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摘要：路基溶洞穩定性的评价对道路路基工程具有十分重要的意义，本文首先介绍了国内外普遍使用的几种路基溶洞稳定性评价方法，然后着重阐述了我国比较常见的几种路基溶洞处理方法。
关键词：路基溶洞；稳定性；评价；治理
我国地域辽阔，岩溶分布广泛，具有多种发育类型，在碳酸盐分布地区存在着许多形状各异、大小不等的溶洞，在公路建设当中，含有溶洞的路基在交通荷载以及附加荷载的作用下，极有可能导致溶洞坍塌，引起道路路基或公路附属构筑物的开裂、下沉或塌陷。在岩溶地区进行公路铺筑一直是公路建设方面面临的一个重大难题，在外荷载特别是车辆荷载的作用下，溶洞往往会因失稳而产生坍塌，发生坍塌的时间和空间很难预测，因此路基溶洞稳定性的评价成为公路工程建设中至关重要的一个问题。
1稳定性评价
随着实际工程经验的不断积累和科研人员的研究不断深入，路基溶洞稳定性的评价方法及体系已日益成熟。传统的路基溶洞稳定性评价方法就是从溶洞的性质和应力的分布着手，研究溶洞的破坏机理、塌陷的空间分带性，观测地表的移动和变形量，计算后期的位移预测，评价路基溶洞的稳定性。目前较常用的方法有定性分析法和半定量分析法。随着近年来计算机的发展，数值模拟计算方法也有了长足的发展，成为岩石力学研究和工程计算的重要方法，对路基溶洞的研究也取得了较多的研究成果。现在的数值模拟方法主要有有限单元法、有限差分法、离散法、边界元法、半解析解法、以及以上方法的耦合。绝大多数数值模拟计算法均可用于评价路基溶洞的稳定性。
1.1定性评价法
定性评价法多用于初期勘探阶段选择场地和一般的地基稳定性分析评价。定性评价法可以根据岩溶洞及围岩的边界条件，对溶洞稳定性的影响因素进行综合分析从而做出初步评价，这些影响因素主要包括岩性及岩层厚度、岩体产状、裂隙状况、顶板情况、洞穴形态与埋藏条件、充填情况和地下水等。但是路基溶洞稳定性的评价是一项全面、复杂的系统工作，稳定性的各个影响因素之间具有一定的关联性，各个影响因素影响程度的描述也只是定性描述，难以使用确定性的方法评价出公路路基岩溶顶板的稳定性。因此可以综合考虑各个影响因素及因素之间的关联性，引进适合实际工程特点的非确定性分析方法，作为研究路基溶洞稳定性的评价方法。
1.2半定量评价法
目前道路工程溶洞稳定性评价工作中使用较多的还是定性分析半定量评价方法，半定量评价法就是采用半定量的近似的结构力学分析理论以及散体理论分析法、试验测试法等，来评价道路路基溶洞的稳定性。通常是同时采用以上几种方法进行计算，其中任意一种方法计算所出的溶洞顶板的安全厚度小于实际的溶洞顶板厚度时，则认为该溶洞顶板稳定，反之则不稳定。
1.2.1按梁板抗弯估算安全厚度
若厚跨比h/L<0.5，弯矩为主要控制条件，按抗弯验算：
式中：[σ]是允许抗弯强度，M为弯矩，L为溶洞跨度，h为安全厚度
1.2.2利用剪切概念估算顶板安全厚度
按梁板抗剪估算安全厚度，通过抗剪验算：
式中：Q为剪力，τ为溶洞计算强度，h为安全厚度
1.3数值模拟计算方法
FLAC是评价路基溶洞稳定性最常用的一种数值模拟计算方法，FLAC是Fast Lagrangian Analysis of Continua（快速拉格朗日差分分析)的简写，是一种用于工程力学计算的显式有限差分程序，近十几年在国外逐渐兴起并迅速发展起来。FLAC法能够很好的模拟岩石、土以及其他材料的塑性流动、挠曲、大变形等力学行为，适用于介质连续，具有多种材料模式及边界条件的非规则区域的求解问题。与有限元法相比，FLAC法在处理大变形和非线性几何问题方面具有显著的优势，FLAC 数值法能够很好地确定出塑性区的范围及其位置, 是评价岩溶稳定性比较好的方法。
图1 数值计算概化模型
2岩溶路基整治措施
2.1填垫法
填垫法主要适用于上部附加荷载不大的裸露岩溶土洞，按其施工工艺可大致分为充填法、挖填法、换填法、垫褥法四类。在实际工程当中，底部多采用块石、片石作填料，中部一般使用碎石，上层则用混凝土填塞，形成自然的反滤层，保持地下水能够原始流通。
