可溶岩与非可溶岩接触带处岩溶路基特征及评价

Ｒ（）ＡＩ）　ｌＮ　ｌＮＧ　道｛路ｉ工ｌ程　可溶岩与非可溶岩接触带处　岩溶路基特征及评价　覃家琪，张乘雄，邓曦　５３００２９）　（广西交通规划勘察设计研究院有限公司，广西　南宁摘要：广西作为我国碳酸盐岩分布面积最广、岩溶最发育的地区之一，岩溶路基病　害问题普遍存在于广西高速公路的建设之中，其中，可溶岩与非可溶岩接触带处的岩　溶通常较为发育。文章以崇左至水口高速公路Ｋ３４＋６００～Ｋ３５＋０００段可溶岩与非　可溶岩接触带处的岩溶路基为例，通过综合勘察，分析了该可溶岩与非可溶岩接触带　位置岩溶发育模式与发育特征，并对该处岩溶路基的稳定性进行评价，提出了相应的　处治建议。　关键词：岩溶；路基；可溶岩与非可溶岩接触带；角度不整合；稳定性；处治　中图分类号：Ｕ４１６．１　６文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１　３２８２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｃｃｓｔ．２０１７．Ｏ４．Ｏ１７　文章编号：１６７３—４８７４（２０１　７）０４—００６３～０３　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｋａｒｓｔ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　ａｔ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｚｏｎｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　Ｎｏｎ—ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｒｏｃｋ　ＱＩＮ　Ｊｉａ～ｑｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ一）（ｉ０ｎｇ，ＤＥＮＧ　Ｘｉ　（Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ，　５３００２９）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｕａｎｇｘｉ　ｉＳ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｋａｒｓｔ　ａｒｅａｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｗｉｄｅｌｙ　ｄｉｔｒｓｉｂｕｔｅｄ　ａｒｂｏｎａｔｃｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｋａｒｓｔ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｉｓ　ｐｒｅｖａｌｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｘｉ，ａｍｏｎｇ　ｔｈｅｍ，ｔｈｅ　ｋａｒｓｔ　ａｔ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｚｏｎｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｎｏｎ—ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋ　ｉｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｍｏｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｋａｒｔ　ｓｕｂｇｒｓａｄｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｚｏｎｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｎｏｎ．ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋｗｉｔｈｉｎ　Ｋ３４＋６Ｏ０一Ｋ３５＋０００　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｚｕｏ－Ｓｈｕｉｋｏｕ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ．ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｋａｒｓｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐ—　ｍｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｔ　ｃｏｎｆａｃｔ　ｚｏｎｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｃｋ　ａｎｄ　ｎｏｎ—ｏｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｃｋ．ｅｖａｌｏｕａｔｄ　ｔｅｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋａｒｓｔ　ｓｕｂｇｒａｄｅ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｔｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ．　作者简介　覃家琪（１９９１－），助理　工程师，研究方向：岩　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｋａｒｓｔ；Ｓｕｂｇｒａｄｅ；ＣＯｎｔａｃｔ　ｚｏｎｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｎｏｎ—ｓｏｌｕｂｌｅ　ｒｏｃｋ；Ａｎｇｌｅ　ｕｎｃｏｎ—　ｆｏｒｍｉｔｙ；Ｓｔａｂ｜ｎｔｙ；Ｔｒｅａｔｏｎｔｍ　土工程勘察设计；　张乘雄（１９９１－），助理　工程师，研究方向：岩　０引言　广西作为我国碳酸盐岩分布面积最广、岩溶最发育的地区之～，岩溶问题已　经出现在工程建设的方方面面，其中，岩溶路基病害问题普遍存在于广西高速公路　土工程勘察设计；　邓曦（１９８２一），助理　工程师，研究方向：地　球物理探测。　的建设中，对路基稳定性造成～定的影响。高速公路路线长、跨度大，常常会跨越　可溶岩与非可溶岩接触带，该接触带处的岩溶往往较为发育。本文以崇左至水口　高速公路１＜，３４　４－６ｏｏ￣Ｋ３５＋０００段岩溶路基为例（该段岩溶路基位于可溶岩与非可　２０１７年第４期总第１　７期６３　道路工程　Ｎ￡蠢Ｒ　溶岩接触带处），采用综合勘察手段，探查接触带处岩　溶的发育特征，探讨岩溶发育模式，对该段路基稳定　性进行工程地质评价。　１勘察区工程地质条件　勘察工作采用区域地质资料搜集、工程地质调　绘、地质钻探、高密度电法物探、原位测试和室内试验　等综合手段进行，为分析岩溶发育的特征提供了翔实　的数据。　１．１地形地貌　勘察区属于剥蚀残丘地貌，高程１２５～１　３Ｏ　ｍ，山　丘顶部高程１　５０～１　８０　ｍ，相对高差约３０～５０　ｍ，沟谷　宽度约４Ｏ～６０　ｍ。地表多为第四系地层覆盖，植被　发育，地表种植经济作物。　１．２地层岩性　拟建路基段场地内地层主要为第四系冲洪积层　（Ｑ。　）、第四系残坡积层（　）和白垩系新隆组　（Ｋ　ｘ）泥质粉砂岩与二叠系下统茅口阶（Ｐ１　ｍ）灰岩。　第四系冲洪积层（Ｑ。　Ｐ‘）灰褐色黏土，分布于场　地内山间谷地，层厚０．６０～２．１０　ｒｒｌ。第四系残坡积　层（　）红褐色黏土位于场地内残丘表层，层厚０．５～　１．５　ｍ。白垩系下统新隆组（Ｋ　ｘ）：主要岩性有褐红色　泥质粉砂岩；泥质粉砂岩为泥质粉砂结构，中厚层状　构造，岩质较硬，岩体完整～较完整。二叠系下统茅　口阶（Ｐ１ｍ）灰岩，灰色，隐晶质结构，中厚层状构造，　岩质坚硬，岩体较完整～完整。　１．３地质构造　白垩系下统新隆组（Ｋ１　ｘ）呈透镜体沉积于山丘顶　部，中部、底部为二叠系下统茅口阶（Ｐ１ｍ）。该段基　岩二叠系下统茅口阶（Ｐ．ｍ）产状为１　２Ｏ。　２４。；白垩系　下统新隆组（Ｋ　×）产状为２２５　４２。，呈现较为明显的　不整合接触。根据区域资料及综合勘察成果判断，该　处白垩系下统新隆组（Ｋ１ｘ）与二叠系下统茅口阶　（Ｐ＿ｍ）呈角度不整合接触关系，为可溶岩与非可溶岩　接触带。　１．４天气与水文　勘察区位于广西的西南部，地处北回归线以南，　属南亚热带季风气候，气候温和，日照充足，雨量充　沛，且光、水同季。据龙州县气象站资料统计，历年平　均降水量１　３５１　０　ｍｍ，年最大降水量１　８７９．３　ｍｍ　（１９５３年），最小年降雨量９５０．４　ｍｍ（１９６８年），为岩溶　发育提供了条件。　６４　两　交通　技００　－　０　删　一　勘察区地表水主要为降雨时形成的地表面流与　山间汇水形成的小溪，流量大小受季节影响较大，地　表面流主要以蒸发与下渗的方式排泄。