高速公路岩溶地基稳定性分析

潘 威

（河南交通职业技术学院，河南 郑州 450000）

0 引言

岩溶地基形式多样，具有一定隐蔽性，和地上和地下很多因素有联系，处理和评价时难度较大，是工程建设中突出的问题之一，岩溶地基的稳定性不能保证就会影响上部结构安全，给生命和财产安全带来威胁。我国公路建设不可避免的要穿越岩溶地区，岩溶会引起地基的变形塌陷，影响道路稳定性，所以岩溶区的路基稳定性防治和处理是公路建设成败的关键，在建设前期要做好地质勘查，了解岩溶的特性，采取经济合理的处理措施，保证公路建设能够顺利完成。

1 岩溶的产生及相关病害

1.1 岩溶的产生

岩溶是地下和地上水流对可溶岩层进行侵蚀破坏产生的地下溶洞现象，和地质条件和自然环境有很大关系，其形成条件要具备可溶性岩石、一定地质构造和水循环。岩溶的形成要经过漫长的发展过程，在确定岩体的力学特性时要考虑岩溶问题的影响，对岩溶问题量化分析，保证计算的准确性和安全性。

1.2 常见岩溶病害

岩溶引起的病害有很多种，对道路工程的影响主要为对路基的稳定性影响和岩溶涌水对地下工程的危害，岩溶病害类型与岩石的周围环境及物理性质有很大关系，在施工中常遇到以下几种病害。

岩溶塌陷，竣工后高速公路在岩溶地区会出现塌陷，这是因为在岩溶地区地下水丰富，且流动方向多变，水中的微量元素会对地质产生较大的腐蚀作用，导致溶洞进一步增大，最终大面积塌陷。人类活动也会改变地下水的循环环境造成破坏，改变水流方向或水位高低，造成地质构造破坏加剧。

溶洞和土洞，溶洞是对土建工程威胁最大的一种病害，影响公路后期的正常使用，其规则大小不均，会导致路基产生不均匀沉降，在行车荷载的作用下会产生塌陷，造成周围土体移动。土洞和溶洞有一定的相似，但是发生在岩体的土体覆盖层中发生，容易受到水流的干扰，周围土体松散，承载力低，对道路路基的稳定性威胁严重。

岩溶道路地基病害，岩溶导致路基的稳定性下降，病害有路基不均沉降，岩溶上部土体压缩性强，使用过程中会产生起伏不平。造成路基失稳，岩石是脆性的，在发生弯曲时会断裂，从而失去稳定性，造成路基的坍塌失稳。在边坡处容易出现填料流失，引起路基的整体塌陷变形。

2 高速公路岩溶区地基溶洞发育和分布规律探测

2.1 岩溶地质探查

随着科学技术发展，各种先进设备已经运用到地质探查中，借助先进技术和设备能够更加清晰的掌握岩溶问题，利用物探层析成像辅助反演技术、井间斯通滤波探测、新一代钻井电视摄像仪等具有较高的分辨率，了解溶洞周围岩性的特点。对于深埋溶洞潜流水的流速和流向测试可以采用噪声监测测试，通过声波分析，确定流速曲线，这种方法工作效率高，监测范围大。

地质雷达探测速度快、定位准，具有较高的经济性，在浅层岩溶探测中应用广泛，具有较大的优越性。其工作原理是在地面埋设接收天线，接收地下岩体分界面反射回来的能量并进行记录，形成雷达波剖面图，电磁波会因岩体的几何形态变化而变化，根据电磁波变化特点确定地下岩体的形态特征。

2.2 探测方案

探测目的是查明路基段内溶洞的分布状况和规模大小，确定溶洞的埋深及其特征对路基的影响程度，根据数据确定合理的方案，为设计和施工提供可靠的依据。整个探测过程中数据的采集、资料整理和分析都要按照相关规范进行，道路地基内进行探测时要首先将地基开挖至设计标高，在填方路段要在填筑前进行探测。

