岩溶路基整治技术

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1、岩溶路基整治技术西南交通大学 赵晓彦2014.3概述岩溶路基病害形式及整治内容岩溶发育程度评判路基岩溶水治理路基岩溶塌陷治理岩溶路基不均匀沉降治理整治效果检测工程实例1 概述岩溶治理研究历时较长1978年，美国在宾夕法尼亚州的赫尔锡市召开了岩溶地区工 程地质讨论会，重点讨论了岩溶地面塌陷发育规律问题；19842003年先后在美国佛罗里达州、密苏里州、肯塔基州 和阿拉巴马州举行了9届“Multidisciplinary Conference on Sinkholes and the Engineering and Environmental Impacts of Karst(岩溶塌陷和岩溶工程与

2、环境影响多学科国际讨论会)” 。19851989年，中国地质科学院岩溶研究所先后开展了“中国 南方岩溶塌陷研究”、“长江流域岩溶塌陷研究”和“中国北方岩 溶塌陷研究”等项目L2引。1988年，铁道部第二勘测设计院还 开展了“铁路沿线岩溶塌陷及防治”工作。概述仍存在的问题凡提高岩溶，易局限于溶洞，一味关心顶板稳定性；片面强调岩溶对工程稳定性的影响，忽略灾害链效应，如对地基 岩土均匀性的影响实际上岩溶是对岩溶地貌、岩溶现象、岩溶作用、岩溶水运动的总称。90%以上的塌陷都是可溶岩上部的土层塌陷。工程中应关注：工程活动是否会影响岩溶地区原来的水文地质平衡 ？是否会造成岩溶地质灾害及范围？岩溶及其治理是

3、否会影响工程 地基的均匀性。概述成果显著中铁二院铁路路基工程地基处理技术规程基础研究，2009.3。（贵 昆铁路、南昆铁路、浙赣铁路分宜车站、京沪铁路的泰安车站）贵州省交通厅岩溶地区公路基础设计与施工技术指南，2007.8岩溶水害2 2 岩溶路基病害形式及整治内容岩溶路基病害形式及整治内容岩溶塌陷DK293+371左侧路基边坡岩溶塌陷 DK831+525路基中心岩溶塌陷路基不均匀沉降具体形式及原因总结由于地下洞穴顶板的坍塌，或因溶洞内充填物被地下水的运 动所带走，使位于其上的路基发生塌陷、下沉或开裂。较大的石芽石形成的地基局部不均匀，易使路基产生差异变 形，且石芽周围充填软塑红粘土，影响路基的

4、设计与施工。雨季落水洞难以及时下排水石，易在洼地、槽谷等形成积水 区，从而影响路基的稳定性。由于地下岩溶水的活动或因地 面水的排泄不畅，而导致路基基底冒水、水淹路基、水冲路 基等病害。漏斗使地面呈凹陷状，其内土质疏松，填筑路基后，易引起 进一步塌陷。整治内容岩溶水岩溶塌陷（溶洞、土洞，及近临岩土体稳定）路基不均匀沉降3 岩溶发育程度评判 岩溶发育程度越高，路基岩溶塌陷越易产生。以岩性钻孔岩溶率岩溶发育形态连通性岩溶水的富存方式等作 为岩溶发育程度的评价依据。地下水动态特征地下水越活跃的区域，岩溶塌陷越易发生。地下水的活跃程度由以下因数进行描述：1)，地下水位的位置。2)，地下水位的波动幅度。3

5、)，地下水位的波动频率。4)，地表水入渗的集中程度。覆盖层特征岩溶塌陷时土层、土洞情况岩溶塌陷发生于各种成因类型和不同厚度 的第四纪覆盖层分布区 通过对湘桂铁路沿线分析：1)，以平原及谷地的坡残层和洪积层为最；2)，较老的洪积层（当 地亦称粘土泥砾层）次之；3)，一级阶地及河床冲积层（Q4）发生数量最少。4)，土层厚度以10m以内数量最多。 5)，在洪积、冲积、坡残积等都可能发生。桂林市西区及临桂一带塌陷与覆盖层性质关系 易遭潜蚀和液化的粉质土、粘土均有利于塌陷坑的形成。 岩 性塌陷个数 （个）面积 （km2）塌陷密度 （个/km2）粉质土1288.7814.57含砾粉质粘土181.4612.