挖填法就是将浅埋的溶洞挖开或爆破揭顶以块石、片石、砂等填入，然后覆盖粘性土并夯实。对埋深很浅甚至裸露于地表的溶洞一般选择使用挖填法就行处理，可先采用爆破或其它方法把溶洞顶板揭开并扩大，然后再对开挖的溶洞进行回填，施工中要逐层回填、逐层压实。回填材料一般包括碎石、片石、C15混凝土、碎石土及粘土，具体材料根据施工现场情况选用，但必须保证回填材料具有良好的级配。如果溶洞内有含有填充性不好的填充物应清除填充物后再使用合适的回填材料进行回填。
对于已被充填的溶洞，如果充填物物理力学性质不好则可采用换填法进行处理，首先将溶洞中的充填物清除，然后再全部用块石、片石、砂、混凝土等材料进行换填。
岩溶洞、沟、槽、隙、石芽等岩溶突出物有可能引起地基沉降不均匀，应将突出物凿去后再做30cm至50cm厚的砂土垫褥，这种处理方法称为垫褥法。
2.2加固法
加固法通常包括强夯法、灌浆法、挤密法、顶柱法和浆砌法。在覆盖形岩溶区，处理大面积溶洞和塌陷时，强夯法是一种快速经济、省工省料而且能够治理大面积岩溶地基稳定性的有效方法。对于埋深3～5m 的密集中小型溶洞，一般夯实1至8次，各夯实点之间间距为3m。在夯击过程中，如果夯锤突然下陷说明岩土下层有隐伏土洞，必须进行填充处理。如果没有地下水对溶洞处理产生影响，则各次夯击间歇时间可不受限制。
对于埋深较大的溶洞通常采用注浆法治理。一般首先使用钻机钻孔，钻至设计深度后选择合适的注浆方法将浆液注入钻孔，以充填溶洞。也可挤密、胶结洞内的充填物以提高路基的强度。如果所处理路基内的溶洞规模较小，且溶洞内没有填充物时，可将注浆充填整个溶洞，若洞内含有松散堆积物时，则应注浆胶结或挤密堆积物。如果处理路段路基下方溶洞规模较大，若注浆充填溶洞则工程量过大，此时可根据溶洞的规模、形态、厚度以及顶板地层情况等因素，按照合理的布置方式和钻孔间距钻取注浆孔，注浆后能够形成具有一定强度的支柱来支撑溶洞顶板，改善溶洞顶板的受力情况，同时对洞内的充填物也具有一定的挤密压实作用。
2.3跨越法
跨越法包括板跨法、梁跨法以及拱跨法等。对于深度较大、洞径较小不方便进入洞内进行施工或者洞径虽大但存在积水影响施工的溶洞，可根据实际工程和基底受力情况采用混凝土板或钢筋混凝土板封顶，这种方法就是板跨法。
对于埋深较大但却仍位于地基持力层内的规模较小的溶洞或塌陷，可选用钢筋混凝土梁或弹性地基梁跨越溶洞或塌陷体，这种处理路基溶洞的方法称为梁跨法。
对于道路工程的边墙、堤式坡脚挡墙、堑式挡墙及道路桥梁的桥墩、桥台等地基下的深度较大、洞身较宽、洞形复杂或有水流通过的岩溶路基，通常采用拱跨形式。
2.4桩基法
当溶洞或塌陷漏斗较深较大或溶洞多层发育时一般采用桩基础进行处理。在基岩起伏较多的地段，路基溶洞上覆土层厚度较大、强度较小、且不易清除，应采用冲孔灌注桩、钻孔灌注桩或爆扩桩进行处理。工程使用打入桩时，桩尖应锚入基岩，使用人工挖孔桩时，开挖过程中应设置护壁。此外还要根据工程需要，制作支承桩或摩擦桩。
2.5岩溶水治理
如果溶洞内的水流影响到路基，则必须对岩溶水进行处理。若溶洞有明显的出水口，则应使用疏导的方法，用涵洞、涵管、泄水洞、明沟等将水引排至路基范围以外，若岩溶水没有明显的出水口，则应根据水量大小、溶洞埋深以及道路路基实际情况，选用支撑渗沟或排水平孔、截水渗沟、止水帷幕等方法进行治理。使用该方法治理后的岩溶路基必须进行稳定性评价，并对路基的变形进行观测。
3结语
对于道路工程中遇到的路基溶洞问题应选用多种分析方法对路基溶洞稳定性进行分析，综合运用多种处理方法因地制宜、扬长避短，取得最佳的技术和经济效果。
参考文献：
[1] 孟庆山, 陈勇, 汪稔. 岩溶洞穴工程地质条件与顶板稳定性评价[B].土工基础, 2004, 18(05).
[2] 周建普, 李献民, 张可能. 岩溶地基处理方法[A]. 矿冶工程, 2002, 22(01).
