淺談公路選線遇到巖溶區的設計方法

閆進平

（山西省古交市路橋開發建設公司，山西 太原 030200）

我省石灰巖分布比較廣泛。石灰巖在流水的長期溶解和剝蝕作用下，會產生特殊的地貌形態和水文地質現象，稱為巖溶。在巖溶地區修建公路時，路基經常會出現如下情況：①地下巖溶水的活動或因地面水的消水洞穴阻塞，導致路基基底出現冒水、路基被水淹沒、路基被沖毀以及隧道內出現涌水等病害；②地下洞穴頂板發生坍塌，則會引起位于其上的路基及其附屬構造物也發生坍塌，造成路基下沉或開裂。

因此，在巖溶地區修建公路選線時應全面了解路線通過地帶巖溶發育的程度，了解清巖溶形態的空間分布規律，以便避讓或防治影響路基穩定的巖溶病害。

1 巖溶發育的條件及影響因素

巖石和流水是巖溶發育的兩個基本條件。

1.1 巖石

1.1.1 巖石的可溶性

碳酸鹽類的巖石，其溶蝕強度一般是由石灰巖向白云巖、泥灰巖、硅質灰巖依次遞減。巖石的組織結構不同，巖溶的強度也就不同。粗顆粒的巖石比細顆粒的容易遭到溶蝕。在碳酸鹽類巖層與硫化礦體（如黃鐵礦等）相接觸處，因硫化礦體易于氧化而產生大量的硫酸根離子，具有較大的溶蝕性，所以巖溶發育強烈。

1.1.2 巖石的透水性

巖石的透水性取決于巖石的裂隙和孔隙，但裂隙的透水性比孔隙的透水性更為重要。較為純凈的石灰巖相對隔水層少的厚層塊狀巖石剛性較強，裂隙多張開，透水性強，溶蝕強度也較強；泥質灰巖相對隔水層多的薄層巖石，剛性較弱，裂隙多密閉，透水性差，在溶蝕過程中會產生蝕余黏土物質，容易填塞裂隙，因而溶蝕強度較弱。

孔隙度主要通過增大水流與巖石的接觸面積，對巖石的強度發生影響。巖石的巖溶程度和透水性是相互助長的，巖溶化程度越高，透水性就越強。

1.2 流水

1.2.1 水的溶蝕性

水的溶蝕性主要取決于其含酸性。水中有酸才具有溶解可溶性巖石的能力。自然界的二氧化碳（CO2）溶于水中，在水中生成碳酸 （H2CO3），與石灰巖 （CaCO3） 相遇后產生化學反應：CaCO3+H2CO3=Ca+2HCO3，石灰巖被溶解成易溶的重碳酸鈣，隨著流水而帶走。在巖溶過程中，巖石的溶蝕大于物質的重新沉淀，因而在巖體中形成了各種各樣的空洞，為侵蝕和重力坍塌創造了條件。

除了碳酸外，其他無機酸和有機酸都可以溶蝕碳酸鹽類的巖石。水的溶蝕性在不同的氣候帶中是不相同的。如濕潤熱帶的溶蝕強度大于干旱氣候帶的71倍、大于濕潤溫帶的7倍、大于寒冷氣候帶的11倍。

1.2.2 水的流動性

水的流動性主要取決于降水量和水流通道的形態、規模、數量以及連同情況。巖溶水的一個重要補給來源是大氣降水。降水多者，垂直循環交替快，溶蝕強度顯著加強；降水少者，垂直循環交替差，溶蝕強度顯著減弱。

巖溶水的流動通道有孔隙、裂隙和溶洞等。通道的形態、規模、數量以及連同情況，控制著巖溶水流動的坡降、速度、流量和流向，即影響巖溶水的交替強度。水流交替強度大，溶蝕能力強，巖溶就發育；巖溶越發育，巖溶水的流動性就越好。

2 巖溶地區選線的主要原則

在巖溶地區進行公路選線時，首先要從地質條件上弄清楚巖溶的發展規律和分布情況，在選線時慎重確定路線的布局和位置。一般情況下，對局部嚴重且不易搞清楚的巖溶地段，盡量設法避繞；對不太嚴重的中小型巖溶地段，可以選擇其最窄的、易于采取措施的地方通過。

