高速公路巖溶路基塌陷地質勘察

摘 要：巖溶地質嚴重影響公路路基和地基的穩定性，給道路建筑工程帶來了極大不便。技術人員必須了解巖溶路基對高速公路建設、運營和維護的危害，明確高速公路巖溶路基塌陷地質勘察的重要性，熟悉國內最常用的勘察方法，以勘察對象、勘察步驟、勘察數據等因素為主，熟練掌握地質勘察流程，才能為后續工作的開展奠定基礎。

關鍵詞：高速公路;巖溶路基;塌陷問題;地址勘察

中圖分類號：U416.161 文獻標識碼：A

0 引言

巖溶地質作為一種特殊的地質現象，影響了公路路基和地基的穩定性，嚴重制約了該地區的交通建設的發展，給道路建筑工程帶來了極大不便。地質勘察作為施工項目的重要環節，可以有效獲得該地地形地貌特征、氣象水文地質條件、底層巖土性質和地質構建情況等地質數據，從這些數據可以分析出巖溶路段的地表塌陷機制和土洞的形成條件和分布規律，這樣就可以對癥下藥，因地制宜制定高速公路的建設方案。

1 巖溶地區地基塌陷原因

巖溶地面塌陷發現于碳酸鹽巖分布區，巖溶洞穴的存在則為地面塌陷提供了必要的空間條件。覆蓋碳酸鹽巖、鈣質碎屑巖和鹽巖等可溶性巖石之上的土體，在外動力或人為因素作用下產生突發性地面變形，形成圓錐形塌陷坑。其形成受到環境和人類活動的雙重影響，激發塌陷活動的直接誘因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外，往往與抽水、排水、蓄水、附加荷載、人為排放的酸堿廢液和其他工程活動等人為因素密切相關，而后者往往規模大、突發性強、危害也就大。地表巖溶深度不一致，基巖巖面起伏、導致上覆土層厚度不均勻，使高速公路路基產生不均勻沉降。若是在溶蝕漏斗或溶蝕斜坡的上筑路基，在地下水侵蝕和土體自身重力作用下，土層沿基底斜坡發生長期而緩慢的移動，長期積累會發生路基變形、位移等。目前工程上一般采用勘察的方式，首先勘察高速公路沿線的巖溶地質情況，然后根據數據分析當地的水文地質條件、巖溶發育程度和覆蓋層頂板特征，根據這些評價因子構建的巖溶路基評價性系統，為將來的高速公路巖溶路基穩定性評價提供一定的依據和參考，同時也為公路的建設和運營維護提供參考性的指導意。

2 巖溶勘察技術

目前有關巖溶勘察、分析和總結、治理問題的解決，國內外都進行了長期和深入的探究，在最近20年，因為我國的“西部大開發”戰略和大量高速公路里程的基礎設施建設項目的實施，溶洞的塌陷分布規律以及巖溶塌陷的防治都被作為重點課題受到相關科研機構的重視和研究，并且取得了一定的研究成果。

巖溶勘察需要應用很多工程地質的探測方法和巖溶探測技術，因為巖溶地穴和周圍巖石之間在彈性、導電性和密度等物理性質方面存在著明顯差異，因此，工程應用上，目前一般采用地球物理探測技術、趨勢面分析技術、同位素跟蹤技術或遙感技術等方法探測巖溶地穴位置并采集巖溶地質信息數據。具體操作時分為如下幾種。

（1）工程地質調查與測繪：工程地質調查主要是查明區內工程地質條件，包括巖溶地形地貌調查、地層巖性、水文地質調查、測量及試驗等內容的野外調查，工程地質測繪將測區實地調查搜集的各項地質成果，經過分析整理，按一定比例尺填繪在地理基礎底圖或地形圖上。能夠從宏觀上把握巖溶發育的分布和特點，并據此進一步進行工程地質勘探工作，該方法簡單，方便實用，能獲得直觀的野外工程地質基礎資料。

（2）遙感技術：遙感技術是根據電磁波的理論，應用各種傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理，并最后成像，從而對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術，具有調查面積大，重復性好等特點，被廣泛應用于巖溶地區的工程地質勘察工作，對于研究巖溶地貌形態、巖溶層組劃分、地質構造等都能取得較好的效果。

（3）工程地質原位測試技術：原位測試就是在土層原來所處的位置基本保持土體的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態下，測定土的工程力學性質指標。主要采用原位標準貫人試驗、動力觸探試驗等測定溶洞和土洞中充填物、巖溶塌陷堆積物的工程地質性質和地基土承載力，可以測定難以取得不擾動土樣的有關工程力學性質，可大大縮短地基土層勘察周期，該技術施工簡單，成本較低，應用廣泛。

（4）示蹤試驗：示蹤實驗也被稱為稀釋法。用示蹤劑進行巖溶地下水連通試驗，以查明巖溶的發育程度和溶洞相互連通、分布情況，該方法簡單，較方便可靠，但不適用于無地下水的溶洞。

（5）模型試驗：采用一定尺寸規模的試驗裝置，模擬砂、土層在各種條件下（如不同水動力條件）的巖溶地基的穩定性或巖溶塌陷過程一般用于巖溶塌陷的研究。

（6）插釬：用一定長度鋼釬按一定的間距插入覆土層，來查明土層中是否存在土洞或塌陷軟弱層，施工簡單，經濟實用。

（7）管波探測法：使用該項技術探測物理場時，是在鉆孔中利用“管波”作為探測物理場，探測孔旁一定范圍內的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質體。即利用勘察鉆孔，通過發射管波，采集和分析來探明樁位附近的地質情況，并評價嵌巖樁基樁持力層的完整性。該項技術在用于施工勘察時，勘探深度需大于5 m且高于3倍樁徑。

