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岩溶路基勘察设计与处治施工
岩溶路基勘察设计与处治施工【1】
【摘 要】关于在高速公路建设中岩溶路段地质勘察、岩溶不良路段设计处治方案以及在处治施工过程中施工工艺，质量检测方法等方面综述。
【关键词】岩溶路基;勘察;设计;施工;综述
岩溶是经过漫长的地质时期，在地表水或地下水对可溶性岩石进行的溶解作用下，所形成改造和破坏的岩体现象。
可溶性岩体之间或内部形成各种大小形状不一的空洞和裂隙，经过地质演变，这些空洞或裂隙由水、土、杂物或者空气填充，形成稳定的岩溶体，这些空洞小的很小，大的却很大，通常由裂隙贯通或单独形成洞腔。
随着我国高速公路发展，高速公路建设难免要通过山区岩溶路段，而对岩溶路段的勘察、设计、施工和质量检测是消除岩溶路段对高速公路正常安全运行影响的重要环节。
1、概述
河南驻马店至泌阳高速公路项目全长80.9公里，路线位于豫中南平原与豫西南山地交界处，部分路线处于山岭重丘区，根据设计图纸提示有两处路段通过岩溶地段，并指出“由于溶洞发育无明显规律性可循，应在具体施工过程中，进一步查明影响路基稳定的深度范围内的岩溶发育状况，及时采取合理的处治措施”。
此两段路基开挖完成后，发现已经揭示的岩溶现状和初步设计存在一定差异，随后就开展对此段路基的补充勘察、设计和具体处治施工工作。
2、岩溶路段地质勘察
地质勘察主要采用的勘察方法有两证，一种是地质钻探，此种方法比较直接的揭示出了具体的地质状况，可以对特征区域进行加密钻探。
第二种是物理探测，主要采用高密度电法。
这种方法成本低、效率高、准确率大，探地雷达在特定条件下也具备较高的精度。
2.1地质钻探钻取芯样：采用DPP-100型全液压汽车钻机，泥浆护壁，回转钻进和锤击钻进两种方式钻进，进口口径130mm，终孔不小于119mm。
钻探范围为纵向为全挖方段，横向为全宽。
采用梅花形6米布点，钻探深度为15米.
2.2孔内摄像拍照：对于在钻探过程中发现较大岩溶空洞后，采用孔内摄像仪针，对孔内情况进行了摄像和拍照，根据观测结果分析空洞的空间分布后决定采取是否补充钻探。
2.3物理探测：地质雷达采用GR-2004探地雷达沿路线纵向进行，横向从一侧到另一侧，无线频率100MHZ。
高密度电法采用E60b型高密度电阻率探测仪，智能电缆连接，自动采集数据，形成视电阻率剖面。
高密度电法采用布置测线的方法，测线纵向间距10.0米，横向间距5.0米。
通过以上几种方法的相互补充和结合，对钻探揭露的各主要溶洞进行了科学推断溶洞的空间展布和详细说明，包括它的平面形态、最大直径、相互之间的连通关系等产出特征，以便设计时更好的把握处理范围，并采取有效适宜的处置措施。
勘测工作完毕后，根据钻探和物探的综合勘查成果配合平面测绘，绘制岩溶平面分布图和空间立体分布图，提交勘察报告。
3、岩溶路段治理工程设计
通过对勘测文件的认真分析研究，根据相关的设计规范确定了以下处治方案：
3.1当洞内裂隙发育，洞腔较小时，采用C20水下混凝土灌注，直至灌满为止。
3.2当孔口已出露时，清除洞内填充物后，采用片石填塞，顶部50cm厚采用C20号混凝土封闭，并延伸至洞口周围各1米范围形成盖口板。
