黄土地区运营公路落水洞路基病害成因分析及处治措施.pdf
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1、包Aug.2023年8 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.4第4 期(总第2 8 3 期)山西交通科技黄土地区运营公路落水洞路基病害成因分析及处治措旗闫鑫(临汾南高速公路管理有限公司,山西临汾041075)摘要:针对黄土地区运营公路发生落水洞造成的路面沉降和塌落病害,通过工程实例从黄土落水洞的分布特点、成因分析以及针对运营公路在确保通行条件下的处治方案比选等方面,论述了黄土落水洞对路基安全性的评定方法和落水洞的处治办法,并证明了所述运营公路黄土落水洞处治方法的工程实用性。关键词:黄土;运营公路;落水洞;处治中图分类号:U418.55文
2、献标识码:A文章编号:10 0 6-3 52 8(2 0 2 3)0 4-0 0 3 2-0 5Cause Analysis and Treatment Measures of Sinkhole Disease onOperating Highway in Loess AreaYANXin(Linfen South Expressway Management Co.,Ltd.,Linfen,Shanxi 041075,China)Abstract:Focusing on the pavement settlement and the collapse disease caused by the
3、 sinkhole on theoperating highway in the loess area,in terms of the sinkhole distribution characteristics,cause analysis,andselection and comparison of the treatment schemes ensuring the smooth traffic of operating highways,thispaper expounded on the evaluation methods for the subgrade safety of the
4、 loess sinkhole and the treatmentmethods for the sinkhole,and verified the engineering practicability of the proposed treatment methods forthe loess sinkhole in operation highways.Key words:loess;operating highway;sinkhole;treatment0引言黄土作为第四纪形成的沉积物,在我国分布十分广泛。山西省是黄土集中连续分布的主要地区之一,其中在西部吕梁山脉西麓地区分布有覆盖于离石
5、老黄土上部的马兰黄土,其具有分布厚度大,土质均匀、结构疏松、垂直节理发育,湿陷等级高、抗水蚀能力差的特点,受自然气候条件的影响易形成黄土落水洞。公路在通过马兰黄土分布地区时,尽管在建设期针对公路影响范围内的黄土进行了一系列消除其湿陷性的工程措施保证了黄土地区的路基稳定性,但在公路运营期间,受大气降雨、公路沿线地形条件等影响,在公路影响外形成的落水洞汇集地表径流后落水洞不断延伸至公路路基影响范围内。公路影响范围内的落水洞往往隐蔽于地下,公路日常养护发现困难,当落水洞规模不断扩大后,易造成路面结构沉陷,严重情况下造成路面突然落引发安全事故。本文结合工程实例针对黄土地区运营公路落水洞的形成原因进行科
6、学分析并结合分析结论针对性处治进行论述。1工程背景某高速公路位于山西省吕梁山西麓地区,公路沿线地形地貌以黄土侵蚀地貌为主,大的地貌有黄土塬区和黄土覆盖中低山区,黄土梁、峁、沟纵横,主沟方向多以南西为主,次级沟谷多呈北东向,微地貌多为黄土冲沟、黄土斜坡、黄土梁组成,厚-巨厚黄土覆盖,冲沟发育,沟深坡陡。受地形影响,公路通过该区域时以半填半挖路基形式通过,由于原地表横坡较陡,导致该段公路多为挖方边坡和填方边坡,高度较大。路基收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 2;修回日期:2 0 2 3-0 4-2 2作者简介:闫同鑫(19 9 0),男,山西新绛人,工程师,大学本科,2 0 14 年毕业于北京
