探地雷達(dá)在巖溶路基搶險(xiǎn)檢測(cè)中的應(yīng)用研究

王 焱，彭凌星，何現(xiàn)啟

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410008；2.中南公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410008)

0 引言

湖南省湘西地區(qū)石灰?guī)r分布極廣，巖溶較發(fā)育，已經(jīng)建成的高速公路例如新溆、溆懷、懷吉等高速公路在建過程中都遇到過跨巖溶路基技術(shù)難題。巖溶檢測(cè)現(xiàn)在主要采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、電法等地球物理勘探手段，特別是探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查在劃定巖溶區(qū)域方面取得了良好的效果。現(xiàn)結(jié)合湖南省吉首至懷化高速公路吉信鎮(zhèn)入口連接線巖溶路基塌陷應(yīng)急檢測(cè)工程實(shí)例，介紹巖溶路基條件下通過地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)塌陷區(qū)范圍進(jìn)行劃定，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析了塌陷的原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查提出了整治建議并取得了良好的效果，對(duì)類似的路基塌陷應(yīng)急檢測(cè)有很好的借鑒意義。

1 巖溶路基塌陷現(xiàn)場(chǎng)概況

吉懷高速公路起自湘西州吉首市東小莊村，接吉首至茶峒高速公路，經(jīng)三拱橋、吉信、鳳凰縣、石羊哨、麻陽縣、隆家堡、鶴城區(qū)，止于懷化市中方縣牛欄坡的互通；吉鳳段隸屬于G56即杭瑞高速。吉懷高速公路吉首市吉信鎮(zhèn)入口處于2017-02-28發(fā)生一塌坑，大小約94 m2，塌坑垂直最大高差約為70 cm(見圖1)。

圖1 巖溶路基塌陷現(xiàn)場(chǎng)圖

2 巖溶塌陷區(qū)及圓管涵的確定

2.1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況調(diào)查

(1)通過現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)塌陷段附近地貌類型主要為巖溶殘丘～溶蝕洼地地貌，屬裸露型～覆蓋型巖溶地貌。從現(xiàn)場(chǎng)來看所處塌陷段是一個(gè)路塹，但是根據(jù)施工圖紙調(diào)查發(fā)現(xiàn)此處原設(shè)計(jì)為一填方，通過與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)管理處交流，不存在設(shè)計(jì)變更情況。塌陷處周邊的巖體為中風(fēng)化石灰?guī)r，地下水較豐富，以前該路基也出現(xiàn)過小規(guī)模塌陷，但因范圍較小直接采用回填夯實(shí)進(jìn)行過處理。

(2)在周邊調(diào)查發(fā)現(xiàn)一根100 cm的排水圓管涵，但是該圓管涵是否穿過塌陷區(qū)有待采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)確定。

2.2 探測(cè)方法的選擇

針對(duì)巖溶路基搶險(xiǎn)檢測(cè)要求普查范圍廣、檢測(cè)速度快的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)路基檢測(cè)具有平整度好、現(xiàn)有路基填筑材料差異性較大的實(shí)際情況，結(jié)合以往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出通過探地雷達(dá)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)局部開挖的方法來查明路基塌陷范圍跟深度并確定排水圓管涵的走向，為巖溶塌陷區(qū)的評(píng)價(jià)和后期的應(yīng)急處理提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)塌陷區(qū)域測(cè)線布置及塌陷區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果