探测前保持地面平整，在干燥环境下操作，潮湿地基会导致探测深度较浅。测线布置时要每隔100~200m设置横断面测线，岩溶极度发育区域要每条车道布置一条测线，一般区域可以根据左右车道布置2~4条测线，并根据探测情况决定测线的增加。岩溶发育具有不规则性和不均匀性，测线之间的岩溶发育形态和实际探测情况可能存在一定误差，要根据实际情况进行处理，保证结果的正确性和科学性。

3 岩溶区溶洞稳定性分析

3.1 影响溶洞稳定性因素

溶洞稳定性分析要考虑内在因素和外在因素两种，内在因素包括溶洞顶板厚度、溶洞跨度、溶洞形态、岩层的产状、节理和裂隙等状况，外在因素则包括岩石的受力时间、荷载大小、荷载类型等，另外还有岩石的含水量、水温以及水流方向等。

岩溶区内影响路基稳定性的因素包括路基岩层的形态、物理力学特性、结构特征、溶洞发育和分布等。根据影响因素的不同特点也可以分为内因和外因两种，内因是岩溶地基自身因素导致的不稳定，包括岩体形态、力学特性和产状等，外因则是外部荷载对地基的影响，外部因素是导致岩溶溶洞稳定性的直接原因。

3.2 定性评价分析法

定性评价分析岩溶稳定性是根据已掌握的资料，直观的评价路基稳定性，评价效率高，应用广泛，主要有综合分析法和经验比拟法两种，影响分析法中涉及到的影响因素包括岩性及厚度、裂隙状况、岩体产状、洞穴形态及埋藏条件、顶板情况、填充情况和地下水，这种方法虽然简单方便，但具有较大的随意性，评价结果受人的思维和经验影响大，需要综合考虑各项因素，并不断的修正才能得到较为可靠的结果。表1为综合分析法评价表。

表1 综合分析法评价表

3.3 半定量评价分析法

顶板厚跨比法，一般认为当溶洞顶板完整性较好时，当顶板厚度和跨越顶板长度比值大于0.5时，溶洞是安全的，厚跨比法是将溶洞和上部顶板看作为一红简单理想模型，为了工程安全性的保证，可以将厚跨比大于1.0作为安全界限。除了厚跨比，埋藏深浅对稳定性影响也较大，顶板越厚，埋藏越深，对稳定性就越有利。

h/L≥0.5处于安全状态

h/L≥0.5不安全状态

h/L≥1.0安全界限

梁板抗弯估算安全厚度，可以将溶洞、上部路基和周边岩石看做为一个整体结构，在简化的基础上进行力学计算，也即是梁板抗弯估算法。采用梁板抗剪方式可以估算出安全厚度，这种方法适用于岩层厚度大、强度高、洞跨较小，且由剪力控制溶洞变形的情况。

4 岩溶路基工程处理

岩溶路基处理时要制定路基处治方案，全面掌握路基工程地质情况，对不同岩溶病害采用不同的处理方式。挖方路段要先开挖到设计要求的标高，填方路段要先对路基处治，然后填方至设计标高，对具备洞内施工条件的溶洞要优先考虑洞内处治方法，以浆砌片石或洞内支撑进行加固。

对于岩溶裂隙发育带，要根据裂隙发育程度在路基基层设置双层配筋的混凝土板，也可以采用注浆的方式处理。存在暗河和地下水的岩溶区路段，要采用专门的排水通道，或者设置跨越的方式，不宜采用强夯处理，对于大型的地下暗河、溶洞和土洞要制定专门的研究方案，涵洞等构筑物下存在溶洞时，要先进行路基处治，满足构筑物基础底面的地基承载力要求。不稳定的岩溶溶洞，要根据其形态特征，采用相应的处理方法，常见的方式有换填法、洞底支撑、梁板跨越法等。

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［3］王杰.武广客运专线韶关至花都段厚覆盖型岩溶处理措施研究及效果评价[D].成都:西南交通大学,2008

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