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高速公路岩溶路基塌陷地质勘察及处治研究肖杰

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：肖杰

[导读] 摘要：岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质作用，其为可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生各种地质作用、形态和现象的总称。

        湖南省地质矿产勘查开发局418队湖南省娄底市 417000
        摘要：岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质作用，其为可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生各种地质作用、形态和现象的总称。某省岩溶分布广泛，全省境内碳酸盐分布面积为12.7万km2，占全省总面积的72%。随着我国国民经济的飞速发展及西部大开发政策的不断深入，极大地促进了高速公路在某的建设及发展，因此大量由岩溶引起的路基塌陷、地基失稳，以及隧道拥水等工程地质问题也随之出现。
        关键词：高速公路；岩溶路基；塌陷；地质勘察；处治
        1岩溶路基的基本情况
        岩溶地质多出现在我国的西南地区，以某地和某两地的高速公路特点最为显著，岩溶地质的出现与两地的天气气候不无关系。以某地为例，该地区属于亚热带气候，降水丰富，造成地下水体系充足，对岩石的溶蚀作用较大，所以某地地区的土层表面松软，贫瘠，也造成了某地地区多山，多水，多湖的生态地质特点。以某地地区某一高速公路路基塌陷抢险工程为例，下图为现场照片。综合地质工程测绘法、高密度电法、工程地质钻探、地质雷达法等多种路基勘察方法，不难发现公路左路形成了直径大约2．5m的凹腔塌陷，同时现场调查取证也发现，该段路基塌陷处的左右都有多处裂缝存在，路基边缘也存在空洞，同时记录，与塌陷路基相距20m处存在一处溶洞。
        2岩溶地区路基稳定性的影响
        在岩溶发育地区高速公路建设中，对路基产生不良影响的主要是浅层岩溶。因此在高速公路修建的勘察设计阶段，探明岩溶区的发育情况、充填物情况、地下水等工程地质条件并根据所得的勘察结论评价岩溶对路基的影响极为重要。施工图设计应根据岩溶分析结果结合勘察结论和计算模型，针对性地采取合理的措施处置岩溶来消除岩溶对路基带来的不利影响。岩溶路基的稳定性与其基础底面溶洞四周围岩的地层岩性，地质构造与地震，所属水文地质单元、水文地质条件和溶洞的规模，空间分布形态，洞顶距设计标高的厚度，填充物分布情况以及上部结构的载荷等有关。所以，在前期的勘察阶段应根据岩土工程地质条件要严格分析按照不同的工程地质条件，用科学的方法评价和分析浅层和深层的岩溶对高速公路路基的稳定性影响，为高速公路的设计和施工提供指导施工。
        2.1区域地质构造:对高速公路岩溶地区的岩石溶洞裂隙发育规律的判断和岩溶地区地质构造的稳定性分析是判断岩溶路基稳定性的主要任务。路基岩溶地区的岩石溶洞顶板厚度及溶洞周边围岩的稳定情况是后期路基是否出现塌陷或不均匀沉降的主要原因。溶洞顶板较厚时，路基整个稳定性较好，反之相反。
        2.2地层岩性:不同高速公路地段的灰岩岩石类型不同，分布规律和强度也不同。对岩溶路基的稳定性存在不同的影响。当岩石的岩层存在较厚层或厚层状构造，岩石的强度较高时对高速公路岩溶路基稳定性比较有利，反之，对于高速公路岩溶路基稳定性影响较大。
        2.3溶洞的分布特征及溶洞内部充填情况:溶洞的大小对于高速公路路基的整体稳定性有较大影响。对于溶洞横向跨度较小且溶洞内有充填物的对岩溶路基稳定性影响较小。对于溶洞发育较多且分布较广，并且溶洞呈串珠状，溶洞内充填物较少或未见充填物，该种情况影响高速公路岩溶路基的稳定性。
        3地质勘察方法
        3.1地质雷达法
        地质雷达法又称做探地雷达法，是借助天线定向发射的高频电磁波向地下传播，从而检测到被地下地质层反射回来的信号，进而来检测目标地质的勘察方法。这一勘察方法与地震勘探法类似，都是利用电磁波在地下的传播时间、速度等特点来检测地质层，进而能够准确了解塌陷地质，捕捉地质分布特点。实践也证明，不同的地质层经地质雷达法勘察具有不同的电磁波信号，以此来判断不同的地质层。电磁波频率越高，在地下介质中的衰减度也多高，使勘察深度降低，勘察精度增高。地质雷达法具有高精度、简便、安全等特点，在路基塌陷中已经广泛使用，有较高的适用性。
        3.2高密度电法
        高密度电法勘察多用于野外勘测项目，与地质雷达法的原理大致相同，都与电磁学有关。基本原理是根据地层中，不同的岩石、矿体的导电性或是介电性这些电化学特性方面的差异研究，研究人工磁场或者天然电场的空间规律，从而推断出该地质层中的岩石或者矿体应该具备的物理参数和形状、大小、位置等重要信息，从而达到地质勘察的重要目的。高密度电法不是一次完成的，但却因为成本低、高效率等一些优点而被广泛使用，能够有效地收集到相关地质的重要信息，对塌陷工作的处治具有重要意义。

