高速公路建設(shè)期間的地質(zhì)問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施

文興祥

（陜西鐵道工程勘察有限公司， 陜西 西安 710043）

1 高速公路勘察綜合方法

1.1 高速公路工程中地質(zhì)勘察工作要點(diǎn)

高速公路地質(zhì)勘察做地質(zhì)調(diào)繪時(shí)，需要與其實(shí)際建設(shè)路線相結(jié)合，在觀測(cè)過(guò)程中要按照規(guī)范設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，保障能夠得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在勘探點(diǎn)布置的過(guò)程中，需要針對(duì)沿線環(huán)境的地質(zhì)地貌進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，在地質(zhì)復(fù)雜多變的地域要進(jìn)行更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目碧健Ｍ瑫r(shí)，在設(shè)置勘探點(diǎn)進(jìn)行鉆孔時(shí)，應(yīng)采取有效措施保證巖芯的采取率，特別是復(fù)雜巖土層，如軟質(zhì)巖土、破碎巖層[1]。

針對(duì)不同的勘探地點(diǎn)，勘探要點(diǎn)也各有不同。以橋梁為例，高速公路中架設(shè)橋梁十分關(guān)鍵，如圖1所示，以2019年浙江省統(tǒng)計(jì)的危橋數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)，縣道和鄉(xiāng)道中的橋梁?jiǎn)栴}較為嚴(yán)重。這是因?yàn)榭h道和鄉(xiāng)道的環(huán)境更為多變，在進(jìn)行架設(shè)過(guò)程中需要嚴(yán)格勘探，對(duì)橋梁的臺(tái)、墩地基覆蓋層厚度與承載力、基巖埋深、風(fēng)化程度與承載力重點(diǎn)進(jìn)行勘察[2]。

圖1 2019年浙江省危橋統(tǒng)計(jì)柱狀圖

1.2 綜合物探法在高速公路隧道勘察中的應(yīng)用

高速公路勘探過(guò)程中綜合物探法應(yīng)用在多種環(huán)境下。如淺層地震勘探、對(duì)土壤氡氣濃度進(jìn)行測(cè)量、高密度電阻率的測(cè)量以及對(duì)可控源音頻大地電磁測(cè)探。以高速公路的淺層地震勘探為例介紹綜合物探法在其中的具體應(yīng)用，在進(jìn)行淺層地震勘探過(guò)程中，可以對(duì)土層的工程地質(zhì)條件進(jìn)行判斷。折射法是從震源所發(fā)出的地震波，以不同入射角投射到地下某水平界限時(shí)，由于入射角會(huì)不斷增大，直至90°，沿該界面滑行后會(huì)引起新的波動(dòng)，稱為折射波。反射法則是通過(guò)捕捉兩種不同介質(zhì)反射波信號(hào)作為主要的勘測(cè)依據(jù)，通過(guò)人工激發(fā)地震子波沿射線方向向地下傳播，直至遇到地層界面，將反射波反射回地面，通過(guò)對(duì)反射回的信號(hào)進(jìn)行記錄，能夠準(zhǔn)確獲得地震反射性記錄[3]。

1.3 數(shù)字化技術(shù)在高速公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)可以為高速公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中提供其周?chē)牡匦蔚孛病⒙肪W(wǎng)分布以及沿線自然生態(tài)環(huán)境條件等。隨著遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步，提供的精度和準(zhǔn)確率也不斷增加，并且在使用過(guò)程中操作的簡(jiǎn)便性和時(shí)效性都得到了提升。其優(yōu)勢(shì)在于使用遙感技術(shù)進(jìn)行勘察時(shí)不受到障礙物限制，對(duì)區(qū)域內(nèi)的情況可以進(jìn)行高效準(zhǔn)確的獲取，生成的圖像為全色多波段影像，可以更加詳細(xì)地掌握地表情況，便于對(duì)地質(zhì)地貌以及自然地質(zhì)災(zāi)害等信息進(jìn)行分析。另外，對(duì)于部分偏遠(yuǎn)隱蔽的區(qū)域通過(guò)遙感技術(shù)也可以獲得地域內(nèi)的情況，為高速公路勘察提供準(zhǔn)確詳細(xì)的信息[4-5]。

2 新技術(shù)背景下高速公路巖溶地質(zhì)應(yīng)對(duì)措施

巖溶是指碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等可溶性巖石受到水的化學(xué)溶蝕，以及流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等外力的長(zhǎng)期作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。巖溶地質(zhì)具有易破壞、難恢復(fù)的特征，在碳酸鹽巖分布區(qū)在發(fā)生了外動(dòng)力或者諸如高速公路車(chē)輛碾壓等情況導(dǎo)致容易發(fā)生巖溶地面塌陷問(wèn)題，除此之外，因?yàn)槠渫翆颖『癫痪鶆颍临|(zhì)較脆，因此在此路段的高速公路的安全性難以得到保障，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟煌ńㄔO(shè)能力降低。

