摘要：桂林至陽朔高速公路在施工中發(fā)現(xiàn)多處土洞，經(jīng)探測發(fā)現(xiàn)全線多處路段存在隱伏的土洞，且在地下水的作用下有發(fā)育的趨勢，為了保證路基整體穩(wěn)定，防止工后產(chǎn)生塌陷危及公路安全，必須對土洞進(jìn)行處治。論文結(jié)合工程實(shí)踐對土洞的探測、處治等技術(shù)進(jìn)行淺析。
　　關(guān)鍵詞：高速公路，土洞，處治技術(shù)
　　
　　桂林至陽朔高速公路起于臨桂縣四塘鎮(zhèn)沖口村與桂（林）柳（州）高速公路相接，終于陽朔縣高田鎮(zhèn)與陽（朔）平（樂）高速公路相接，路線呈西北—東南走向，途經(jīng)臨桂縣、雁山區(qū)、陽朔縣，全長66.793公里。在施工中，發(fā)現(xiàn)多處土洞，為了保證路基的整體穩(wěn)定，防止工后產(chǎn)生塌陷危及公路安全，業(yè)主委托中國地質(zhì)科學(xué)院桂林工程勘察院有限公司對已發(fā)現(xiàn)土洞路段及巖溶發(fā)育路段進(jìn)行探測，查明隱伏土洞的具體位置、體積、埋深等，并結(jié)合工程實(shí)際與近年來土洞處治成功案例對本工程中已顯露的和隱伏的土洞進(jìn)行有效處治。
　　一、土洞的形成機(jī)理與危害
　　1.1土洞的形成機(jī)理
　　本工程路線所在區(qū)域?yàn)榈湫偷膸r溶峰林地貌，巖溶地下水豐富。由于巖溶發(fā)育，基巖表面開口多，地下水位與降雨量關(guān)系密切，雨季時(shí)地下水位快速增高，溢出地表；枯季時(shí)則地下水位回落，低于基巖面。這種地下水在基巖面上下波動(dòng)的水動(dòng)力模式，極易導(dǎo)致上覆土層發(fā)生滲透破壞和崩解，進(jìn)而形成土洞。本地區(qū)特定的地質(zhì)條件和水文條件極利于土洞的形成和進(jìn)一步發(fā)展。
　　1.2土洞的危害
　　路基以下存在隱伏土洞對公路的危害是直接而嚴(yán)重的，輕者導(dǎo)致路基局部下沉，路面出現(xiàn)裂縫并逐漸加大直至塌陷，重者直接導(dǎo)致路基路面同時(shí)塌陷，嚴(yán)重危及行車安全。因此，在交工前對路基范圍內(nèi)所有土洞進(jìn)行有效處治是非常必要的。
　　二、土洞的探測
　　1、探測方法
　　本工程中對隱伏土洞的探測采用地質(zhì)雷達(dá)法。地質(zhì)雷達(dá)采用美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR—10A型探地雷達(dá)，天線采用100MHz低頻同體屏蔽天線，有效探測深度約10m，采用連續(xù)測量方式探測。其工作原理是利用土層、巖石和土洞等對探地電磁波反射的差異，通過分析地面接收到的反射信號的旅行時(shí)間、波形和反射波譜特征等差異，來確定土洞的位置、大小、埋深等情況。在覆蓋層小于10m的場地，利用土層、土洞和巖石的這些特征，開展地質(zhì)雷達(dá)探測土洞可收到良好的效果。
　　2、測線布置
　　在實(shí)踐中，假設(shè)土洞是隨機(jī)分布的，同時(shí)假設(shè)土洞是圓形的（球體），測線遇洞的概率P與測線間距D、土洞直徑（跨度）Φ的關(guān)系為：P=Φ/D，即當(dāng)測線間距一定時(shí)，土洞直徑（跨度）越大，探測到土洞的概率越大，相應(yīng)地，土洞直徑（跨度）一定時(shí)，測線間距越小，探測到土洞的概率就越大。這種關(guān)系可以從圖1中反映。
　　
　　圖1測線布置與土洞的關(guān)系
　　為了能比較準(zhǔn)確比較全面的探測到隱伏土洞，同時(shí)又節(jié)省探測費(fèi)用，實(shí)踐中主路測線按間距3米布置，匝道測線按間距2米布置，以路基中軸線為0號測線，前進(jìn)方向左側(cè)為負(fù)測線，右側(cè)為正測線，主線路基（寬24米）共布置6條測線，分別為－9線、―6線、―3線、3線、6線、9線（0號測線因位于中央分隔帶實(shí)際不布置），匝道路基布置5條測線（路基寬10.5米時(shí)），分別為―4線，－2線，0線，2線，4線。
　　3、探測成果
　　中國地質(zhì)科學(xué)院桂林工程勘察院有限公司自2005年12月底至2006年8月下旬止，先后三次組織技術(shù)人員進(jìn)場對已發(fā)現(xiàn)土洞路段及巖溶發(fā)育重點(diǎn)路段開展物探工作，累計(jì)探測路段總長11.4公里（含匝道），布置測線總長66公里，通過對地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行分析、解譯，探測到的土洞異常共334處。通過丈量、測量、計(jì)算，比較準(zhǔn)確的確定了各隱伏土洞的具體位置、埋置深度，并根據(jù)其跨度推測了土洞的體積，為進(jìn)行有效處治提供了決策依據(jù)。
　　4、未探測路段的預(yù)防處理
