高速公路建设期间的地质问题应对措施

2022-03-02文兴祥

四川水泥 2022年1期

文兴祥

（陕西铁道工程勘察有限公司，陕西西安 710043）

1 高速公路勘察综合方法

1.1 高速公路工程中地质勘察工作要点

高速公路地质勘察做地质调绘时，需要与其实际建设路线相结合，在观测过程中要按照规范设置观测点，保障能够得到准确的数据。在勘探点布置的过程中，需要针对沿线环境的地质地貌进行设计和布置，在地质复杂多变的地域要进行更加严谨的勘探。同时，在设置勘探点进行钻孔时，应采取有效措施保证岩芯的采取率，特别是复杂岩土层，如软质岩土、破碎岩层[1]。

针对不同的勘探地点，勘探要点也各有不同。以桥梁为例，高速公路中架设桥梁十分关键，如图1所示，以2019年浙江省统计的危桥数量可以发现，县道和乡道中的桥梁问题较为严重。这是因为县道和乡道的环境更为多变，在进行架设过程中需要严格勘探，对桥梁的台、墩地基覆盖层厚度与承载力、基岩埋深、风化程度与承载力重点进行勘察[2]。

图1 2019年浙江省危桥统计柱状图

1.2 综合物探法在高速公路隧道勘察中的应用

高速公路勘探过程中综合物探法应用在多种环境下。如浅层地震勘探、对土壤氡气浓度进行测量、高密度电阻率的测量以及对可控源音频大地电磁测探。以高速公路的浅层地震勘探为例介绍综合物探法在其中的具体应用，在进行浅层地震勘探过程中，可以对土层的工程地质条件进行判断。折射法是从震源所发出的地震波，以不同入射角投射到地下某水平界限时，由于入射角会不断增大，直至90°，沿该界面滑行后会引起新的波动，称为折射波。反射法则是通过捕捉两种不同介质反射波信号作为主要的勘测依据，通过人工激发地震子波沿射线方向向地下传播，直至遇到地层界面，将反射波反射回地面，通过对反射回的信号进行记录，能够准确获得地震反射性记录[3]。

1.3 数字化技术在高速公路勘察设计中的应用

高分辨率卫星遥感技术可以为高速公路勘察设计过程中提供其周围的地形地貌、路网分布以及沿线自然生态环境条件等。随着遥感技术的不断进步，提供的精度和准确率也不断增加，并且在使用过程中操作的简便性和时效性都得到了提升。其优势在于使用遥感技术进行勘察时不受到障碍物限制，对区域内的情况可以进行高效准确的获取，生成的图像为全色多波段影像，可以更加详细地掌握地表情况，便于对地质地貌以及自然地质灾害等信息进行分析。另外，对于部分偏远隐蔽的区域通过遥感技术也可以获得地域内的情况，为高速公路勘察提供准确详细的信息[4-5]。

2 新技术背景下高速公路岩溶地质应对措施

岩溶是指碳酸盐岩、石膏、岩盐等可溶性岩石受到水的化学溶蚀，以及流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等外力的长期作用所产生的现象的总称。岩溶地质具有易破坏、难恢复的特征，在碳酸盐岩分布区在发生了外动力或者诸如高速公路车辆碾压等情况导致容易发生岩溶地面塌陷问题，除此之外，因为其土层薄厚不均匀，土质较脆，因此在此路段的高速公路的安全性难以得到保障，导致当地交通建设能力降低。

由于岩溶地形的物理性质(如弹性、导电性等）有较大差异，技术人员对岩溶进行实际勘探时，收集岩溶地质信息通常使用这7种技术：工程地质调查与测绘、遥感技术、工程地质原位测试技术、示踪试验、模型试验、插钎和管波探测法。首先，需要了解高速公路沿线周边的地形地貌、岩层特点、岩溶发育规律等，掌握高速公路周边的实际地质情况，为后续的钻探和物探工作布置任务奠定基础。在进行钻探和物探工作时，主要目的是为探明地表下方的地质特征，需要随机设置钻探点，全面地明确岩溶发育规律，发现异常之后对其进行多次测量，保证完全掌握其中情况，确保所得到的地质数据的准确性和严谨性。对高速公路岩溶地质路段进行实地勘察过程中，勘察人员的技术水平将会影响所得数据的准确性，在选派人手时需要选择专业、细心的工作人员，图2和图3为综合物探法应用在岩溶探测过程中的显示结果。从图中可以发现A处出现异常的地震波，并且雷达波在时间剖面上都延续长且反射波形杂乱，表现为明显的低频高振幅反射，可以推测为存在岩溶裂隙，并且埋深为4.5～14.5m，在地震波形上看B处在横向上形态连续较长，在雷达波形上B处的同相轴有弧形表现特征，故推测B处有岩溶空洞的存在，埋深为3.5～8m。

图2 DK6+175-DK6+250段地震映像波形图

图3 DK6+175-DK6+250段探地雷达波形图

3 新技术背景下高速公路软土地质应对措施

新技术背景下，在实际高速公路软土路基的勘察过程中，软土地质的应对措施主要有以下方法。

（1）高压喷射注浆法，软土路基虽然具有透水性高、含水率高等特点，在实际使用过程中可能出现沉降等问题。在使用部分施工技术建设过程中，可以降低其缺点所带来的影响，常用的方法是高压喷射注浆法。使用分嘴注浆管的钻机设备在指定位置钻破土体，通过强大的压力喷射混凝土浆，以此来提升软土路基的结构强度。

（2）排水固结法。高速公路建设过程中由于路况复杂，可能出现软土路基，由于其自身水分较多，对高速公路的安全性和稳定性有较大影响。在建设高速公路路段土质含有较大水分的情况下，常用排水固结法来解决这一问题。在含有软土路基的高速公路建设过程中设置竖向排水体(如砂井等)，以此抵抗在重力作用下可能出现的固结沉降问题。同时，在实际建设过程中还需要对排水系统、加压系统进行严格把控，提升土体的固结情况。

（3）换土填层法。由于土质的影响和土层薄厚度不同，导致软土路基的承载能力较弱，在施工过程中需要针对这个问题使用换土填层法来进行。具体是用其他材料如素土、灰土、粉煤灰等填充去掉的软土层，进而保障软土路基的整体密实度。

（4）挤密法。在软土地基使用过程中，由于存在孔隙率的问题，导致高速公路软土地基会因为长期受到重力压缩的影响，使得地基结构发生变化。挤密法的使用将砂石等通过振动或者挤压的方式，来降低高速公路软土地基孔隙率，减少上述问题的发生。

（5）深层搅拌法。土质较为松软是软土路基的主要特点之一，高速公路在使用过程中受到天气变化如暴雨、冰雪、车辆重量(可能有超载重量)等，导致高速公路出现安全事故，造成人员和财产的损失。为了进一步提升高速公路的强度、承载能力和密实度，为驾驶员提供更加安全稳定的保障，可用深层搅拌法处理软土路基所存在的问题。通过在软土路基铺设完成后注入固化剂，以及使用相应设备进行搅拌，以此加强地基的稳定性，进而提升软土路基整体的安全性能，如图4所示。