路线右侧存　在一小溪主要接受大气降水与山间地表面流的补给，　通过岩溶漏斗底落水洞汇入地下河进行排泄。　根据出露的地层与其岩性组合关系，勘察区内地　下水划分成第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水　与碳酸盐岩裂隙溶洞水等三种。　勘察区内第四系松散岩类主要为山间的第四系　冲洪积层（Ｑ。　Ｐ　）黏土与山体上的第四系残破积层　（Ｑｅ　）黏土中，勘察区第四系岩层厚度小，泉水出露　稀少，水量贫乏，富水性弱。大气降雨入渗后，通常直　接渗入下伏基岩中，均为透水不含水层。　碎屑岩类裂隙水主要赋存于白垩系下统新隆组　（Ｋ１　ｘ）碎屑岩中，由于裂隙发育，且多呈透镜体沉积于　山丘顶部，连续性差，大气降雨后地下水以泉水形式　排泄至地势低洼处或直接渗入下伏可溶岩层中，含基　岩裂隙水，透水性与富水性一般。　碳酸盐岩裂隙溶洞水主要赋存于二叠系下统茅　口阶（Ｐ１ｍ）灰岩中，发育溶洞与溶蚀裂隙，为地下水　赋存提供条件，主要受地表水经漏斗、裂隙入渗补给，　经岩溶裂隙、溶洞向地下水系统排泄，最终排泄至左　江。水量丰富，富水性强，具有强透水性。勘察期间　（２０１　６年３月）于钻探深度范围内未测得地下稳定　水位。　２接触带处岩溶发育模式与发育特征　２．１地表岩溶发育特征　勘察区地表岩溶强烈发育，表现形式为岩溶漏　斗、落水洞，Ｋ３４　４－７２０　Ｋ３４　４－７４０中心线左侧１０　ｍ范　围共３个溶洞出露，Ｋ３４＋７００右侧１０～５Ｏ　ｍ范围内　可见一岩溶漏斗，溪水流入并通过漏斗底落水洞汇入　底下地下河，Ｋ３４＋７４０左侧坡脚内部溶蚀凹槽、溶洞　随处可见。地表出现较多小型塌陷坑。　２．２地下岩溶发育特征　本次钻探３个钻孔均遇溶洞，遇洞率１００％，基　岩钻进８６．３０　ｍ，溶洞（隙）总高１　５．３０　ｍ，线岩溶率　１　７．７％，属于强岩溶发育地段。电法勘探表明，路中　线Ｋ３４　４－６２０～Ｋ３４　４－７９０段视电阻率等值线低阻下　凹，呈低阻闭合、半闭合圈，电测深曲线出现Ｈ、ＨＡ型　尾支上升，显示溶洞发育深度在约６．０～２０．０　ｍ范　围，溶洞宽１．Ｏ～３．０　ｍ。　可溶岩与非可溶岩接触带处岩溶路基特征及评价／莩塞　．　蚕楚　—　综合各资料表明。路中线Ｋ３４＋６２０～Ｋ３４＋７９０　育较为密集，且多为顺节理裂隙发育的竖向溶蚀裂　段路基范围内岩溶强发育，其表现形式主要以溶沟　隙、小型溶洞。　（槽）、溶洞与岩溶裂隙．发育埋深在３．Ｏ～２０．０　ｍ范　岩溶发育期次根据综合勘察手段进行总结，且与　围内，充填物多为黏土、碎石土，溶洞宽度在０．５～　现实情况较为符合，绘制该段路基综合地质剖面。如　３　０　ｍ．溶蚀裂隙宽度在０．２～１．０　ｍ之间。其他段岩　图２所示。　溶弱发育，对路基稳定性影响较小。　２．３岩溶发育模式　在勘察区．由于非可溶岩呈透镜体形式覆盖于可　溶岩之上．灰岩为可溶岩，为强透水层，泥质粉砂岩等　非可溶岩为相对隔水层，地下水丰富且水位变动频　繁，随地下水位波动在接触界面大量汇集，沿着接触　面流动．为岩溶的发育创造有利条件，地表形成岩溶　漏斗。落水洞。　值得注意的是，在对勘测区进行地质钻探时，钻　图２勘察区综合地质剖面图　探发现的溶洞内部岩芯为褐红色泥质粉砂岩，岩体完　整～较完整。经过对区域地质资料综合研究，推测勘　３路基稳定性评价与处治建议　察区岩溶发育经历了两个时期，其一为早二叠世末期　至晚侏罗世末期，期间受到东吴运动、印支运动与燕　３．１工程地质评价　山运动第一幕影响，勘察区缺失二叠系上统，海相沉　该可溶岩与非可溶岩的接触带处岩溶强属强发　积逐渐变为陆相盆地沉积。　‘，形成了勘察区内白垩系　育区，地表见多处岩溶漏斗与溶洞，钻探、物探亦揭示　下统新隆组（Ｋ　ｘ）泥质粉砂岩与二叠系下统茅口阶　地下岩溶发育，下伏基岩中溶沟（槽）、溶洞发育，与岩　（Ｐ　ｍ）灰岩之间的角度不整合接触。在白垩系下统　溶裂隙集中发育，随地下水位波动已形成岩溶漏斗，　沉积时，下伏可溶岩已出现不同程度的岩溶发育．该　落水洞极其发育，容易导致路基变形、沉陷等，属路基　时期内可见顺层面发育的大型岩溶通道较为发育。　不稳定区，需要对该路段进行处治。其他路段岩溶弱　陆源碎屑在水流的搬运下。在竖向岩溶通道中沉积并　发育。　经历成岩作用，形成溶洞内沉积的特殊现象，如图１　３．１岩溶处治建议　所示。　岩溶处治建议根据施工开挖所揭示的情况，动态　调整、完善设计方案　］，小规模岩溶漏斗、落水洞与浅　埋岩溶洞隙等。对路基稳定十生影响较小，可分别采取　揭顶充填块石、设钢筋混凝土搭板等简易处理措施。　该段岩溶路基存在排水通道，且丰水期水量较为丰　富，处理时不宜全部封堵，应预留出足够的排水通道，　或者设置涵洞跨越，避免因封堵而引起本路段地表发　生内涝。　