖溶地下水的防控和處置。根據(jù)巖溶的類別，所處的位置，溶泉狀態(tài)等不同的形態(tài)，采用主要處理方法為：采取引排、回填、封閉、堵塞、鋼筋混凝土蓋板跨越、強夯等方法處理路基。

(1)導(dǎo)流：對于地下水及巖溶水采用盲溝或涵洞構(gòu)造物進行導(dǎo)流，將水排到路基外側(cè)排水溝。

(2)對于溶洞頂板厚度不厚，跨度比較大的，建議用鋼筋混凝土蓋板的方式跨越溶洞。

(3)對于淺層的溶洞建議用強夯的方法處理，該方法是最簡便和經(jīng)濟的方法。

(4)對于溶洞頂板厚度大，巖石比較穩(wěn)定的路基，通過計算建議不做處理。

4 工程實例

4.1 工程概況

江西省吉蓮線A3標K28+635～K29+152段、昌寧線C4標K164+135～K165+373段、昌栗線A5標K48+880～K52+636段三段都為石灰?guī)r地層，巖溶發(fā)育，針對上述情況，業(yè)主要求對巖溶路基進行詳細工程地質(zhì)勘察，查明巖溶發(fā)育程度、發(fā)育規(guī)律、溶洞圍巖性質(zhì)及充填物情況、地下水活動規(guī)律進行明確，依據(jù)勘察結(jié)果采取合理的措施對巖溶路基進行科學(xué)處理建議，為設(shè)計提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

4.2 巖溶對路基的影響及處置措施

通過工程地質(zhì)勘察，查明了巖溶發(fā)育程度、發(fā)育規(guī)律、溶洞圍巖性質(zhì)及充填物情況、地下水活動規(guī)律等，分析評價巖溶對路基的影響，并提出了相應(yīng)的措施，高速公路修建完成已運行，目前路基穩(wěn)定，交通狀況良好。三段公路對路基的影響及處置措施見表2。

表2 巖溶發(fā)育情況及處置措施表

5 結(jié)語

高速公路建設(shè)過程中，巖溶路基勘察和設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，如果勘察和設(shè)計不合理，會給后期高速公路建設(shè)和運營管理帶來很多地質(zhì)問題，造成工程造價增加，運營管理中產(chǎn)生相應(yīng)的地質(zhì)病害，給車輛行駛安全帶來了隱患。因此，在高速公路工程建設(shè)中，一旦遇到巖溶路基，應(yīng)根據(jù)實地巖溶發(fā)育情況，分析和評價對路基的影響，并制定相應(yīng)的處理措施。