高速公路岩溶路基稳定性及整治技术探究

杨化庆

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，日照 276826）

岩溶地貌在我国西南和东南地区分布广泛。由于特殊的不良地质，在岩溶地区修建高速公路具有极大的安全隐患，同时亦会造成不小的经济损失。因此，研究岩溶路基的稳定性十分重要。岩溶探测为岩溶路基稳定性分析行之有效的手段，其中尤以CT检测应用最为广泛，相关学者[1-5]将CT检测应用于岩溶探测且取得很好效果。本文以武深高速公路TJ05标丹霞枢纽互通主线1#桥上跨韶赣高速公路为研究对象，对韶赣高速岩溶路基进行CT检测，基于检测结果、结合理论对岩溶路基稳定性进行分析，并对其整治技术进行探究。

1 工程背景

武深高速公路TJ05标丹霞枢纽互通主线1#桥于K248+993.137里程上跨韶赣高速公路SK47+645.811里程，二者相交角度92.11°，并有中墩布设于韶赣高速公路中央分隔带。

施工期间对分隔带上桥墩桩基进行地质勘测补勘，显示分隔带岩溶发育，最大溶腔高度40 m。同时现场调研发现，分隔带产生局部路面沉陷，且路缘产生宽约1～2 cm的纵向裂缝，见图1。

图1 路面沉陷及裂缝

2 岩溶路基检测

为深入探究地下岩溶发育情况以及路基沉陷，对岩溶路基进行CT检测。项目布设6个钻孔，分别为CTZK1～6，钻孔间布设7条地质剖面线，韶赣路基下岩溶发育规模大，透水、富水、连通性强。CT检测测线平面图及检测结果分别见图2、图3。

由图2和图3可知，路基40 m以下存在较大体积溶腔。在CT检测基础上，增加地质雷达检测，在SK47+400～870段、SK47+650～677段分别沿线路、垂直线路布设6条纵向、7条横向测线，地质雷达测线布置及溶洞推断示意图见图4。

图2 CT检测测线平面图

图3 CT检测结果图

图4 地质雷达测线布置及溶洞推断

以测线3和测线4为例对地质雷达检测成果进行展示，分别见图5和图6。

由图5可知，SK47+700～SK47+714里程段有明显异常，推测该段路面下0.6～1.0 m范围内轻微脱空且含水；由图6可知，SK47+663～SK47+700里程段，有明显异常，推测该段路面下0.6～3.7 m范围内为脱空层。根据检测结果，判断路基下岩溶随埋深变化呈现出两种层次分布；基于岩溶分布位置的不同，整体上分成3个相对独立的溶洞群，见图7。

图5 测线3地质雷达成果图

图6 测线4地质雷达成果

图7 岩溶分布结果图

3 稳定性分析

基于岩溶路基检测结果，对岩溶路基稳定性进行分析，具体如下：

3.1 1#溶洞群稳定性分析

溶洞顶板分布有中风化灰岩，岩体相对完整，底部埋深48 m，平均厚度、跨度和宽度分别为20 m、50 m和20 m，溶洞高度20 m。

由相关数据可得，均布土压力q=γzk=592.8 kN/m。根据跨中断裂，求得弯矩M=0.5ql2=7.41×105kN·m。当安全系数为1.35时，顶板安全厚度H=7.8 m＜20 m，满足抗弯性能要求，溶洞群相对稳定，可以不进行相关处理。

3.2 2#溶洞群稳定性分析

2#溶洞群分布于SK47+625～660范围内。此区域处于桥临时支墩下方，承担较大的临时施工荷载，且顶板埋深浅，为确保桥梁安全施工，建议对2#溶洞群进行注浆加固，加固中采用6个注浆孔。

3.3 3#溶洞群稳定性分析

3#溶洞群路面下10～13 m为黏土覆盖层，按12m计算。溶洞最大高度为16.5 m，分布为半充填粉质黏土，顶板为中风化角砾状灰岩，节理裂隙发育，厚度约为2.5 m，跨度约为15 m。覆盖层内摩擦角取30°。

