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岩溶区域填方路基的突涌病害及其处治措施研究

更新时间:2009-03-28

1 前 言

岩溶区域是水对可溶性岩石长期化学腐蚀的结果,这使得岩溶地貌成为不良地质区域。很多岩溶地貌的分布是在地下隐蔽环境的,如果不做深入勘测难以发现,同时,在岩溶区域建设基础设施,如果对岩溶病害处理不当,会对后期使用安全和运营稳定产生显著的风险。例如,突水涌泥及涌水等问题就是岩溶区域较为常见的病害,只有找到突涌的病害成因,从岩溶地貌源头采用处治措施,才能保障后续的运营安全。

本文依托贵州境思南至遵义段第SZTJS-1合同段填方路基在施工完成后出现的突涌病害,该区域存在显著的岩溶地貌。首先,通过对工程特点及地质条件的分析,找出产生突涌的各种原因,并明确病害的源头。其次,提出应对突涌病害的设计原则,以及总体治理思路,建立技术解决方案治理岩溶突涌问题。最后,归纳岩溶处治过程中的施工技术与注意事项,确保处治合理,保障路基后续运营稳定。

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2 依托工程概述

贵州境思南至遵义段第SZTJS-1合同段采用填方路基方式形成路面结构,在路基施工完成以后,K148+429~K148+485段路基右侧、服务区匝道DK0+170~DK0+200右侧填方边坡坡脚出现大量涌水情况。该路段路基设计均为高填填石路基,原地面为耕地,段落内有三处落水洞(K148+340左侧36.5 m、K148+396左侧32 m、K148+453右侧13.87 m)。2011年为降雨量较小,填筑前对落水洞进行了填充片石处理,整个施工过程中,未发现附近有明显的涌水口。

2012年7月12日以来,思南县遭受强降雨灾害天气袭击,最大降雨量171.5 mm。服务区匝道DK0+170~DK0+200段路基原设计为高填填石路堤,路基左、右侧两侧填高均超过20 m。路基涌水口位于路基右侧坡脚,将路基边坡冲出一个半径1.5 m左右的大窟窿,涌水量很大且水质清澈。K148+429~K148+485段路基右侧涌水地段长20多m,涌水口有10多处,从坡脚浆砌挡墙缝隙中涌出,涌水量很大且水质清澈。

3 突涌病害的成因分析

对突涌病害的产生原因分剖析,需要从地质条件的角度进行深入勘测分析。

首先,思南互通区段地貌为峰丛洼地地貌单元,地形高差起伏相对较大,山体植被较发育,洼地内多为农田耕地,该区段基岩大部分裸露,地层岩性为三叠系下统灰岩,节理裂隙较发育,地下水类型为碳酸盐岩岩溶水,水量中等,不良地质以岩溶为主。从这些总体的地质情况来看,由于地下水适中,因此突涌的产生与岩溶有很大的联系。

总之,填方路基的突涌病害与该区域岩溶发达紧密相关,虽然施工过程中对三处勘测岩溶进行了施工处置,但是由于本区域内三叠系下统灰岩为可溶性岩层,长期雨水作用下容易再发展新的岩溶地貌,对路基整体稳定产生显著影响。因此,需要对路基下的突涌岩溶区域进行处治,将雨水进行合理的排泄,才能避免突涌对路基稳定性和承载性能的影响。

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再则,从岩溶水的补给、径流、排泄来看,主要受岩溶发育程度与岩溶管道类型的控制,大气降雨为主要补给途径。降水大部分通过岩溶漏斗、落水洞、裂隙等垂直发育或倾斜的岩溶通道,集中汇入地下水平管道,少部分沿构造和溶蚀裂隙下渗。具体入渗方式视地质条件不同有所差异,其一是通过裂隙、溶隙面状直接入渗补给,其二是经洼地汇集后,通过落水洞等集中点状补给,补给迅速;然后通过水平通道进入径流带,在侵蚀基准面附近以暗河及岩溶大泉的形式出露地表。根据发生岩溶现象前几日的强降雨天气,可以推算突涌的发生与岩溶关系密切。

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最后,根据现场勘查发现2012年7月23日两处路基涌水已经停止,由此推断这2处路基底部都存在间歇性溶岩泉口,数量不详。当降雨量过大时,落水洞将向外涌水,冲刷高填路基的底部路床,这对路基整体稳定性造成严重的安全隐患。

