1、谈谈山区崩积洞对公路工程建设的危害和处治向乾俊 1 倪毛德 2 （1、江西省交通设计院 江西 南昌 330002）（2、江西省上饶市交通投资集团有限公司 江西 上饶 334000）摘 要：针对山区坡（崩）积层中的架空构造现象应用崩积洞新概念加以概括和描述。着重分析了山区崩积洞的成因、形成条件、工程特性和对公路工程建设的危害，提出了崩积洞为类似于岩溶洞穴的不良地质的理念，遇其必须处治以保建筑物安全，并用事例说明了处治措施的探讨性和有效性。关键词：岩土工程；山区；崩积洞；公路工程；危害；处治0 前 言1997 年南昌昌北机场高速公路地质勘察时，在起点福银高速公路互通的山前岗地，10m 余厚的红色粘
2、土层（ ）以下发现花岗片麻岩块石、粘土相间，块石大小不一，粘土稀软，钻进漏水，厚度 10m-15m，构成互通立交基础不良地层 1；2004 年 12 月下旬，为了查清正在施工的三清山环山旅游公路数个地段不良地质，发现位于深切沟谷内的箱涵在基础超挖后仍见块石土，块石杂乱彼此间距很大，可以明显判出块石土内存在空隙 2；2006 年 11 月济南至广州高速公路鹰潭至瑞金段地质初勘时，在南丰境内的白舍比较段小石分离立交发现强风化花岗岩（ 3）之上有二层由花岗岩孤石搭建的空洞，高度分别为 1.7m 和 2.9m3，成为该方案舍弃的因素之一；陕西翠华山崩塌石海景观由巨石相互堆砌、叠置、欹嵌形成上百个一定规
3、模的洞穴 4。这些现象出现的共同特点一是都分布于山区坡麓地貌，二是地层均为山前坡积物，三是块石搭迭形成架空构造。公路建设进入山区，为节约土地资源或受地形限制，微地貌坡积裙成为路线布设的重要场所，坡（崩）积物相应成为路基、桥涵的基础持力层。坡积物内形态复杂的架空构造，是一种类似于岩溶洞穴的不良地质，危害公路工程等建筑物的安全与稳定，必须予以重视。为了更好地说明这种架空构造，本文引入一个新的概念崩积洞来分析和阐述，以加深对这种不良地质的理解。1 崩积洞的概念、成因及形成条件崩积洞目前工程地质教科书上没有明确的提法和相应的概念，笔者仅在福建武夷山景区见到世界自然遗产组织的命名。依据分布和构成特征，笔
4、者将其定义为：指在高山陡坡低洼地段由于山体崩塌、坠落作用而形成的坡（崩）积物呈无序、杂乱而且高度大于 0.1m 的架空构造。这种架空构造大小悬殊、充填不一，具有结构上的相对稳定性，与可溶岩中的洞穴极为相似。崩塌是突然发生的，其产物是由巨大的岩块、碎石和岩粉混合而组成的崩积物。崩积物往往巨大的岩块多于碎石、岩粉。高陡坡地段较大岩块滚落的距离近，相互堆迭架嵌形成空隙、洞穴（见图 1） 。持久的崩塌使崩积物不断堆高形成倒石锥，一个个独立的倒石锥(内有空洞， 图 1)在不断扩大后相互连接形成坡积裙（堆石裙） ，此过程中形状复杂多变的架空构造不断形成并被覆盖而成为相对固定的崩积洞穴。图 1 江西武夷山现
5、代崩积洞雏形崩积洞的形成必须具有一系列的条件。根据工程地质和系统工程理论，其形成条件可表示为：Xt=fD ,Y, G, S, Xh, Dz式中：Xt-系统条件D-倾角的地形Y-各类硬质岩体（饱和单轴极限抗压强度60MPa）G-高倾角（70）裂隙发育程度S-水文地质条件Xh-气候Dz-强烈的新构造运动或地震f -条件组合结构。括弧内前 4 项为基础条件，后 2 项为环境条件。当相关条件处于极端状态时为组合最佳，易形成崩积洞。特别如 D、Y 和 Dz 组合时最易形成。四川.汶川大地震就是 D、Y 和 Dz 条件的组合，所以形成了许多新的崩积洞。由系统条件不难判断，崩积洞的形成和分布主要在重丘和山岭
