2-西部交通建设科技项目-岩溶地区公路基础设计与施工技术研究-总报告(3)

5 岩溶地区基础设计与施工指标、依据及病害处治技术5.1 岩溶地区基础设计与施工指标、依据5.1.1 岩溶影响程度岩溶对工程影响程度是岩溶地区基础设计与施工指标、依据，岩溶对路基工程影响程度划分见表5-1所列。

岩溶对路基影响程度分级表5-1注：①表中“模式”为路基病害的岩土工程模式（见4.3.2条）；②路堤或路堑设置在岩面覆土之上；③ｌ，L1：已查明的土洞底角与路堤（堑）的坡角间实际水平距离和计算临界水平距离。

岩溶对桥梁构筑物的影响程度分级见表5-2。

岩溶对桥梁、构筑物地基影响程度分级 表5-2注：①l ：已查明的旁侧岩洞底角至基础边缘的平面距离；L2：已查明的旁侧岩洞底角至基础边缘的临界平面距离，由计算确定； b ：基础宽度；②表中“岩体等级”为岩体基本质量等级，见《岩土工程规范》（GB50021-2001）③表中土洞底角至路堤（堑）坡角间临界水平距离L1以及岩洞底角至基础边缘间临界水平距离L 2，参见附录B ，由下式确定：i i ctg H L α∑=)2(1 （4.4.3）注：i α为坍塌扩散角，对土层i α=24510ϕα-=i ，其中ϕ为土层内摩擦角；对岩层i α为等效内摩擦角，按试验或地区经验确定，初步确定时，可参照附录C 取值。

5.1.2 溶洞稳定性评价等级和分级岩溶地区地基评价等级和稳定性分级是基础设计与施工的主要依据，见表5-3和表5-4所列。

岩溶地基评价等级表5-3注：中等条件参照强与弱、较大与较小分类结合具体条件进行。

岩洞稳定性分级表表5-4注：评价时对各因素需综合考虑，如条件不完全符合某一等级或情况交叉时，可按地层岩性、地质构造和洞体表面特征等三项主要因素来评定。

5.1.3 岩溶稳定性因素评价岩溶地区地基与岩洞稳定性因素评价是基础设计与施工的主要依据（表5-5）。

岩洞稳定性因素评价 表5-55.1.4 地基承载力和变形岩溶地基中，当利用岩洞顶板岩体作为桥梁、涵洞或其他构（建）筑物基础持力层或主要受力层，在满足下列条件之一时，允许采用现行确定岩石地基承载力的方法确定岩溶岩石地基承载力(含桩、墩基)：（1）岩溶稳定验算中，岩洞顶板厚度满足岩溶地基稳定性验算：岩洞自身重力平衡及与外荷协同作用下的稳定验算，对验算与综合评价不满足本指南要求的岩溶地基，当需利用时，均应进行处治或加固。

1、洞体顶板计算厚度与地基中洞体顶板实际厚度应符合下列要求：gK HK H ⨯≥2 （5-1）式中：2H —地基中洞体顶板实际厚度gH—洞体顶板计算厚度K K —洞体顶板稳定安全系数，按5-6表取值洞体顶板稳定安全系数表5-6注：计算中洞体围岩参数采用经验值时取高值2、洞体顶板计算厚度的半定量验算时，根据洞体形态，顶板围岩性状及相关参数，结合顶板可能破坏形式，考虑顶板自重及外荷作用选用相似假定的计算式进行验算与评价。

在方法中可选用松散体成拱理论（散体塌落自行填堵法）、结构力学（梁板受力），以及数学力学数值分析法等，常见的方法详见附录C。

3、采用半定量方法确定洞体顶板计算厚度时，可采用多方法印证比选，其可靠性按下列因素综合判别：1）被验算洞体形态、分布与埋深的查明精度；2）选用顶板厚度计算式的假定条件与地基中实际洞体受力及可能破坏形式的相似性；3）顶板围岩性能的均一性及参数取值的真实程度。

（2）按岩溶分布与发育强度分级（表5-7所列）划属“微弱”条件的岩溶地基；按岩溶分布与发育强度的岩溶地基分级表5-7（3）按岩溶对地基影响程度分级（表5-1、表5-2所列）划属“较小”条件的岩溶地基。

