总第２４５期 ２０１１年第２期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉ交ｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ通科技 ｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２４５ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０ｌｌ 大型岩溶路基勘察与稳定性评价 黄坤全 张 琳 （贵州省高速公路开发总公司 贵阳 ５５０００１） 摘 要 运用钻探、物探等综合勘察的方法查明镇胜高速公路Ｋ７１＋４６Ｏ～Ｋ７ｌ－｝－５５０岩溶路基的 下伏大型溶洞的规模、发育特征，应用ＦＬＡＣ２Ｄ数值分析，对敞口的溶洞顶板进行了稳定性分析评 价。并通过深层位移监测，证明桥台基础在施工及运营期内是稳定的。 关键词 大型溶洞 位移监测 综合勘查 稳定性评价 数值分析 随着山区高速公路的稳步快速发展，岩溶作 隙Ｌ 、Ｌｚ、Ｌ ，裂隙面平直光滑，与地表贯通性好， 为复杂并且可能形成极大危害的不良地质现象， 溶洞内见延伸大于４０ ｍ，起控制性作用；其二，走 越来越受到业内人士的关注。岩溶所引起的各种 向２３０￣２４０。，倾向北西，倾角７５～８２。，现场地质 地基变形破坏，将严重影响路基的稳定性 而目 调查见大型裂隙Ｌ ，溶洞内见裂隙面平直光滑， 前对于岩溶的勘察，仅限于常规地质测绘、钻探、 与地表贯通性好，溶洞内见延伸大于５０ ｍ，起控 物探等，因此，根据对路基的综合勘察，查明岩溶的 制性作用；节理密度２～５条／ｍ。 分布、形态及发育规律，正确评价岩溶路基的稳定 性，提出安全、经济、可行的处理措施，具有重要的 ２溶洞发育的规律及特征 工程价值和现实意义［】］。本文结合镇（雄）一胜（境 ２．１溶洞发育规律 关）高速公路Ｋ７１＋４６０～Ｋ７１＋５５０段工程实例， 该勘察路段为可溶性岩，岩性为灰岩、含角砾 对高速公路岩溶路基的稳定性评价进行了分析。 灰岩、角砾岩，岩溶作用强烈，岩溶发育，为隐蔽 １ 工程概况 型，岩溶发育规模大。路基开挖前地表无明显特 征，路基开挖至标高ｌ ０８３．Ｏ０ ｍ附近揭露该溶 该路段位于沪瑞国道主干线（贵州境）镇宁至 洞，路槽地面标高在１ ０７９．５Ｏ～ｌ ０８３．２０ ｍ，路基 胜境关公路第十六合同段ＫＴ１＋４６０～Ｋ７１＋５５０ 设计标高在ｌ ０８０．４５～１ ０８３．Ｏ０ ｉｎ；通过钻探、溶 段，长９０ ｍ，为挖方路段，路轴线最大挖方约ｌ５ 洞内、外测量得：溶洞洞口为２５ ｍＸ ２３ ｍ，洞口标 ｒｎ，路面宽２４．５ ｍ。施工时路基开挖至标高 高在１ Ｏ８１．１３～１ ０８２．８８ １＂Ｉ１；溶洞沿中轴线方向 １ ０８３．０ ｍ附近揭露特大型溶洞，改溶洞为隐蔽 长８５ ｍ，横向最大宽６３ ｎ３．，溶洞高大于７３ ｍ，溶 型溶洞。场区受构造、溶蚀作用强烈，形成陡峻孤 洞上小下大，为敞口型溶洞。底部为路基开挖碎 峰、岩溶洼地。地表调查溶沟、溶槽发育，一般深 块石杂乱堆填，四周低，中间高，中心处填方高度 ０．５Ｏ～２．０ Ｉｌｌ，多充填粘土；场区地层主要为上覆 达４０ ＩＴＩ。溶洞形态见图１。 第四系残坡积层（Ｑ ｈ ），下伏基岩为二叠系上统 通过地表、洞内调查，该溶洞发育受Ｌ 、Ｌｚ、 龙潭组（Ｐ １）煤系地层、二叠系上统峨眉山玄武岩 Ｌ。、Ｌ 及层面控制，洞内裂隙面平直、光滑，肉眼 （Ｐ ８）及二叠系下统茅口组灰岩（Ｐ ｍ）。其中峨 观察为沿裂隙向下延伸（洞底已为块石堆填），经 眉山玄武岩风化强烈，全、强风化层较厚。茅口组 调查，该溶洞底板在１ ００７ ｍ以上。