土体注浆处于饱满状态时，单轴抗压强度取6MPa；顶板单轴抗压强度取40 MPa，根土压力计算公式可以算得等效土层厚度为16.7 m，等效土拱土层总厚度为28.7 m。

根据结构可靠度理论及溶洞防突层厚度计算公式当注浆加固上覆土体，路基安全系数取1.02时，路基没有继续塌陷，暂时处于平衡状态；当安全系数取1.35时，溶洞安全厚度为38.3 m，顶板安全厚度为4.0 m，即路基稳定的评判依据之一为顶板厚度超过4.0 m。

鉴于3#溶洞群暂时处于平衡状态，且顶板厚度不足，建议进行加固，保证路基处于长期稳定状态。对于3#溶洞群，加固方案有3种，分别如下：

3.3.1 钻孔注浆加固

钻孔注浆加固是最直接、施工速度最快的加固方式，先填充砂浆，再进行注浆，直接填充溶洞空腔，见图8。

3.3.2 钢轨桩加固

不同于直接钻孔注浆加固方式，按照梅花形设置钢轨桩对路基进行加固，桩的直径为40cm、桩间距保持2.5m、深入基岩超过2m。对于钢轨桩处于覆盖层的部分，进行分层扩孔，从而保证覆盖层与桩基上 部紧密结合在一起，增大桩与土之间的摩擦力。

图8 钻孔注浆加固

3.3.3 管棚注浆加固

设置管棚于溶洞顶部，管棚直径为1.08 m、间距为1.5 m，呈梅花形交错布设，以斜向方向与水平方向夹角为35°打进路基中，而后进行注浆。注浆后能够形成强度高、整体强的复合地基；同时，管棚在溶洞顶部形成拱支撑，可以增强路基稳定性。

3.3.4 方案比选

对上述3种方案进行比选，从经济性角度进行分析，对钻孔注浆、钢轨桩及管棚注浆所用材料及其数量、单价进行比较，得到管棚注浆方案总造价最少，为214.8万元；钻孔注浆方案总造价最多，为387.6万元。从经济性角度来说，推荐管棚注浆方案。除经济性之外，进行方案可行性分析，见表1。

综合经济性和可行性分析，采用管棚注浆方案对3#溶洞群进行加固。对所有溶洞群加固后，采用地质雷达进行再次检测，及时掌握加固后岩溶地基情况，同时验证加固效果。

对溶洞群进行加固后，取得了一定效果，建议再次设置地面监测点，对路基变形进行动态监测。同时，建议对地质雷达图中显示的异常点再次进行注浆加固。

表1 3种方案可行性分析

4 结论

以武深高速公路TJ05标丹霞枢纽互通主线1号桥上跨韶赣高速公路为研究对象，对韶赣高速岩溶路基进行检测，得到岩溶分布结果图；基于检测结果，结合理论分析，从方案可行性及经济性等角度对不同溶洞群路基稳定性进行分析，并提出相应整治技术，可为岩溶路基失稳整治提供借鉴。

参考文献

[1]胡熠，谢强，李朝阳，等.岩溶路基注浆质量综合物探检测方法与评价研究[J].工程地质学报，2015，23（2）：344-351.

[2]宁树理，康虔，张新兵.基于未确知测度理论的岩溶路基稳定性分析[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2016，47（1）：118-123.

[3]胡熠，谢强，陈子龙，等.高密度电法岩溶路基注浆质量检测模型试验研究[J].水文地质工程地质，2014，41（3）：86-91.

[4]胡熠，谢强，赵文，等.电磁波CT法岩溶路基注浆质量检测标准[J].西南交通大学学报，2013，48（3）：441-447+454.

[5]袁腾方.高速公路岩溶路基稳定性风险分析方法[J].铁道科学与工程学报，2010，7（4）：61-66.