公路路基岩溶勘察及处理方法

朱经亮 李晓宁 陶金良

摘 要：文章以滇中产业聚集区（新区）哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）工程地质勘察及老320国道（大板桥段）升级改造工程空港一施工标段工程地质勘察为例，研究了物探、钻探手段在岩溶勘察中的综合应用，并且根据滇中产业聚集区（新区）哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）施工图设计道路设计说明及哨关路溶洞处理专家咨询组意见，对路基岩溶处理方案的选择提供了可靠的依据。

关键词：岩溶勘察；物探；钻探；岩溶；路基

中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0162-02

本文主要阐述如何运用物探及钻探方法在滇中产业聚集区（新区）哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）及老320国道（大板桥段）升级改造工程空港一施工标段工程中对路基岩溶的勘察及根据勘察成果提出的处理方法。

1 工程地质条件及场地稳定性评价

哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）路线区地处牛拦江流域与螳螂江流域分水岭地带，区内及附近广布碳酸盐岩，除路线起点部分地段属山前冲洪积平原地貌外，总体属溶蚀低山丘陵及岩溶垅岗洼地地貌。本标段起点部分地段为第四系下更新统冲洪积土，以褐灰色卵（砾）石土、黏土夹卵（砾）石为主，本次勘察未揭穿，最大揭示深度60.9 m；其余段落全线表面大面积覆盖第四系红黏土，不均，最厚可达12.4 m。下伏泥盆系中统海口组白云质灰岩、角砾状灰岩，岩溶作用较强烈，岩溶漏斗、地下溶洞时有分布，透水及富水性强，岩溶地下水埋藏较深，旱、雨季水位变幅较大。完整岩体力学强度高，稳定性好，而岩溶洞穴发育地段，在诱发条件（上部荷载、水位大幅下降等）可发生岩溶地面塌陷，危害极大。

当公路路基、隧道岩溶地基具备下列条件之一时为稳定地基。

①当地形平缓时，基础置于微风化硬质岩石上，近旁为延伸较大裂缝宽度小于1 m的竖向裂隙和落水洞。

②基础底面下土层的厚度大于地基压缩层厚度，且不具备形成土洞的条件。

③基础底面下土层的厚度小于地基压缩层厚度，但洞内为密实的沉积物充填而又无被水冲蚀的可能。

④基础尺寸大于溶洞平面尺寸，且有足够的支承长度。

⑤微风化硬质岩石中，顶板厚跨比接近0.5或大于0.5。

据本次勘察成果，沿线地层分布较稳定，场地属稳定地基，可进行工程建设。

老320国道（大板桥段）升级改造工程空港一施工标段地处牛拦江流域与螳螂江流域分水岭地带，区内及附近广布碳酸盐岩，总体属溶丘洼地地貌，本标段表面大面积覆盖第四系红粘土，厚度一般1.2～18.5 m，局部钻孔未揭穿，红粘土具弱膨胀潜势。下伏二叠系下统阳新组茅口段灰岩及角砾状灰岩，岩溶作用较强烈，地表岩溶漏斗、落水洞及地下溶洞、溶隙发育，透水、富水性强，岩溶地下水埋藏较深，旱、雨季水位变幅较大。完整岩体力学强度高，稳定性好，而岩溶洞穴发育地段，在诱发条件（上部荷载、水位大幅下降等）可发生岩溶地面塌陷，危害极大。

3 路基岩溶勘察及实例分析

在哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）及老320国道（大板桥段）升级改造工程空港一施工标段勘察中，主要采用了物探、钻探等方法对沿线路基岩溶发育情况进行了勘察。

首先通过物探确定岩溶发育区，再通过钻探来进一步证实物探成果。具体介绍如下。

3.1 测线布设

沿路基设计路线中的左幅路面、右幅路面与人行道的分界线各布置一条测线，即左线和右线，沿左线与右线的中间位置布置一条中线，探测深度不小于20 m，为满足探测深度的要求，测线起始点与终点分别延伸75 m，为保证测线探测成果底部的连续性，先后二次测量需重复150 m。

3.2 一般路基段（含一般填方、一般路堑）钻孔布设

结合其他工点构造物布置。左右两侧各布置一条勘探线，单侧勘探孔间距100 m。勘探孔孔深不少于5 m，同时需穿透红黏土进入下卧基岩不少于2 m。遇岩溶发育地区布设横向物探线。对物探异常点进行加密布置验证孔。