[3] 李小江. 浅谈公路覆盖型岩溶路基处治设计[J]. 中国科技信息, 2010,11(22).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：路基溶洞；稳定性；评价；治理
我国地域辽阔，岩溶分布广泛，具有多种发育类型，在碳酸盐分布地区存在着许多形状各异、大小不等的溶洞，在公路建设当中，含有溶洞的路基在交通荷载以及附加荷载的作用下，极有可能导致溶洞坍塌，引起道路路基或公路附属构筑物的开裂、下沉或塌陷。在岩溶地区进行公路铺筑一直是公路建设方面面临的一个重大难题，在外荷载特别是车辆荷载的作用下，溶洞往往会因失稳而产生坍塌，发生坍塌的时间和空间很难预测，因此路基溶洞稳定性的评价成为公路工程建设中至关重要的一个问题。
1稳定性评价
随着实际工程经验的不断积累和科研人员的研究不断深入，路基溶洞稳定性的评价方法及体系已日益成熟。传统的路基溶洞稳定性评价方法就是从溶洞的性质和应力的分布着手，研究溶洞的破坏机理、塌陷的空间分带性，观测地表的移动和变形量，计算后期的位移预测，评价路基溶洞的稳定性。目前较常用的方法有定性分析法和半定量分析法。随着近年来计算机的发展，数值模拟计算方法也有了长足的发展，成为岩石力学研究和工程计算的重要方法，对路基溶洞的研究也取得了较多的研究成果。现在的数值模拟方法主要有有限单元法、有限差分法、离散法、边界元法、半解析解法、以及以上方法的耦合。绝大多数数值模拟计算法均可用于评价路基溶洞的稳定性。
1.1定性评价法
定性评价法多用于初期勘探阶段选择场地和一般的地基稳定性分析评价。定性评价法可以根据岩溶洞及围岩的边界条件，对溶洞稳定性的影响因素进行综合分析从而做出初步评价，这些影响因素主要包括岩性及岩层厚度、岩体产状、裂隙状况、顶板情况、洞穴形态与埋藏条件、充填情况和地下水等。但是路基溶洞稳定性的评价是一项全面、复杂的系统工作，稳定性的各个影响因素之间具有一定的关联性，各个影响因素影响程度的描述也只是定性描述，难以使用确定性的方法评价出公路路基岩溶顶板的稳定性。因此可以综合考虑各个影响因素及因素之间的关联性，引进适合实际工程特点的非确定性分析方法，作为研究路基溶洞稳定性的评价方法。
1.2半定量评价法
目前道路工程溶洞稳定性评价工作中使用较多的还是定性分析半定量评价方法，半定量评价法就是采用半定量的近似的结构力学分析理论以及散体理论分析法、试验测试法等，来评价道路路基溶洞的稳定性。通常是同时采用以上几种方法进行计算，其中任意一种方法计算所出的溶洞顶板的安全厚度小于实际的溶洞顶板厚度时，则认为该溶洞顶板稳定，反之则不稳定。
1.2.1按梁板抗弯估算安全厚度
若厚跨比h/L<0.5，弯矩为主要控制条件，按抗弯验算：
式中：[σ]是允许抗弯强度，M为弯矩，L为溶洞跨度，h为安全厚度
1.2.2利用剪切概念估算顶板安全厚度
按梁板抗剪估算安全厚度，通过抗剪验算：
式中：Q为剪力，τ为溶洞计算强度，h为安全厚度
1.3数值模拟计算方法
FLAC是评价路基溶洞稳定性最常用的一种数值模拟计算方法，FLAC是Fast Lagrangian Analysis of Continua（快速拉格朗日差分分析)的简写，是一种用于工程力学计算的显式有限差分程序，近十几年在国外逐渐兴起并迅速发展起来。FLAC法能够很好的模拟岩石、土以及其他材料的塑性流动、挠曲、大变形等力学行为，适用于介质连续，具有多种材料模式及边界条件的非规则区域的求解问题。与有限元法相比，FLAC法在处理大变形和非线性几何问题方面具有显著的优势，FLAC 数值法能够很好地确定出塑性区的范围及其位置, 是评价岩溶稳定性比较好的方法。
图1 数值计算概化模型
2岩溶路基整治措施
2.1填垫法
填垫法主要适用于上部附加荷载不大的裸露岩溶土洞，按其施工工艺可大致分为充填法、挖填法、换填法、垫褥法四类。在实际工程当中，底部多采用块石、片石作填料，中部一般使用碎石，上层则用混凝土填塞，形成自然的反滤层，保持地下水能够原始流通。
