高速公路巖溶路基穩定性及整治技術探究

楊化慶

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，日照 276826）

巖溶地貌在我國西南和東南地區分布廣泛。由于特殊的不良地質，在巖溶地區修建高速公路具有極大的安全隱患，同時亦會造成不小的經濟損失。因此，研究巖溶路基的穩定性十分重要。巖溶探測為巖溶路基穩定性分析行之有效的手段，其中尤以CT檢測應用最為廣泛，相關學者[1-5]將CT檢測應用于巖溶探測且取得很好效果。本文以武深高速公路TJ05標丹霞樞紐互通主線1#橋上跨韶贛高速公路為研究對象，對韶贛高速巖溶路基進行CT檢測，基于檢測結果、結合理論對巖溶路基穩定性進行分析，并對其整治技術進行探究。

1 工程背景

武深高速公路TJ05標丹霞樞紐互通主線1#橋于K248+993.137里程上跨韶贛高速公路SK47+645.811里程，二者相交角度92.11°，并有中墩布設于韶贛高速公路中央分隔帶。

施工期間對分隔帶上橋墩樁基進行地質勘測補勘，顯示分隔帶巖溶發育，最大溶腔高度40 m。同時現場調研發現，分隔帶產生局部路面沉陷，且路緣產生寬約1～2 cm的縱向裂縫，見圖1。

圖1 路面沉陷及裂縫

2 巖溶路基檢測

為深入探究地下巖溶發育情況以及路基沉陷，對巖溶路基進行CT檢測。項目布設6個鉆孔，分別為CTZK1～6，鉆孔間布設7條地質剖面線，韶贛路基下巖溶發育規模大，透水、富水、連通性強。CT檢測測線平面圖及檢測結果分別見圖2、圖3。

由圖2和圖3可知，路基40 m以下存在較大體積溶腔。在CT檢測基礎上，增加地質雷達檢測，在SK47+400～870段、SK47+650～677段分別沿線路、垂直線路布設6條縱向、7條橫向測線，地質雷達測線布置及溶洞推斷示意圖見圖4。

圖2 CT檢測測線平面圖

圖3 CT檢測結果圖

圖4 地質雷達測線布置及溶洞推斷

以測線3和測線4為例對地質雷達檢測成果進行展示，分別見圖5和圖6。

由圖5可知，SK47+700～SK47+714里程段有明顯異常，推測該段路面下0.6～1.0 m范圍內輕微脫空且含水；由圖6可知，SK47+663～SK47+700里程段，有明顯異常，推測該段路面下0.6～3.7 m范圍內為脫空層。根據檢測結果，判斷路基下巖溶隨埋深變化呈現出兩種層次分布；基于巖溶分布位置的不同，整體上分成3個相對獨立的溶洞群，見圖7。

圖5 測線3地質雷達成果圖

圖6 測線4地質雷達成果

圖7 巖溶分布結果圖

3 穩定性分析

基于巖溶路基檢測結果，對巖溶路基穩定性進行分析，具體如下：

3.1 1#溶洞群穩定性分析

溶洞頂板分布有中風化灰巖，巖體相對完整，底部埋深48 m，平均厚度、跨度和寬度分別為20 m、50 m和20 m，溶洞高度20 m。

由相關數據可得，均布土壓力q=γzk=592.8 kN/m。根據跨中斷裂，求得彎矩M=0.5ql2=7.41×105kN·m。當安全系數為1.35時，頂板安全厚度H=7.8 m＜20 m，滿足抗彎性能要求，溶洞群相對穩定，可以不進行相關處理。

3.2 2#溶洞群穩定性分析

2#溶洞群分布于SK47+625～660范圍內。此區域處于橋臨時支墩下方，承擔較大的臨時施工荷載，且頂板埋深淺，為確保橋梁安全施工，建議對2#溶洞群進行注漿加固，加固中采用6個注漿孔。

3.3 3#溶洞群穩定性分析

3#溶洞群路面下10～13 m為黏土覆蓋層，按12m計算。溶洞最大高度為16.5 m，分布為半充填粉質黏土，頂板為中風化角礫狀灰巖，節理裂隙發育，厚度約為2.5 m，跨度約為15 m。覆蓋層內摩擦角取30°。