在哨关路这次勘察中，运用了综合勘察技术，下面以MZK3+593～MZK4+220段進行说明：

按里程由小到大，MZK3+593～MZK4+220段可供参考的钻孔有ZK2608、ZK2610、ZK2615、ZK2620、ZK2624、ZK2626、ZK26

29，其中较近的钻孔ZK2608距离测线约4 m，以上述钻孔资料作为参考，对高密度电法成果进行地质解释。

结合钻孔资料，由视电阻率反演成果可见，此段整体电阻率值表现较高，其灰岩完整性、稳定性均较好，其中破碎中风化层中见有二处岩溶发育带。

4 岩溶处理方法

根据哨关路滇中产业聚集区（新区）哨关路工程一标段（MZK0+973.032～MZK7+100.000）施工图设计道路设计说明中的特殊路基设计方案如下。

4.1 溶洞地基处理

根据详勘资料分析结果表明，项目区域内溶洞相对发育，有发生地面塌陷的可能性，对路基稳定性有直接的影响，故需进行工程治理措施。

4.1.1 开挖换填法

对埋深较浅、洞径小、顶板薄或岩层破碎的溶洞，采用开挖后用片石回填加固处理设计，回填完毕后施工路基，片石以不侵占路床为限。关于处理范围和产生的工程量建议设计单位采取动态设计，根据现场不同的情况动态完善方案

4.1.2 压力注浆法

压力注浆是将浆液通过压浆泵注浆管注入岩土层中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走岩石裂隙中或土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，硬化后将岩土胶结成一个整体，形成一个强大的、抗渗性高和稳定性良好的新的岩土体。另外注浆体的压力注入，可在基岩面封堵岩溶开口洞隙，防止地下水位升障潜蚀发生土洞，从而使岩溶地基得到加固。

注浆钻孔选择采用地质钻机或高压旋喷钻机钻孔到设计深度。一般以土层或强风化岩层作为注浆持力层时可采用高压旋喷钻机直接钻孔，若以中风化以上岩层作为注浆持力层时需先采用地质钻机钻至终孔。

注浆孔采用φ110 mm钻孔，注浆采用42.5級普通硅酸盐水泥，浆液采用纯水泥浆，遇到溶洞时在浆液中加入砂子，砂子最大粒径不超过2.0 mm，含泥量不大于3%，有机物含量不大于3%，浆液采用水灰比为1：1～0.5：1，建议配合比（重量比）为水泥：砂：水=1：0.8：1，实际施工时应按检测中心试验结果为准，砂浆标号不低于M7.5。注浆压力控制在0.6～1.2 MPa之间，当注入率不大于0.4 L/min 时继续灌注30 min 或不大于1L/min 时，继续灌注60 min，注浆可以结束。

4.1.3 封孔采用压力灌浆封孔法

①由于大部分溶洞顶板组成为白云质灰岩，经重型设备夯击后对溶洞原始结构破坏较大而产生一系列不可预估的次生问题，且项目原始地面起伏较大，可能存在孤石、石笋等不利因素，因此咨询组认为本项目强夯方案实施难度较大，中间过程质量难以控制，不推荐采用强夯方案。

②针对大型溶洞，必须结合现场情况，采用动态设计，确定溶洞范围后在完善设计方案，对于一般溶洞处理，原则同意设计单位提出的采用开挖换填及注浆处理两个常规方案，但是关于处理范围和产生的工程量建议设计单位采取动态设计，根据现场不同的情况动态完善方案；

③针对注浆处理，注浆孔间距控制在2～4 m，根据实际情况，先以4 m间距控制布桩，探明溶洞准确范围，在根据现场注浆后浆液的扩散情况调整注浆孔间距，建议参照周边其他项目的处理情况，最小注浆间距控制为2 m；

④关于溶洞填充材料：

其一，一般溶洞采用水泥砂浆；

其二， 个别溶洞填充物较密难以压浆时，可采用纯水泥浆注浆；

其三，若揭示大型空洞型溶洞，可考虑人工挖孔后灌注水泥混凝土、填充片块石或增加工程结构等措施，纳入动态设计；

⑤溶洞深度一般处理原则：

其一，对于洞径小于4 m的溶洞，埋深大于9 m时可不处理；

其二，对于洞径小于6 m的溶洞，埋深大于12 m时可不处理。

⑥关于稳定性分析方面，厚跨比（完整顶板）小于0.8为不稳定；厚高比（破碎顶板）小于5为不稳定。

4.2 溶洞处理方案

具体溶洞处理方案可根据以上原则，结合填挖高度、位置等因素确定是否需要处理，及处理范围，具体的处理方案必须根据现场的实际情况，纳入动态设计，不断完善相关方案，保证道路结构稳定。

对于上述岩溶地基处理后效果的检验方法主要采用的钻探取芯检验，目前哨关路及昆明老320国道采取的就是该种方法，检验的效果还是很不错的，而且昆明老320国道采取上述岩溶处理方法后的道路已经有通车的段落，未发现有质量上问题出现。这也验证了上述公路路基岩溶处理方法的正确性。

针对综合管廊的侧壁、坑底发现岩溶时，对于坑底溶洞宽度不超过管廊宽度且洞深在管廊基础底标高下1 m以内的根据现场溶洞大小处理，一般直接注射混凝土处理，对于溶洞宽度超过管廊宽度且洞深在基础底标高2 m以内采取毛石加混凝土回填处理。在综合管廊侧壁边上发现溶洞时根据路基处理溶洞原则处理。

参考文献：

[1] JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2] JTG C20-2011，公路工程地质勘察规范[S].