岩溶地基的变形特征可分为：总变形量、总变形差值、倾斜与局部倾斜。

计算的变形特征值应小于有关技术标准对不同类型验算工程规定的允许变形值，其中对桥基墩台的总沉降、相邻墩台总沉降差值按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）中有关规定执行。

5.2 路堤施工及病害处治技术5.2.1 填石路堤压实质量控制原理和标准路堤压实质量影响路堤的整体稳定性和变形量，因此路堤压实质量的好坏与路面使用性能密切相关。

路堤压实质量的控制是公路工程质量控制的重要环节。

在路堤压实质量检测中，我国目前普遍采用的方法是进行密度试验，该方法的原理和实现步骤如下：检验现场压实土体密度、确定其最大干密度，并以二者比值的百分率（压实度）来衡量压实效果。

1、确定最大干密度对于颗粒粒径不大于38mm的土，采用击实试验法确定其最大干密度，对于无粘性、自由排水土的最大干密度测定，一般采用振动台法。

2、现场检验压实密度现场检验有取样直接做密度试验和利用射线、波等其他手段间接测得密度等几种方法。

直接做密度试验有灌砂法、灌水法、水袋法等。

这类方法要求在施工现场取足够数量的样本，当填土颗粒较大时，挖掘试坑取样和测量试坑体积的工作量均很大，也比较复杂。

采用射线、波的方法，如核子密度仪法方便快捷，但要求土体均匀密实，而且同样要作一些原位试坑取样作直接密度试验以标定仪器。

我国公路部门对填土路基的压实标准规定较为全面，例如对高速公路和一级公路，要求上、下路床压实度达到96％，上路堤达到94％，下路堤达到93％；对二级以下公路，要求路床压实度达到95％，上路堤压实度达到94％，下路堤压实度达到92％。

对于填石路堤其压实相关标准如下：（1）填石路堤的质量控制①填石路堤的压实质量宜采用施工参数(压实功率、碾压速度、压实遍数、铺筑层厚等)与压实质量检测联合控制。

②填石路堤压实质量可以采用压实沉降差或孔隙率进行检测，孔隙率的检测应采用水袋法进行。

不同强度石料填筑路堤的压实质量标准宜用孔隙率作为控制指标，并符合表5-8至表5-10的要求。

硬质石料压实质量控制标准表5-8中硬质石料压实质量控制标准表5-9软质石料压实质量控制标准表5-10（2）在填石料表面填筑土、粉煤灰等其他材料时，填石料顶面应无明显孔隙、空洞。

在其他填料填筑前，填石路堤最后一层的铺筑层厚应不大于400mm，过渡层碎石料粒径应小于150mm，其中小于0.05mm的细粒料含量不应小于30％。

在必要时，宜设置土工布作为隔离层。

（3）填石路堤可采用与土质路堤相同的路堤断面型式，填石路堤的边坡坡率应根据填石料种类、边坡高度和基底的地质条件确定。

易风化岩石与软质岩石用作填料时，应按土质路堤边坡设计。

在路堤基底良好时，填石路堤边坡坡率不宜陡于表5-11规定值。

填石路堤边坡坡率表5-11①填方边坡较高时，可在边坡中部设边坡平台，平台宽度为1-3m。

②中硬和硬质石料及以上填石路堤应进行边坡码砌，边坡码砌应采用强度大于MPa的不易风化的石料，码砌石块最小尺寸不应小于300mm，石块应规则。

③填高小于5m的填石路堤，边坡砌码厚度不小于1m；填高5-12m的填石路堤，边坡砌码厚度不小于1.5m；12 m以上填高的路堤边坡砌码厚度不小于2m。

5.2.2 路堤病害处治技术5.3 路堑边坡施工及病害处治技术岩溶作用产生的各种独特岩溶地貌、岩溶形态和水文地质条件，以及它们之间的组合形式，不但给公路路基带来了各种不利的病害，同样造成了公路路堑边坡的形态的复杂性病害的多发性，特别是随着岩溶山区高等级公路的修建，受线型、坡度等方面限制，路堑边坡往往又大又深，这更加剧了岩溶路堑边坡病害的严重性；加之近年来对高等级公路安全、环保等方面的新要求，因而岩溶路堑边坡病害及地质灾害防治问题日益突出，并开始得到各级公路部门的重视。