土體注漿處于飽滿狀態時，單軸抗壓強度取6MPa；頂板單軸抗壓強度取40 MPa，根土壓力計算公式可以算得等效土層厚度為16.7 m，等效土拱土層總厚度為28.7 m。

根據結構可靠度理論及溶洞防突層厚度計算公式當注漿加固上覆土體，路基安全系數取1.02時，路基沒有繼續塌陷，暫時處于平衡狀態；當安全系數取1.35時，溶洞安全厚度為38.3 m，頂板安全厚度為4.0 m，即路基穩定的評判依據之一為頂板厚度超過4.0 m。

鑒于3#溶洞群暫時處于平衡狀態，且頂板厚度不足，建議進行加固，保證路基處于長期穩定狀態。對于3#溶洞群，加固方案有3種，分別如下：

3.3.1 鉆孔注漿加固

鉆孔注漿加固是最直接、施工速度最快的加固方式，先填充砂漿，再進行注漿，直接填充溶洞空腔，見圖8。

3.3.2 鋼軌樁加固

不同于直接鉆孔注漿加固方式，按照梅花形設置鋼軌樁對路基進行加固，樁的直徑為40cm、樁間距保持2.5m、深入基巖超過2m。對于鋼軌樁處于覆蓋層的部分，進行分層擴孔，從而保證覆蓋層與樁基上 部緊密結合在一起，增大樁與土之間的摩擦力。

圖8 鉆孔注漿加固

3.3.3 管棚注漿加固

設置管棚于溶洞頂部，管棚直徑為1.08 m、間距為1.5 m，呈梅花形交錯布設，以斜向方向與水平方向夾角為35°打進路基中，而后進行注漿。注漿后能夠形成強度高、整體強的復合地基；同時，管棚在溶洞頂部形成拱支撐，可以增強路基穩定性。

3.3.4 方案比選

對上述3種方案進行比選，從經濟性角度進行分析，對鉆孔注漿、鋼軌樁及管棚注漿所用材料及其數量、單價進行比較，得到管棚注漿方案總造價最少，為214.8萬元；鉆孔注漿方案總造價最多，為387.6萬元。從經濟性角度來說，推薦管棚注漿方案。除經濟性之外，進行方案可行性分析，見表1。

綜合經濟性和可行性分析，采用管棚注漿方案對3#溶洞群進行加固。對所有溶洞群加固后，采用地質雷達進行再次檢測，及時掌握加固后巖溶地基情況，同時驗證加固效果。

對溶洞群進行加固后，取得了一定效果，建議再次設置地面監測點，對路基變形進行動態監測。同時，建議對地質雷達圖中顯示的異常點再次進行注漿加固。

表1 3種方案可行性分析

4 結論

以武深高速公路TJ05標丹霞樞紐互通主線1號橋上跨韶贛高速公路為研究對象，對韶贛高速巖溶路基進行檢測，得到巖溶分布結果圖；基于檢測結果，結合理論分析，從方案可行性及經濟性等角度對不同溶洞群路基穩定性進行分析，并提出相應整治技術，可為巖溶路基失穩整治提供借鑒。

參考文獻

[1]胡熠，謝強，李朝陽，等.巖溶路基注漿質量綜合物探檢測方法與評價研究[J].工程地質學報，2015，23（2）：344-351.

[2]寧樹理，康虔，張新兵.基于未確知測度理論的巖溶路基穩定性分析[J].山東農業大學學報(自然科學版)，2016，47（1）：118-123.

[3]胡熠，謝強，陳子龍，等.高密度電法巖溶路基注漿質量檢測模型試驗研究[J].水文地質工程地質，2014，41（3）：86-91.

[4]胡熠，謝強，趙文，等.電磁波CT法巖溶路基注漿質量檢測標準[J].西南交通大學學報，2013，48（3）：441-447+454.

[5]袁騰方.高速公路巖溶路基穩定性風險分析方法[J].鐵道科學與工程學報，2010，7（4）：61-66.