公路路基巖溶勘察及處理方法

朱經(jīng)亮 李曉寧 陶金良

摘 要：文章以滇中產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)（新區(qū)）哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）工程地質(zhì)勘察及老320國道（大板橋段）升級改造工程空港一施工標段工程地質(zhì)勘察為例，研究了物探、鉆探手段在巖溶勘察中的綜合應(yīng)用，并且根據(jù)滇中產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)（新區(qū)）哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）施工圖設(shè)計道路設(shè)計說明及哨關(guān)路溶洞處理專家咨詢組意見，對路基巖溶處理方案的選擇提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：巖溶勘察；物探；鉆探；巖溶；路基

中圖分類號：U213.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0162-02

本文主要闡述如何運用物探及鉆探方法在滇中產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)（新區(qū)）哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）及老320國道（大板橋段）升級改造工程空港一施工標段工程中對路基巖溶的勘察及根據(jù)勘察成果提出的處理方法。

1 工程地質(zhì)條件及場地穩(wěn)定性評價

哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）路線區(qū)地處牛攔江流域與螳螂江流域分水嶺地帶，區(qū)內(nèi)及附近廣布碳酸鹽巖，除路線起點部分地段屬山前沖洪積平原地貌外，總體屬溶蝕低山丘陵及巖溶垅崗?fù)莸氐孛病１緲硕纹瘘c部分地段為第四系下更新統(tǒng)沖洪積土，以褐灰色卵（礫）石土、黏土夾卵（礫）石為主，本次勘察未揭穿，最大揭示深度60.9 m；其余段落全線表面大面積覆蓋第四系紅黏土，不均，最厚可達12.4 m。下伏泥盆系中統(tǒng)海口組白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r，巖溶作用較強烈，巖溶漏斗、地下溶洞時有分布，透水及富水性強，巖溶地下水埋藏較深，旱、雨季水位變幅較大。完整巖體力學(xué)強度高，穩(wěn)定性好，而巖溶洞穴發(fā)育地段，在誘發(fā)條件（上部荷載、水位大幅下降等）可發(fā)生巖溶地面塌陷，危害極大。

當公路路基、隧道巖溶地基具備下列條件之一時為穩(wěn)定地基。

①當?shù)匦纹骄彆r，基礎(chǔ)置于微風化硬質(zhì)巖石上，近旁為延伸較大裂縫寬度小于1 m的豎向裂隙和落水洞。

②基礎(chǔ)底面下土層的厚度大于地基壓縮層厚度，且不具備形成土洞的條件。

③基礎(chǔ)底面下土層的厚度小于地基壓縮層厚度，但洞內(nèi)為密實的沉積物充填而又無被水沖蝕的可能。

④基礎(chǔ)尺寸大于溶洞平面尺寸，且有足夠的支承長度。

⑤微風化硬質(zhì)巖石中，頂板厚跨比接近0.5或大于0.5。

據(jù)本次勘察成果，沿線地層分布較穩(wěn)定，場地屬穩(wěn)定地基，可進行工程建設(shè)。

老320國道（大板橋段）升級改造工程空港一施工標段地處牛攔江流域與螳螂江流域分水嶺地帶，區(qū)內(nèi)及附近廣布碳酸鹽巖，總體屬溶丘洼地地貌，本標段表面大面積覆蓋第四系紅粘土，厚度一般1.2～18.5 m，局部鉆孔未揭穿，紅粘土具弱膨脹潛勢。下伏二疊系下統(tǒng)陽新組茅口段灰?guī)r及角礫狀灰?guī)r，巖溶作用較強烈，地表巖溶漏斗、落水洞及地下溶洞、溶隙發(fā)育，透水、富水性強，巖溶地下水埋藏較深，旱、雨季水位變幅較大。完整巖體力學(xué)強度高，穩(wěn)定性好，而巖溶洞穴發(fā)育地段，在誘發(fā)條件（上部荷載、水位大幅下降等）可發(fā)生巖溶地面塌陷，危害極大。