為確定塌陷區(qū)域以及排水管涵走向，現(xiàn)場(chǎng)主要采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)加局部開挖方法。對(duì)于非金屬管線探測(cè)，探地雷達(dá)主要根據(jù)反射波同相軸以及反射波在不同介質(zhì)中的傳播特性分析，圓管涵的同相軸反射為典型的開口向下的拋物線反射，如圖2所示。對(duì)于暗埋的管道來說，電磁波介質(zhì)差異一共有管道內(nèi)外四層，當(dāng)管道含水時(shí)，電磁波從介電常數(shù)小的物質(zhì)穿入較大的物質(zhì)，反射波與入射波方向相反；同理當(dāng)管道內(nèi)未含水介質(zhì)為空氣，反射系數(shù)為正反射波與入射波同向。通過反射波的界面可以很好地確定管涵的埋深及位置，并通過局部開挖驗(yàn)證。對(duì)于塌陷路基的不密實(shí)區(qū)，因介質(zhì)差異，顯示為雙曲線反射。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況共布置雷達(dá)測(cè)線24條，其中縱向17條、橫向7條，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置圖及塌陷區(qū)域以及圓管涵走向如圖3所示。

圖2 探地雷達(dá)圓管涵檢測(cè)成果圖

圖3 探地雷達(dá)塌陷區(qū)檢測(cè)成果圖

3 塌陷原因分析

依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)描述，現(xiàn)場(chǎng)路基塌陷面積約94 m2，沉降開裂的面積約58 m2，沉降變形面積為273 m2，塌陷沿路線長(zhǎng)17 m，寬25 m，塌陷深度在5 m以內(nèi)對(duì)路基穩(wěn)定性有較大影響，塌陷區(qū)內(nèi)的直徑100 cm排水圓管涵斷裂，排水圓管涵穿過塌陷區(qū)斷裂長(zhǎng)度達(dá)到24 m(如圖4)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該段路基為填方，塌陷不密實(shí)區(qū)在深度5 m以內(nèi)，結(jié)合雷達(dá)采集數(shù)據(jù)，排除在填方路基處存在天然溶洞的可能；在圓管涵附近填土較松散，圓管涵底部與路基土界面存在同相軸紊亂，界面發(fā)射較強(qiáng)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析認(rèn)為因排水管涵破裂，大量的滲水軟化路基填土帶走細(xì)顆粒填土，是造成路面塌陷的主要原因。

圖4 塌陷區(qū)平面圖

4 路基塌陷區(qū)的處置措施

對(duì)于塌陷路基，采用換填法是比較經(jīng)濟(jì)環(huán)保的做法。換填法即采用壓縮模量較小的砂礫、片石等將需要換填的軟弱層替換，通過換填減少地基的壓縮量。一般在工程中5 m以內(nèi)采用換填處理地基，換填層上的承載通過壓縮性小的砂石料后，應(yīng)換填的材料壓縮模量較小，具有較大的應(yīng)力擴(kuò)散角，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。

本塌陷區(qū)路基采用換填法，主要采用以下措施：

(1)對(duì)425 m2范圍內(nèi)挖除0～5 m的路面及路基填土，由于開挖路基填土后揭露，主要空洞在5 m以內(nèi)，以下地基不再做處理；

(2)拆除已經(jīng)破壞的24 m圓管涵；

(3)回填碎石土，分層壓實(shí)，修復(fù)圓管涵；

(4)路床頂面設(shè)置18 cm鋼筋混凝土板；

(5)按照原設(shè)計(jì)恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

(1)對(duì)巖溶路基的路基塌陷檢測(cè)，首先應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)文件做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查；對(duì)路基為路塹或填方結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)資料所做的解釋具有多樣性。

(2)對(duì)巖溶路基塌陷的治理，確定塌陷范圍及深度是首要目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查以及選擇現(xiàn)場(chǎng)開挖、物探等手段能夠查明塌陷范圍及深度，為處理設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并能夠取得良好的效果。

(3)對(duì)路基下的管線探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)具有一定的效果，但是需要一定的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)得出：管道材質(zhì)例如金屬或者非金屬以及管道含水與不含水對(duì)于雷達(dá)檢測(cè)影響較大。

(4)巖溶地區(qū)搶險(xiǎn)檢測(cè)具有時(shí)間緊、精度要求高等特點(diǎn)，建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活采用檢測(cè)手段才能取得良好的效果。