巖溶路基勘察設計與處治施工

　　巖溶路基勘察設計與處治施工【1】

　　【摘 要】關于在高速公路建設中巖溶路段地質勘察、巖溶不良路段設計處治方案以及在處治施工過程中施工工藝，質量檢測方法等方面綜述。

　　【關鍵詞】巖溶路基;勘察;設計;施工;綜述

　　巖溶是經(jīng)過漫長的地質時期，在地表水或地下水對可溶性巖石進行的溶解作用下，所形成改造和破壞的巖體現(xiàn)象。

　　可溶性巖體之間或內部形成各種大小形狀不一的空洞和裂隙，經(jīng)過地質演變，這些空洞或裂隙由水、土、雜物或者空氣填充，形成穩(wěn)定的巖溶體，這些空洞小的很小，大的卻很大，通常由裂隙貫通或單獨形成洞腔。

　　隨著我國高速公路發(fā)展，高速公路建設難免要通過山區(qū)巖溶路段，而對巖溶路段的勘察、設計、施工和質量檢測是消除巖溶路段對高速公路正常安全運行影響的重要環(huán)節(jié)。

　　1、概述

　　河南駐馬店至泌陽高速公路項目全長80.9公里，路線位于豫中南平原與豫西南山地交界處，部分路線處于山嶺重丘區(qū)，根據(jù)設計圖紙?zhí)崾居袃商幝范瓮ㄟ^巖溶地段，并指出“由于溶洞發(fā)育無明顯規(guī)律性可循，應在具體施工過程中，進一步查明影響路基穩(wěn)定的深度范圍內的巖溶發(fā)育狀況，及時采取合理的處治措施”。

　　此兩段路基開挖完成后，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)揭示的巖溶現(xiàn)狀和初步設計存在一定差異，隨后就開展對此段路基的補充勘察、設計和具體處治施工工作。

　　2、巖溶路段地質勘察

　　地質勘察主要采用的勘察方法有兩證，一種是地質鉆探，此種方法比較直接的揭示出了具體的地質狀況，可以對特征區(qū)域進行加密鉆探。

　　第二種是物理探測，主要采用高密度電法。

　　這種方法成本低、效率高、準確率大，探地雷達在特定條件下也具備較高的精度。

　　2.1地質鉆探鉆取芯樣：采用DPP-100型全液壓汽車鉆機，泥漿護壁，回轉鉆進和錘擊鉆進兩種方式鉆進，進口口徑130mm，終孔不小于119mm。

　　鉆探范圍為縱向為全挖方段，橫向為全寬。

　　采用梅花形6米布點，鉆探深度為15米.

　　2.2孔內攝像拍照：對于在鉆探過程中發(fā)現(xiàn)較大巖溶空洞后，采用孔內攝像儀針，對孔內情況進行了攝像和拍照，根據(jù)觀測結果分析空洞的空間分布后決定采取是否補充鉆探。

　　2.3物理探測：地質雷達采用GR-2004探地雷達沿路線縱向進行，橫向從一側到另一側，無線頻率100MHZ。

　　高密度電法采用E60b型高密度電阻率探測儀，智能電纜連接，自動采集數(shù)據(jù)，形成視電阻率剖面。

　　高密度電法采用布置測線的方法，測線縱向間距10.0米，橫向間距5.0米。

　　通過以上幾種方法的相互補充和結合，對鉆探揭露的各主要溶洞進行了科學推斷溶洞的空間展布和詳細說明，包括它的平面形態(tài)、最大直徑、相互之間的連通關系等產(chǎn)出特征，以便設計時更好的把握處理范圍，并采取有效適宜的處置措施。