3 路基巖溶勘察及實例分析

在哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）及老320國道（大板橋段）升級改造工程空港一施工標段勘察中，主要采用了物探、鉆探等方法對沿線路基巖溶發(fā)育情況進行了勘察。

首先通過物探確定巖溶發(fā)育區(qū)，再通過鉆探來進一步證實物探成果。具體介紹如下。

3.1 測線布設(shè)

沿路基設(shè)計路線中的左幅路面、右幅路面與人行道的分界線各布置一條測線，即左線和右線，沿左線與右線的中間位置布置一條中線，探測深度不小于20 m，為滿足探測深度的要求，測線起始點與終點分別延伸75 m，為保證測線探測成果底部的連續(xù)性，先后二次測量需重復(fù)150 m。

3.2 一般路基段（含一般填方、一般路塹）鉆孔布設(shè)

結(jié)合其他工點構(gòu)造物布置。左右兩側(cè)各布置一條勘探線，單側(cè)勘探孔間距100 m。勘探孔孔深不少于5 m，同時需穿透紅黏土進入下臥基巖不少于2 m。遇巖溶發(fā)育地區(qū)布設(shè)橫向物探線。對物探異常點進行加密布置驗證孔。

在哨關(guān)路這次勘察中，運用了綜合勘察技術(shù)，下面以MZK3+593～MZK4+220段進行說明：

按里程由小到大，MZK3+593～MZK4+220段可供參考的鉆孔有ZK2608、ZK2610、ZK2615、ZK2620、ZK2624、ZK2626、ZK26

29，其中較近的鉆孔ZK2608距離測線約4 m，以上述鉆孔資料作為參考，對高密度電法成果進行地質(zhì)解釋。

結(jié)合鉆孔資料，由視電阻率反演成果可見，此段整體電阻率值表現(xiàn)較高，其灰?guī)r完整性、穩(wěn)定性均較好，其中破碎中風化層中見有二處巖溶發(fā)育帶。

4 巖溶處理方法

根據(jù)哨關(guān)路滇中產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)（新區(qū)）哨關(guān)路工程一標段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）施工圖設(shè)計道路設(shè)計說明中的特殊路基設(shè)計方案如下。

4.1 溶洞地基處理

根據(jù)詳勘資料分析結(jié)果表明，項目區(qū)域內(nèi)溶洞相對發(fā)育，有發(fā)生地面塌陷的可能性，對路基穩(wěn)定性有直接的影響，故需進行工程治理措施。

4.1.1 開挖換填法

對埋深較淺、洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞，采用開挖后用片石回填加固處理設(shè)計，回填完畢后施工路基，片石以不侵占路床為限。關(guān)于處理范圍和產(chǎn)生的工程量建議設(shè)計單位采取動態(tài)設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場不同的情況動態(tài)完善方案

4.1.2 壓力注漿法

壓力注漿是將漿液通過壓漿泵注漿管注入巖土層中，以填充、滲透和擠密等方式，驅(qū)走巖石裂隙中或土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，硬化后將巖土膠結(jié)成一個整體，形成一個強大的、抗?jié)B性高和穩(wěn)定性良好的新的巖土體。另外注漿體的壓力注入，可在基巖面封堵巖溶開口洞隙，防止地下水位升障潛蝕發(fā)生土洞，從而使巖溶地基得到加固。

注漿鉆孔選擇采用地質(zhì)鉆機或高壓旋噴鉆機鉆孔到設(shè)計深度。一般以土層或強風化巖層作為注漿持力層時可采用高壓旋噴鉆機直接鉆孔，若以中風化以上巖層作為注漿持力層時需先采用地質(zhì)鉆機鉆至終孔。