3.3对其他勘察资料反映存在大量裂隙和空洞，而且比较小而多，洞口没有揭露的两路段路基全宽范围内，采用打孔胶结高压注浆的办法进行治理，孔位按梅花型全路基宽度布置，间距3m，孔深6m。
其中四周周边第一排为帷幕孔，孔深8米，并先行分时分段逐步注浆固结施工，固结后再在施工帷幕孔中间注浆各压浆孔。
4、岩溶路段治理工程施工工艺
根据两段路基的处治设计方案，结合一般路基施工规范和工艺，综合本工程特点，制定了一下处治施工方案：
4.1测量放样：采用全站仪测量放样出路线中线各桩位，其余各注浆位置采用经纬仪和钢尺在路基全宽范围内根据设计图纸定点放样并标识，各点间距为等边4.5米的等边三角形，放样完毕后报请监理验收后做好开钻成孔准备工作。
4.2开钻成孔：采用12立方空压机送风，潜孔钻钻进，采用直径127mm钻头开钻，钻至基岩后变径为直径89mm终孔。
报请监理验收孔深后做好浇注孔口管，孔口管采用长度1米，壁厚3mm，外径18mm的钢管，孔口内外各长50cm，孔口管采用525#快凝水泥砂浆与孔壁固结牢固，保证注浆时能有效持压，以保证注浆质量。
4.3水泥浆配置：水泥浆液通过制浆机拌制，并严格按照设计浆液配合比进行，水泥、水和外加剂严格计量，施工过程中随即抽查各项指标。
制浆通过一级搅拌池和二级搅拌池拌和均匀后进入注浆泵后进行压浆。
4.4高压注浆施工：注浆前全面检查设备和管路系统。
浆液随用随制，制浆系统配置出合格均匀的浆液后，通过压浆泵，压浆管注入孔口管，采用定量定压分段注浆方法施工。
单孔孔口管压在1.0Mpa以上，稳定10～15分钟以上，或者周围孔有冒浆现象视为注浆结束。
4.5已外露空洞处理：对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，浇注盖口板形成封闭，施工过程监理应全过程监督施工质量并做好相关记录和拍照工作。
4.6场地清理：压浆及混凝土封闭施工完毕7天后，采用机械配合人工方法进行场地清理，岩溶路段处治施工视为结束。
5、岩溶路段施工质量检测
5.1检测时间：在灌浆施工结束半个月后。
5.2检测方法：
(1)钻孔检测：通过钻孔取芯直接观察岩溶区的浆液充填情况，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价灌浆质量。
(2)高密度电法检测：检测注浆的整体充填情况。
结合钻孔检测资料和高密度电法做出综合评价，在全面分析研究这些资料的基础上，最终确定灌浆质量是否合格。
5.3检测量及检测深度：钻孔检测为总孔数的2%;注浆孔深+1.0米。
5.4检测位置：
A、钻孔检测采用随机布置(在梅花形布置的注浆孔之间的中心)，或认为有疑点的部位，或监理指定的位置，
B、高密度电法检测在整个注浆区。
高密度电法采用布置测线的方法，测线纵向间距10.0米，横向间距5.0米。
质量检测过程如有局部缺陷，应加密检测，保证检测结果如实反映工程实际情况。
6、结束语
检测结果表明：钻探芯样水泥浆对空隙进行有效填充，明显可见水泥浆，两岩溶路段视电阻值显著增长，再未出现其他空洞和裂隙现象，地基整体稳定性明显提高。
本项目通车试运营两年后此处治路段未出现任何路基病害及隐患。
参考文献
[1]驻马店至泌阳高速公路两阶段施工设计图[M].中交第一公路勘察设计研究院,2004.
