巖溶地基加固的原理及方法分析

1、巖溶地基加固的原理及方法分析中鐵四院集團(tuán)南寧勘察設(shè)計(jì)院有限公司摘要：我國西南地區(qū)廣泛分布碳酸鹽巖地層，溶洞、巖溶裂隙帶及土洞等隱蔽型 巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，是引發(fā)地面塌陷的主要因素之一，肓接影響鐵路路基的設(shè)計(jì)、 施工及運(yùn)營安全。為有效解決巖溶地區(qū)地基的穩(wěn)定性，需要采取科學(xué)、合理的加 固措施。木文針對(duì)巖溶發(fā)育的特點(diǎn)及巖溶地基穩(wěn)定性影響因素，對(duì)巖溶地基加固 的原理及方法進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：巖溶地基；加固；原理；方法在鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展的今天，鐵路設(shè)計(jì)的安全性尤為顯得重要，尤 其在巖溶發(fā)育地區(qū)，如何合理地選擇鐵路地基加固處理方法往往是鐵路設(shè)計(jì)的重 難點(diǎn)。筆者認(rèn)為在充分利用地質(zhì)勘察成果的基礎(chǔ)上，了解巖溶發(fā)育特點(diǎn)

2、及機(jī)理, 才能正確預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，以此確定地層的穩(wěn)定條件，從而針對(duì)性地采取地基加 固方法，增強(qiáng)巖溶地基的穩(wěn)定性。1、巖溶發(fā)育特點(diǎn)(1) 形成條件各種巖溶形態(tài)發(fā)育的先決條件是具備可溶性的石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽 巖地層，其次是具備頻繁活動(dòng)的地下水，再者是地層中具備原生解理裂隙、斷層 裂隙或風(fēng)化節(jié)理裂隙。巖溶發(fā)育機(jī)理為：在地質(zhì)條件長期演變的過程中，裂隙發(fā)育的可溶巖地 層在地下水頻繁活動(dòng)的過稈中，裂隙附近地層中的可溶性物質(zhì)碳酸鈣不斷被溶于 水中并隨地下水沿原裂隙帶離，裂隙逐漸被擴(kuò)大，形成溶隙、溶腔等小型巖溶形 態(tài)，在此過程中，裂隙亦在不斷向周邊發(fā)展，逐漸在局部形成溶蝕裂隙帶，巖石 被溶蝕裂隙切割成數(shù)個(gè)

3、小巖塊，最終形成溶洞、溶槽、溶廳等大型巖溶形態(tài)。同 時(shí)，在巖石與上覆土層的接觸面，由于地下水的頻繁升降活動(dòng)，在接觸面形成真 空吸蝕環(huán)境，土層中的細(xì)顆粒逐漸被地下水經(jīng)土體裂隙帶離至巖石中的溶隙、溶 洞、溶槽等巖溶通道中，土層中裂隙逐步擴(kuò)大，最終失穩(wěn)坍塌形成土洞，并隨著 時(shí)間的推移，土洞不斷擴(kuò)大，最終頂板土層失去支撐，坍塌后引發(fā)地面塌陷。（2）發(fā)育特點(diǎn)因不同地區(qū)甚至同一地區(qū)不同地點(diǎn)的地層、地下水條件都存在差異，根 據(jù)巖溶發(fā)育機(jī)理，巖溶發(fā)育在空間上、強(qiáng)度上具有不確定性及不均勻性的特點(diǎn)， 在地表及地下的表現(xiàn)形態(tài)也不同。對(duì)于特殊地段，巖溶發(fā)育具有一定的線性規(guī)律，如斷層裂隙帶地段的巖 溶形態(tài)往往呈水平、傾

4、斜或垂直帶狀分布。2、巖溶地基穩(wěn)定性影響因素及加固原理根據(jù)巖溶發(fā)育的機(jī)理，影響巖溶地基穩(wěn)定性的主要因素為巖溶發(fā)育程度、 地下水活動(dòng)程度、溶蝕頂板的厚度及完整程度、上覆土層的厚度。巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、 地下水升降活動(dòng)頻繁、溶蝕頂板厚度小且?guī)r體破碎、上覆土層厚度小的地帶是不 穩(wěn)定的，極易形成巖溶塌陷，反之則不易形成巖溶塌陷。此外，在鐵路工程建設(shè)過程中，周邊生產(chǎn)、生活等活動(dòng)也會(huì)對(duì)巖溶地基 的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，尤其在鐵路線路附近頻繁抽取地下水極易引起巖土接觸面處 水位的急劇升級(jí)，真空吸蝕強(qiáng)度增大，從而快速引發(fā)巖溶塌陷現(xiàn)象，且發(fā)生頻率 高、范圍廣，對(duì)鐵路建設(shè)的影響極大。由以上分析可知，巖溶地基加固處理的原理是通