针对上述几种典型岩溶路堑边坡病害的综合防治措施有：①清除、嵌补对边坡由土石相间组成的石芽、石林边坡以及开挖第四纪覆盖层与基岩交界的溶蚀破碎带形成土夹石边坡，若边坡规模小，填充土数量不多则首先应当对于石芽、石林间溶槽溶沟内的填土，破碎带内各种溶隙内充填土壤及坡面上的孤石和破碎的岩体采取清除，清除至坡体自然稳定坡度，保留露出坡面的石林、石芽的自然形态；若土体数量多或溶隙深而窄不易全部清理，可对于夹在岩石体中的土体用干砌或浆砌片石挡墙嵌补，以防土体坍塌流失。

对清除后的土坡应及时做好土体的坡面排水，并选用植物防护。

植物对坡面的防护，主要表现在拦截雨水、减缓径流和保护土壤、缓和雨滴的冲击。

利用植物根系固结边坡表层土壤以减轻冲刷，预防稳定边坡长期暴露于自然界，受雨水、日照、气温、风力等的反复作用而产生的剥蚀破坏。

植物防护包括了在边坡上种植草丛或树木以及两者的结合。

②光面爆破石质路堑开挖以爆破法最为常用，爆破法施工效率高、可降低工程施工成本，加快施工进度，是目前最为有效的施工方法，但一般的爆破破坏力难以有效控制，施工中难免对周围边坡岩体产生破坏，特别是石灰岩岩溶地区岩体层理、裂隙、岩石节理发育强烈，一般爆破更容易造成岩体破碎和裂隙的生成，给岩质边坡稳定性造成不利，同时也加重了后期边坡防护与治理措施及费用。

随着凿岩机具和爆破技术的进一步发展，合理利用炸药的爆破能，把爆破造成的损害控制在一定程度的一些特殊爆破方法开始得以应用。

其中光面爆破就是种针对开挖边界（固定）进行有效控制的爆破方法，它指在开挖界面的周边，适当排列一定间隔的炮孔，在有侧向临空面的情况下，用控制抵抗线和落量的方法使爆破后的坡面保持光滑、顺直、平整而不受明显破坏的爆破方法。

它有以下优点：（1）爆破后成型规整，坡面的平整，保证路基断面符合设计轮廓，减少和防止超炸或欠炸，使清方和修整边坡工作量减少，特别在松软岩层中更能显示出其作用；（2）爆破后不产生或很少产生爆震裂隙，新岩面保持原有稳定性，岩体承载能力不致下降，减少或消除边坡上的危石、浮石，因而可有效地保证施工安全，为快速施工创造有利条件；同时也可减小边坡坡度，使得开挖工程数量降低，达到节约建设资金的效果；（3）减少边坡隐含裂缝的产生，减少或消除边坡工程塌方等工程病害隐患，从而也减少了施工结束后的边坡防护，有利于运营过程中的行车安全。

光面爆破属于控制爆破，其机理是沿开挖轮廓线布置间距减少的平行炮眼，在这些岩面炮眼中进行药量减少的不耦合装药（即采用间隔药包、间隔钻孔装药，通常是使炮孔直径大于药卷直径1-2倍），然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。

光面爆破时由于采用不耦合装药，药包爆炸后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压作用，当炮孔压力值低于岩石抗压强度时，在炮眼壁上不致于造成“压碎”破坏，因此爆炸引起的应力和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂缝。

广西岩溶地区多条高速公路建设中通过应用光面爆破技术（图5-1），减少了爆破对环境的破坏，降低了成本，达到了工程建设和环境防护费用的最佳平衡，提高石方爆破安全性和可靠性。

如桂柳高速公路罗山口和柳石路在铁路等部门有关专家指导下实施光面爆破，保护了边坡稳定。

图5-1 光面爆破可有效减少危岩体相反柳（州）—王（灵）高速公路小平阳元弄山路堑，由于爆破设计不合理，应用洞室大爆破，药量过分集中，强冲击作用破坏原生完整岩体，通车后，受外界作用，裂隙扩展，边坡失稳，防护边坡和清理危岩花费达300多万元。