[2]驻马店至泌阳高速公路岩溶路段勘察设计图[M].河南省交通规划勘察设计研究院.2006
[3]JTG F10-2006公路路基施工技术规范[S]北京:人民交通出版社
岩溶地区路基病害勘察技术【2】
摘 要：公路建设乃百年大计，道路质量的好坏与路基稳定性有直接的关系。
据不完全统计，公路缺陷80%以上的原因是由于基础病害探测不准确从而导致处理不当引起的。
因而，用成本低、效率高的地球物理勘探方法查明灰岩地区溶洞等病害分布并用科学的方法对其处理对保证公路质量有重要意义。
关键词：岩溶地区;路基病害勘察
1 岩溶地基稳定性问题分析
1、岩溶洞穴对工程稳定性的影响。
岩溶洞穴对工程的危害，主要表现为建(构)筑物(包括路基)基础悬空或洞穴项板厚度不够不能承荷等。
2、松软堆积物的坍塌。
地下水化学作用及物理作用形成的洞穴堆积物有化学沉积和碎屑沉积两大类。
碎屑沉积物主要是土、沙、砾石及岩块等：化学沉积主要指各种形态的碳酸钙沉积物。
均具有松软、松散、多孔、含水量高等特性，因而不均匀沉降大、强度低、稳定性差，如粘土质沉积物的松软不均匀沉踌、松散堆积物的堤塌、石芽及溶隙间的充填土(即红粘土，往往为软弱土)的低压缩性、低强度等。
3、岩溶区覆盖层大面积的塌陷，威胁公路的安全运行。
岩溶平原及洼地、谷地中，覆盖着第四纪松散土层。
土层中地下水位埋藏浅，一般具有统一潜水面，当基岩岩溶发育时，地下水流动、水位变化、负荷增加或其它原因，就有可能引起地面塌陷。
4、岩溶溶沟(槽)临空面对基础抗滑的影响。
溶蚀作用形成较深溶沟(槽>，溶沟(槽)大多为无填充或软弱松散土填充，基础奠基基岩旁若存在较深溶沟(槽)时，若基岩处存在倾向沟(槽)，一侧软弱结构面(节理面)，在附加载荷作用下，可能形成基础连同持力层向临空面或软弱松散土一侧滑移。
岩沟石芽犬牙交错，沟(槽)内土质往往松散，形成岩石与土无规律分布的土石地基。
由于岩、土地基刚度相差甚剧，造成地基沉降不均匀。
2 岩溶地区路基病害勘察技术应用
1、浅层岩溶加固处治技术研究
浅岩溶主要采用堵塞、充填的方式封闭处理。
将岩溶内部充填物全部挖除至硬土层上，然后根据开挖深度，回填M7.5浆砌片石或分层填碎石渣，最后在岩溶基坑顶铺设土工布做防水层，防止雨水进入已经处理的岩溶内部，形成水囊，引起路基病害。
对地势开阔平坦、水塘积水浅，并且无大量地下水流通过的浅层岩溶地段，具备明挖施工的地形和安全条件时，可采用明挖后回填处治。
即采取明挖至岩溶顶板，然后开炸岩溶顶板，清除岩溶内填充物，用片石回填岩溶空隙和空洞至原地表面以上30cm，片石顶面用砂砾嵌缝，再在其上填筑路基土。
此方案的好处是处治方案简单明了，易于施工和易于控制工程质量及估算和控制处治成本，不利之处是开挖和回填工作量大。
2、深岩溶加固处治技术研究
深岩溶加固处治施工的具体作法如下：
(1)开挖。
岩溶充填物下挖的深度视岩溶大小和深度而定，一般为5m～8m。
开挖过程中不能将岩溶四周坑壁修凿成光滑表面，要使其凹凸不平，且坑壁四周掩体上的泥土必须用水冲洗干净，以保证坑壁与混凝土及砌石圬工更好地连接。
基坑开挖至设计标高时，将基底表面略作整平，以便注浆。
(2)岩溶下部土体注浆加固。
采用本方案对深岩溶加固处治的好坏取决于下部松散体的注浆效果，施工时应特别注意参数的选择和施工控制。
注浆范围为岩溶开挖基底标高下4m～5m内的粒状松散体，通过对岩溶下部土体进行注浆，改善岩溶内部充填物的土质条件，提高其承载能力。
注浆管采用38钢管，长3.0m～3.5m，前端1.5m范围内钻7排8的注浆孔，每排间距20cm，梅花形布置。
压浆管以改良的风钻打入，打入深度为2.0m～2.5m，外露1.0m～1.5m，梅花形布置注浆管，间距为1m。
由于注浆体为粒状松散体，孔隙率大，渗透系数大，为保证浆液能够完全充填注浆范围中的裂隙，注浆时应严格控制浆液的胶凝时间及注浆压力。
施工中可选择水泥�D水玻璃双液浆，水泥浆液水灰比为1∶1;双液体积比为1∶0.5，胶凝时间为1s～3s，注浆时注浆压力不大于0.8MPa，采用间歇式注浆方式，每循环间隔时间为2h。