由于巖溶地形的物理性質(zhì)(如彈性、導(dǎo)電性等）有較大差異，技術(shù)人員對(duì)巖溶進(jìn)行實(shí)際勘探時(shí)，收集巖溶地質(zhì)信息通常使用這7種技術(shù)：工程地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪、遙感技術(shù)、工程地質(zhì)原位測(cè)試技術(shù)、示蹤試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、插釬和管波探測(cè)法。首先，需要了解高速公路沿線周邊的地形地貌、巖層特點(diǎn)、巖溶發(fā)育規(guī)律等，掌握高速公路周邊的實(shí)際地質(zhì)情況，為后續(xù)的鉆探和物探工作布置任務(wù)奠定基礎(chǔ)。在進(jìn)行鉆探和物探工作時(shí)，主要目的是為探明地表下方的地質(zhì)特征，需要隨機(jī)設(shè)置鉆探點(diǎn)，全面地明確巖溶發(fā)育規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常之后對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量，保證完全掌握其中情況，確保所得到的地質(zhì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性。對(duì)高速公路巖溶地質(zhì)路段進(jìn)行實(shí)地勘察過(guò)程中，勘察人員的技術(shù)水平將會(huì)影響所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在選派人手時(shí)需要選擇專業(yè)、細(xì)心的工作人員，圖2和圖3為綜合物探法應(yīng)用在巖溶探測(cè)過(guò)程中的顯示結(jié)果。從圖中可以發(fā)現(xiàn)A處出現(xiàn)異常的地震波，并且雷達(dá)波在時(shí)間剖面上都延續(xù)長(zhǎng)且反射波形雜亂，表現(xiàn)為明顯的低頻高振幅反射，可以推測(cè)為存在巖溶裂隙，并且埋深為4.5～14.5m，在地震波形上看B處在橫向上形態(tài)連續(xù)較長(zhǎng)，在雷達(dá)波形上B處的同相軸有弧形表現(xiàn)特征，故推測(cè)B處有巖溶空洞的存在，埋深為3.5～8m。

圖2 DK6+175-DK6+250段地震映像波形圖

圖3 DK6+175-DK6+250段探地雷達(dá)波形圖

3 新技術(shù)背景下高速公路軟土地質(zhì)應(yīng)對(duì)措施

新技術(shù)背景下，在實(shí)際高速公路軟土路基的勘察過(guò)程中，軟土地質(zhì)的應(yīng)對(duì)措施主要有以下方法。

（1）高壓噴射注漿法，軟土路基雖然具有透水性高、含水率高等特點(diǎn)，在實(shí)際使用過(guò)程中可能出現(xiàn)沉降等問(wèn)題。在使用部分施工技術(shù)建設(shè)過(guò)程中，可以降低其缺點(diǎn)所帶來(lái)的影響，常用的方法是高壓噴射注漿法。使用分嘴注漿管的鉆機(jī)設(shè)備在指定位置鉆破土體，通過(guò)強(qiáng)大的壓力噴射混凝土漿，以此來(lái)提升軟土路基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

（2）排水固結(jié)法。高速公路建設(shè)過(guò)程中由于路況復(fù)雜，可能出現(xiàn)軟土路基，由于其自身水分較多，對(duì)高速公路的安全性和穩(wěn)定性有較大影響。在建設(shè)高速公路路段土質(zhì)含有較大水分的情況下，常用排水固結(jié)法來(lái)解決這一問(wèn)題。在含有軟土路基的高速公路建設(shè)過(guò)程中設(shè)置豎向排水體(如砂井等)，以此抵抗在重力作用下可能出現(xiàn)的固結(jié)沉降問(wèn)題。同時(shí)，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中還需要對(duì)排水系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格把控，提升土體的固結(jié)情況。

（3）換土填層法。由于土質(zhì)的影響和土層薄厚度不同，導(dǎo)致軟土路基的承載能力較弱，在施工過(guò)程中需要針對(duì)這個(gè)問(wèn)題使用換土填層法來(lái)進(jìn)行。具體是用其他材料如素土、灰土、粉煤灰等填充去掉的軟土層，進(jìn)而保障軟土路基的整體密實(shí)度。

（4）擠密法。在軟土地基使用過(guò)程中，由于存在孔隙率的問(wèn)題，導(dǎo)致高速公路軟土地基會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期受到重力壓縮的影響，使得地基結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。擠密法的使用將砂石等通過(guò)振動(dòng)或者擠壓的方式，來(lái)降低高速公路軟土地基孔隙率，減少上述問(wèn)題的發(fā)生。

（5）深層攪拌法。土質(zhì)較為松軟是軟土路基的主要特點(diǎn)之一，高速公路在使用過(guò)程中受到天氣變化如暴雨、冰雪、車(chē)輛重量(可能有超載重量)等，導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)安全事故，造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失。為了進(jìn)一步提升高速公路的強(qiáng)度、承載能力和密實(shí)度，為駕駛員提供更加安全穩(wěn)定的保障，可用深層攪拌法處理軟土路基所存在的問(wèn)題。通過(guò)在軟土路基鋪設(shè)完成后注入固化劑，以及使用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行攪拌，以此加強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，進(jìn)而提升軟土路基整體的安全性能，如圖4所示。

圖4 有無(wú)砂墊層處理的地基表面沉降量變化示意圖

從圖4中可發(fā)現(xiàn)，砂墊層有效地減少了高速公路軟土路基使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的沉降問(wèn)題，通過(guò)曲線變化可以看出，砂墊層在路堤坡趾處的作用不如在路堤中線的作用效果好。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民的安全，高速公路的勘察尤為重要。在新技術(shù)背景下，針對(duì)高速公路建設(shè)期間的地質(zhì)問(wèn)題，除了嚴(yán)密的勘察保證高速公路的正常使用外，還應(yīng)該堅(jiān)持綠色環(huán)保、長(zhǎng)久發(fā)展的理念，通過(guò)本文對(duì)新技術(shù)背景下高速公路建設(shè)期間的地質(zhì)問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施的詳細(xì)研究，為后續(xù)的相關(guān)研究及發(fā)展提供幫助。