岩溶(落水洞)

在道路建设中，水是影响路基稳定性的重要因素之一，岩溶地区的落水洞下往往地下暗河发育，地下水有可能从落水洞口涌出浸泡路基，因此，落水洞对道路路基的稳定性存在很大的安全隐患。如何针对不同类型的落水洞，采取相应的处理以消除水对路基的影响，是保证岩溶地区路基稳定性的关键。一、落水洞的成因及类型（一）喀斯特地貌“喀斯特”一词源于前南斯拉夫的一个地名。喀斯特地貌是指石灰岩受水的溶蚀作用和伴随的机械作用形成的各种地貌：石芽、石沟、石林、落水洞、溶洞、地下河等。这种地貌在南斯拉夫亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。地水在运动过程中对所经过的沉积物或岩石有着重要的侵蚀作用，既包括水动力作用下的碎屑物搬运，又包括水对岩石或沉积物的化学溶蚀作用，还包括碎屑物在搬运过程中的磨蚀作用。喀斯特地貌就是地下水对碳酸盐岩侵蚀作用的结果。按其发育演化，喀斯特地形可分出以下6种：1.地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。2.地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，形成落水洞。3.从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。4.随地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。5.地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合地作用，形成坡立谷和天生桥。6.地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之下继续进行。（二）落水洞的成因及类型岩溶主要是水对可溶性岩石溶蚀的结果。岩溶形成的四个基本条件：可溶性岩石、具有溶解能力的水、岩石的透水性及水在其中的不断流动。落水洞是岩溶地貌的其中一种形态，是沿垂直方向发展的洞穴，垂直或陡斜曲折，宽度数厘米至10余米，深度可达几百米。其中有地表水流入的称落水洞，无水流入的称竖井。落水洞按形态分为三种：1.缝隙状落水洞：形态狭长，分布最广。2.井状落水洞：呈井状3.竖井状落水洞：宽度和深度较大，深度可达几百米。在实际工程中常按照落水洞对路基的危害程度进行分类，可分两类：无水的落水洞和有水的落水洞。无水的落水洞在此指的是漏斗，注意与竖井相区分。漏斗是地表水沿可溶性岩石竖直的裂隙溶蚀扩大或由溶洞塌陷形成的漏斗状凹地，其横断面可从数米到数十米或更大，深度由1～2米至10～15米，平面形状有圆形、椭圆形和不规则外形等形态。漏斗底部常有堆积物，无地下暗河与其连接，不能排泄地表积水。有水的落水洞常与地下暗河相联系，雨季常有地下水涌出，地表积水也可通过地下暗河通道排走。在实际工程中常遇到的多为小型的落水洞，孔径和深度均不大；对大型的落水洞，道路选线时要尽量绕避，本文主要针对小型的落水洞进行讨论。二、落水洞对路基的危害水是影响路基稳定性的重要因素之一，从喀斯特地形和落水洞的成因可看出，岩溶地区的落水洞下往往地下暗河发育，地下暗河和地下水、地表河流是连通的，雨天或者洪水期，地下水便会经地下暗河通道从洞口涌出浸泡路基，淘蚀路基土，使路基土软化、流失，造成路基塌陷，严重影响了路基的稳定性。因此，如何有效地对落水洞进行处理，直接关系到路基的稳定性、路面结构的耐久性以及今后的行车安全。三、落水洞的处理措施对落水洞的处理方法，可用四个字进行概括：填、堵、留、排。填：用片石或块石进行洞内回填。堵：用浆砌片石或钢筋混凝土对洞口进行封堵。留：在洞口处砌一封盖竖井，将洞口预留出来以利于地下水的排出。排：通过涵洞与封盖竖井的连接，将水从涵洞排走。根据不同类型的落水洞，采取相应的处理措施：（一）对于单个、分散的落水洞1.无水的，可用“填”和“堵”的方法进行处理。2.有水的，可用“留”和“排”的方法进行处理。（二）对于落水洞群1.无水的，可用“填”和“堵”的方法进行处理。2.