　　對未進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測的路段，未防止存在隱伏土洞造成質(zhì)量與安全隱患，業(yè)主通過招標(biāo)另行委托北京欣路特科技發(fā)展有限公司采用沖擊壓路機(jī)對原地面及路基進(jìn)行沖擊壓實(shí)，路基范圍內(nèi)如存在地下隱伏土洞，可在強(qiáng)沖擊作用下發(fā)生塌陷而暴露。
　　三、土洞的處治方法及效果檢測
　　1、處治方法
　　根據(jù)土洞形成機(jī)理、探測成果，結(jié)合本工程實(shí)際與近年來在土洞處治方面的成功案例，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、科研單位有關(guān)技術(shù)專家討論研究決定，對本工程的土洞應(yīng)根據(jù)土洞性質(zhì)分別采用不同的方法進(jìn)行處治。
　�。�1）對于路基施工中已顯露或經(jīng)沖擊壓實(shí)而暴露的土洞，以及經(jīng)探測查明的零星分布的體積大且埋深較淺的土洞，采用“開挖——反濾層填石＋土工布”的方法進(jìn)行處治。該方法如圖2所示：
　　
　　圖2開挖—反濾層＋土工布
　　采用該方法時(shí)，應(yīng)注意：
　�、賾�(yīng)清土至基巖面，并將溶槽、裂縫中的充填物也清理干凈；
　　②應(yīng)根據(jù)溶槽、裂縫等的規(guī)模選擇適當(dāng)大小的底部填石，底部填石不應(yīng)含有粘土和其它細(xì)粒物；
　　③填石反濾層粒徑過渡應(yīng)適中，一般相鄰兩級濾層的相差粒徑不應(yīng)超過3～4倍；
　　④反濾層頂部及四周都應(yīng)覆蓋土工布，防止上部及四周填土的流失；
　�、荼苊馐┕み^程種中對造成土洞周圍地下水動(dòng)力條件發(fā)生突變而形成新的土洞。
　�。�2）對于經(jīng)探測查明的零星分布且體積不太大的土洞，采用“鉆孔壓漿充填法”進(jìn)行處治，即在隱伏的土洞地面鉆孔，從孔中灌砂夾碎石(或砂礫)混合料后灌注水泥粉煤灰外加劑漿液直至填充滿土洞及周邊縫隙，形成水泥土結(jié)石，加固已有土洞并防止新土洞的形成。該方法如圖3所示：
　　
　　圖3鉆孔壓漿充填
　　采用該方法時(shí)，應(yīng)注意：
　�、賾�(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)來確定適宜的灌漿壓力，防止充填不飽滿、密實(shí)，或漿液耗用量過大，造成浪費(fèi)損失；
　�、阢@孔前，必須嚴(yán)格放樣，準(zhǔn)確定位，以確保處治效果。
　�。�3）因壓漿處治施工成本高，對于土洞密集的區(qū)域，采用“大開挖—回填”的方法進(jìn)行處治。該方法與上述第一種方法類似，全路幅開挖后回填大塊片石，片石粒徑隨填高逐級減小，頂層為碎石且厚度應(yīng)不小于50cm，頂面覆蓋土工布后再進(jìn)行上層路基填土作業(yè)。
　　2、處治效果檢測
　　隱伏土洞經(jīng)灌漿處治后，采用地質(zhì)雷達(dá)法對其處治效果進(jìn)行檢測。檢測的目的一是判定處治位置是否準(zhǔn)確，二是檢查灌漿是否已將土洞完全充填。對于處治位置不準(zhǔn)確的，重新進(jìn)行鉆孔灌漿；對于不完全填充的，鉆取填充物芯樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，強(qiáng)度不滿足要求的，再鉆孔進(jìn)行補(bǔ)灌漿。
　　3、土洞發(fā)育、塌陷的監(jiān)測預(yù)警
　　在本工程中，為節(jié)省投資，對未形成土洞的擾動(dòng)土未進(jìn)行處治，但在地下水長期作用下，這些擾動(dòng)點(diǎn)又可能進(jìn)一步發(fā)育成土洞，此外，由于區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)力條件有利于土洞的形成和發(fā)展，因此，地下水長期波動(dòng)作用下，會(huì)形成新的土洞，給公路安全帶來極大威脅。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)土洞隱患，采取處治措施，避免形成塌陷造成安全事故，采用地質(zhì)雷達(dá)與光纖傳感技術(shù)相結(jié)合對土洞發(fā)育路段開展監(jiān)測預(yù)警工作。
　　四、結(jié)語
　　經(jīng)對本工程路基范圍內(nèi)的土洞進(jìn)行有效的探測、處治，及對土洞發(fā)育路段開展監(jiān)測預(yù)警工作，保證了工程質(zhì)量，預(yù)防了工后發(fā)生塌陷，保障了公路安全與人民生命財(cái)產(chǎn)安全，也給類似工程提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
　　
　　參考資料：
　　【1】雷明堂等.桂林至陽朔高速公路巖溶溶洞土洞探測報(bào)告及相關(guān)資料.中國地質(zhì)科學(xué)院桂林工程勘察院有限公司.2006