注浆结束后，钻孔取样进行抽测，对不合格处补注。
在本方案的实施中也可选择黏土固化浆液，黏土固化浆液是一种以水、黏土、水泥及固化剂等组成的具有特殊加固和堵水效果的浆液，主要特点是浆液粘度和浆液固化时间可以控制;浆液不易被水稀释;注浆时浆液扩散半径易于控制;浆液固化后，其固结体抗渗性能良好。
固化收缩率比纯水泥浆小。
评价黏土固化浆液性能的主要参数有原浆性能(粘度、密度、固相含量)，掺加水泥及结构剂后的流变参数及固化速度，固化时塑性强度的增长率以及后期强度。
国内采用黏土固化浆液注浆施工较成功的有广州地铁杨体区间隧道含水砂层注浆堵水加固、江西城门山铜矿堵水、洞庭湖大堤渗漏加固以及十八河尾矿坝堵漏工程等。
目前国内注浆施工中大量采用的是水泥净浆、水泥砂浆及部分化学浆液。
水泥浆液耗量大，成本高，特别是遇到较大溶洞、大裂隙时浆液遇水稀释而不易固结，很难形成整体的堵水帷幕，堵水效率低，一般仅50%～60%。
而化学浆液成本更高，并污染地下水，难以推广。
采用价格低廉的黏土固化浆液作为主要材料注浆，可在路基土层与岩溶之间形成一隔水层，堵断地下水对路基土的侵蚀，并能提高路基的承载力。
(3)浇筑钢筋混凝土板梁。
钢筋混凝土板梁浇筑混凝土时，以岩溶坑壁为模，直接灌注，这样能够使混凝土与岩溶坑壁基岩有效结合在一起，增加板梁向下的摩擦力。
钢筋混凝土板梁的厚度为1m，钢筋网分上下两层设置，由22螺纹钢筋焊接而成，间距20cm。
安装时将钢筋网与注浆管尾部以点焊的形式连接起来，使板梁与下部注浆形成一体，提高基础承载力。
(4)回填浆砌片石。
浆砌片石砂浆可用M7.5，砌筑高度为岩溶顶面下20cm，浆砌片石顶面以同级砂浆抹平、由中线向两侧做2%的流水坡。
(5)施作岩溶顶面防水层。
岩溶顶面防水层采用铺设土工布的方法，防水层铺设至岩溶基坑开挖轮廓线外1m。
土工布选用FNT-2型防水土工布，铺设采用搭接的方式，搭接长度不小于30cm，接头处顺路基排水的方向铺设，并做2%的流水坡。
砂垫层的砂子选用中粗砂，最大粒径不超过5mm，以免刺破土工布。
3、落水洞的处治措施
根据不同类型的落水洞，采取相应的处治措施：
(1)对于单个，分散的落水洞。
无水的，可用“填”和“堵”的方法进行处治;有水的，可用“留”和“排”的方法进行处治。
(2)对于落水洞群。
无水的，可用“填”和“堵”的方法进行处治;有水的，可用“堵”“留”“排”的方法进行综合处治。
以上仅为处治落水洞的一般方法，如遇到特殊情况，具体情况还须具体分析。
在确定处治方法前，须经过详细的地质勘探和分析，调查清楚岩溶的发育情况和发展规律，以确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从洞口涌出。
对于有水的落水洞，还须调查涌水量的大小，以确定涵洞孔径的大小。
对于一些岩石凹凸不平、岩土混杂、洞口不明显、有水的落水洞，如何确定“填”和“堵”的范围非常重要。
如果采用“堵”的方法来处治有水的落水洞，还得考虑涌水对盖板的冲击力以确定盖板的厚度。
对于有水的落水洞群，由于洞口众多，“堵”哪个洞口和“留”哪个洞口，也须通过综合分析来确定。
3 结束语
综上所述，现代物质文明的高度发达和科学技术的飞速发展，为自然灾害的防治提供了必要的基础和手段。
然而，自然灾害也在加速袭击人类。
自50年代以来，由于人类工程活动的迅速发展，隐藏在地下的岩溶塌陷也应运而生，发生的频率与强度愈来愈大，危害性也随之增大。
公路建设在经济建设中占有举足轻重的地位。
我国部分地区地质情况复杂，溶洞等地质病害众多，在公路的勘察和施工过程中，迫切需要研究一套行之有效的高精度的溶洞(包括其它地质病害)探测方法技术，其探测结果可指导公路路基处理。
参考文献
[1]母进伟，雷明堂，梁军林，石连富.岩溶路基病害与处置技术国内外研究现状[J].中国岩溶.2015(02)
[2]杨峰.岩溶地区路基病害勘察技术及处理方案研究[D].中南大学2014
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