有水的，可用“堵”、“留”、“排”的方法进行综合处理。以上仅为处理落水洞的一般方法，如遇到特殊情况，具体情况还须具体分析。在确定处理方法前，须经过详细的地质勘探和分析，调查清楚岩溶的发育情况和发展规律，以确定落水洞下是否存在地下暗河通道、下雨天或者洪水期是否有水从洞口涌出，这是判别无水和有水的落水洞根据之一。对于有水的落水洞，还须调查涌水量的大小，以确定涵洞孔径的大小。对于一些岩石凹凸不平、岩土混杂、洞口不明显、有水的落水洞，如何确定“填”和“堵”的范围非常重要。如果采用“堵”的方法来处理有水的落水洞，还得考虑涌水对盖板的冲击力以确定盖板的厚度。对于有水的落水洞群，由于洞口众多，“堵”哪个洞口和“留”哪个洞口，也须通过综合分析来确定。总之，对不同类型的落水洞采取何种处理方法，关键是事前认真调查清楚，然后再从安全、经济的角度进行综合分析，以得出最佳的处理措施。四、工程实例（一）工程概况广西来宾市建政大道位于来宾市城北区，全长2406.229米，起点接维林大道与来华路的交叉口，终点位于柳南高速路来华路立交桥头处，道路走向基本为东南到西北，按城市主干路Ⅱ级：道路红线宽度60米，道路横断面采用三幅路型式，机动车车道为双向6车道，设计荷载城－A级，计算行车速度50km/h，路面结构采用水泥混凝土面层。根据地质资料，来宾市属溶蚀准平原地貌，红水河自西向东横穿城区。拟建场地经冲刷剥蚀后成矮丘陵状，上覆第四系残积层，下伏基岩为石炭系上统浅灰色块状灰岩。场地中段岩溶发育，沟谷纵横，基岩露头，岩溶塌陷、漏洞、落水洞等随处可见，场地东、西两段岩溶较不发育，呈低丘缓坡状。根据地质资料，拟建场地内存在一条冲沟，沟底有较多岩石出露，并有多处明显的落水洞。出露的岩石张剪裂隙发育，裂隙中有大量方解石充填，呈方解石脉状，冲沟两侧的岩石有一定差异，沿冲沟方向岩溶特别发育，根据地质勘测，该断层为非活动性断裂。（二）落水洞的处理由于拟建场地地质复杂，特别是岩溶发育，溶洞漏斗较为常见，各落水洞之间互相连通，雨天常有地下水从洞口涌出，因此，如何有效地对落水洞进行处理是此次工程成败的关键。虽然地质资料对落水洞的位置已有较详细的描述，但在路基施工中还发现了不少新情况，业主、设计单位、施工单位和监理单位四方紧密配合，遵循“及时发现、及时反馈、及时处理、监理到位”的原则，逐一对各个落水洞进行处理，使本次工程得以顺利完成。以下介绍在本次工程中比较有代表性的落水洞及其相应的处理方法：1.在桩号K0900处有一较深的落水洞，洞口直径约为2米，洞口周围岩石裸露，洞口位置比四周高3米左右，是由几块竖立的巨大岩石围绕而成。从洞口往里看，洞内漆黑，深不可测，似有通道与其连通。由于洞内太深，地质勘察人员无法进洞看个究竟。据了解，该洞在下雨天无地下水涌出。在该落水洞附近有一冲沟，下雨天沟内有大量的水淤积，并有地下水涌出。由于该洞所处位置比冲沟高十几米，地质勘察人员推测，即使该洞与冲沟内的落水洞连通，水位仍无法到达此高度，因此无水涌出现象。经过综合分析，决定采用如下的处理方法：先清除洞口处的表土，然后在洞口凹处用片石和碎石填塞，再在其上做一层1.5米厚的M7.5浆砌片石将洞口封住。2.在桩号K1054处，施工人员在进行路基换填土施工时，于地面以下4米处发现两颗巨大的岩石，岩石周围岩层破碎、风化严重，岩土混杂，土的含水量比附近土要大，可是无明显的洞口。为了确定洞口位置，施工人员把开挖的范围扩大，深度加深，继续往下开挖5米，但仍无法确认洞口位置。时值施工旱季，在开挖过程中无地下水渗出现象，从地质资料上看，此处标高尚在地下水位以上。但从岩石周围土的含水量比附近土要大可推断，此处的落水洞在雨季时有水涌出浸泡周围的土壤，因此属于有水的落水洞，但无法确认洞口位置。由于该落水洞范围较大，洞口不明显，于是决定采用封堵的方法来处理，但封堵的范围尚须确定。经过实地调查，发现岩石周围土与附近土的颜色有明显的分界，周围土的颜色较深，呈棕褐色，附近土的颜色较浅，呈黄色，于是推断周围土颜色较深的原因是因为有水浸泡的结果，从土的含水量较大也可以得出这一结论。于是根据土的颜色来确定封堵的范围。