岩溶地区公路工程勘察设计实践

2020-09-28牛定辉

工程技术研究 2020年12期

关键词：匝道基岩溶洞

周翔，牛定辉

（杭州市交通规划设计研究院，浙江杭州 310006）

岩溶地区建设公路工程项目通常会遇到岩溶地质问题，岩溶地质对于公路路基工程、桥梁桩基、下穿通道等结构安全和稳定性均存在不同程度的影响，若在勘察设计阶段处治不当，会对公路工程结构造成损坏。

在岩溶地区公路构筑物建设过程中，由于可溶岩层中有存在溶洞的可能性，在外部附加应力的影响或者自然条件例如地下水等因素的变化，可能会造成溶洞顶板由于厚度或者强度的不足产生塌落等破坏从而影响整个公路构筑物的结构安全。

文章以杭州市留下互通改建工程为研究对象，从工程区域范围内岩溶发育的特点、勘察方法、设计手段等方面进行综合分析，以期为相关工程提供参考。

1 工程概况

杭州市留下互通改建工程是浙江省重点工程，同时也是杭州市2022年亚运会保障项目。该项目是杭州西部主要入城口，是实现天目山快速路—艮山快速路贯通、打通杭州东西向交通主动脉的重要节点。互通采用单喇叭+变形梨型方案，互通范围包括杭州绕城高速公路主线拼宽路段长约0.6km，被交道路天目山路改建段长约1.3km，互通匝道总长约5.6km，改建互通收费站及管理用房1处。

2 地形地貌与地质情况

项目场地大部分属湖沼积平原区，局部属低山丘陵区。场地桥址区基岩主要为灰岩，在湖沼积平原段下伏灰岩岩溶发育，揭露有溶洞，溶洞为半充填或全填充溶洞，充填物以流塑状黏性土和灰岩碎块以及含泥圆砾为主。场地前第四系地层的灰岩为奥陶系下统荆山组，此外场地内还存在凝灰质砂岩、石英砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等。

3 水文地质条件

根据地下水的赋存条件、水理性质、水力特征、含水介质、地层时代及成因等因素，区域内地下水可分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸岩类裂隙岩溶水3大类，主要有孔隙潜水、承压水、基岩裂隙水、碳酸岩类裂隙岩溶水等类型。

4 岩溶分布特征和发育评价

4.1 岩溶分布特征

场地桥址区基岩主要为灰岩，在两阶段地质勘察中，发现该地区存在不同程度的岩溶发育区，尤其在H3匝道K0+052～300段、H4匝道K0+135～340段、P匝道K0+280～410段、G匝道K0+330～482段和O匝道K0+050～220段及L1、L2下穿通道区，岩溶强发育，揭露溶洞顶板高程-34.52～-11.27m，溶洞埋深17.90～43.20m，洞高0.5～26.8m以上，半充填，充填物以流塑状黏性土和灰岩碎块以及含泥圆砾为主。

4.2 岩溶发育程度评价

岩溶发育具有严重的不均匀性，为区别对待不同岩溶发育程度场地上的构筑物设计，结合工程实际将岩溶场地划分为4个等级如表1所示。部分钻孔的岩溶发育程度评价如表2所示。

根据评价结果，H3匝道K0+052～300段、H4匝道K0+135～340段、P匝道K0+280～410段以及路堑的抗滑桩路段的岩溶发育程度较高。

5 岩溶对本工程构筑物的影响

5.1 填方路基工程

填方路基工程主要位于湖沼积平原区，地势较为平坦、开阔。场地表部分布填土，厚度2.2～5.4m不等，结构松散，工程性质差；上部为可塑状的粉质黏土和稍密状的薄层粉土，厚度1.2～2.7m不等，下为淤泥质土，厚度7～10m不等；中部为灰黄色的粉质黏土，可塑～硬塑状，厚度较薄，分布不稳定；下部为圆砾，中密、密实状，厚度5～20m不等，下伏基岩为泥质粉砂岩、钙质泥岩、灰岩。灰岩地层中，局部地区岩溶强发育，揭露有溶洞，半充填，揭露洞高1.8～26.8m以上。由于灰岩普遍埋深较深，因此岩溶对填方路基工程的影响较小。

5.2 路堑工程

表1 场地岩溶发育等级

路堑工程主要位于L1下穿通道K0+660～850段丘陵。丘陵坡顶为回民公墓，丘陵中下部现状是既有公路边坡，为五级坡，最大坡高约37m，上部四级坡率缓，坡率为1∶2.0，下部1级坡率为1∶1.00，局部挡墙加固，现状边坡整体稳定。

表2 部分钻孔揭露溶洞发育深度表

山体表部分布含角砾粉质黏土，可塑状，厚约4.4m，下伏基岩为石英砂岩和灰岩，断层接触，断层破碎带宽约1m，主要由断层泥夹碎、块石组成，工程性质差。石英砂岩，硅化，呈强风化状，岩石破碎，厚约15m。全风化灰岩，灰黄色、棕红色等，岩石风化完全，呈黏土状，干燥状态呈硬可塑，遇水易变软；强风化灰岩，灰黄色，岩石风化强烈，呈碎块状为主，节理裂隙发育，有黏性土充填，厚度1～5m不等；中风化灰岩，深灰色，岩质坚硬，厚层状、巨厚层结构，节理较为发育，属次坚石（Ⅴ）。在CZK3孔坡体埋深1m处、SZK1坡体埋深15～19m处及SZK2坡体埋深4.5～6.0m处分别揭露出溶洞发育溶洞，溶洞半充填，充填物以硬可塑含砾粉质黏土为主。灰岩地层产状240°∠76°，在灰岩中发育的节理主要有3组：（1）325°∠68°，6～8条/m；（2）75°∠36°，3～4条/m；（3）120°∠74°，2～3条/m。

地质资料显示，在K0+660处现状挡墙边坡标高15.5～17.0m处存在溶洞，在后期支挡施工时作填充封闭处理。同时，物探资料显示，在L1路线挖方路线K+780处坡地地面下10m左右有岩溶发育。同时，物探资料显示，在L1K0+530～L1K0+860之间，存在大小不一的溶洞，鉴于岩溶发育的复杂性和不均一性，在施工时发现岩溶问题及时处理。

5.3 桥梁工程

桥梁工程在H3、H4和P匝道等路段均存在下伏灰岩，桥梁结构采用桩基础，为保障桥梁结构的安全性，桥梁桩底应保证有一定的基岩厚度，其中在完整中风化灰岩路段的桥梁桩端以下应有不小于5m且不小于4D（D为桩径）的中风化基岩；裂隙发育、较破碎的中风化基灰岩路段的桥梁桩端以下应有不小于8m的中风化基岩；桥跨设计跨径大于40m的墩台两侧桥梁桩端以下完整中风化基岩不小于10m；此外，同一墩台相邻桩中风化岩面起伏较大或者线溶率相差较大时，桥梁的桩端以下中风化基岩应尽量取大值。