6、3粘 土冲洪积373.4710.67坡残积12814.428.88残 积61.354.44砂砾石20.682.95覆盖层的结构与塌陷也有一定的关系， 以混杂结构及一元结构抗塌性较弱。 覆盖层结 构塌陷数 量 （个）占比例 (%)分布面 积 （km2 ）塌陷密度（ 个/km2）一元粘性土18858.918.0610.41二元粘砂砾268.22.998.69多元粉质砂砾 粘土154.72.057.33混杂粉质粘质 砾砂石9028.26.2514.43岩溶塌陷现状分析既有铁路岩溶地面塌陷多集中在岩溶发育的东安 、永岁、兴安、灵川二塘地区，均属岩溶发育中等强烈的地段，其中以灵川二塘区段最为严重，为厚层

7、巨厚层状纯灰岩分布的岩溶强烈发育区 ，地貌分区属典型的全岩溶区。1)、岩溶塌陷现状地面塌陷多发生于强抽水期。基坑施工排水发生塌陷 。塌陷区覆盖层厚度610m。全岩溶地层 。岩溶塌陷点的成因类型 地区统计 塌 陷总数自然 因素人为因素抽水列车震动其它荷载渠道渗漏桂林市区64203347-临桂县4624115-5灵川县17143-湘桂线路基岩溶塌陷评价因子组合 与评分 主要因数组合因素因素水平因素水平评分备注岩 溶 发 育 程 度 F140岩石可 溶性10灰岩岩组10灰岩白云岩岩组8白云岩岩组5泥质灰岩岩组3钻孔见洞率 或剖剖面 岩溶率20钻孔见洞率40%20钻孔见洞率率n=400%20n/40%

8、剖面岩溶率15%20剖面岩溶率n=150%20n/15%地貌单元10孤峰峰林平原10峰丛谷地8丘陵谷地5缓丘谷地4缓丘平原3续上表覆 盖 层 特 征 F230厚度2015m20h=530m0.8（30-h ） 成因5冲洪积5坡残积3其他2 结构2单一结构2多元结构1 固结3松散3粘结2固结1根据岩溶地面塌陷发生程度，将岩溶地面塌陷分级如下：根据F综合评分值，将岩溶地面塌陷分级为 F70， 不易塌陷区；F =7189，易塌陷区；F 90，极易塌陷区。4 路基岩溶水治理 路基岩溶水治理的基本原则是宜疏不宜堵。也就是说路基的修筑要保证流 经该区域岩溶水的畅通；同样，这种思想应该贯穿于各种路基岩溶病害

9、治 理的方法之中。 湖南常德至张家界高速公路十八标段K139+410K139+5605 路基岩溶塌陷治理 路基岩溶塌陷从其发生的原因来看，可以分成两中情况：(1)路基中空隙岩土体(土洞、溶洞)的破坏所造成的；(2)岩溶水长期运动过程中物质运移所造成的。治理方案（1）单个不稳定岩溶形态整治：对不稳定溶洞，埋深较浅，便于 揭盖则采取揭盖回填水泥砂浆的办法进行加固处理；埋深较深，则 采取钻孔注浆充填不稳定溶洞的办法加固处理。 （2）岩溶形态分区整治：在易发生岩溶地面塌陷区内对在岩溶水动力条 件发生人为改变时，具备土粒运移条件和形成土洞的条件区域的岩溶形态 。分区采取钻孔充填注浆，充填注浆影响区域内岩

10、溶形态的办法加固处 理。 （3）岩溶地面塌陷诱发条件整治：在极易发生岩溶地面塌陷区：岩溶强 烈发育，浅埋型岩溶区，岩溶形态的连通性好，岩溶水流动的动力条件好 ，岩溶水位在基岩面波动，具备土粒运移条件和形成土洞的条件。针对岩溶地面塌陷诱发条件分区采取钻孔充填注浆充填土石界面附近 岩溶形态、钻孔渗透注浆封堵开口岩溶形态和固结土石界面附近土体的办 法加固处理。 整治宽度整治宽度为新建铁路路堤坡脚外2m，路堑侧沟平台，坡脚（堑顶）外 有岩溶形态危及边坡稳定时，适当加大整治范围。整治深度1、单个不稳定岩溶形态处治深度1）浅层及开口型溶洞采取揭盖回填M7.5浆砌片石或封闭措施。2）裸露型岩溶地面以下25m

11、深度内存在不稳定溶洞的地段，有针对性 的采取跨越、揭盖回填、钻孔充填措施。当采取钻孔充填时，钻孔深度应 至溶洞底板以下2m，一般最大处理至路基面以下10m；对存在多层溶洞 的，应查明溶洞发育情况，计算分析安全的加固深度。3）易塌陷及极易塌陷区存在较大空溶洞、土洞时，应按单个易塌岩溶形 态处治思路进行揭盖回填或钻孔充填处理，填充料为砂、碎石（揭盖回填 为片石）。2、充填注浆、渗透注浆加固深度1）表层土厚度小于30m地段，以钻孔注浆充填基岩面下5m的岩溶形态， 渗透注浆封闭土石界面的开口岩溶形态和固结土石界面附近土体，形成水 平向隔水帷幕；在加固深度范围有溶洞时，则钻孔注浆至溶洞底板以下 2m。2