　　勘測工作完畢后，根據(jù)鉆探和物探的綜合勘查成果配合平面測繪，繪制巖溶平面分布圖和空間立體分布圖，提交勘察報告。

　　3、巖溶路段治理工程設計

　　通過對勘測文件的認真分析研究，根據(jù)相關的設計規(guī)范確定了以下處治方案：

　　3.1當洞內裂隙發(fā)育，洞腔較小時，采用C20水下混凝土灌注，直至灌滿為止。

　　3.2當孔口已出露時，清除洞內填充物后，采用片石填塞，頂部50cm厚采用C20號混凝土封閉，并延伸至洞口周圍各1米范圍形成蓋口板。

　　3.3對其他勘察資料反映存在大量裂隙和空洞，而且比較小而多，洞口沒有揭露的兩路段路基全寬范圍內，采用打孔膠結高壓注漿的辦法進行治理，孔位按梅花型全路基寬度布置，間距3m，孔深6m。

　　其中四周周邊第一排為帷幕孔，孔深8米，并先行分時分段逐步注漿固結施工，固結后再在施工帷幕孔中間注漿各壓漿孔。

　　4、巖溶路段治理工程施工工藝

　　根據(jù)兩段路基的處治設計方案，結合一般路基施工規(guī)范和工藝，綜合本工程特點，制定了一下處治施工方案：

　　4.1測量放樣：采用全站儀測量放樣出路線中線各樁位，其余各注漿位置采用經(jīng)緯儀和鋼尺在路基全寬范圍內根據(jù)設計圖紙定點放樣并標識，各點間距為等邊4.5米的等邊三角形，放樣完畢后報請監(jiān)理驗收后做好開鉆成孔準備工作。

　　4.2開鉆成孔：采用12立方空壓機送風，潛孔鉆鉆進，采用直徑127mm鉆頭開鉆，鉆至基巖后變徑為直徑89mm終孔。

　　報請監(jiān)理驗收孔深后做好澆注孔口管，孔口管采用長度1米，壁厚3mm，外徑18mm的鋼管，孔口內外各長50cm，孔口管采用525#快凝水泥砂漿與孔壁固結牢固，保證注漿時能有效持壓，以保證注漿質量。

　　4.3水泥漿配置：水泥漿液通過制漿機拌制，并嚴格按照設計漿液配合比進行，水泥、水和外加劑嚴格計量，施工過程中隨即抽查各項指標。

　　制漿通過一級攪拌池和二級攪拌池拌和均勻后進入注漿泵后進行壓漿。

　　4.4高壓注漿施工：注漿前全面檢查設備和管路系統(tǒng)。

　　漿液隨用隨制，制漿系統(tǒng)配置出合格均勻的漿液后，通過壓漿泵，壓漿管注入孔口管，采用定量定壓分段注漿方法施工。

　　單孔孔口管壓在1.0Mpa以上，穩(wěn)定10～15分鐘以上，或者周圍孔有冒漿現(xiàn)象視為注漿結束。

　　4.5已外露空洞處理：對于溶洞孔口外露的空洞，采用C20混凝土灌注或采用片石回填，澆注蓋口板形成封閉，施工過程監(jiān)理應全過程監(jiān)督施工質量并做好相關記錄和拍照工作。

　　4.6場地清理：壓漿及混凝土封閉施工完畢7天后，采用機械配合人工方法進行場地清理，巖溶路段處治施工視為結束。

　　5、巖溶路段施工質量檢測

　　5.1檢測時間：在灌漿施工結束半個月后。

　　5.2檢測方法：

　　(1)鉆孔檢測：通過鉆孔取芯直接觀察巖溶區(qū)的漿液充填情況，并結合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評價灌漿質量。