6、的坡麓、沟谷底部，具有分布和规模上的间断性、非均性、隐蔽性的特点。现代崩积洞最著名的为陕西翠华山崩塌石海景区，面积约Km 2，洞穴最长 100m 多（蝙蝠洞） ，高者近 20m（风洞） ，已作为旅游资源开发利用。崩积洞形成过程长短不等，以地震成因的为最短。形成后一般不会自行塌陷，但在建筑物附加荷载作用下则类似于可溶岩中的洞穴，构成山区公路工程等建筑物的不良地基，使工程特性不佳的坡（崩）积层更趋恶化。2 崩积洞的工程特性及危害2.1 崩积洞的工程特性崩积洞的工程特性是指在工程建筑物的附加荷载作用下所表现出来的稳定程度或变化状态。表现形式与建筑物附加荷载的型式、大小、速率不同有关，对建筑物产生一定
7、的影响和危害。笔者认为崩积洞工程特性主要有蠕变性，滑移性和突塌性等方面。(1)蠕变性：在建筑物附加荷载的作用下，坡积物由松散堆积逐渐过渡紧密相嵌，随意接触的崩积洞四周块石调整为密切迭加，洞的大小形状发生一定变化，洞体结构出现不稳定，朝着塌落堵塞方向发展，此过程一般较缓慢，是外部荷载作用力较小和速率较慢的一种表现。(2)滑移性：由于陡坡效应建筑物施加的附加荷载产生水平分力，位于陡坡的崩积洞在水平分力作用下会随着坡积物一起向山坡底部滑动，不但洞的位置会发生变化，而且其大小、形状甚至性质都可能与滑移前不同，常对施加荷载的构造物产生较大影响。(3)突塌性：崩积洞形成后一般处于相对稳定状态，当外部附加荷
8、载达到或超过崩积洞所能承受的自稳应力或者荷载突然增加（如崩石冲击、重型碾压等）时，就会发生结构突变，导致洞体塌陷形成新的结构稳定状态。可能导致工程建筑物很大的破坏。崩积洞的工程特性反映对建筑物的不同破坏作用，一般来说蠕变性对公路工程的影响最小，突塌性破坏最大，滑移性则介于两者之间。2.2 崩积洞对公路工程建设的危害崩积洞发育于第四系坡（崩）积层，是构成坡积物为不良地层的因素之一。工程特性决定崩积洞不利于工程建筑物基础的稳定，其危害与岩溶基本相似，主要表现在：(1)塌陷：地基受力层范围如有崩积洞，在建筑物附加荷载或振动作用下，崩积洞洞壁松动，洞顶坍塌，使地基突然下沉而发生塌陷，将导致公路路基下沉
9、、路面开裂、桥基倾覆、上部结构变形等，是崩积洞突塌性的表现，对公路工程等建筑物破坏最严重。(2)不均匀沉降：崩积洞的存在使坡积物松密不一，物质粒度悬殊，实体与空体交错出现，当地基受力时产生沉降差异，特别是半填半挖路基这种效应将更显著，是蠕变性和滑移性的主要体现，影响地基和建筑物的稳定。(3)侧向滑动：位于坡麓地段的路基或桥梁基础，一般部分或全部地落在坡积层上，在崩积洞变形和陡坡效应的共同作用下易产生整体或部分向坡下滑动，导致其开裂、错位、垮塌，使公路受损，甚至通行功能丧失。(4)路基软化：崩积洞多为坡积层内地下水赋存之所，是山区主要的含水构造，是生产、生活用水的水源空间之一。当附加荷载作用时崩