12、）覆盖层厚度大于30m时，一般情况下处理深度控制为30m，如在钻孔 过程中发现覆盖层中土洞较多，则继续钻进打穿覆盖层至土石界面。 注浆孔布置1）对确定需要整治的单个不稳定岩溶形态，在不稳定岩溶形态的位置钻 孔充填骨料和充填注浆，据岩溶形态分布范围布置施工钻孔，布孔方式以 达到充填目的整治依据，孔间距7-10m。2）分区采取钻孔充填注浆充填区域内岩溶形态，在易发生岩溶地面塌 陷区的岩溶形态区，采取分序钻孔充填注浆，采用两序布置钻孔，序以 7.0m正方形布置注浆孔，序在序孔间布孔，形成5.0m正方形布置注 浆孔。3）分区采取钻孔充填注浆充填土石界面附近岩溶形态、钻孔渗透注浆 封堵开口岩溶形态和固结

13、土石界面附近土体，在极易发生岩溶地面塌陷区 ，采取分序钻孔充填和渗透注浆，采用三序布置钻孔，序孔在、序 孔间以3.5m正方形布置注浆孔，、形成3.5m正方形布置注浆孔 。注浆孔间距一般采用3.5m。主要设计参数1）注浆孔间距一般采用3.5-10m。2）水泥采用P.O.32.5水泥，水灰比一般为0.6:11:1。3）压浆量 按所需充填岩溶孔隙的体积或压密封闭的覆盖土层的孔隙体积进 行控制，注浆量计算参数为：充填半径、裂隙率、损耗系数。 4）为使浆液在地下能水平扩散，在砂土中，灌浆压力宜选用0.20.5MPa ；粘性土中，灌浆压力宜选用0.20.3MPa。充填地下洞穴和空洞可采用 自流灌浆。5）灌

14、浆终注条件：在灌浆压力表不小于0.20.5Mpa时，10分钟持续灌浆 量小于15L/min。 6）防止浆液不扩散过远过深的措施充填粗骨料。主要灌砂，堵塞岩缝，缩小过水断面，增加浆液流动阻 力如遇较大溶洞，可灌入25mm粒径的小砾石。水砂比以20:1至30:1为好 。注浓浆或加粉煤灰。添加速凝剂。降低注浆压力（孔口压力在0.2MPa以下）间歇定量压浆。一般间歇时间为46小时，一次的水泥浆用量以23m3 为宜。6 岩溶路基不均匀沉降治理 7整治效果检测一般质量检验时间应在灌浆结束28d后进行。针对以充填地下洞穴和空洞为目的灌浆施工，施工完成后，应 重新检测地下洞穴和空洞的情况。针对以阻断地下水的活

15、动为目的灌浆施工，施工完成后，应重 新检测地层渗透和固结的情况。 检测方法灌浆 处理对象检测方法及适用条件检测内容检测目的采空区钻孔法 波速测井法 电磁波CT 补注浆岩芯观察 孔内弹性横波 空间采空洞充填是否有充填 结实体 结石体强度 检测充填率岩溶钻孔法 瞬态面波法（覆盖层小于25m） 电测深法（处理前后同时采用 ，两者进行对比） 压水实验 电磁波CT空洞充填 地层渗透率是否有充填 结石体 检测充填率天然土洞 及 人防工程地质雷达（空洞埋深小于10m） 钻孔法 补注浆空洞充填 岩芯观察是否有充填 结石体 检测结实 率软弱渗 透地基瞬态面波法（埋深小于25m） 钻孔法 压水实验弹性横波 地层渗

16、透率地层强度及 变形模量是否提 高 地层渗透率 是否下降检测工作量在施工过程中，加强自检工作，视工程的重要性和岩溶形态，在灌 浆孔间布置510%质量自检孔，且每个灌浆段落不得少于2孔。施工结束后，选10%的整治段落长，采用综合勘探方法，对施工地 段质量进行全面检查。质量标准分区初步检查时，可以用是否满足下列条件之一，来初步判断灌浆施工质量是否符合要求、能否转入下一区域的灌浆施工：（a）检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙，水泥结石体单轴抗压强度0.3MPa，横波波速160m/s。（b）压水试验测定的渗透系数小于灌浆施工前的1/10。（c）检查孔的单位吃浆量不超过周围4孔单位平均吃浆量的15。（d）面波检测速度参照d铁路特殊路基设计规范（TB100352002）中12.1.5条。（e）采用电测深法进行注浆前后物探异常对比测试 。第三方检测时，采用电测深、瞬态面波法及电磁波CT等综合