貴州某高速公路隱伏巖溶地基處理設(shè)計(jì)

王寶軍 孫兆剛

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

本高速公路位于貴州高原北部向四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶，是大婁山脈的東南段，地形高低差異明顯。主要的山峰、河流受構(gòu)造控制明顯，走向往往與構(gòu)造線(xiàn)方向一致，測(cè)試區(qū)地貌類(lèi)型可分為構(gòu)造剝蝕溶蝕低山地貌、構(gòu)造剝蝕溶蝕低中山地貌、剝蝕殘丘及丘陵河谷地貌類(lèi)型，以溶蝕地貌及侵蝕構(gòu)造地貌為主。溶蝕地貌發(fā)育于碳酸鹽類(lèi)巖石分布區(qū)，主要受巖性及地質(zhì)構(gòu)造影響，表現(xiàn)為隱藏溶洞、漏斗、落水洞、豎井等。

2 隱伏巖溶安全頂板厚度確定方法

2．1 完整的頂板安全厚度計(jì)算

2．1．1 按頂板受剪進(jìn)行計(jì)算

當(dāng)隱伏巖溶頂板巖層完整，溶洞跨徑較小，頂板受剪是確定頂板安全厚度的主要控制因素，可按照頂板受剪計(jì)算其安全厚度。

根據(jù)頂板受剪狀態(tài)得出的安全厚度計(jì)算公式(1):

其中，Q1為路基范圍內(nèi)溶洞頂板自重;Q2為附加荷載(包括填土及荷載);τ為巖石的抗剪強(qiáng)度，石灰?guī)r一般為其容許抗壓強(qiáng)度的1/12，kPa;L為路基基底溶洞周長(zhǎng)，L=2(B+b)，m;k為安全系數(shù)，一般取 1．2。

2．1．2 按梁板受力情況計(jì)算

當(dāng)巖溶頂板巖層完整，頂板層趨近于水平，且溶洞跨徑較大，彎矩是確定頂板安全厚度的主要因素，可以按照梁板受力情況計(jì)算其安全厚度。

根據(jù)梁板受力狀態(tài)得出的安全厚度計(jì)算公式(2):

其中，［σ］為巖體的抗彎強(qiáng)度，石灰?guī)r一般為其容許抗壓強(qiáng)度的1/8，kPa;B為路基底寬，m;b為溶洞寬度，m;Q為溶洞頂板總荷載(包括自重和附加荷載);k為安全系數(shù)，一般取1．2。

2．2 不完整的頂板安全厚度計(jì)算

2．2．1 按坍塌堵塞情況進(jìn)行計(jì)算

適用于巖溶頂板裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，存在坍塌可能的溶洞。由于巖層坍塌過(guò)程中有一定的松散膨脹，當(dāng)坍塌至一定高度后，坍塌體將會(huì)自行填滿(mǎn)溶洞。根據(jù)這一情況得出的安全厚度計(jì)算公式(3):

其中，H0為溶洞高度，m;k為巖石的膨脹系數(shù)(石灰?guī)r一般取k=1．2);k0為安全系數(shù)，一般取 1．2。

2．2．2 按破裂拱概念進(jìn)行計(jì)算

適用于巖溶頂板為風(fēng)化破碎的巖層。當(dāng)溶洞未坍塌時(shí)，假設(shè)其處于極限平衡狀態(tài)，如發(fā)生坍塌則形成破裂拱，破裂拱高度H計(jì)算公式(4):

其中，b為溶洞寬度的一半，m;H0為溶洞高度，m;φ為巖石的內(nèi)摩擦角，(°);f為巖石的強(qiáng)度系數(shù)為安全系數(shù)，一般取1．2。

3 路基距隱伏巖溶安全距離計(jì)算

路線(xiàn)附近的溶洞，距離路基坡腳應(yīng)有一定的距離，一旦形成坍塌形漏斗，不至于危及路基安全，采用溶洞坍塌時(shí)擴(kuò)散角計(jì)算，安全距離L計(jì)算公式(5):

