楊化慶

（中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，日照 276826）

巖溶地貌在我國西南和東南地區(qū)分布廣泛。由于特殊的不良地質(zhì)，在巖溶地區(qū)修建高速公路具有極大的安全隱患，同時(shí)亦會(huì)造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究巖溶路基的穩(wěn)定性十分重要。巖溶探測(cè)為巖溶路基穩(wěn)定性分析行之有效的手段，其中尤以CT檢測(cè)應(yīng)用最為廣泛，相關(guān)學(xué)者[1-5]將CT檢測(cè)應(yīng)用于巖溶探測(cè)且取得很好效果。本文以武深高速公路TJ05標(biāo)丹霞樞紐互通主線1#橋上跨韶贛高速公路為研究對(duì)象，對(duì)韶贛高速巖溶路基進(jìn)行CT檢測(cè)，基于檢測(cè)結(jié)果、結(jié)合理論對(duì)巖溶路基穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并對(duì)其整治技術(shù)進(jìn)行探究。

1 工程背景

武深高速公路TJ05標(biāo)丹霞樞紐互通主線1#橋于K248+993.137里程上跨韶贛高速公路SK47+645.811里程，二者相交角度92.11°，并有中墩布設(shè)于韶贛高速公路中央分隔帶。

施工期間對(duì)分隔帶上橋墩樁基進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)補(bǔ)勘，顯示分隔帶巖溶發(fā)育，最大溶腔高度40 m。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，分隔帶產(chǎn)生局部路面沉陷，且路緣產(chǎn)生寬約1～2 cm的縱向裂縫，見圖1。

圖1 路面沉陷及裂縫

2 巖溶路基檢測(cè)

為深入探究地下巖溶發(fā)育情況以及路基沉陷，對(duì)巖溶路基進(jìn)行CT檢測(cè)。項(xiàng)目布設(shè)6個(gè)鉆孔，分別為CTZK1～6，鉆孔間布設(shè)7條地質(zhì)剖面線，韶贛路基下巖溶發(fā)育規(guī)模大，透水、富水、連通性強(qiáng)。CT檢測(cè)測(cè)線平面圖及檢測(cè)結(jié)果分別見圖2、圖3。

由圖2和圖3可知，路基40 m以下存在較大體積溶腔。在CT檢測(cè)基礎(chǔ)上，增加地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，在SK47+400～870段、SK47+650～677段分別沿線路、垂直線路布設(shè)6條縱向、7條橫向測(cè)線，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置及溶洞推斷示意圖見圖4。

圖2 CT檢測(cè)測(cè)線平面圖

圖3 CT檢測(cè)結(jié)果圖

圖4 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置及溶洞推斷

以測(cè)線3和測(cè)線4為例對(duì)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)成果進(jìn)行展示，分別見圖5和圖6。

由圖5可知，SK47+700～SK47+714里程段有明顯異常，推測(cè)該段路面下0.6～1.0 m范圍內(nèi)輕微脫空且含水；由圖6可知，SK47+663～SK47+700里程段，有明顯異常，推測(cè)該段路面下0.6～3.7 m范圍內(nèi)為脫空層。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，判斷路基下巖溶隨埋深變化呈現(xiàn)出兩種層次分布；基于巖溶分布位置的不同，整體上分成3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的溶洞群，見圖7。

圖5 測(cè)線3地質(zhì)雷達(dá)成果圖

圖6 測(cè)線4地質(zhì)雷達(dá)成果

圖7 巖溶分布結(jié)果圖

3 穩(wěn)定性分析

基于巖溶路基檢測(cè)結(jié)果，對(duì)巖溶路基穩(wěn)定性進(jìn)行分析，具體如下：

3.1 1#溶洞群穩(wěn)定性分析

溶洞頂板分布有中風(fēng)化灰?guī)r，巖體相對(duì)完整，底部埋深48 m，平均厚度、跨度和寬度分別為20 m、50 m和20 m，溶洞高度20 m。

由相關(guān)數(shù)據(jù)可得，均布土壓力q=γzk=592.8 kN/m。根據(jù)跨中斷裂，求得彎矩M=0.5ql2=7.41×105kN·m。當(dāng)安全系數(shù)為1.35時(shí)，頂板安全厚度H=7.8 m＜20 m，滿足抗彎性能要求，溶洞群相對(duì)穩(wěn)定，可以不進(jìn)行相關(guān)處理。

3.2 2#溶洞群穩(wěn)定性分析

2#溶洞群分布于SK47+625～660范圍內(nèi)。此區(qū)域處于橋臨時(shí)支墩下方，承擔(dān)較大的臨時(shí)施工荷載，且頂板埋深淺，為確保橋梁安全施工，建議對(duì)2#溶洞群進(jìn)行注漿加固，加固中采用6個(gè)注漿孔。

