[发明专利]一种岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构及其设计方法

说明书

本发明提供了一种岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构及其设计方法，由下到上依次包括灰岩、溶洞、固结注浆层、角砾土、粉质粘土和路基填土。所述固结注浆层需要使用注浆设备，由钻孔向角砾土中注浆固结而成，厚度一般为5～8m。所述固结注浆层与溶洞实际分布长度一致，宽度按路基底部宽度计算，并累加塌陷影响宽度。本发明所述岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构，主要有3个利好，一是排出水分，将溶洞顶板附近土层由软塑状态提高为可塑至硬塑状态，从而提高抗冲刷侵蚀能力；二是提高防渗水能力，从而减缓地下水位变化速度；三是通过形成浆脉网来挤密邻近土体，从而提高土体模量、减小泊松比，改善溶洞顶板受力状况。

技术领域

本发明涉及岩土领域中的地基加固技术，尤其涉及岩溶地区溶洞上覆土层处理技术。

背景技术

以往岩溶地基处理技术致力于加固溶洞，主要包括爆破回填、填充、强夯、注浆等措施，但是都只适用于溶洞埋藏较浅的情况。遇到埋藏较深的溶洞，若采用钻孔爆破的方式，虽然可以炸开溶洞顶板，但上覆土层又随之塌陷很容易将爆破口掩埋。即使成功爆破，但由于埋藏较深，若采用人工或者机械的方式进行回填，也存在较大的风险。若采用强夯的方式，由于有效夯实深度有限，对于这种深溶洞也无能为力。若采用注浆的方式填充溶洞，由于这些溶洞往往相互联通，注浆下去又随着地下水四处流失，耗费过多材料，效果也颇不一致，注入成百上千吨水泥浆仍达不到要求的也不少见。

而最新研究表明，深埋溶洞发生的塌陷，大都与人工抽水引发的土层塌陷有关。深埋意味着富含承压地下水，在地下水的浸泡下，基岩面（溶洞顶板）附近土层将呈可塑甚至软塑状态，一经扰动即可引发变形。由于人工抽水地下水位快速下降，并在溶洞中流失，溶洞上覆土层随之冲蚀塌陷。因此，处理深埋溶洞的最佳方式，既不是爆破回填，也不是强夯注浆。重要的是限制抽水减少地下水位波动，以及加固溶洞上覆土层防止被水冲蚀。考虑到实际情况，限制抽水并不容易实现，基于以上考虑，非常有必要提出一种新的岩溶地基处理技术，致力于加固溶洞上覆土层，进而提高稳定性，减少塌陷。

发明内容

针对于现有岩溶地区地基处理技术难以处理深埋溶洞的问题，本发明提供了一种岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构设计及计算方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构，由下到上依次包括灰岩、溶洞、固结注浆层、角砾土、粉质粘土和路基填土，固结注浆层需要使用注浆设备，由钻孔向角砾土中注浆固结而成，厚度一般为5～8m。

固结注浆层与溶洞实际分布长度一致，宽度按路基底部宽度计算，并累加塌陷影响宽度 d。

钻孔深度至土石分界面以上2m，并分为竖孔和斜孔两种，路基范围内仍采用竖孔的方式，路基坡脚处向外钻斜孔，倾斜角度按塌陷影响宽度、注浆扩散宽度等因素，并按照相应的设计方法进行计算得到。

为达到上述目的，本发明还提供了一种岩溶地区溶洞上覆土层注浆加固结构的设计方法，包括以下步骤：

1）计算塌陷影响宽度 d：

假设塌陷影响宽度为d，引入如下参数：

H──溶洞上覆土层厚度，单位为m；

α──塌陷角，单位为°；

显然有d=Hcotα，

2）计算倾斜角度β：

所述钻孔（13）深度至土石分界面以上2m，并分为竖孔和斜孔两种，路基范围内仍采用竖孔的方式，路堤坡脚处向外钻斜孔，倾斜角度β按塌陷影响宽度d、注浆扩散宽度w等进行计算得到；

为计算路堤坡脚处的钻孔倾斜角β，先引入如下参数：

h──钻孔深度，单位为m，自地面起算；

w──注浆扩散宽度为m；

显然有钻孔倾斜角,