在胜境关岸， 灰岩岩溶极发育，溶洞呈串珠状，发育深度范围距 溶洞顶板控制性裂隙较发育，沿节理裂隙局部发 地表２５～ｌ２５ ｍ，规模较大。受构造影响，勘察段 育小溶洞或粘土充填的裂隙，尤其裂隙Ｌ 、Ｌｚ、Ｌ 主要发育以下两组节理：其一，走向２９０～３４０。， 对溶洞顶板整体性破坏强烈，该组节理贯穿整个 倾向南西，倾角５Ｏ～８Ｏ。，现场地质调查见大型裂 路基，为张性，内充填粘土，向路基右侧、地下深处 收敛，渐成闭合状；胜境关岸岩体整体性受到一定 收稿日期：２Ｏ１０－１２－１７ 影响 。 ２０１１年第２期 黄坤全 张 琳：大型岩溶路基勘察与稳定性评价 图ｌ溶＝ｉ『司彤态 ２．２溶洞发育情况 为了准确查明现溶洞底下的岩溶发育情况， 采用地震ＣＴ、钻孔电磁波单孔反射法等先进物 探方法。根据地震ＣＴ成果，ＺＫ２１～ＺＫ２２剖面 未发现大规模溶洞发育；ＺＫ２１～ＺＫ２３剖面中部 为堆积体，厚度在２Ｏ ＩＴＩ左右，底下岩土较完整； ＺＫ２１～ＺＫ２４音０面在ＺＫ２４孔深７５ ｍ向ＺＫ２１ 孔近水平方向延伸２５ ｍ左右为溶洞及溶蚀裂隙 发育，剖面内其余岩体完整；ＺＫ２２～ＺＫ２３剖面未 发现大规模溶洞发育；ＺＫ２２－－ＺＫ２４剖面在ＺＫ２４ 孔深７５ ＩＴＩ向ＺＫ２２孔近水平方向延伸７．５ ｒｎ左 右为溶洞及溶蚀裂隙发育，中部为堆积体，厚度在 ２Ｏ ｍ左右，底下岩上较完整；ＺＫ２３～ＺＫ２４剖面 在ＺＫ２４孔深７５ １ＴＩ向ＺＫ２３孔近水平方向延伸 ７．５ １３９左右为溶洞及溶蚀裂隙发育，剖面内其余 岩体完整。溶洞发育情况见图２。 图２ ＺＫ２２～ＺＫ２４弹性波ＣＴ测试综合解释成果图 ３溶洞的稳定性评价 ３．１洞口顶板稳定性分析 为利用揭示溶洞洞顶岩体，根据《公路路基设 计规范》（ＪＴＧ Ｄ３０—２００４）中的相关要求，在施工 阶段，对Ｋ７１＋４６Ｏ～Ｋ７１＋５５０中轴线剖面，采用 结构力学和数值分析手段对敞口的溶洞顶板进行 了稳定性分析。选横向每延米混凝土板为计算单 元：几何尺寸为１．５ ｍ×１ ｍ，物理参数：Ｃ２５混凝 土的弹性模量Ｅ一２８ ＧＰａ，施工处理措施建议回 填溶洞，路面用１．５ ｍ钢筋混凝土大板通过，计 算荷载为公路Ｉ级荷载。采用的数值分析计算方 法是显示有限差分法ＦＬＡＣ２Ｄ，采用的本构模型 是摩尔库伦模型，计算参数见表ｌ。 表１材料基本力学参数 将模型简化成简支梁计算，计算位移矢量图 如图３所示。 图３计算位移矢量图 其中最大位移矢量５．１２ ｍｍ。最大位移位 于混凝土大板跨越溶洞顶部，与内力计算结果基 本一致。计算应力矢量图见图４。 ｌ＿ ｌｌ ∥、 ，。 黪一ｔ ， Ｉｌｌ １｝ 。 ０ ｌ＿ ０ １Ｉ．一－＿誓．ｌ ｌ１ ＿０ 。 Ｊ一 图４ 计算应力矢量图 最大应力为７．２０４ ＭＰａ，最小主应力为１２．５，５ ＭＰａ。 根据计算得出，结构位移满足要求，岩土体结 构应力在弹性范围内，溶洞洞ＶＩ岩体稳定性好。 ３．２位移监测 为查明溶洞对平寨特大桥胜境关岸桥台基础 的影响，于２００７年７月ｔ０ Ｅｔ至２００９年８月３０ 黄坤全 张 琳：大型岩溶路基勘察与稳定性评价 ２０１１年第２期 日，使用垂直双向数字式测斜仪在Ｋ７１＋４５９左 １３．２５ ｍ设置深层位移监测孔１，深度３７．０ ｍ，在 Ｋ７ｌ＋４５９右１３．２５ ｍ设置深层位移监测孔２，深 度３５．５ ｍ。首先按二等测量精度设置了监测基 准网，控制点设在溶洞影响范围外的稳定基岩上。 产生大的变形，说明桥台基础在施工及运营期内 是稳定的。 ４结语 该岩溶路基溶洞为贵州公路建设史上路基工 程首次遇到的特大型岩溶问题，溶洞内为大量路 基开挖弃块石杂乱堆积，厚度大。钻探在此条件 通过Ａ。、Ｂ。方向合成位移图见图５、图６。 下施工难道极大。在勘察过程中除采用常规钻 探、地质调绘外，还使用了地震ＣＴ法、钻孑Ｌ电磁 波单孔反射法、深层位移测量、取样试验等多种手 段进行，并设置深层位移监测点，对溶洞精密监 测。