10、积洞含水空间变小，地下水向洞外渗透促使水位壅升，对路基产生浸染软化、淘蚀，导致路面悬空，危及营运安全。崩积洞对公路工程的影响有时是单一形式的有时则是综合性的，无论何种形式影响都较大。3 崩积洞的处治措施探讨第四系坡积层往往是山区公路工程等建筑物的重要持力层，如果坡（崩）积层内发育崩积洞势必会造成安全隐患，特别在地震烈度很高的地区，如经地质勘察发现必须处理。3.1 处治基本原则安全经济、因地制宜、简单有效。3.2 处治措施总体思路和方法与岩溶处治相似，具体措施见下。(1)避让：当崩积洞个大数多、相对集中时避让是最有效也是最经济的方法。(2)清除回填：适用于崩积洞埋深 0m-3m 范围，挖除表土揭
11、露洞穴，再回填压实洞体，使其地基土质均一。(3)强夯或碾压：适应于崩积洞埋深 2m-6m，碎块石较多开挖不便，此时用重型机械夯实或重型压路机压实，促使崩积洞穴塌陷密实。(4)注浆：适应于崩积洞不大但埋深大（6m）的情况，用注浆机械将水泥砂浆或粉煤灰水泥浆等灌满洞穴、孔隙，使坡积物形成实体，以提高地基土的承载力，减小工后沉降。(5)支挡加夯压：处治思路是“先稳坡再处洞” ，适应于地形较陡地基半填半挖地段，而且清除、摆线、改桥不可能或不经济的情况，其方法是先用挡墙、抗滑桩等工程措施稳固崩积物与地形，然后再用强夯、重压或注浆等处理崩积洞。(6)建筑物本体措施：主要是通过加强建筑物基础的整体性和自身强
12、度以提高抵抗不均匀沉降的能力。方法有桥梁深基础（桩基） 、扩大基础、简支梁、路改桥、提高路基垫层强度、配筋混凝土连续板等。一般与前述措施结合使用才能达到最佳效果。4 工程实例：某环山旅游公路崩积洞的处理某旅游环山公路全长约 52m，按山岭重丘二级公路标准建设。公路盘山而上，山体坡度大多在 50度以上，较多路段在坡积裙微地貌上布线。由于路线地质勘察不够精细，施工期就出现多处路基失稳和桥涵基础无法按设计施工。重要原因之一就是对坡积层中的崩积洞认识不到位。下面以一处箱涵和两处路基为例说明崩积洞的处治方法和效果。4.1 K21+775 箱涵箱涵跨径 4m，位于陶家山养路队附近的冲沟，冲沟较深而且弯曲，
13、沟水四季不断。坡积物粘土、碎块石和灰岩孤石混杂。明挖浅基础施工时已超挖 1m 仍见崩积物块石之间间隙很大，稀软砂砾粘土充填其间，股状沟水通过此处转为地下水，施工单位未轻率浇筑基础。勘察单位通过地表调查、电法勘探、螺纹钻钻进等手段，查得开挖标高以下 2m9m 范围内为不良地质结构崩积层。层内土石混杂软硬不均，崩积洞隙发育，地质十分复杂。根据地形、地层特性和构造物特点，不宜再继续深挖。鉴此，业主召集施工、勘察、监理单位现场讨论达成如下处治方法。(1)箱涵规模和基础标高保持不变，对持力层作提高承载力的工程处治：清除开挖面的软弱粘土,揭露的沟状缝隙用碎石填充并整体找平；然后对超挖 1m 的部分先铺填
14、40cm 厚的片块石，再用碎石填充缝隙后喷水泥砂浆固结，形成具有一定强度的整板。然后按 30cm 厚度铺二层碎石经压实后到基础底面设计标高；（2）现浇箱涵底板配筋间距由 0.35m 调到 0.30m以提高整体强度，其它设计尺度不变；（3）鉴于箱涵上游沟水有下渗的现象，将进水口上游 20m30m 范围内沟底用 7.5浆砌片石浆砌以减少地表水下渗危及箱涵基础；此方案实质为清除换填和强固基础，得到指挥部批准，建成通车近 3 年没有发现任何异常现象。4.2 K22+380440 及 K22+560620 下沉路段两处下沉路段共长 120m，位于三清湖水库右侧山腰，路线左贴陡峭山体右临水库，半挖半填路基
