摘要：在道路工程选线时桥址尽量避开极其发育的岩溶地基，但全线大部分线路位于岩溶发育区时，要想避开也不现实。因此，道路工程及桥梁工程作用在岩溶地基上时，为了保证工程的安全性，如何对岩溶地基进行处治就显得很重要了。本文将对岩溶区处治方法进行研究。
关键词：岩溶区嵌；稳定性；处治方法
1 导言
随着我国经济不断的发展，桩基础在桥梁、公路工程中得到广泛应用。由于地质条件复杂，桩基础难免会遇到岩溶地质情况。如何评价溶洞顶板的稳定性、计算溶洞顶板的最小安全厚度对岩溶区嵌岩桩的设计至关重要。因此，对岩溶区嵌岩桩稳定性研究具有重要的工程实践价值。
2 岩溶的基本特性
岩溶发育条件及其规律岩溶发育的基本条件是：（1 ）有可溶岩（溶质 ）的存在；（2 ）有溶解可溶岩的水（溶液 ）和溶剂（CO2 ）。对碳酸盐类岩石进行分类时，要考虑主要有：晶粒形态、大小及晶粒组合构；其他作用对成岩后的影响。其中两个主要的因素是气候和地质构造，而影响气候的因素主要表现在稳定和降雨量两个方面。岩溶的发育规律主要受到地质构造、岩性、气候及地形等因素的共同影响。总结起来，岩溶发育有如下规律：（1 ）不同结构、岩性和层厚的岩体中，呈现出不同的岩溶发育状态；（2 ）在断层构造带、褶皱构造带常存在大溶洞、暗河、串珠状漏斗等岩溶现象；（3 ）在分水岭、地形陡峻的斜坡地带容易形成竖井、漏斗、溶蚀洼地、落水洞等岩溶形态；（4 ）在河谷地带发育的溶洞，有以下特征：两岸的溶洞分布表现为对称成层形态，其规模从岸向山逐渐的变小；如果后期河床下切，而且无岩溶水的存在，溶洞的发育一般从河谷向分水岭呈减弱的态势；（5 ）岩溶在地下分水岭地带发育较弱，在垭口中心地带、负地形多的地带比较容易发育；（6 ）岩溶在地表容易发育，溶洞规模较大且密集，其发育强度随深度的增加而呈减弱趋势。
3 岩溶区嵌岩桩荷载传递的基本特征
岩溶区嵌岩桩与普通嵌岩桩荷载传递机理有类似的地方，主要表现在桩与桩侧土体的相互作用、桩与桩侧岩体的相互作用。岩溶区嵌岩桩在竖向荷载的作用下，桩身被压缩，同时桩体产生向下的位移，这造成了桩与桩侧土体产生了相对位移，桩侧土对桩体的摩阻力最先发挥，随着桩土间相对位移量的增加，桩侧岩体对嵌岩桩产生了摩阻力，当桩体与桩侧岩体的相对位移达到一定程度后，桩身侧阻力（包括桩土、桩岩间的摩阻力 ）达到了极限值，即桩身侧阻力不会随着桩土（岩 ）的相对位移的增大而增大，此时增加的上部荷载由桩端岩层承担。许多学者对嵌岩桩侧阻力进行了研究，研究结果表明：桩端所提供的承载力随嵌岩深度增大而减小，当嵌岩深度达到某一临界值时，上部荷载完全由桩侧摩阻力承担。综上所述，岩溶区嵌岩桩的上部荷载最先由侧阻力承担，然后才是桩端阻力承担，而桩侧阻力和桩端阻力并不是同时发挥的，即岩溶区嵌岩桩桩侧阻力和桩端阻力不会同时达到极限值。嵌岩桩在土层中的长度及嵌岩桩的嵌岩深度会影响桩侧阻力和桩端阻力的荷载分担比，可分为以下 2 种情况：（1 ）嵌岩桩桩长较长、嵌岩深度较浅，这类桩表现为摩擦桩或摩擦端承桩的特征，其桩身压缩量可以保证侧阻力的发挥，从而使得侧阻力先于端阻力达到极限值；（2 ）嵌岩桩入土深度较薄，嵌岩桩在上部荷载作用下发生向下位移时，不能满足桩侧土体对桩摩阻力发挥的相对位移要求，因而桩侧岩体提供的侧阻力最先得到发挥。而对于岩溶区的嵌岩桩而言，并不能精确计算出桩侧土体与岩体所提供侧阻力，为了保证岩溶区嵌岩桩设计的安全，一般认为上部荷载完全由嵌岩桩端的岩层承担，桩侧土体与岩体所提供的侧阻力可以作为工程的安全储备。
4 岩溶地区工程处治方法
4.1 岩溶水的定义及处治措施