４结语　图１溶洞内沉积褐红色泥质粉砂岩岩芯示例图　（１）可溶岩与非可溶岩接触带岩溶一般为强烈发　岩溶发育的第二个时期为晚白垩世至第四纪期　育，岩溶发育的特征受到构造地质运动与岩性的影　间，勘察区受到燕山运动、喜马拉雅运动影响，地壳受　响，岩溶发育通常具有分期性，其发育的类型、密集发　到抬升与剥蚀，逐渐形成现在的地质、地貌情况，在此　育带等往往不同。　期间，受到不整合接触界面影响，地下水在反复变动　（２）根据钻探发现溶洞内沉积的特殊现象，据此　过程中，易在不整合接触界面附近富集，使得岩溶发　（下转第９９页）　南宁市五象大桥总体设计探讨／商从晋，廖宸锋　锚具以方便后期管养。　为了减轻斜拉索在风、风雨和桥面振动等外部激　励下产生不同模态的大幅振动，在索塔远端三对较长　的斜拉索上设置有永磁调节式磁流变阻尼器，以减少　斜拉索的振动。　算得知该桥基频为０．４５　Ｈｚ，属中等周期结构类型。　第一阶振型为主塔侧向横弯。　抗震性能分析采用反应谱及时程分析法进行计　算，并考虑横向阻尼装置的作用。根据计算结果可　知，　地震作用下，当不考虑设置横向阻尼装置时，　３．５支承体系　大桥采用半漂浮体系，在桥塔横梁、过渡墩及辅　助墩处均设置活动支座，桥塔处主梁与桥塔间设横向　抗风支座。根据本桥动力计算结果，在辅助墩、过渡　墩处设置横桥向粘滞阻尼器，以控制横桥向位移及地　震效应。　过渡墩、辅助墩墩身最不利弯矩为８．８４Ｅ＋　Ｏ４　ｋＮ・ｍ，剪力为５．９１Ｅ＋０３　ｋＮ，墩身抗弯承载能力　为８．４１Ｅ＋０４　ｋＮ・ｍ，不满足要求；考虑设置横向阻　尼装置后，墩身最不利弯矩减小为５．３６Ｅ＋　０４　ｋＮ・ｍ，剪力为３．４９Ｅ＋０３　ｋＮ，降幅达到４Ｏ％，阻　尼器耗能作用显著，墩身截面满足抗震强度要求。　４结构分析与计算　４．１静力计算　大桥整体结构静力计算采用平面杆系计算程序　及有限元计算程序ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ进行互相校核分析。　根据计算结果，主梁在成桥阶段应力为一４２　ＭＰａ　（拉）～６９　ＭＰａ（压）；长短期组合工况下，主梁应力为　５结语　南宁市五象大桥结构新颖，轻盈美观。大桥已于　２０１　４年年底建成通车，目前运营状况良好。结构计　算分析以及运营两年多来的结果表明桥梁结构的总　体设计是合理的，同时也希望该桥的设计经验为今后　同类型大桥的设计提供参考及借鉴。　６４　ＭＰａ（拉）～１１８　ＭＰａ（压）；标准组合工况下，主　梁应力为～８２　ＭＰａ（拉）～１２５　ＭＰａ（压），均小于钢材　一参考文献　［１］吴冲．现代钢桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６．　［２］严国敏．现代斜拉桥［Ｍ］．成都：西南交通大学出版　社，１９９６．　的容许应力，满足规范要求。　分离式钢箱梁中跨跨中在活载作用下最大竖向　挠度为３２．６　ｃｒｒ￣Ｌ／４００＝７５　ｃｍ，主梁的容许变形满　足规范要求。　斜拉索在施工阶段最小安全系数为３．２；在运营　阶段最小安全系数为２．７，满足《公路斜拉桥设计细　则））（ＪＴＧ／Ｔ　Ｄ６５一Ｏｌ一２００７）的相关要求。　［３］王伯惠．斜拉桥结构发展和中国经验总结［Ｍ］．北京：人民　交通出版社，２００３．　［４］许秀平，彭卫．桥梁建筑美学特征与结构设计ＥＪ－１．金华　职业技术学院学报，２００４（９）：２９—３２．　４．２动力计算　计算采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ建立空间动力模型。计　收稿日期：２０１　７—０２—２８　（上接第６５页）　导致路基变形、沉陷等，属路基不稳定区，需要对该路　段进行处治，建议根据施工开挖所揭示的情况，动态　调整、完善设计方案。　推测勘察区岩溶发育有两个期次，第一期为早二叠世　末期至晚侏罗世末期，岩溶以顺层面发育的大型溶蚀　通道为主；第二期为晚白垩世至第四纪期间，岩溶发　育受地下水变动影响，岩溶以顺节理裂隙发育的岩溶　强发育区竖向溶蚀裂隙、小型溶洞为主，在不整合界　面较为富集。　参考文献　［１］钟铿，李志才，李明声．广西区域地质梗概Ｉ－Ｊ－１．广西地　质，１９８４（００）：２０—３０．　（３）通过综合手段对测区进行勘察，勘察区路中　线Ｋ３４＋６２０　Ｋ３４＋７９０段岩溶属强发育，位于可溶　岩与非可溶岩接触带附近。岩溶类型以溶洞、溶槽、　溶蚀裂隙等为主，且岩溶漏斗，落水洞极其发育，容易　［２－１母进伟，雷明堂，梁军林，等．岩溶路基病害与处置技术国　内外研究现状Ｉ－Ｊ－Ｉ．中国岩溶，２００５（２）：８９—９５．　收稿日期：２０１　７—０３—２ｏ　２０１　７年第４期总第１１　７期９９