3 高速公路巖溶路基塌陷地質勘察的內容

因為勘察的目的是為了評價施工項目的可靠性、難度、工期、造價以及對環境的影響，為了使這些客觀因素和主觀因素可視化，需要用實地勘察的數據來描述這些因素。往往在地基處理方案的設計中，一個影響因素需要用兩個屬性甚至多個屬性來評價，這些屬性就是工程地質條件的數值，測量這些具體的數值也是地質勘察的主要目的。

（1）地形地貌。首先對各個構造形跡進行勘察，并結合歷史數據進行綜合研究。分析調查地區近期以來有無發生過較大的地質活動，然后記錄該地區的海拔范圍，峰谷差，地形坡度，巖溶槽的發育方向，通過這些數據分析該地區的巖溶微地貌單元類型，如果有條件的話，可以用鉆孔探測特征結合物，得到更細致的巖溶地貌信息。

（2）巖層特性。一般情況下，巖溶地貌成因的覆蓋層由第四系全新統的人工填土層、耕植土層和三疊系中統楊柳井組的中風化白云巖和強風化白云巖組成，不同的土層的厚度和基巖巖體產狀度數也需要分別記錄。

（3）水文和氣象。水文地質和氣象資料也是需要勘察的重要一環，水文地質主要探測工程覆蓋區域及周圍地區有無地表河流和較大暗河，地下暗河主要包括上層滯水和巖溶裂隙水。因為地表河流很容易勘察，但是地下暗河水位深淺不一，位于工程地區山坡上的鉆孔埋深需要較大，而山脊或者山谷凹槽的埋孔則較淺，這樣有利于勘察水文信息。

（4）巖溶發育規律和具體特征。一般研究的是可溶性巖層，在地下暗河和其他水流的滲流作用下，地下水沿著裂隙和其他含有碳質薄膜的厚度較淺的灰巖巖層流動，在這樣的作用下，灰巖巖層逐漸溶蝕形成了溶洞。因此，溶洞一般分布在淺層基巖之中，所以對巖溶發育特征和規律的研究只需要分析地面塌陷、溶洞和土洞的巖溶現象，不需要做深度的挖掘工作。

4 勘察流程和解決方案

（1）常用的勘測方法。公路巖溶工程地質勘察的方法，主要有既往資料、調查與測繪、勘探、試驗與長期觀測等幾種。

（2）勘察流程。地質的勘察講究的是從點到面，從特殊到一般，先地表后地下，先疏后密的原則。接下來從目前工程上最常用的地質調繪和工程地質鉆探法來概述一般巖溶路基的勘察流程。

首先通過調查路基和附近地區地形地貌特征、水文信息、巖層特征、巖溶發育規律和發育特征，從宏觀上對高速公路巖溶路基塌陷地質的分布和地質情況進行初步評價，指導隨后展開的鉆探和物探工作布置任務。

對于接下來開展的鉆探和物探工作，因為工作的目的是為了揭露地表以下地質體的地質特征，查明路基下部的巖溶發育規律，所以地質鉆探點應該盡可能隨機，并且加快勘察效率來降低對交通的影響，在得到勘察數據結果之后，應該結合物探成果找出異常區域，并對異常區域進行多次針對性鉆探，最好利用多種勘察方法進行相互驗證，最后得到最嚴謹準確的地質數據。在實地勘察中，需要專業的勘察人員進行由點及面的勘測工作，首先調查塌陷路基和其附近的巖石物理狀況，巖溶形態的發育特點，然后通過后期地質勘驗就可以得到更詳細的地質層特點。

（3）解決方案。如果該地區發生了大規模的路基坍塌現象，首先要根據路基的破壞程度，結合管理要求和各種綜合技術，在項目安全管理的要求下，對受損路基進行換填處理，可以根據高速公路的區域和位置，用適合的換填材料按照處理要求進行換填處理，來確保換填道路路基的安全性和整體性。在換填材料選擇上，盡量滿足該種材料和路基原有的施工材料能夠完美地結合，來保證后期換填之后不會發生因為路段不均勻而產生的道路沉降現象。

對于發生過塌陷的路段，因為這個地區本身就已經有危險因素的存在，及時經過了換填材料的充填處理，基本滿足了相關規定中的道路安全行駛的要求，但是為了保證減少高速路面的損害情況，相關管理部門也一定要嚴格限制問題路段的通行車輛的載重問題，在路口設立檢查點，禁止超過限重的車輛通行。

5 結束語

巖溶地質作為一種特殊的地質現象，影響了公路路基和地基的穩定性，嚴重制約了該地區的交通建設的發展，給道路建筑工程帶來了極大不便。地質勘察作為施工項目的重要環節，可以有效獲得該地地形地貌特征、氣象水文地質條件、底層巖土性質和地質構建情況等地質數據，從這些數據可以分析出巖溶路段的地表塌陷機制和土洞的形成條件和分布規律，這樣就可以對癥下藥，因地制宜制定高速公路的建設方案。

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