摘要：本文简要分析了岩溶区地面塌陷的一般机理,认为岩性构造与地下水的活动是产生隐伏岩溶地面塌陷的三要素。通常由于岩溶区盖层 中地下水位的急剧变化,水力坡度增大,产生潜蚀、真空吸蚀、掏空、形成土洞进而发展到地面变形塌陷。文章中还以两个工厂为例,总结了 地基与基 础设计中,采用钢筋混凝土杯基、跨梁板、水玻璃灌浆、钻孔灌注桩或挖孔灌注桩等方案,都是加固地基防止岩溶土洞对建 筑物的不良影响与危害的有效办法。本文初步探讨了岩溶土洞的行车机理，以及岩溶土洞的安全性评价方法，并以工程中下伏土洞处治为例 ，提出了加筋垫层+刚性桩的处治方案。
关键词：土洞 稳定性 加筋垫层 CFG桩
我国覆盖型岩溶区广泛分布于南方黔、滇、桂、川、湘、鄂、粤诸省区。由溶洞、覆盖土体、水（气）所组成的综合体系在自然与人为因素 作用下易形成土洞甚至是地表塌陷，威胁路基安全。
1、自然条件下土洞成因与形态特征
土洞的形成须具备3个条件：①下伏基岩岩溶发育，上覆土层剥落后堆积与疏运有足够的空间与通道；②水动力条件变化大，常因自然与人 为因素的影响使地下水位大幅升降，形成潜蚀等作用的水动力条件；③土层较松散且具有一定的厚度。
覆盖型岩溶区土洞的形成是地表塌陷的先决条件，而地表塌陷是特殊条件下，潜蚀、真空吸蚀、高压水气的冲爆、重力、振动、建筑荷载等 共同作用下，土洞发展过程中的产物。
土洞塌陷的平面特征以圆形、椭圆形为主，受控于岩溶形态、地层结构及岩土介质条件，少量存在长条形、不规则形、复合型等多种形式。 塌坑周边常见呈环形断续分布的张裂缝，宽度一般小于3~5cm，属卸荷张性裂隙。土洞塌陷剖面形态常见的有坛状、井状、漏斗状、碟状、 复合状等。前期以以坛状、井状为主，后期随着环状张裂隙区段的进一步坍滑发展为漏斗状、碟状。
2、土洞的常规处理办法
一般而言，对于浅表层发育的小型土洞，可以采用冲击碾压或开挖回填等方法进行处治。对于发育有一定深度的土洞，若土洞规模小、形态 明确，则可采取注浆法处治。对于发育规模大或者成片发育的土洞，在挖方段落，还可以采用钢筋混凝土盖板进行跨越处理；在填方段落， 应如何处理，则具有一定难度。对于溶蚀成片发育、覆盖层较厚的填方路基，下伏土洞的形态与规模难以完全查明，采用注浆处治不仅注浆 量巨大而且难以控制。因此，对于下伏土洞，可采取加筋垫层+刚性桩法进行处治的方案。具体为:在填方底部设置厚适当的碎石砂垫层，其 上加若干层土工格栅，以形成柔性垫层；土洞区则采用刚性桩穿越，以对土洞顶板形成多点支撑，提高其稳定性；同时铺筑加筋垫层以形成 复合地基。对于有淤泥充填的土洞，刚性桩采用旋喷桩；对于空土洞，则采用预应力管桩，或采用支柱式注浆体。
3、复核地基条件下土洞的稳定性分析及评估
任何塌陷都是引起塌陷的致塌力与抗塌力在塌陷形成过程中相互作用的结果。本文研究分析一般情况的致塌陷力最不利组合，包括土体自重 （G）、路堤填筑荷载(q0)、垂向渗透力（J）、负压(P0)等，抗塌力包括内聚力(C)、抗剪切力（τ）、地下水的浮托力等。
图1 复核地基处理下单元土洞上方土体受力模型
（1）复合桩基按正方形布置，边长为ａ，其静力平衡稳定性公式如下：
当土洞埋深h≤h１时：
式中：c为土的粘聚力，单位KPa；
K0为土的静止土压力系数；φ为土的内摩擦角，单位（°）；γ为土的容重，单位kN/m3；γ′为土的浮容重，单位kN/m3；ａ为复合地基加 固单元边长，单位m；i为土洞上方地下水垂向水力坡度；q０为路堤荷载，KPa；p０为土洞负压，KPa，可按大气压计。
（2）复合地基环境下的土洞稳定性计算算例。
复合地基桩基础间距一般为桩径3~4倍，其中CFG桩桩间距一般为1.6～2.2ｍ，本文取1.8m，按正方形布置；桩间土c=20KPa，φ＝12°；假 设土洞埋深为6m，计算不同填筑荷载下的土洞顶板的稳定系数Ｋ，表明路堤填筑荷载愈大，土洞产生塌陷的可能性愈大。
图2 填土高度与稳定系数关系
图3 土洞埋深与土洞稳定性关系
图4 场地地质钻孔情况
在路堤高度相同（取5m）、桩基距（a）、桩间土参数（c、φ）不变的情况下，计算不同埋深的土洞顶板稳定系数Ｋ。表明埋深愈大，土洞 产生塌陷的可能性愈小。 4、工程实例
清云高速公路TJ09合同段，地处肇庆高要区，场地范围内下伏基岩为炭质灰岩，属可溶性岩石，表现为隐伏型岩溶。根据勘察，部分钻孔中 揭露有土洞，土洞顶板土层厚度为7.60m，土洞深度为3.05m，洞内含饱和的流塑状粉质粘土，填充物承载力低，上覆层为砾砂层以及淤泥层 ，承载力低。路基填土高度为2m。经计算，由于该处土洞顶为淤泥质土，且土洞顶覆盖层为砾砂层，稳定性较低，未经处理，存在着塌陷的 可能。
本次处理方案为：在填方底部设置厚90cm的碎石砂垫层，其上加4层土工格栅，以形成柔性垫层；土洞区则采用CFG桩（桩距1.8m）穿越，以 对土洞顶板形成多点支撑，提高其稳定性；桩基施工时未避免对土洞进行扰动，采用长螺旋钻进行施工。
经过处理后，场地经检测单桩承载力以及复核地基承载力均满足设计要求，施工期间有效避免出现较大沉降及地表塌陷等情况。
参考文献
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论文作者:屈笑宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/18
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