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        3.3工程地质测绘和钻探法
        地质勘察人员具备一定的高技术勘察手段之后，更要注重的是地质工程的一些基本评估工作，以地质工程测绘和钻探最为重要。当发现路基塌陷事故发生后，专业的勘察人员应首先进行从面到点的勘测工作，调查塌陷路基及其附近的地形地貌特点、岩石物理状况、岩溶形态的发育特点、岩土石类型等一些基本地质特点进行初步的评估评价，为后期的钻探工作打好基础。而通过后期的工程地质勘探可以更详细的探明揭示地表以下的地质层特点，特别是地质下面各种岩溶现象以及最初的工程地质特点。
        4塌陷路基处治分析及措施
        4.1路基塌陷影响因素
        大部分路基塌陷的最重要因素都是与所用材料岩石的基本物理参数有关，通过综合分析发现大多数塌陷路段所用的岩石大多为层状灰岩，这种岩石纯度较高，为中、粗晶结构，这样的结构更有利于岩溶地质的发育，比灰质岩、白云岩等更具有使用优势。第二个路基塌陷影响因素为气候环境、水潮湿度，我国亚热带季风湿润气候地区，明显比其他地区更容易出现岩溶路基塌陷现象问题，降雨比较充沛的地区，其地下水位也会发生较大变化，对路基岩石造成溶蚀作用。一些排水效果较差的地区也容易出现塌陷问题。其次，高速公路路面过往车辆的负载程度，也会对岩石矿体造成压力，周期性的大车辆负荷也会对路基造成影响。
        综合工程地质勘察成果对路基病害机理进行分析，该路基病害主要影响因素有：（1）岩性。路基段下伏基岩为灰色薄至中厚层状灰岩，纯度较高，中、粗晶结构。灰岩是可溶性岩石中岩溶最发育的岩性，其相比白云质灰岩、白云岩及泥质灰岩等岩体岩溶发育程度强烈。同时中、粗晶结构更加有利于岩溶的发育，因此，路基段下伏基岩及晶粒类别有利于岩溶的发育。（2）地质构造。路段区岩层产状为陡倾，相比水平及缓倾岩层其岩溶发育程度更加强烈。（3）水环境。路基区属亚热带季风湿润气候，降雨丰沛，降雨致使路基下部地下水位变化形成水力梯度，产生潜蚀效应及真空吸蚀效应等，致使土体内部土颗粒被渗流带动迁移。（4）车辆荷载。高速公路路面车辆振动对下部土体产生附加应力，使得下部土体应力增大，同时由于振动波及反射波周期性累加作用，导致土体发生累积渐进破坏。
        4.2路基塌陷处治措施
        4.2.1对塌陷路基进行埋填处理
        工作人员根据路基的破坏程度，结合各种综合技术及管理要求，在安全工作的前提下，对路基进行换填处理，根据高速公路所处的地理位置和区域，选择合适的换填材料，符合换填处理要求即可。确保能满足换填路基的整体性以及安全性，能够与路基原有施工材料很好结合，确保后期换填部分不会发生不均匀沉降等危害问题。
        4.2.2减少过往车辆负荷
        塌陷的路基本身就已经具有危险因素的存在，尽管在工作人员对路基进行换填处理后，已经基本达到安全行驶要求，但为了确保减少对高速公路路面的损害，相关管理部分也要严格限制问题路基过往车辆的载重问题，不论是已经塌陷并修补好的路基，还是没有问题的路基都应该注重负荷的检查，以防安全因素进一步降低，对正常路基造成损坏。
        4.2.3加大高速公路路基维修检查力度
        随着高速公路建设数量的逐渐增大，公路管理部门也应该加大对高速公路维系管理人员的投入占比和力度。高速公路建设前期投资金额大，耗费时间长，花费施工人员的经历较多，后期的维修保养也同样不能忽视。定期组织施工人员或者技术人员对高速公路的地质表面或者地下进行勘察，将早期危险问题遏制在摇篮里，等到真正塌陷问题的出现，再去进行安全防护，可能已经为时已晚。所以，日常的高速公路维修和保养工作，相关管理部门应一直做好警惕防备。
        5结束语
        综上所述，岩溶发育具有隐蔽性、非均匀性及奇特性等特点，同时各勘察方法适用性不同且具有一定的局限性，为准确查明岩溶的发育特征，应严格遵循“从面到点，先定性后定量”的勘察原则，结合多种勘察方法进行综合分析。
        参考文献
        [1]综合勘察方法在某岩溶塌陷勘察中的应用[J].黄宏.路基工程.2019(S1)
        [2]地质雷达在高速公路岩溶路基探测中的应用[J].李祖能,毛承英.西部交通科技.2018(04)
        [3]综合勘察手段在岩溶路基勘察中的应用[J].龙凯,赵百磊,龙称心.西南公路.2019(03)
        [4]山区高速公路岩溶路基处治[J].李洪军.市政技术.2020(06)