纳黔路岩溶区路基稳定及防治技术研究

摘要

中国西部多数灰岩地区岩溶较为发育，地质条件复杂，在此建设高速公路会遇到一系列工程技术问题，其中岩溶路基稳定是岩溶区公路建设中一个重要工程问题。在参考国内外文献资料的基础上，本论文以四川省交通科技项目“岩溶地区路基病害防治及桥隧修筑系列技术”为依托，以纳黔路岩溶区路基下隐伏溶洞为工程背景，通过现场的物探查明溶洞的形状以及岩溶发育分布规律，采用理论分析和数值模拟对岩溶路基的稳定性及溶洞顶板安全厚跨比值进行了研究。
　　 本文采用外业调查、物探、室内外试验、理论分析、数值模拟和工程示范等方法，主要开展了以下工作：
　　 ①岩溶区现场的调查，以查明区内水系及纳黔路路基岩溶发育情况。
　　 ②现场采用地质雷达法和高密度电法对溶洞进行探测，地质雷达主要采用40MHz和100MHz天线探测，高密度电法采用温纳、施贝电极排列法探测，经探测，发现在K21段，K45段岩溶较发育，会对填筑路基产生影响。
　　 ③通过室内试验并参考地勘资料中的灰岩实验数据，采用数值模拟软件FLAC-3D建立三维路基模型，分析溶洞顶板厚跨比值与岩溶路基稳定的关系。
　　 通过研究取得了以下进展：
　　 ①高密度电法和地质雷达探测溶洞的效果良好，但各自有其优缺点。高密度电法分辨率低，不能反映溶洞内充填物的分层情况和小体积溶洞，但其探测深度大、面积广；而地质雷达分辨率高，可反映溶洞内部充填物分层情况和小体积溶洞，但其有效的探测深度仅为15米。二者配合使用，可较有效地探测路基岩溶的位置、规模及形态特征。
　　 ②在纳黔路岩溶区，直接在灰岩顶板上铺筑路面，且满足以下条件时：1)灰岩弱风化、裂隙中等发育，2)四车道的高速公路，3)汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，4)取汽车的冲击系数为1.2，车道折减系数为0.67；通过数值模拟软件FLAC-3D的分析知：a.路基溶洞顶板厚跨比值小于0.6时，应采取适当的防治路基塌陷及处置溶洞的措施；路基溶洞顶板厚跨比值大于0.6时，岩溶路基是稳定的。b.在相同的溶洞形状和灰岩条件下，对路基稳定性构成威胁最大的是溶洞位于路基中部，其次是溶洞位于路基右侧(或左侧)底下，威胁最小的则是溶洞位于路基坡脚。
　　 ③在纳黔路岩溶填筑路基，当所采用的填料为土石混合料，且考虑汽车荷载时，通过数值模拟软件FLAC-3D的分析知：在0至4米的填筑高度内，随着路基填筑高度的增加，溶洞顶板的安全厚跨比值也随之增加；过了4米后，随着填筑高度的继续增加，溶洞顶板的安全厚跨值反而下降，而当路堤填筑高度超过17米时，溶洞顶板的安全厚跨比值变化很小，其值约为0.54。
　　 最后，将研究成果应用到纳黔路K45段深路堑和黑尼大桥变更为路基的工程中，对这两个工程的修筑提出指导性建议，保证了工程设计和实施的可靠。