探地雷达在岩溶路基抢险检测中的应用研究

王 焱，彭凌星，何现启

(1.湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410008；2.中南公路建设及养护技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410008)

0 引言

湖南省湘西地区石灰岩分布极广，岩溶较发育，已经建成的高速公路例如新溆、溆怀、怀吉等高速公路在建过程中都遇到过跨岩溶路基技术难题。岩溶检测现在主要采用地质雷达探测、电法等地球物理勘探手段，特别是探地雷达检测结合现场地质调查在划定岩溶区域方面取得了良好的效果。现结合湖南省吉首至怀化高速公路吉信镇入口连接线岩溶路基塌陷应急检测工程实例，介绍岩溶路基条件下通过地质雷达检测结合现场调查对塌陷区范围进行划定，通过现场调查分析了塌陷的原因，根据现场地质调查提出了整治建议并取得了良好的效果，对类似的路基塌陷应急检测有很好的借鉴意义。

1 岩溶路基塌陷现场概况

吉怀高速公路起自湘西州吉首市东小庄村，接吉首至茶峒高速公路，经三拱桥、吉信、凤凰县、石羊哨、麻阳县、隆家堡、鹤城区，止于怀化市中方县牛栏坡的互通；吉凤段隶属于G56即杭瑞高速。吉怀高速公路吉首市吉信镇入口处于2017-02-28发生一塌坑，大小约94 m2，塌坑垂直最大高差约为70 cm(见图1)。

图1 岩溶路基塌陷现场图

2 岩溶塌陷区及圆管涵的确定

2.1 现场地质情况调查

(1)通过现场地质调查，发现塌陷段附近地貌类型主要为岩溶残丘～溶蚀洼地地貌，属裸露型～覆盖型岩溶地貌。从现场来看所处塌陷段是一个路堑，但是根据施工图纸调查发现此处原设计为一填方，通过与现场养护管理处交流，不存在设计变更情况。塌陷处周边的岩体为中风化石灰岩，地下水较丰富，以前该路基也出现过小规模塌陷，但因范围较小直接采用回填夯实进行过处理。

(2)在周边调查发现一根100 cm的排水圆管涵，但是该圆管涵是否穿过塌陷区有待采用地质雷达探测确定。

2.2 探测方法的选择

针对岩溶路基抢险检测要求普查范围广、检测速度快的特点，现场路基检测具有平整度好、现有路基填筑材料差异性较大的实际情况，结合以往的工程实践经验，提出通过探地雷达结合现场局部开挖的方法来查明路基塌陷范围跟深度并确定排水圆管涵的走向，为岩溶塌陷区的评价和后期的应急处理提供数据支持。

2.3 现场塌陷区域测线布置及塌陷区域的检测结果

为确定塌陷区域以及排水管涵走向，现场主要采用地质雷达探测加局部开挖方法。对于非金属管线探测，探地雷达主要根据反射波同相轴以及反射波在不同介质中的传播特性分析，圆管涵的同相轴反射为典型的开口向下的抛物线反射，如图2所示。对于暗埋的管道来说，电磁波介质差异一共有管道内外四层，当管道含水时，电磁波从介电常数小的物质穿入较大的物质，反射波与入射波方向相反；同理当管道内未含水介质为空气，反射系数为正反射波与入射波同向。通过反射波的界面可以很好地确定管涵的埋深及位置，并通过局部开挖验证。对于塌陷路基的不密实区，因介质差异，显示为双曲线反射。根据现场情况共布置雷达测线24条，其中纵向17条、横向7条，地质雷达测线布置图及塌陷区域以及圆管涵走向如图3所示。

图2 探地雷达圆管涵检测成果图

图3 探地雷达塌陷区检测成果图

3 塌陷原因分析

依据地质雷达探测结果结合现场地质描述，现场路基塌陷面积约94 m2，沉降开裂的面积约58 m2，沉降变形面积为273 m2，塌陷沿路线长17 m，宽25 m，塌陷深度在5 m以内对路基稳定性有较大影响，塌陷区内的直径100 cm排水圆管涵断裂，排水圆管涵穿过塌陷区断裂长度达到24 m(如图4)。根据设计图纸，该段路基为填方，塌陷不密实区在深度5 m以内，结合雷达采集数据，排除在填方路基处存在天然溶洞的可能；在圆管涵附近填土较松散，圆管涵底部与路基土界面存在同相轴紊乱，界面发射较强，结合数据分析认为因排水管涵破裂，大量的渗水软化路基填土带走细颗粒填土，是造成路面塌陷的主要原因。

图4 塌陷区平面图

4 路基塌陷区的处置措施

对于塌陷路基，采用换填法是比较经济环保的做法。换填法即采用压缩模量较小的砂砾、片石等将需要换填的软弱层替换，通过换填减少地基的压缩量。一般在工程中5 m以内采用换填处理地基，换填层上的承载通过压缩性小的砂石料后，应换填的材料压缩模量较小，具有较大的应力扩散角，从而达到提高地基承载力的目的。

本塌陷区路基采用换填法，主要采用以下措施：

(1)对425 m2范围内挖除0～5 m的路面及路基填土，由于开挖路基填土后揭露，主要空洞在5 m以内，以下地基不再做处理；

(2)拆除已经破坏的24 m圆管涵；

(3)回填碎石土，分层压实，修复圆管涵；

(4)路床顶面设置18 cm钢筋混凝土板；

(5)按照原设计恢复路面结构。

5 结语

(1)对岩溶路基的路基塌陷检测，首先应结合设计文件做好现场调查；对路基为路堑或填方结合地质雷达资料所做的解释具有多样性。

(2)对岩溶路基塌陷的治理，确定塌陷范围及深度是首要目标，结合现场地质调查以及选择现场开挖、物探等手段能够查明塌陷范围及深度，为处理设计提供依据，并能够取得良好的效果。

(3)对路基下的管线探测，地质雷达检测具有一定的效果，但是需要一定的现场经验以及结合现场情况对参数进行调整，通过现场检测的经验得出：管道材质例如金属或者非金属以及管道含水与不含水对于雷达检测影响较大。

(4)岩溶地区抢险检测具有时间紧、精度要求高等特点，建议根据现场情况灵活采用检测手段才能取得良好的效果。