　　(2)高密度電法檢測：檢測注漿的整體充填情況。

　　結合鉆孔檢測資料和高密度電法做出綜合評價，在全面分析研究這些資料的基礎上，最終確定灌漿質量是否合格。

　　5.3檢測量及檢測深度：鉆孔檢測為總孔數(shù)的2%;注漿孔深+1.0米。

　　5.4檢測位置：

　　A、鉆孔檢測采用隨機布置(在梅花形布置的注漿孔之間的中心)，或認為有疑點的部位，或監(jiān)理指定的位置，

　　B、高密度電法檢測在整個注漿區(qū)。

　　高密度電法采用布置測線的方法，測線縱向間距10.0米，橫向間距5.0米。

　　質量檢測過程如有局部缺陷，應加密檢測，保證檢測結果如實反映工程實際情況。

　　6、結束語

　　檢測結果表明：鉆探芯樣水泥漿對空隙進行有效填充，明顯可見水泥漿，兩巖溶路段視電阻值顯著增長，再未出現(xiàn)其他空洞和裂隙現(xiàn)象，地基整體穩(wěn)定性明顯提高。

　　本項目通車試運營兩年后此處治路段未出現(xiàn)任何路基病害及隱患。

　　參考文獻

　　[1]駐馬店至泌陽高速公路兩階段施工設計圖[M].中交第一公路勘察設計研究院,2004.

　　[2]駐馬店至泌陽高速公路巖溶路段勘察設計圖[M].河南省交通規(guī)劃勘察設計研究院.2006

　　[3]JTG F10-2006公路路基施工技術規(guī)范[S]北京:人民交通出版社

　　巖溶地區(qū)路基病害勘察技術【2】

　　摘 要：公路建設乃百年大計，道路質量的好壞與路基穩(wěn)定性有直接的關系。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，公路缺陷80%以上的原因是由于基礎病害探測不準確從而導致處理不當引起的。

　　因而，用成本低、效率高的地球物理勘探方法查明灰?guī)r地區(qū)溶洞等病害分布并用科學的方法對其處理對保證公路質量有重要意義。

　　關鍵詞：巖溶地區(qū);路基病害勘察

　　1 巖溶地基穩(wěn)定性問題分析

　　1、巖溶洞穴對工程穩(wěn)定性的影響。

　　巖溶洞穴對工程的危害，主要表現(xiàn)為建(構)筑物(包括路基)基礎懸空或洞穴項板厚度不夠不能承荷等。

　　2、松軟堆積物的坍塌。

　　地下水化學作用及物理作用形成的洞穴堆積物有化學沉積和碎屑沉積兩大類。

　　碎屑沉積物主要是土、沙、礫石及巖塊等：化學沉積主要指各種形態(tài)的碳酸鈣沉積物。

　　均具有松軟、松散、多孔、含水量高等特性，因而不均勻沉降大、強度低、穩(wěn)定性差，如粘土質沉積物的松軟不均勻沉躊、松散堆積物的堤塌、石芽及溶隙間的充填土(即紅粘土，往往為軟弱土)的低壓縮性、低強度等。

　　3、巖溶區(qū)覆蓋層大面積的塌陷，威脅公路的安全運行。

　　巖溶平原及洼地、谷地中，覆蓋著第四紀松散土層。

　　土層中地下水位埋藏淺，一般具有統(tǒng)一潛水面，當基巖巖溶發(fā)育時，地下水流動、水位變化、負荷增加或其它原因，就有可能引起地面塌陷。

　　4、巖溶溶溝(槽)臨空面對基礎抗滑的影響。

　　溶蝕作用形成較深溶溝(槽>，溶溝(槽)大多為無填充或軟弱松散土填充，基礎奠基基巖旁若存在較深溶溝(槽)時，若基巖處存在傾向溝(槽)，一側軟弱結構面(節(jié)理面)，在附加載荷作用下，可能形成基礎連同持力層向臨空面或軟弱松散土一側滑移。

　　巖溝石芽犬牙交錯，溝(槽)內土質往往松散，形成巖石與土無規(guī)律分布的土石地基。

　　由于巖、土地基剛度相差甚劇，造成地基沉降不均勻。

　　2 巖溶地區(qū)路基病害勘察技術應用

　　1、淺層巖溶加固處治技術研究

　　淺巖溶主要采用堵塞、充填的方式封閉處理。

　　將巖溶內部充填物全部挖除至硬土層上，然后根據(jù)開挖深度，回填M7.5漿砌片石或分層填碎石渣，最后在巖溶基坑頂鋪設土工布做防水層，防止雨水進入已經(jīng)處理的巖溶內部，形成水囊，引起路基病害。