7、交通大学土木工程专业。33闫鑫:黄土地区运营公路落水洞路基病害成因分析及处治措施2023年第4 期典型断面如图1所示,782453:01580.50758中线21:1.50:1.75图1路基典型断面图公路运营过程中出现路面持续沉降,个别路段甚至出现了路面结构突然塌落的现象,为探明路面持续沉降和突然塌落病害原因,管养单位采用地质雷达、物探和地质钻探综合勘察手段对病害段落进行了地下空洞探测。地质勘察地质钻孔深度为地质雷达、物探异常区以下不小于5m并进行地质取样室内试验。同时,养护人员对路基影响范围以外的山体采用无人机巡察与人工徒步踏勘相结合的方式进行线外可见落水洞排查。通过落水洞排查,发现位于公路
8、上游占地线以外的山体冲沟内存在地表水下渗形成的黄土碟型地、竖井状落水洞或漏斗状落水洞,局部可见串珠状落水洞。其中,黄土碟型地多出现于冲沟内陡坡变缓坡的区域,竖井状落水洞出现于碟型地下游。具体分布形态如图2所示。黄土碟型地竖井状落水洞漏斗状落水洞公路挖方边坡公路填方边坡暗洞图2落水洞分布典型断面图通过对高速公路路面范围内地质雷达扫描可知,在与上游冲沟大致对应路面沉降区域,路面结构层下存在局部脱空,脱空高度5cm至7 0 cm不等,脱空区呈不连续分布。物探结论显示,路基下部深层区域存在异常区。地质钻探如图3 所示。层底层底分层标贯动探地层时代柱状图高程/深度/厚度/岩土名称及其特征取样击数击数/编
9、号成因mmm1:150击击-1.0001.00-1.00路面结构层:黑色-灰白色,主要成分为沥青路面层及水泥稳定层,下部2-1.6001.60-0.60见轻微脱空QN63.5=2,1,3杂填土:红褐色为主,湿,松散,2.15-2.45主要成分为强风化砂岩、泥岩及黏性-4.1004.10-2.50土,土质不均,碎石含量约占4 5%=3.00素填土:主要成分为粉土,褐黄色,4.15-4.45饱和,湿软,整体呈流塑状,土体结构松散,密实度低,无光泽,稍有韧=5.00性,刀切面粗糙,干强度低,钻进速6.15-6.45度快(土)1=5.00粉土:褐黄色,饱和,湿软,局部7.80-8.008.15-8.4
10、5呈流塑状,土体结构松散,密实度低,无光泽,稍有韧性,刀切面粗糙,干-10.30010.30-6.20强度低,钻进速度快=6.0010.15-10.45粉土:褐黄色,湿,软,土体结构12.30-2.00松散,密实度低,无光泽,稍有韧性,-12.300Ornl刀切面粗糙,干强度低,钻进速度较快空洞:掉钻,取芯困难,见少量松散粉土-14.90014.90-2.60粉土:褐黄色,饱和,湿软,整体呈(土)2流塑状,土体结构松散,密实度低,无=3.0015.80-16.00光泽,稍有韧性,刀切面粗糙,干强度16.15-16.45低,钻进速度快=4.00-19.20019.20-4.3018.15-18.
11、45粉质黏土:褐红色,湿软,呈流塑-软塑状,稍有光泽,韧性中等,刀切面=5.0020.15-20.45较光滑,干强度一般()321.80-22.00=7.0022.15-22.45alpl-24.00024.00-4.80=14.00粉质黏土:褐红色,稍湿,可塑,稍有光泽,稍有韧性,刀切面粗糙,干强24.15-24.45-26.00026.00-2.00度较低图3路面沉降处地质钻孔柱状图通过地质钻探得知,区内揭露岩土体从新到老依次为:a)第四系全新统(Q4ml)路基填土路基填土主要为素填土和杂填土,素填土主要为粉土,褐黄色;杂填土主要为强风化砂泥岩及黏性土,红褐色为主。b)第四系上更新统(Qe
12、l)地层岩性为粉土,褐34山西交通科技2023年第4 期黄色,大孔隙,垂直节理发育,具湿陷性,易发育落水洞。c)第四系上更新统(Q,cdl)地层岩性为碎石土,杂色,母岩成分主要为砂岩和泥岩。d)第四系中更新统(Q,altpl)地层岩性为粉质黏土为主,褐红色,多呈可塑,较密实,透水性差,局部含钙质结核夹层。e)三叠系下统刘家沟组(T,)地层岩性以砂岩、泥岩为主,褐红色,层状构造,强风化。物探异常区土体多为潮湿-饱和态,局部出现空洞。2公路黄土落水洞形成原因分析病害区山体表层为第四系晚更新世马兰黄土(Q,),其颗粒组成以粉粒组为主,塑性指数为1 1.5,土中起骨架作用的难溶盐碳酸钙和中溶盐硫酸钙含
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