注漿孔采用φ110 mm鉆孔，注漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液采用純水泥漿，遇到溶洞時在漿液中加入砂子，砂子最大粒徑不超過2.0 mm，含泥量不大于3%，有機物含量不大于3%，漿液采用水灰比為1：1～0.5：1，建議配合比（重量比）為水泥：砂：水=1：0.8：1，實際施工時應(yīng)按檢測中心試驗結(jié)果為準，砂漿標號不低于M7.5。注漿壓力控制在0.6～1.2 MPa之間，當注入率不大于0.4 L/min 時繼續(xù)灌注30 min 或不大于1L/min 時，繼續(xù)灌注60 min，注漿可以結(jié)束。

4.1.3 封孔采用壓力灌漿封孔法

①由于大部分溶洞頂板組成為白云質(zhì)灰?guī)r，經(jīng)重型設(shè)備夯擊后對溶洞原始結(jié)構(gòu)破壞較大而產(chǎn)生一系列不可預(yù)估的次生問題，且項目原始地面起伏較大，可能存在孤石、石筍等不利因素，因此咨詢組認為本項目強夯方案實施難度較大，中間過程質(zhì)量難以控制，不推薦采用強夯方案。

②針對大型溶洞，必須結(jié)合現(xiàn)場情況，采用動態(tài)設(shè)計，確定溶洞范圍后在完善設(shè)計方案，對于一般溶洞處理，原則同意設(shè)計單位提出的采用開挖換填及注漿處理兩個常規(guī)方案，但是關(guān)于處理范圍和產(chǎn)生的工程量建議設(shè)計單位采取動態(tài)設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場不同的情況動態(tài)完善方案；

③針對注漿處理，注漿孔間距控制在2～4 m，根據(jù)實際情況，先以4 m間距控制布樁，探明溶洞準確范圍，在根據(jù)現(xiàn)場注漿后漿液的擴散情況調(diào)整注漿孔間距，建議參照周邊其他項目的處理情況，最小注漿間距控制為2 m；

④關(guān)于溶洞填充材料：

其一，一般溶洞采用水泥砂漿；

其二， 個別溶洞填充物較密難以壓漿時，可采用純水泥漿注漿；

其三，若揭示大型空洞型溶洞，可考慮人工挖孔后灌注水泥混凝土、填充片塊石或增加工程結(jié)構(gòu)等措施，納入動態(tài)設(shè)計；

⑤溶洞深度一般處理原則：

其一，對于洞徑小于4 m的溶洞，埋深大于9 m時可不處理；

其二，對于洞徑小于6 m的溶洞，埋深大于12 m時可不處理。

⑥關(guān)于穩(wěn)定性分析方面，厚跨比（完整頂板）小于0.8為不穩(wěn)定；厚高比（破碎頂板）小于5為不穩(wěn)定。

4.2 溶洞處理方案

具體溶洞處理方案可根據(jù)以上原則，結(jié)合填挖高度、位置等因素確定是否需要處理，及處理范圍，具體的處理方案必須根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，納入動態(tài)設(shè)計，不斷完善相關(guān)方案，保證道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

對于上述巖溶地基處理后效果的檢驗方法主要采用的鉆探取芯檢驗，目前哨關(guān)路及昆明老320國道采取的就是該種方法，檢驗的效果還是很不錯的，而且昆明老320國道采取上述巖溶處理方法后的道路已經(jīng)有通車的段落，未發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量上問題出現(xiàn)。這也驗證了上述公路路基巖溶處理方法的正確性。

針對綜合管廊的側(cè)壁、坑底發(fā)現(xiàn)巖溶時，對于坑底溶洞寬度不超過管廊寬度且洞深在管廊基礎(chǔ)底標高下1 m以內(nèi)的根據(jù)現(xiàn)場溶洞大小處理，一般直接注射混凝土處理，對于溶洞寬度超過管廊寬度且洞深在基礎(chǔ)底標高2 m以內(nèi)采取毛石加混凝土回填處理。在綜合管廊側(cè)壁邊上發(fā)現(xiàn)溶洞時根據(jù)路基處理溶洞原則處理。

參考文獻：

[1] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].