3.3 3#溶洞群穩(wěn)定性分析

3#溶洞群路面下10～13 m為黏土覆蓋層，按12m計(jì)算。溶洞最大高度為16.5 m，分布為半充填粉質(zhì)黏土，頂板為中風(fēng)化角礫狀灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，厚度約為2.5 m，跨度約為15 m。覆蓋層內(nèi)摩擦角取30°。

土體注漿處于飽滿狀態(tài)時(shí)，單軸抗壓強(qiáng)度取6MPa；頂板單軸抗壓強(qiáng)度取40 MPa，根土壓力計(jì)算公式可以算得等效土層厚度為16.7 m，等效土拱土層總厚度為28.7 m。

根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度理論及溶洞防突層厚度計(jì)算公式當(dāng)注漿加固上覆土體，路基安全系數(shù)取1.02時(shí)，路基沒有繼續(xù)塌陷，暫時(shí)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)安全系數(shù)取1.35時(shí)，溶洞安全厚度為38.3 m，頂板安全厚度為4.0 m，即路基穩(wěn)定的評(píng)判依據(jù)之一為頂板厚度超過4.0 m。

鑒于3#溶洞群暫時(shí)處于平衡狀態(tài)，且頂板厚度不足，建議進(jìn)行加固，保證路基處于長期穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于3#溶洞群，加固方案有3種，分別如下：

3.3.1 鉆孔注漿加固

鉆孔注漿加固是最直接、施工速度最快的加固方式，先填充砂漿，再進(jìn)行注漿，直接填充溶洞空腔，見圖8。

3.3.2 鋼軌樁加固

不同于直接鉆孔注漿加固方式，按照梅花形設(shè)置鋼軌樁對(duì)路基進(jìn)行加固，樁的直徑為40cm、樁間距保持2.5m、深入基巖超過2m。對(duì)于鋼軌樁處于覆蓋層的部分，進(jìn)行分層擴(kuò)孔，從而保證覆蓋層與樁基上 部緊密結(jié)合在一起，增大樁與土之間的摩擦力。

圖8 鉆孔注漿加固

3.3.3 管棚注漿加固

設(shè)置管棚于溶洞頂部，管棚直徑為1.08 m、間距為1.5 m，呈梅花形交錯(cuò)布設(shè)，以斜向方向與水平方向夾角為35°打進(jìn)路基中，而后進(jìn)行注漿。注漿后能夠形成強(qiáng)度高、整體強(qiáng)的復(fù)合地基；同時(shí)，管棚在溶洞頂部形成拱支撐，可以增強(qiáng)路基穩(wěn)定性。

3.3.4 方案比選

對(duì)上述3種方案進(jìn)行比選，從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行分析，對(duì)鉆孔注漿、鋼軌樁及管棚注漿所用材料及其數(shù)量、單價(jià)進(jìn)行比較，得到管棚注漿方案總造價(jià)最少，為214.8萬元；鉆孔注漿方案總造價(jià)最多，為387.6萬元。從經(jīng)濟(jì)性角度來說，推薦管棚注漿方案。除經(jīng)濟(jì)性之外，進(jìn)行方案可行性分析，見表1。

綜合經(jīng)濟(jì)性和可行性分析，采用管棚注漿方案對(duì)3#溶洞群進(jìn)行加固。對(duì)所有溶洞群加固后，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行再次檢測(cè)，及時(shí)掌握加固后巖溶地基情況，同時(shí)驗(yàn)證加固效果。

對(duì)溶洞群進(jìn)行加固后，取得了一定效果，建議再次設(shè)置地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)路基變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，建議對(duì)地質(zhì)雷達(dá)圖中顯示的異常點(diǎn)再次進(jìn)行注漿加固。

表1 3種方案可行性分析

4 結(jié)論

以武深高速公路TJ05標(biāo)丹霞樞紐互通主線1號(hào)橋上跨韶贛高速公路為研究對(duì)象，對(duì)韶贛高速巖溶路基進(jìn)行檢測(cè)，得到巖溶分布結(jié)果圖；基于檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合理論分析，從方案可行性及經(jīng)濟(jì)性等角度對(duì)不同溶洞群路基穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)整治技術(shù)，可為巖溶路基失穩(wěn)整治提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]胡熠，謝強(qiáng)，李朝陽，等.巖溶路基注漿質(zhì)量綜合物探檢測(cè)方法與評(píng)價(jià)研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，23（2）：344-351.

[2]寧樹理，康虔，張新兵.基于未確知測(cè)度理論的巖溶路基穩(wěn)定性分析[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，47（1）：118-123.

[3]胡熠，謝強(qiáng)，陳子龍，等.高密度電法巖溶路基注漿質(zhì)量檢測(cè)模型試驗(yàn)研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2014，41（3）：86-91.

[4]胡熠，謝強(qiáng)，趙文，等.電磁波CT法巖溶路基注漿質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48（3）：441-447+454.

[5]袁騰方.高速公路巖溶路基穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析方法[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，7（4）：61-66.