大型巖溶路基的治理措施計算分析

杜單戈

0 引言

隨著我國西部大開發和可持續發展戰略的實施,基礎設施建設投資力度加大,我國西部地區將修建越來越多的高速公路。我國西部地區巖溶地形分布廣泛,加上地質構造和巖溶構造等條件復雜,其成因、規模、力學特征以及進化規律都相差較大,使公路修筑變得更加復雜[1]。

高速公路中特殊路基是指修建在不良地質現象,特殊地形地質情況,某些特殊氣候因素等不利條件下的道路路基。特殊路基有可能因自然平衡條件被打破,或者邊坡過陡,或者地質承載力過低而出現各種各樣的問題,因此,除要按一般路基標準、要求進行設計外,還要針對特殊問題進行研究,做出處理[2-4]。本文就位于滬瑞國道主干線(貴州境)鎮寧—勝境關公路第十六合同段K71+450～K71+560段的特殊路基——大型巖溶坑道的計算分析及處理措施做了較為詳細的介紹。

1 工程概況

該段路基位于滬瑞國道主干線(貴州境)鎮寧—勝境關公路第十六合同段K71+450～K71+560段,長90 m。為挖方路段,路軸線最大挖方約15 m,路面寬24.5 m。該溶洞為隱蔽型溶洞,路基施工開挖前地表無明顯特征,2007年5月路基開挖至標高1 083.00 m附近揭露,該溶洞規模大,洞口尺寸:長27.0 m,寬23.0 m,洞底尺寸:長85.0 m,寬63.0 m,中心溶洞高73 m。溶洞內為大量路基開挖棄塊石雜亂堆積。

通過鉆探、地表調查,在鎮寧岸節理裂隙不發育,溶洞頂板巖體較完整,取芯率較高,頂板整體穩定性較好,鉆孔揭露頂板厚為22.3 m～46.0 m;在勝境關岸,溶洞頂板控制性裂隙較發育,沿節理裂隙局部發育小溶洞或黏土充填的裂隙,尤其裂隙L1,L2,L3對溶洞頂板整體性破壞強烈,該組節理貫穿整個路基,為張性,內充填黏土,向路基右側、地下深處收斂,漸成閉合狀;勝境關岸巖體整體性受到一定影響。

場區地層主要由上覆第四系殘坡積層紅黏土、人工回填層及下伏基巖三疊系中統關嶺組中～厚層狀灰巖及含角礫灰巖、角礫巖組成,為同生關系,勘察路段巖性為含角礫灰巖、角礫巖。

2 計算分析

路堤不均勻沉降和路基失穩是巖溶路基病害的具體表現。根據路段石芽、漏斗、洼地、溶洞、溶隙、巖溶泉等多種巖溶形態并存的特征,并考慮巖溶形態的尺度效應,遵循疏導、跨越、加固、堵塞的方法進行預防和處理原則,提出鎮寧—勝境關公路第十六合同段K71+450～K71+560合同段巖溶路基的具體處理措施。

施工處理措施建議回填溶洞,路面用1.5 m鋼筋混凝土板通過,計算荷載為公路Ⅰ級荷載。計算假設為平面應變,計算簡化模型如圖1所示。材料基本力學參數如表1所示。

表1 材料基本力學參數

3 計算結果

計算位移矢量如圖2所示,從圖2中可以看出最大位移發生在混凝土板跨越溶洞頂部,最大位移S=5.12 mm。鎮寧—勝境關公路通車后,通過表面沉降觀測,該段巖溶路基最大沉降為4.5 mm。計算應力矢量分布結果表明:最大應力為7.204×106Pa;最小主應力為-1.255×107Pa。

4 結語

通過混凝土板跨越鎮寧—勝境關公路第十六合同段K71+450～K71+560段的大型溶洞,處理后路基沉降小,處理效果良好,施工進度快,工程成本低,安全穩妥。

[1]袁紅慶,汪海生,嚴 冬.高速公路巖溶路基處理措施研究[J].華東交通大學學報,2007,22(9):1500-1504.

[2]JTJ 064-98,公路工程地質勘察規范[S].

[3]李海光.新型支擋結構設計與工程實例[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4]《工程地質手冊》編寫組.工程地質手冊[M].第4版.北京:中國建筑工業出版社,2007.