挖填法就是将浅埋的溶洞挖开或爆破揭顶以块石、片石、砂等填入，然后覆盖粘性土并夯实。对埋深很浅甚至裸露于地表的溶洞一般选择使用挖填法就行处理，可先采用爆破或其它方法把溶洞顶板揭开并扩大，然后再对开挖的溶洞进行回填，施工中要逐层回填、逐层压实。回填材料一般包括碎石、片石、C15混凝土、碎石土及粘土，具体材料根据施工现场情况选用，但必须保证回填材料具有良好的级配。如果溶洞内有含有填充性不好的填充物应清除填充物后再使用合适的回填材料进行回填。
对于已被充填的溶洞，如果充填物物理力学性质不好则可采用换填法进行处理，首先将溶洞中的充填物清除，然后再全部用块石、片石、砂、混凝土等材料进行换填。
岩溶洞、沟、槽、隙、石芽等岩溶突出物有可能引起地基沉降不均匀，应将突出物凿去后再做30cm至50cm厚的砂土垫褥，这种处理方法称为垫褥法。
2.2加固法
加固法通常包括强夯法、灌浆法、挤密法、顶柱法和浆砌法。在覆盖形岩溶区，处理大面积溶洞和塌陷时，强夯法是一种快速经济、省工省料而且能够治理大面积岩溶地基稳定性的有效方法。对于埋深3～5m 的密集中小型溶洞，一般夯实1至8次，各夯实点之间间距为3m。在夯击过程中，如果夯锤突然下陷说明岩土下层有隐伏土洞，必须进行填充处理。如果没有地下水对溶洞处理产生影响，则各次夯击间歇时间可不受限制。
对于埋深较大的溶洞通常采用注浆法治理。一般首先使用钻机钻孔，钻至设计深度后选择合适的注浆方法将浆液注入钻孔，以充填溶洞。也可挤密、胶结洞内的充填物以提高路基的强度。如果所处理路基内的溶洞规模较小，且溶洞内没有填充物时，可将注浆充填整个溶洞，若洞内含有松散堆积物时，则应注浆胶结或挤密堆积物。如果处理路段路基下方溶洞规模较大，若注浆充填溶洞则工程量过大，此时可根据溶洞的规模、形态、厚度以及顶板地层情况等因素，按照合理的布置方式和钻孔间距钻取注浆孔，注浆后能够形成具有一定强度的支柱来支撑溶洞顶板，改善溶洞顶板的受力情况，同时对洞内的充填物也具有一定的挤密压实作用。
2.3跨越法
跨越法包括板跨法、梁跨法以及拱跨法等。对于深度较大、洞径较小不方便进入洞内进行施工或者洞径虽大但存在积水影响施工的溶洞，可根据实际工程和基底受力情况采用混凝土板或钢筋混凝土板封顶，这种方法就是板跨法。
对于埋深较大但却仍位于地基持力层内的规模较小的溶洞或塌陷，可选用钢筋混凝土梁或弹性地基梁跨越溶洞或塌陷体，这种处理路基溶洞的方法称为梁跨法。
对于道路工程的边墙、堤式坡脚挡墙、堑式挡墙及道路桥梁的桥墩、桥台等地基下的深度较大、洞身较宽、洞形复杂或有水流通过的岩溶路基，通常采用拱跨形式。
2.4桩基法
当溶洞或塌陷漏斗较深较大或溶洞多层发育时一般采用桩基础进行处理。在基岩起伏较多的地段，路基溶洞上覆土层厚度较大、强度较小、且不易清除，应采用冲孔灌注桩、钻孔灌注桩或爆扩桩进行处理。工程使用打入桩时，桩尖应锚入基岩，使用人工挖孔桩时，开挖过程中应设置护壁。此外还要根据工程需要，制作支承桩或摩擦桩。
2.5岩溶水治理
如果溶洞内的水流影响到路基，则必须对岩溶水进行处理。若溶洞有明显的出水口，则应使用疏导的方法，用涵洞、涵管、泄水洞、明沟等将水引排至路基范围以外，若岩溶水没有明显的出水口，则应根据水量大小、溶洞埋深以及道路路基实际情况，选用支撑渗沟或排水平孔、截水渗沟、止水帷幕等方法进行治理。使用该方法治理后的岩溶路基必须进行稳定性评价，并对路基的变形进行观测。
3结语
对于道路工程中遇到的路基溶洞问题应选用多种分析方法对路基溶洞稳定性进行分析，综合运用多种处理方法因地制宜、扬长避短，取得最佳的技术和经济效果。
参考文献：
[1] 孟庆山, 陈勇, 汪稔. 岩溶洞穴工程地质条件与顶板稳定性评价[B].土工基础, 2004, 18(05).
[2] 周建普, 李献民, 张可能. 岩溶地基处理方法[A]. 矿冶工程, 2002, 22(01).
[3] 李小江. 浅谈公路覆盖型岩溶路基处治设计[J]. 中国科技信息, 2010,11(22).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。