在各种岩溶形态表面的地表水、岩溶形态内部的地下水的总称，岩溶泉、接触带岩溶水、地下河是岩溶水的表现形态。岩溶水特点包括：（1 ）分布不均匀；（2 ）水流量的季节变化幅度比较大；（3 ）动态多变、而且具有反复性；（4 ）水量不易确定。根据以上特点可知，难以完全掌握岩溶水的水量、水位及其活动规律，加上岩溶水存在于各种复杂的地质结构中，常常防不胜防。岩溶水给工程的施工造成巨大的影响，有可能淹没施工现场导致工期延误的后果，同时也会对填筑成型的路基造成各种危害。岩溶水对路基的影响主要体现在以下几个方面：（1 ）路基容易被地下水侵水、淹没且消水困难；（2 ）地下水和地表水相互流动的过程中，路基填料及地基土的细料因为动水压力作用而流失，最终导致路基沉降不均匀，甚至塌陷；（3 ）水位在封闭的地下管道裂缝中急剧变化时，会产生水气压力，路基会受到水气压力的影响。岩溶水与一般水流的性质不同，根据它的特性，处理的总原则是：因地制宜，因势利导，宜以疏导为主。岩溶水量的估计宁大勿小，相应的排水建筑物也应宁宽勿窄，处理上疏导比堵塞好，桥跨比涵洞好。岩溶水主要的处治办法如表1所示：
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表1
4.2 岩溶区路基的处治
对于岩溶地区公路工程施工来说，其治理的方法包括两个方面：（1 ）为了防止路基的沉陷或者减小路基的不均匀沉陷，可以提高路基的承载力；（2 ）防止和减小岩溶水对路基的溶蚀、冲蚀，而导致路基破坏。根据路基下溶洞的大小，形状、位置等特征，可以采取的治理工程措施如下：（1 ）清除换填：若溶洞中有流水的作用，首先要清除溶洞内的软弱填充物，然后用块石、碎石或砂砾等材料按上粗下细的原则进行回填；若溶洞中没有流水的作用，可以用土夹石、黏土等材料进行回填击实。（2 ）可以采用混凝土拱、砌石等措施跨越溶洞。（3 ）梁板跨越：适用于溶洞顶板破碎而洞壁岩石强度完好的情况。具体做法是，首先要清除溶洞内的部分软弱填充物，将片石和砂砾等材料进行回填，然后在顶部浇筑30~50cm 厚的素混凝土。
4.3 岩溶区桥梁桩基的处治
对岩溶地区的桥梁基础进行设计时，应根据岩溶地质的具体情况，结合桥梁基础承受的上部荷载大小，基础地面以下岩层的厚度、质量、稳定性综合进行考虑，妥善处理。主要包括两种情况：（1 ）不扰动岩溶地基，利用基础下面一段厚度的岩层提供承载力；（2 ）穿过溶洞，利用钻孔灌注桩打穿溶洞，将桩嵌入到稳定的岩层上。具体方法如下：（1 ）当岩溶的埋藏比较浅，只是局部有溶沟溶槽或者下部已经探明没有溶洞时，可以采用扩大基础，用与基础同等级的混凝土对基底下的溶沟、溶槽进行回填，并在基底增设钢筋网。（2 ）当覆盖层比较稳定，土质比较好，浅层没有溶洞，且溶洞位置较深，溶洞顶板岩层完整，无水流冲刷时，桥梁基础可采用扩大基础。
5 结论
本文概述了桩和岩溶的工程特征，并对岩溶区嵌岩桩的研究现状进行总结。针对岩溶区嵌岩桩受荷机理的复杂性，深入探讨了岩溶区嵌岩桩桩土、桩岩侧阻力及端阻力的计算方法，并分析了桩端岩层的受力机理和破坏特征，为岩溶区嵌岩桩的分析计算奠定基础。
参考文献：
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[3]龚成中.岩溶地区嵌岩桩基承载特性研究[D].东南大学，2005.
[4]谢富贵.岩溶地区桥梁桩基承载特性研究[D].长安大学，2007.
论文作者:贾斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：岩溶论文; 溶洞论文; 阻力论文; 路基论文; 荷载论文; 岩层论文; 位移论文; 《基层建设》2018年第29期论文;