　　對地勢開闊平坦、水塘積水淺，并且無大量地下水流通過的淺層巖溶地段，具備明挖施工的地形和安全條件時，可采用明挖后回填處治。

　　即采取明挖至巖溶頂板，然后開炸巖溶頂板，清除巖溶內填充物，用片石回填巖溶空隙和空洞至原地表面以上30cm，片石頂面用砂礫嵌縫，再在其上填筑路基土。

　　此方案的好處是處治方案簡單明了，易于施工和易于控制工程質量及估算和控制處治成本，不利之處是開挖和回填工作量大。

　　2、深巖溶加固處治技術研究

　　深巖溶加固處治施工的具體作法如下：

　　(1)開挖。

　　巖溶充填物下挖的深度視巖溶大小和深度而定，一般為5m～8m。

　　開挖過程中不能將巖溶四周坑壁修鑿成光滑表面，要使其凹凸不平，且坑壁四周掩體上的泥土必須用水沖洗干凈，以保證坑壁與混凝土及砌石圬工更好地連接。

　　基坑開挖至設計標高時，將基底表面略作整平，以便注漿。

　　(2)巖溶下部土體注漿加固。

　　采用本方案對深巖溶加固處治的好壞取決于下部松散體的注漿效果，施工時應特別注意參數(shù)的選擇和施工控制。

　　注漿范圍為巖溶開挖基底標高下4m～5m內的粒狀松散體，通過對巖溶下部土體進行注漿，改善巖溶內部充填物的土質條件，提高其承載能力。

　　注漿管采用38鋼管，長3.0m～3.5m，前端1.5m范圍內鉆7排8的注漿孔，每排間距20cm，梅花形布置。

　　壓漿管以改良的風鉆打入，打入深度為2.0m～2.5m，外露1.0m～1.5m，梅花形布置注漿管，間距為1m。

　　由于注漿體為粒狀松散體，孔隙率大，滲透系數(shù)大，為保證漿液能夠完全充填注漿范圍中的裂隙，注漿時應嚴格控制漿液的膠凝時間及注漿壓力。

　　施工中可選擇水泥�D水玻璃雙液漿，水泥漿液水灰比為1∶1;雙液體積比為1∶0.5，膠凝時間為1s～3s，注漿時注漿壓力不大于0.8MPa，采用間歇式注漿方式，每循環(huán)間隔時間為2h。

　　注漿結束后，鉆孔取樣進行抽測，對不合格處補注。

　　在本方案的實施中也可選擇黏土固化漿液，黏土固化漿液是一種以水、黏土、水泥及固化劑等組成的具有特殊加固和堵水效果的漿液，主要特點是漿液粘度和漿液固化時間可以控制;漿液不易被水稀釋;注漿時漿液擴散半徑易于控制;漿液固化后，其固結體抗?jié)B性能良好。

　　固化收縮率比純水泥漿小。

　　評價黏土固化漿液性能的主要參數(shù)有原漿性能(粘度、密度、固相含量)，摻加水泥及結構劑后的流變參數(shù)及固化速度，固化時塑性強度的增長率以及后期強度。