5、過工程措施堵塞巖溶通 道，進(jìn)而阻斷地下水的活動(dòng)，防止巖溶塌陷的發(fā)生，并以保證地基的穩(wěn)定性為原 則。3、加固處理方法的選用分析根據(jù)巖溶發(fā)育特點(diǎn)、穩(wěn)定性影響因素分析及巖溶地基加固處理原理，可 采用揭開冋填、注漿、樁板結(jié)構(gòu)跨越等方法進(jìn)行巖溶地基加固處理，各方法的適 用條件分析如下。（1）揭開冋填法當(dāng)上覆土層厚度小、溶洞頂板薄時(shí)，可采用揭開冋填法，指揭開溶洞頂 板及上覆土層后冋填滿足強(qiáng)度要求的粗顆粒材料的處理方法。當(dāng)溶洞中無充填物, 直接冋填；當(dāng)溶洞中充填物厚度小于2.0m吋清除充填物后冋填，厚度大于2.0m 時(shí)可對(duì)充填物進(jìn)行水泥攪拌樁處理、片石擠淤法處理或注漿處理后冋填剩余空間。(2) 注漿法當(dāng)上覆

6、土層厚度大吋，巖溶發(fā)育程度中等且歷史上巖溶塌陷發(fā)生頻率不 高的地段，一般采用注漿法，指對(duì)巖土體進(jìn)行鉆孔后作注漿處理，采用水泥漿封 閉巖石裂隙通道，阻斷地下水流通，以達(dá)到控制巖溶塌陷發(fā)生條件，防止塌陷發(fā) 生的目的。注漿宜采用“探灌結(jié)合”的分序施工方法，根據(jù)塌陷預(yù)測(cè)等級(jí)合理布 置注漿孔，注漿孔間距可根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑計(jì)算確定，一般采用5.07.0m,在 巖石段的處理深度不宜小于5.0mo注漿順序宜先外圍后中間，先形成帷幕，防 止注漿過程中水泥漿的大量流失影響注漿效果。(3) 樁板結(jié)構(gòu)跨越法當(dāng)上覆土層厚度大時(shí)，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈且歷史上巖溶塌陷發(fā)生頻率較 高的地段不宜采用注漿法，宜采用樁板結(jié)構(gòu)跨越，顧名

7、思義，指以鋼筋混凝土樁 +板的結(jié)構(gòu)物作為路基基礎(chǔ)，樁基底部一定深度范圍內(nèi)為穩(wěn)定的地層。歷史上巖溶塌陷發(fā)生頻率較高的地段往往地下巖溶通道極為發(fā)育，且周 邊一般為城鎮(zhèn)，有犬型抽水井，采用注漿法可能出現(xiàn)“灌不滿”或“漏灌、假滿” 的現(xiàn)象，注漿效果較差。如某車站路基經(jīng)多次注漿后仍偶爾發(fā)生巖溶塌陷，至今 仍在嚴(yán)密監(jiān)控，后經(jīng)加密勘探、周邊調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該地段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，很多呈串 珠狀分布，巖溶通道極其發(fā)育，注漿過程中不能保證每條裂隙注滿水泥漿，口周 邊的一座工廠內(nèi)有一個(gè)大口徑深水井，供工廠內(nèi)生產(chǎn)及生活用水，間接誘發(fā)了巖 溶塌陷。相比注漿法，采用樁基托梁法雖然不能從根本上解決巖溶塌陷的問題， 但利用結(jié)構(gòu)物保證了鐵路運(yùn)營的安全，效果較好?？傊?，在鐵路工程建設(shè)過程中，應(yīng)以適用、實(shí)用為岀發(fā)點(diǎn)，以保證地基的穩(wěn)定性為原則，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，合理選擇巖溶地基的加固處理方法。4、結(jié)語:本文通過巖溶發(fā)育的特點(diǎn)及機(jī)理，分析了巖溶地基穩(wěn)定性的影響因素,在此基礎(chǔ)上得岀了巖溶地基加固處理的原理，并對(duì)加固處理的方法進(jìn)行了具體分 析。參考文獻(xiàn)：