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4 突涌病害的处置措施

4.1 设计处治原则

(1) 保证路基范围内不产生积水,避免积水浸泡路基,降低路基填料的物理指标,造成不均匀沉降、塌陷、路基失稳等不良次生危害;

(1) 开挖路基前应仔细查明涌水口的位置,确定每个涌水口的最大涌水量,为集水井和涵洞的设计尺寸确定提供基础。考虑到本段内岩溶较发育,根据开挖后的情况,确定是否需要进行进一步的补充勘察,详细地查明路基范围内落水洞、漏斗、涌水口等情况,提供准确的参数,这样才能开挖出最适宜的路基部分进行处治;

(3) 尽量避免改变既有排水通道,减少工程量的同时能够保证安全。

其次,三叠系下统灰岩为可溶性岩层,在流水的长期溶解和剥蚀作用下,易产生岩溶现象。岩溶对路基的危害是:反复泉与间歇泉浸泡路基基底,引起路基沉陷、坍塌或冒浆、突然性的地下涌水冲毁路基等,岩溶水流出地面即成岩溶泉,这就是本区域所显现的岩溶现象。

4.2 突涌治理思路

根据本项目突涌区域内的降雨强度、汇水面积、出水口位置、涌水量等影响因素,设计初拟碎石盲沟和结构物疏导方案进行处治。涌水口流量按涌水口直径和流速进行估算确定。

对于K148+429~K148+485段,其出水口数量很多,但是每个出水口的水流量相对较少,治理思路为:将路基开挖完全,划出出水口的外围边界,在外围边界外侧1 m采用1.5 m厚碎石盲沟,对涌水量较大的出水口设置涵洞引出。

对于服务区匝道DK0+170~DK0+200段,其出水口的数量较少,但是涌水量很大,可能存在很大的溶岩泉口,治理思路为:将路基开挖完全,找到突涌出水点的具体位置,设置集水井和涵洞的方式进行疏导排水,如图1。

  

图1 集水井+涵洞的排水疏导方式

在此基础上给予统治者思维和行为上的引导,也就是“处下” “居后”,以此来达到规避或消解危机的理想状态。 例如:

4.3 施工处置技术要点

(2) 对于路基基底的涌水点宜设置结构物、集水明沟或碎石盲沟方式,将水排出路基,保持排水畅通,避免水流滞停影响路基性能;

(2) 以DK0+150、DK0+215和K148+409、K158+500为开挖边界,进行1∶1放坡,其余区域开挖到原来的地面标高处,以清晰掌握突涌病害的产生位置。根据突涌冲刷的痕迹,确定周边内的出水口位置,从而对出水口及周边区域采用相关处治措施;

(3) 开挖后路基填料就近临时弃放,确保弃放场地的稳定性,应该避免降雨过后弃放场地的次生灾害问题,同时使得突涌病害处理完成后还能利用这些填料进行路基施工;

(4) 岩溶段路基施工时,需认真查阅地质资料和设计处治范围,在施工过程中及时核对落水洞、涌水口的位置,并且采取合适的处理措施,切实防止施工堵塞出水口及土体在地下水作用下产生迁移;

(5) 控制碎石盲沟、涵洞的进出口标高,将涌水引导到路基范围以外的水位较低路段,这样可以最大程度避免突涌水对路基稳定的影响,保证排水的通畅;

(6) 再次填筑时,涵洞台背与路基交界处均作为路基特别压实区,过渡段底面沿路线纵向范围内采用碎砾石或片碎石等透水性材料填筑,采用分层压实方法,确保压实度应不小于96%。

5 结 论

岩溶地貌是不良地质区域,其分布具有显著的隐蔽性,在雨水长期作用下会继续发生和发展。因此岩溶区域修建基础设施,必须对岩溶病害进行定量掌控。本文依托贵州境思南至遵义段第SZTJS-1合同段填方路基在施工完成后出现的突涌病害,对工程地质特点进行了详细的分析,明确了突涌病害与该区域内岩溶地貌的紧密相关性,根据突涌问题提出设计处置原则和治理方法,采用集水井+涵洞的方式进行处理,明确了施工技术与注意事项,取得了很好的处置效果。目前该路基运营稳定,处置后未发现突涌病害问题,取得了较好的效果。

参考文献

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安航,李其良
《黑龙江交通科技》 2018年第04期
《黑龙江交通科技》2018年第04期文献

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