岩溶地区溶洞顶板稳定性分析评价及其稳定性提高措施

夏军辉（湖南省地质矿产勘查开发局416队，湖南株洲412000）

岩溶地区溶洞顶板稳定性分析评价及其稳定性提高措施

夏军辉（湖南省地质矿产勘查开发局416队，湖南株洲412000）

岩溶在我国分布较广，作为一种不良地质作用，会使岩体强度降低，给岩溶地区建筑基础的稳定性造成极大的影响。本文主要对岩溶地区溶洞顶板失稳的主要机理进行了分析，并以简单的工程为例，建立了溶洞顶板稳定性分析计算模型，进行了稳定性计算与分析、评价，以供类似工程参考。

岩溶地区；溶洞；顶板；稳定性

1 引言

加强岩溶地区桥梁基础稳定性分析评价研究，合理确定溶洞顶板极限承载力，对采用经济合理的基础形式、基础尺寸、施工工艺及地基处理措施，有着重大的技术价值和经济意义。

2 岩溶地区溶洞顶板失稳的主要机理

尽管工程地质条件不同，溶洞顶板失稳的内、外影响因素不尽相同，但归纳起来大致有以下四方面：

2.1 地质构造对溶洞顶板的失稳影响

断裂构造的力学性质、规模、构造岩的胶结特征、裂隙发育程度及与其他构造的组合关系，对溶洞顶板地基的稳定性产生了很大的影响。而张性断裂面以及张扭性断裂面十分的粗糙，且裂口十分的宽，构造岩大多数都是角砾岩以及碎裂岩，胶结较差，且结构十分的松散，具有较强的透水性，严重影响到岩溶地基的稳定。压性断裂的裂面以及压扭性断裂的裂面则更加的平直和光滑，裂口闭合度较好，胶结性能好，结构致密性强，不透水，所以地下水活动较差，不会对地基的稳定性造成较大的影响。而断裂构造会对节理的裂隙发育造成影响，闭合性较差，透水性能好，因此也不利于岩溶地基的稳定。

2.2 溶洞形态对溶洞顶板失稳的影响

当洞体的体积跟基础尺寸相比较小时，延伸状态未竖向井状，埋深较深时，则有利于岩溶的稳定。而溶洞顶部拱的形状对顶板稳定性也有影响，顶板呈板状或拱状，对稳定有利，当顶板有悬挂岩体、被裂隙切割且未胶结，对稳定不利。

2.3 地下水活动对溶洞顶板失稳的影响

地下水所产生的活动会对岩体结构面的强度造成影响，一旦水位变化较为明显，或者承受较大的压力时，则会对地基溶洞周围的应力情况产生影响，使其发生改变，对溶洞顶板的稳定性产生影响。而对于岩溶土洞来说，水活动还会造成土洞出现塌陷，将地下水抽取后，进行坑道排水、地表水渗入都会引起土洞发生塌陷。

2.4 外加荷载对溶洞顶板失稳的影响

在岩溶地区所建设的建筑物以及构筑物越来越多，外加荷载对溶洞顶稳定性产生影响的工程数量也在变多，而对外加荷载跟溶洞顶板的最小厚度之间的关系进行评价时还没有一个定量的结论，更多的评估方法为综合评价。

3 岩溶地区溶洞顶板稳定性分析案例

3.1 工程概况

某高速公路跨渠桥位于丘陵问小河冲积地貌区，地势低平开阔。场地地层白上而下为：填筑土、淤泥质细砂、粘土、砾砂、白云质灰岩等，基岩岩溶发育。桥墩、台为人工挖孔灌注端承桩基础，桩数20。施工多孔同时进行，当挖孔至9.0～11.0m（约为设计桩深一半）时，渠中河道和两岸地表出现大面积沉陷，最深沉陷达4～5m，致使挖孔无法继续进行，需进行处治。

图1 溶洞地质剖面图

3.2 岩溶地区溶洞顶板稳定性分析与评价

对所掌握的资料进行掌握，分析资料时所使用方法主要有定性法、综合分析法、半定量法中的顶板厚跨比法进行分析，而对场区内洞室顶板的稳定性进行分析则使用定性法，主要的分析结果如下所述：

（1）路基下的洞室顶板稳定性主要受五点因素的影响：①受到构造力影响后产生裂隙发育。②受到地下水作用后，岩层间会发育出现泥化夹层。③岩层的厚度跟洞直径之间的比值较小。④跟路面设计的标高相比，洞室的埋深较浅。⑤洞室受到地下水的影响依旧在。⑥开挖施工中会影响到洞室的整体稳定性，所以对场区路基下洞室顶板的稳定性差产生了初步判定后，难以跟设计强度的要求相符合。

（2）根据顶板厚跨比法，对照上文中的相关数据，得h/L值在0.3～0.5之间；因此，按照h/L≥1.0为安全界线，洞室顶板不符合相关安全要求。

洞室的处理：

进对路基下洞室定的稳定性进行分析后发现，要采取一定的措施处理好洞室问题，从而保证路面长期处于稳定的状态。对场地诸多因素进行考虑后，可以先凿开路基下的洞室顶板，清除掉洞室中的泥块，并利用卵石进行填充，这样不但能够有效的承受洞室上部的荷载，还能够有效确保地下水的畅通。经过处理后的路基在以后的施工和运行过程中效果良好。

4 提高岩溶地区溶洞顶板稳定性基本措施

一旦溶洞的顶板地基承载力较小时，或者出现较大的变形问题时，则需要采取相应的措施加固溶洞，使得上部建筑物的安全性得到保证。

完成溶洞的碎石填充后，土层、岩石以及碎石这三种介质的接触面上所受到的应力较为集中，导致土层中的荷载以及溶洞内圈的荷载都有所减小，程度不一。而在对溶洞进行碎石填充后，产生的荷载会导致地表发生位移，并且未做处理的1.1cm减小到0.47cm，而由于荷载所引起的地表变形对处理前后的影响范围相差较小，都在13m左右。而溶洞填充碎石后拱圈竖向位移由0.9cm减小到基本没有竖向位移。选用评价方法时要按照岩溶勘察的晨读以及工程对于地基的基本要求来定，通常来说，利用定性评价的方法来评价初勘的地基以及一般工程的地。而综合半定量以及定量方法时则勘察那些永久性的地基。对对于土洞，一般采用散体理论进行稳定性评价，此外，要对土洞的埋深进行明确，分清其是浅埋还是深埋，而后才能选择稳定系数法或者普氏压力拱分折法。

5 结束语

上述分析表明：在岩溶地区进行诸如桥梁工程时，除了要查明场地的岩土体结构及其物理力学性质外，还应查明溶洞的分布状况、发育程度、形态特征、埋藏深度，再此基础上进行稳定性性分析与评价。同时，还要适当加强基础的整体性和刚度，以发挥最佳整体效果。

[1]李道飞.岩溶地区溶洞顶板稳定性分析[J].河南科技，2013（9X）：48～49.

[2]韩红艳，吴燕舞，黑 亮，等.岩溶路基溶洞顶板稳定性分析[J].工程地质学报，2012，20（6）：1078～1082.

[3]王良川.岩溶区路基下伏溶洞顶板稳定性分析及加固处理[J].矿冶工程，2015，35（5）：17～21.

TU457

A

2095-2066（2016）36-0114-02

2016-12-12

夏军辉（1974-），男，工程师，本科，主要从事岩土工程工作。