经过综合分析，决定采用如下的处理方法：现场丈量颜色较深土的范围，在此范围内先整平场地，把表层的浮土去掉，铺一层10cm厚的C10素混凝土垫层，然后浇注C25钢筋混凝土盖板（封堵层），盖板厚0.5米。3.根据地质资料，在桩号K0980处存在一条冲沟，沟底宽6～7米，沟底距离设计路面15米，冲沟横穿路基，走向曲折多变，沟底有较多岩石出露，并有多处明显的落水洞。出露的岩石张剪裂隙发育，裂隙中有大量方解石充填，呈方解石脉状，冲沟两侧的岩石有一定差异，沿冲沟方向岩溶特别发育，根据地质勘测报告，该断层为非活动性断裂。下雨天有大量的雨水淤积，并伴随大量的地下水涌出。根据当地地质部门的资料分析，来宾市属溶蚀准平原地貌，红水河自西向东横穿城区，地下暗河与红水河相互连通，红水河的洪水位会直接影响冲沟的淤积水位。由于该工程属于城市道路工程，路线走向已被列入城市规划中，路线不存在绕道而行的可能，而且路两旁的土地在规划中将被填平以供其它方面使用，也不存在架桥跨越冲沟的可能。根据以上实际情况，决定采用“堵”、“留”、“排”相结合的方法进行处理。如果把沟内所有的洞口封堵，盖板（封堵层）将无法承受地下水的巨大压力，会给路基留下安全隐患，因此处理的指导原则是必须保证雨季期沟内的排水畅通。由于沟内有多处明显的落水洞，如果在每个洞口上均砌一封盖竖井将洞口预留，工程造价和施工工期都不允许，因此只能预留一些较大的洞口，而将其余的洞口封堵住。根据水量估算，采用Φ2.0米的圆管涵进行排水。处理方法简介如下（详见图2）：根据实际情况，选择3个洞口较大的落水洞作为排水通道，在洞口处砌一封盖竖井并将洞口预留出，竖井采用C25钢筋混凝土，各竖井用Φ2.0圆管涵连接。由于道路两旁的土地尚未进行开发，涵洞所处的位置又较低，雨季常有地表水汇集到冲沟处，因此需设一八字墙进口以作临时排水用，待将来两旁的土地完全开发后，再将此涵洞并入城市排水系统中；对于冲沟内的其它落水洞，采用1.0～1.5米厚的浆砌片石或0.5米厚的钢筋混凝土盖板将其封堵；岩石缝隙小于20厘米的落水洞，先用C20混凝土回填缝隙，再在其上砌筑浆砌片石或钢筋混凝土盖板；由于沟底凹凸不平，岩土混杂，所以涵洞基础施工前，应先清挖使岩石裸露，再用7.5号浆砌片石找平基底，然后按涵洞图施工。该落水洞群经过采用“堵”、“留”、“排”相结合的方法进行处理，既封堵住地下水的出口，消除了路基稳定性的隐患，又可用于地表水的临时排泄通道，还可作为将来城市雨污水的排水系统。五、设计体会（一）岩溶地区路基内落水洞对路基的影响有其特殊性，如处理方法不妥，会给路基的稳定性留下隐患，应引起足够的重视，切勿掉以轻心。（二）对落水洞必须认真调查清楚岩溶的发育规律和发展情况，先判别是无水的落水洞还是有水的落水洞，然后选用“填、堵、留、排”的方法进行处理。对于洞口不明显的落水洞，“填”和“堵”的范围须慎重确定。（三）路基内的水宜疏不宜堵，因此对于有水的落水洞尽量采用“留”和“排”的方法进行处理，但对于一些小型、水压力不大的落水洞，也可采用“填”和“堵”的方法处理。采用哪种处理方法要结合实际情况，具体情况具体分析，切勿生搬硬套，要从安全、经济的角度多方面考虑，才能得出最佳的处理。是地表水流入地下的进口，表面形态与漏斗相似，是地表及地下岩溶地貌的过渡类型。它形成于地下水垂直循环极为流畅的地区，即在潜水面以上，落水洞的形成，在开始阶段，是以沿垂直裂隙溶蚀为主。当孔洞扩大以后，下大雨时，地表大量流水集中落水洞，冲到地下河。洪水携带着大量的泥沙石砾，往下倾泻，对洞壁四周进行磨蚀，使落水洞迅速扩大。有时岩体崩塌，也可使落水洞扩大。因此落水洞是流水沿垂直裂隙进行溶蚀、冲蚀并伴随部分崩塌作用的产物。落水洞也不是一直向下贯通的，当地表水下透一段路程之后，落水洞就会顺着岩层的倾斜方向，或者节理的倾斜情况而发育。在水平地层发育的落水洞，象阶梯那样逐级下降。在节理众多的地层中，又会形成曲折回环的形态。落水洞主要可分为裂隙状的，筒状的，锥状的及袋状的。它们既可直接表现于地表面，也可套置于岩溶漏斗的底部。由于落水洞常沿构造线、裂隙和顺岩层展布方向呈线状或带状分布，因此是判明暗河方向的一种标志