巖溶地區溶洞頂板穩定性分析評價及其穩定性提高措施

夏軍輝（湖南省地質礦產勘查開發局416隊，湖南株洲412000）

巖溶地區溶洞頂板穩定性分析評價及其穩定性提高措施

夏軍輝（湖南省地質礦產勘查開發局416隊，湖南株洲412000）

巖溶在我國分布較廣，作為一種不良地質作用，會使巖體強度降低，給巖溶地區建筑基礎的穩定性造成極大的影響。本文主要對巖溶地區溶洞頂板失穩的主要機理進行了分析，并以簡單的工程為例，建立了溶洞頂板穩定性分析計算模型，進行了穩定性計算與分析、評價，以供類似工程參考。

巖溶地區；溶洞；頂板；穩定性

1 引言

加強巖溶地區橋梁基礎穩定性分析評價研究，合理確定溶洞頂板極限承載力，對采用經濟合理的基礎形式、基礎尺寸、施工工藝及地基處理措施，有著重大的技術價值和經濟意義。

2 巖溶地區溶洞頂板失穩的主要機理

盡管工程地質條件不同，溶洞頂板失穩的內、外影響因素不盡相同，但歸納起來大致有以下四方面：

2.1 地質構造對溶洞頂板的失穩影響

斷裂構造的力學性質、規模、構造巖的膠結特征、裂隙發育程度及與其他構造的組合關系，對溶洞頂板地基的穩定性產生了很大的影響。而張性斷裂面以及張扭性斷裂面十分的粗糙，且裂口十分的寬，構造巖大多數都是角礫巖以及碎裂巖，膠結較差，且結構十分的松散，具有較強的透水性，嚴重影響到巖溶地基的穩定。壓性斷裂的裂面以及壓扭性斷裂的裂面則更加的平直和光滑，裂口閉合度較好，膠結性能好，結構致密性強，不透水，所以地下水活動較差，不會對地基的穩定性造成較大的影響。而斷裂構造會對節理的裂隙發育造成影響，閉合性較差，透水性能好，因此也不利于巖溶地基的穩定。

2.2 溶洞形態對溶洞頂板失穩的影響

當洞體的體積跟基礎尺寸相比較小時，延伸狀態未豎向井狀，埋深較深時，則有利于巖溶的穩定。而溶洞頂部拱的形狀對頂板穩定性也有影響，頂板呈板狀或拱狀，對穩定有利，當頂板有懸掛巖體、被裂隙切割且未膠結，對穩定不利。

2.3 地下水活動對溶洞頂板失穩的影響

地下水所產生的活動會對巖體結構面的強度造成影響，一旦水位變化較為明顯，或者承受較大的壓力時，則會對地基溶洞周圍的應力情況產生影響，使其發生改變，對溶洞頂板的穩定性產生影響。而對于巖溶土洞來說，水活動還會造成土洞出現塌陷，將地下水抽取后，進行坑道排水、地表水滲入都會引起土洞發生塌陷。

2.4 外加荷載對溶洞頂板失穩的影響

在巖溶地區所建設的建筑物以及構筑物越來越多，外加荷載對溶洞頂穩定性產生影響的工程數量也在變多，而對外加荷載跟溶洞頂板的最小厚度之間的關系進行評價時還沒有一個定量的結論，更多的評估方法為綜合評價。

3 巖溶地區溶洞頂板穩定性分析案例

3.1 工程概況

某高速公路跨渠橋位于丘陵問小河沖積地貌區，地勢低平開闊。場地地層白上而下為：填筑土、淤泥質細砂、粘土、礫砂、白云質灰巖等，基巖巖溶發育。橋墩、臺為人工挖孔灌注端承樁基礎，樁數20。施工多孔同時進行，當挖孔至9.0～11.0m（約為設計樁深一半）時，渠中河道和兩岸地表出現大面積沉陷，最深沉陷達4～5m，致使挖孔無法繼續進行，需進行處治。

圖1 溶洞地質剖面圖

3.2 巖溶地區溶洞頂板穩定性分析與評價

對所掌握的資料進行掌握，分析資料時所使用方法主要有定性法、綜合分析法、半定量法中的頂板厚跨比法進行分析，而對場區內洞室頂板的穩定性進行分析則使用定性法，主要的分析結果如下所述：

（1）路基下的洞室頂板穩定性主要受五點因素的影響：①受到構造力影響后產生裂隙發育。②受到地下水作用后，巖層間會發育出現泥化夾層。③巖層的厚度跟洞直徑之間的比值較小。④跟路面設計的標高相比，洞室的埋深較淺。⑤洞室受到地下水的影響依舊在。⑥開挖施工中會影響到洞室的整體穩定性，所以對場區路基下洞室頂板的穩定性差產生了初步判定后，難以跟設計強度的要求相符合。

（2）根據頂板厚跨比法，對照上文中的相關數據，得h/L值在0.3～0.5之間；因此，按照h/L≥1.0為安全界線，洞室頂板不符合相關安全要求。

洞室的處理：

進對路基下洞室定的穩定性進行分析后發現，要采取一定的措施處理好洞室問題，從而保證路面長期處于穩定的狀態。對場地諸多因素進行考慮后，可以先鑿開路基下的洞室頂板，清除掉洞室中的泥塊，并利用卵石進行填充，這樣不但能夠有效的承受洞室上部的荷載，還能夠有效確保地下水的暢通。經過處理后的路基在以后的施工和運行過程中效果良好。

4 提高巖溶地區溶洞頂板穩定性基本措施

一旦溶洞的頂板地基承載力較小時，或者出現較大的變形問題時，則需要采取相應的措施加固溶洞，使得上部建筑物的安全性得到保證。

完成溶洞的碎石填充后，土層、巖石以及碎石這三種介質的接觸面上所受到的應力較為集中，導致土層中的荷載以及溶洞內圈的荷載都有所減小，程度不一。而在對溶洞進行碎石填充后，產生的荷載會導致地表發生位移，并且未做處理的1.1cm減小到0.47cm，而由于荷載所引起的地表變形對處理前后的影響范圍相差較小，都在13m左右。而溶洞填充碎石后拱圈豎向位移由0.9cm減小到基本沒有豎向位移。選用評價方法時要按照巖溶勘察的晨讀以及工程對于地基的基本要求來定，通常來說，利用定性評價的方法來評價初勘的地基以及一般工程的地。而綜合半定量以及定量方法時則勘察那些永久性的地基。對對于土洞，一般采用散體理論進行穩定性評價，此外，要對土洞的埋深進行明確，分清其是淺埋還是深埋，而后才能選擇穩定系數法或者普氏壓力拱分折法。

5 結束語

上述分析表明：在巖溶地區進行諸如橋梁工程時，除了要查明場地的巖土體結構及其物理力學性質外，還應查明溶洞的分布狀況、發育程度、形態特征、埋藏深度，再此基礎上進行穩定性性分析與評價。同時，還要適當加強基礎的整體性和剛度，以發揮最佳整體效果。

[1]李道飛.巖溶地區溶洞頂板穩定性分析[J].河南科技，2013（9X）：48～49.

[2]韓紅艷，吳燕舞，黑 亮，等.巖溶路基溶洞頂板穩定性分析[J].工程地質學報，2012，20（6）：1078～1082.

[3]王良川.巖溶區路基下伏溶洞頂板穩定性分析及加固處理[J].礦冶工程，2015，35（5）：17～21.

TU457

A

2095-2066（2016）36-0114-02

2016-12-12

夏軍輝（1974-），男，工程師，本科，主要從事巖土工程工作。