勘察范围内共存在４条大型裂隙，由地表延 伸至溶洞内，起控制性作用。溶洞底板以下无大 规模岩溶发育。 图５ ＪＣＫＩ合成累计位移曲线 根据综合勘探及计算分析结果，建议处理方 式为对溶洞进行回填分层夯实并架梁，不仅可解 决此岩溶路基挖方的弃块石堆积问题，无需另辟 弃土场，而且施工简单、方便，保护环境，工期短， 费用低。 参考文献 ［１］李毅军．常张高速公路岩溶路基稳定性评价及其处 图６ ＪＣＫ２合成累汁位移曲线 理方法［Ｊ］．湖南交通科技，２００５，３１（４）：１３—１５． 根据监测统计，在监测期间，１号孔处桥台基 ［２］贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司．镇 宁至胜境关高速公路第十六合同段Ｋ７ｌ＋４６０一 Ｋ７ｌ＋５５０岩溶路基施工图设计阶段工程地质勘察 报告［Ｄ］．贵阳：贵州省交通规划勘察设计研究院股 份有限公司．２００７． 础孔口处累计产生的合成位移仅为１２．８２ ｍｍ， 月平均位移为０．５ ｍｍ／月；２号孔处桥台基础 孔口处累计产生的合成位移仅为７．４５ ｍｍ，月 平均位移为０．３ｍｍ／月，２孔处桥台基础没有 Ｌａｒｇｅ ｔｈｅ Ｋａｒｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｈｕａｎｇ Ｋｕｎｑｕａｎ，Ｚｈａｎｇ Ｌｉｎ （Ｏｕｉｚｈｏｕ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｗｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉａｎ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５ ５０００ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｅｕｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａ— ｔｉｏｎ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｈｉｇｈｗａＹ ｋ７ １＋４６０～ｋ７ １＋５５０ ｋａｒｓｔ ｓｔｅａｍｒｏｌｌｅｒ ｌｅｖｅｌｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｋａｒｓｔ ｄｏｗｎ ａｎｄ ｇｒｏｗｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗｉｔｈ ａ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ＦＬＡ２Ｄ ｔｏ ｋａｒｓｔ ｏｆ ｔｏｐ ａ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ．ａｎｄ ｄｅｅｐ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｂｕｔｍｅｎｌ ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｋａｒｓｔ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｕｒｖｅｙ；ｓｔａｂｉｌｉｔ ｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ｕ— ｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