贵州某高速公路隐伏岩溶地基处理设计

王宝军 孙兆刚

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

本高速公路位于贵州高原北部向四川盆地过渡的斜坡地带，是大娄山脉的东南段，地形高低差异明显。主要的山峰、河流受构造控制明显，走向往往与构造线方向一致，测试区地貌类型可分为构造剥蚀溶蚀低山地貌、构造剥蚀溶蚀低中山地貌、剥蚀残丘及丘陵河谷地貌类型，以溶蚀地貌及侵蚀构造地貌为主。溶蚀地貌发育于碳酸盐类岩石分布区，主要受岩性及地质构造影响，表现为隐藏溶洞、漏斗、落水洞、竖井等。

2 隐伏岩溶安全顶板厚度确定方法

2．1 完整的顶板安全厚度计算

2．1．1 按顶板受剪进行计算

当隐伏岩溶顶板岩层完整，溶洞跨径较小，顶板受剪是确定顶板安全厚度的主要控制因素，可按照顶板受剪计算其安全厚度。

根据顶板受剪状态得出的安全厚度计算公式(1):

其中，Q1为路基范围内溶洞顶板自重;Q2为附加荷载(包括填土及荷载);τ为岩石的抗剪强度，石灰岩一般为其容许抗压强度的1/12，kPa;L为路基基底溶洞周长，L=2(B+b)，m;k为安全系数，一般取 1．2。

2．1．2 按梁板受力情况计算

当岩溶顶板岩层完整，顶板层趋近于水平，且溶洞跨径较大，弯矩是确定顶板安全厚度的主要因素，可以按照梁板受力情况计算其安全厚度。

根据梁板受力状态得出的安全厚度计算公式(2):

其中，［σ］为岩体的抗弯强度，石灰岩一般为其容许抗压强度的1/8，kPa;B为路基底宽，m;b为溶洞宽度，m;Q为溶洞顶板总荷载(包括自重和附加荷载);k为安全系数，一般取1．2。

2．2 不完整的顶板安全厚度计算

2．2．1 按坍塌堵塞情况进行计算

适用于岩溶顶板裂隙发育，风化严重，存在坍塌可能的溶洞。由于岩层坍塌过程中有一定的松散膨胀，当坍塌至一定高度后，坍塌体将会自行填满溶洞。根据这一情况得出的安全厚度计算公式(3):

其中，H0为溶洞高度，m;k为岩石的膨胀系数(石灰岩一般取k=1．2);k0为安全系数，一般取 1．2。

2．2．2 按破裂拱概念进行计算

适用于岩溶顶板为风化破碎的岩层。当溶洞未坍塌时，假设其处于极限平衡状态，如发生坍塌则形成破裂拱，破裂拱高度H计算公式(4):

其中，b为溶洞宽度的一半，m;H0为溶洞高度，m;φ为岩石的内摩擦角，(°);f为岩石的强度系数为安全系数，一般取1．2。

3 路基距隐伏岩溶安全距离计算

路线附近的溶洞，距离路基坡脚应有一定的距离，一旦形成坍塌形漏斗，不至于危及路基安全，采用溶洞坍塌时扩散角计算，安全距离L计算公式(5):

其中，H为溶洞顶板厚度，m;φ为岩层的内摩擦角，(°);k为安全系数，一般取1．1 ～1．25。

4 不同顶板厚度隐伏岩溶路基处理措施

4．1 跨越

路基底或路基附近流量较大的暗河、落水洞、消水坑、岩溶泉等，采用桥涵跨越;规模较小的用盖板涵跨过，或设挡土墙、护脚将水隔在路基外。当溶洞位于路基底或路基附近时，对溶洞顶板安全厚度及距路基的安全距离进行验算后确定跨越方式。

4．2 加固

1)深而小的溶洞不便用洞内加固时，采用石盖板或钢筋混凝土盖板加固，如靠近边沟时，应防止边沟水的渗漏。

2)对洞径小、顶板薄或岩层破碎的溶洞，采用爆破顶板片石回填加固;如溶洞较深或需保持排水时，采用拱涵或板涵跨越。

3)对路基范围内的地表塌陷(土洞)，如基岩未出露，用粘土回填夯实;如基岩出露并见空洞洞口时，用大块石堵塞洞口后再用粘土回填土洞。

4)埋深较深、顶板安全厚度偏小的溶洞，当溶洞为充填的小型溶洞时，可采用钻孔注浆法进行处理，注浆工艺宜采用低压间歇式灌注，注浆压力 0．3 MPa～0．4 MPa，间歇时间7 h ～8 h，砂浆标号M7．5;否则采用钻孔爆破方式将溶洞顶板爆破坍塌为明沟再用挖方石料填充溶洞。

5)溶洞顶板较薄，且洞穴跨越较大或洞内有水流时，施工人员易进入洞穴内时，可采用浆砌片石支柱顶支。

5 工程实例

贵州某高速公路K55+220～K55+380段，经高密度电法进行勘探，该段岩溶强烈发育，顶板岩层较为完整，隐伏溶洞共计21处，顶板厚度1．3 m ～9．0 m，跨径 0．5 m ～12．2 m。采用本文 2．1．1及2．1．2中两种方法，将溶洞平面形状假设为正矩形，对该段范围内共21个隐伏溶洞的安全顶板厚度进行验算，并根据不同顶板厚度及溶洞跨径提出不同的处理措施。对于顶板实际厚度大于验算得出的安全顶板厚度的9个溶洞，不进行特殊处理，直接在溶洞顶板顶部进行路基填筑;对于顶板实际厚度小于5 m，且顶板实际厚度小于验算得出的安全顶板厚度的5个溶洞，对溶洞顶板进行爆破坡顶后采用片石进行回填处理;对于顶板实际厚度不小于5 m的7个溶洞，采用在顶板钻孔向溶洞中注M7．5水泥砂浆的处理方式进行处理。

［1］ 李景成．谈高速公路的岩深处理［J］．公路勘察设计，2002(1):3-4．

［2］ 交通部第二公路勘察设计院．公路设计手册——路基［M］．第2版．北京:人民交通出版社，1996．

［3］ 邱存家，李 勇．贵州某机场岩溶地基处理设计［J］．地质灾害与环境保护，2010(3):81-82．