某路線有左岸和右岸的比選方案，左岸線路順直，占農田較少，但該岸有許多發育的溶洞，且洞內坍塌嚴重，遇到暴雨時有5處涌水成河，而且這一帶埋藏的溶洞一時不易搞清楚，經研究比較，采取走右岸通過頁巖地區的方案，避開溶洞嚴重的地區。

根據巖溶發展的規律和巖溶帶的分布規律，在選線中應注意以下幾點：①在可溶性巖石分布區，路線宜選擇在溶蝕強度較低的巖石地區通過，因為這些地方的巖溶發育程度往往較弱；②在通過可溶性巖石分布地區時，路線方向不宜與巖層構造線方向平行，而應與之成斜角或垂直通過，因為暗河的主要通過方向多平行于巖層構造線方向；③在巖溶地區，路線應避開較大的斷層破碎帶，或使路線方向與其直交或斜交，以避免或減少由于斷層帶巖石破碎、巖溶發育強烈和巖溶水豐富而威脅到路基的穩定性；④路線應盡可能避開可溶巖與非可溶巖相接觸的地帶，因為這種地帶有利于地下水的活動，巖溶發育比較強烈；⑤路線應盡可能避開碳酸鹽類巖石同某些金屬礦床相接觸的地帶，因為這些地帶巖溶發育比較強烈。

3 巖溶地區路基設計

巖溶地區路基設計主要是對影響路基穩定性的巖溶和巖溶水進行預防和處治。實踐證明，巖溶問題如果不加處理或處理不當，不僅會影響工程計劃方案，使工程計劃方案發生變更，延長施工期限造成浪費，還會威脅行車安全。因此，合理的路基設計措施是非常重要的。以下結合實際案例說明。

3.1 處理方法

疏導法：對巖溶水宜以疏導為主，不宜堵塞。疏導建筑物一般采用明溝、泄水洞等。例如，巖溶泉出露于某公路的右上方石灰巖陡坡處，為間歇性裂隙懸掛泉，旱季枯歇，雨季流量加大，在路側砌筑一座5 m×1.5 m×1.5 m的蓄水池后，把水攔蓄引入邊溝排到下游涵洞流出，多年來路基穩定。而左側的簡易公路只挖有邊溝排水，雨季巖溶水浸泡公路漫過路面，致使路基受到嚴重破壞。

3.1.1 跨越

路線通過巖溶洞或巖溶水時，如果跨越和施工條件較好，可采用跨越的辦法。橋梁跨越適用于流量較大的暗河、冒水洞或消水洞等。涵洞跨越適用于一般巖溶泉。在跨越季節性或經常性積水而水太深的溶蝕洼地時，可采用片石透水路堤。

某路線通過溶蝕洼地，有3條來自暗河的水流，交匯于龍門洞前的深溝，由此轉入暗河排出。路線曾于龍門暗河出露處設一單孔小橋跨過，路堤高出龍門洞口2 m.由于雨季暗河與地表的流量大于排泄量，導致洼地積水，淹沒龍門橋和路堤，中斷交通。后加高路堤至4.7 m，并改建為一孔25 m石拱橋跨過，才消除了水淹問題。

3.1.2 加固

①洞徑較大、洞內施工條件好時，可采用漿砌片石支墻、支柱及碼砌片石垛等加固。如需保持洞內水流通暢，可在支撐工程間設置涵管來排水。②如果是深且小的涵洞，又不便于在洞內采取加固的辦法時，可采用石蓋板涵來加固。③對洞徑較小、頂板薄或巖層破碎的的溶洞，可采用爆破頂板，用片石回填的辦法來處理加固。假如溶洞較深或保持排水者，可采用拱跨或板跨辦法處理。④出溶洞露于路基表面或構造物基底時，如需要換土或加固，對較淺的全部換填碎、片石；對較深的可采用部分換填的辦法，換填厚度根據需要而定。對路基范圍內的地表塌陷，應查明發生的原因，以便采取相應的處理措施。基巖如果未出露處，可采用黏土回填夯實；基巖出露并見到空洞洞口時，可先用大塊石頭堵塞洞口，再用黏土回填土洞。

4 結束語

綜上所述，若在巖溶地區修建公路，在公路設計選線時應全面了解線路通過地區巖溶的發育程度和巖溶形態的空間分布規律，對路線通過地帶的巖溶形態、地質、水文地質情況進行全面的調查研究，以便在選線時盡量避讓或采取有效的措施防治影響路基穩定性的巖溶病害。