　　國內采用黏土固化漿液注漿施工較成功的有廣州地鐵楊體區(qū)間隧道含水砂層注漿堵水加固、江西城門山銅礦堵水、洞庭湖大堤滲漏加固以及十八河尾礦壩堵漏工程等。

　　目前國內注漿施工中大量采用的是水泥凈漿、水泥砂漿及部分化學漿液。

　　水泥漿液耗量大，成本高，特別是遇到較大溶洞、大裂隙時漿液遇水稀釋而不易固結，很難形成整體的堵水帷幕，堵水效率低，一般僅50%～60%。

　　而化學漿液成本更高，并污染地下水，難以推廣。

　　采用價格低廉的黏土固化漿液作為主要材料注漿，可在路基土層與巖溶之間形成一隔水層，堵斷地下水對路基土的侵蝕，并能提高路基的承載力。

　　(3)澆筑鋼筋混凝土板梁。

　　鋼筋混凝土板梁澆筑混凝土時，以巖溶坑壁為模，直接灌注，這樣能夠使混凝土與巖溶坑壁基巖有效結合在一起，增加板梁向下的摩擦力。

　　鋼筋混凝土板梁的厚度為1m，鋼筋網(wǎng)分上下兩層設置，由22螺紋鋼筋焊接而成，間距20cm。

　　安裝時將鋼筋網(wǎng)與注漿管尾部以點焊的形式連接起來，使板梁與下部注漿形成一體，提高基礎承載力。

　　(4)回填漿砌片石。

　　漿砌片石砂漿可用M7.5，砌筑高度為巖溶頂面下20cm，漿砌片石頂面以同級砂漿抹平、由中線向兩側做2%的流水坡。

　　(5)施作巖溶頂面防水層。

　　巖溶頂面防水層采用鋪設土工布的方法，防水層鋪設至巖溶基坑開挖輪廓線外1m。

　　土工布選用FNT-2型防水土工布，鋪設采用搭接的方式，搭接長度不小于30cm，接頭處順路基排水的方向鋪設，并做2%的流水坡。

　　砂墊層的砂子選用中粗砂，最大粒徑不超過5mm，以免刺破土工布。

　　3、落水洞的處治措施

　　根據(jù)不同類型的落水洞，采取相應的處治措施：

　　(1)對于單個，分散的落水洞。

　　無水的，可用“填”和“堵”的方法進行處治;有水的，可用“留”和“排”的方法進行處治。

　　(2)對于落水洞群。

　　無水的，可用“填”和“堵”的方法進行處治;有水的，可用“堵”“留”“排”的方法進行綜合處治。

　　以上僅為處治落水洞的一般方法，如遇到特殊情況，具體情況還須具體分析。

　　在確定處治方法前，須經(jīng)過詳細的地質勘探和分析，調查清楚巖溶的發(fā)育情況和發(fā)展規(guī)律，以確定落水洞下是否存在地下暗河通道、下雨天或者洪水期是否有水從洞口涌出。

　　對于有水的落水洞，還須調查涌水量的大小，以確定涵洞孔徑的大小。

　　對于一些巖石凹凸不平、巖土混雜、洞口不明顯、有水的落水洞，如何確定“填”和“堵”的范圍非常重要。

　　如果采用“堵”的方法來處治有水的落水洞，還得考慮涌水對蓋板的沖擊力以確定蓋板的厚度。

　　對于有水的落水洞群，由于洞口眾多，“堵”哪個洞口和“留”哪個洞口，也須通過綜合分析來確定。

　　3 結束語

　　綜上所述，現(xiàn)代物質文明的高度發(fā)達和科學技術的飛速發(fā)展，為自然災害的防治提供了必要的基礎和手段。

　　然而，自然災害也在加速襲擊人類。

　　自50年代以來，由于人類工程活動的迅速發(fā)展，隱藏在地下的巖溶塌陷也應運而生，發(fā)生的頻率與強度愈來愈大，危害性也隨之增大。

　　公路建設在經(jīng)濟建設中占有舉足輕重的地位。

　　我國部分地區(qū)地質情況復雜，溶洞等地質病害眾多，在公路的勘察和施工過程中，迫切需要研究一套行之有效的高精度的溶洞(包括其它地質病害)探測方法技術，其探測結果可指導公路路基處理。

　　參考文獻

　　[1]母進偉，雷明堂，梁軍林，石連富.巖溶路基病害與處置技術國內外研究現(xiàn)狀[J].中國巖溶.2015(02)

　　[2]楊峰.巖溶地區(qū)路基病害勘察技術及處理方案研究[D].中南大學2014

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