其中，H為溶洞頂板厚度，m;φ為巖層的內(nèi)摩擦角，(°);k為安全系數(shù)，一般取1．1 ～1．25。

4 不同頂板厚度隱伏巖溶路基處理措施

4．1 跨越

路基底或路基附近流量較大的暗河、落水洞、消水坑、巖溶泉等，采用橋涵跨越;規(guī)模較小的用蓋板涵跨過(guò)，或設(shè)擋土墻、護(hù)腳將水隔在路基外。當(dāng)溶洞位于路基底或路基附近時(shí)，對(duì)溶洞頂板安全厚度及距路基的安全距離進(jìn)行驗(yàn)算后確定跨越方式。

4．2 加固

1)深而小的溶洞不便用洞內(nèi)加固時(shí)，采用石蓋板或鋼筋混凝土蓋板加固，如靠近邊溝時(shí)，應(yīng)防止邊溝水的滲漏。

2)對(duì)洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞，采用爆破頂板片石回填加固;如溶洞較深或需保持排水時(shí)，采用拱涵或板涵跨越。

3)對(duì)路基范圍內(nèi)的地表塌陷(土洞)，如基巖未出露，用粘土回填夯實(shí);如基巖出露并見(jiàn)空洞洞口時(shí)，用大塊石堵塞洞口后再用粘土回填土洞。

4)埋深較深、頂板安全厚度偏小的溶洞，當(dāng)溶洞為充填的小型溶洞時(shí)，可采用鉆孔注漿法進(jìn)行處理，注漿工藝宜采用低壓間歇式灌注，注漿壓力 0．3 MPa～0．4 MPa，間歇時(shí)間7 h ～8 h，砂漿標(biāo)號(hào)M7．5;否則采用鉆孔爆破方式將溶洞頂板爆破坍塌為明溝再用挖方石料填充溶洞。

5)溶洞頂板較薄，且洞穴跨越較大或洞內(nèi)有水流時(shí)，施工人員易進(jìn)入洞穴內(nèi)時(shí)，可采用漿砌片石支柱頂支。

5 工程實(shí)例

貴州某高速公路K55+220～K55+380段，經(jīng)高密度電法進(jìn)行勘探，該段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，頂板巖層較為完整，隱伏溶洞共計(jì)21處，頂板厚度1．3 m ～9．0 m，跨徑 0．5 m ～12．2 m。采用本文 2．1．1及2．1．2中兩種方法，將溶洞平面形狀假設(shè)為正矩形，對(duì)該段范圍內(nèi)共21個(gè)隱伏溶洞的安全頂板厚度進(jìn)行驗(yàn)算，并根據(jù)不同頂板厚度及溶洞跨徑提出不同的處理措施。對(duì)于頂板實(shí)際厚度大于驗(yàn)算得出的安全頂板厚度的9個(gè)溶洞，不進(jìn)行特殊處理，直接在溶洞頂板頂部進(jìn)行路基填筑;對(duì)于頂板實(shí)際厚度小于5 m，且頂板實(shí)際厚度小于驗(yàn)算得出的安全頂板厚度的5個(gè)溶洞，對(duì)溶洞頂板進(jìn)行爆破坡頂后采用片石進(jìn)行回填處理;對(duì)于頂板實(shí)際厚度不小于5 m的7個(gè)溶洞，采用在頂板鉆孔向溶洞中注M7．5水泥砂漿的處理方式進(jìn)行處理。

［1］ 李景成．談高速公路的巖深處理［J］．公路勘察設(shè)計(jì)，2002(1):3-4．

［2］ 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院．公路設(shè)計(jì)手冊(cè)——路基［M］．第2版．北京:人民交通出版社，1996．

［3］ 邱存家，李 勇．貴州某機(jī)場(chǎng)巖溶地基處理設(shè)計(jì)［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2010(3):81-82．