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我国是世界上岩溶发育最为广泛的国家之一,岩溶分布广、面积大、类型多。在岩溶区修建高速公路时,在路基主要受力范围内,由于附加荷载以及振动的作用,可能导致溶洞坍塌,引起路基及其附属构造物发生塌陷、下沉或开裂,将对高速公路产生极为不利的影响。岩溶作为不良地质条件之一,其形成机理、破坏形式、探测方法、评价方法、处理措施等方面均受到国内外学者的高度重视。其中岩溶路基稳定性问题是目前国内外线路工程建设的技术难题之一,所以在理论和实践方面对其作出深入的研究探讨具有重大的现实意义和价值。
本文选题依据乐广高速公路岩溶专题项目,其为广东省北上快速通道的重点项目之一。主要以乐广高速A1合同段的T8路段为研究对象,在总结归纳现有的稳定性评价方法的基础上,采用二级模糊综合评价、模糊极限平衡分析和定量计算评价三种方法对乐广高速公路岩溶路基的稳定性进行了综合评价,并对不稳定的岩溶路基提出了相应的处理措施。研究成果对该项目工程的设计、施工和后期运营有一定的指导作用,同时对类似工程也起到一定的借鉴作用。主要的研究内容如下:
(1)详细了解研究区岩溶路基的工程地质、水文地质条件,掌握岩溶发育类型及其规律,获得岩土体的物理力学参数;
(2)归纳总结国内外有关岩溶路基稳定性评价的方法,分析影响溶洞稳定性的主要因素;
(3)针对乐广高速A1合同段的T8路段岩溶路基,选用二级模糊综合评价法、模糊极限平衡分析法及定量计算评价法等对其稳定性进行了评价;
(4)结合稳定性评价结果和岩溶路基的治理原则,对乐广高速A1合同段的T8路段稳定性较差的岩溶路基提出了相应的治理方案,并着重研究了盖板跨越方案的设计计算;
(5)利用数值模拟方法分析论证了盖板跨越方案的可行性。
本文主要采用现场实地调研与室内试验相结合、理论研究与实际应用相互促进的方法,分析了岩溶地区乐广高速A1合同段的T8路段路基下伏溶洞的稳定性,并对不稳定的岩溶提出相应的处理方案,得到了如下结论:
(1)乐广高速A1合同段的T8路段沿线的岩性以灰岩为主,为岩溶发育提供了丰富的物质基础,岩溶发育以覆盖型岩溶为主。岩体溶蚀强烈,表面起伏差很大,不利于路基的稳定;
(2)基于现有的评价方法,本文提炼出了11个影响路基下伏溶洞顶板稳定性的主要因素,并采用二级模糊综合评价方法、模糊极限平衡分析法和定量计算的方法对T8路段的岩溶路基的稳定性进行了评价,评价结论是研究区段内仅有30%的溶洞处于稳定~较稳定的状态,大多数溶洞的稳定性比较差。
(3)针对不稳定的路基岩溶提出了以岩溶尺度划分原则来确定处理方法,这主要是从工程实际应用的角度来考虑的,而不是针对岩溶的具体形态。这种分类处理方法容易理解和掌握,可以减少现场技术人员由于岩溶地质学的知识掌握不足而对岩溶形态造成的误判,甚至采用不当的处理方法的可能性。
(4)在工程治理方案设计方面,着重介绍了T8路段上里程桩号为K76+869的溶洞的盖板跨越方案的设计计算,确定尺寸为23.0m×28.0m×1.1m的盖板,按照双向板设计计算内力和配筋,得到两个方向截面的配筋方案。
(5)采用数值模拟方法对盖板跨越治理方案的可行性进行了论证,通过分析竖向位移,塑性应力区的计算结果图,可明显看出路基沉降值减少,溶洞顶板无明显的弯曲变形,岩溶路基稳定性有大幅提高,处理效果明显。