15、。临湖侧巨型滚石、块碎石、砂粘土混杂，坡陡凹凸、草木稀少局部成团发育，勘查期间（枯水期）接近水库蓄水标高附近仍有不小的股状地下水流出。左则山体砂质灰岩突兀，裂隙发育，两路段中部均有冲蚀陡峭沟状地形。据此分析两处下沉路段均位于古崩、滑地形上，崩滑形成的坡积物内崩积洞穴发育，结构松散。现场专题讨论提出：下沉路段附近岩石山坡陡直线位无法摆动，右侧坡积物又不宜清除，路改桥造价太大。因此采取“先稳崩积物再除崩积洞”的方法予以处治。拟出具体措施如下：(1)在右侧路缘外 2m-3m 处设置 1m2m 矩形抗滑桩，桩距 5m，桩端嵌入完整基岩 2m-3m，人工挖孔成桩，利用抗滑桩上部再设置挡墙，在挡墙与路基间
16、用片碎石充填密实。(2)挡墙之内的右侧路基以下 5m-10m 深度注浆，填充深部崩积洞。(3)抗滑桩和深部注浆完成后用重型振动压路机反复碾压 10 遍以上，将路基垫层以下至 5m 以上的崩积洞隙压实。(4)加强地表排水。在路基左侧边坡顶设置截水沟，坡面用水泥砂浆喷盖并隔 5m8m 设置泄水槽将坡面水引入边沟。(5)增加地下排水设施。左侧面临山体，为切断坡面水渗入路基，在边沟下部设深度 1m 的暗沟。右侧抗滑桩之间用 100PVC 材料管设置 23 层排水斜孔，斜孔须进入路基 5m-10m 深度。(6)也可仅将沉降部位用碎石填压后让其自然沉降几年再硬化路面。因工期关系当时采用第(6）点方案，通车
17、一年多两路段右侧（临水库）发生崩滑，路基下沉无法正常通车。2007 年上半年再次召集专家咨询，基本采用上述(1）(5）点方案予以处治，恢复通车至今未发现因路基下沉断绝交通的情况。另南昌机场高速公路互通基础改为桩基穿越崩积洞；鹰瑞高速公路小石分离立交崩积洞，随比较方案舍弃而无需处理。5 结 语崩积洞虽然是一个新概念但更是一种客观存在。作为类似岩溶洞穴的不良地质，过去人们对它尚未引起广泛注意，究其原因是崩积物直接作为路基持力层的情况不多。在公路工程建设突飞猛进的今天，为了贯彻环保、节约新理念，利用山区坡积物作为公路工程建筑物持力层将越来赿多，崩积洞的影响也就越突出。上述实例说明要象对待可溶岩中的溶
18、蚀洞穴一样对待坡积物中的崩积洞。 公路工程建设从勘察、设计、施工等各道工序都应予以足够重视，充分认识它的危害性和处理的必要性，以确保公路工程建筑物的安全。参考文献：1江西省交通设计院. 南昌市昌北机场高速公路施工图设计工程地质报告R. 南昌：江西省交通设计院. 1997 年 5 月.2江西省交通设计院. 三清山环山公路玉山至紫湖段（B1 标）施工期工程物探勘察报告R. 南昌：江西省交通设计院. 2005 年 1 月.3江西省交通设计院. 南至广州国家高速公路江西境内鹰潭至瑞金段初步设计阶段工程地质报告R. 南昌： 江西省交通设计院.2007 年 10 月.4陕西旅游资料网.翠华山EB/OL. http:/. 2004 年 6 月 30 日.
