课题六岩溶塌陷与环境保护.docx
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课题六岩溶塌陷与环境保护
课题六:
岩溶塌陷与环境保护
1岩溶塌陷与环境
1.1岩溶塌陷
(1)岩溶作用和岩溶
岩溶作用是可溶性的石灰岩等碳酸盐岩、石膏和岩盐等,受到地下水和地表水的溶蚀作用,形成一系列的特殊岩溶地貌的作用。
地表的岩溶地貌有溶沟、石芽、漏斗、竖井、落水洞、溶蚀洼地、干谷、盲谷、孤峰和峰林等;地下的溶蚀地貌主要为溶洞和暗河。
由于岩溶作用所形成的一系列地质和地貌现象统称为岩溶;过去曾称为“喀斯特”和“喀斯特地貌”,由前南斯拉夫与意大利交界处的喀斯特高原得名,因为那里发育了独特的岩溶地貌景观。
我国是世界上岩溶发育最广泛的国家之一,岩溶分布区的面积高达130X104km2,主要分布于长江流域和云贵高原的云南、贵州、广西、广东、湖南、江西、四川、湖北及安徽等省区的全部或大部分地区。
著名的桂林山水和阳朔风光就属于岩溶地貌,1962年在桂林召开的第二次全国喀斯特会议,正式将“喀斯特”一名更正为岩溶。
(2)岩溶塌陷灾害
在岩溶发育地区,由于塌陷灾害频繁发生,对生命财产和公路工程造成了巨大的危害。
如俄罗斯的捷尔仁斯克市,在300km2的面积上共形成了3000个岩溶漏斗,从1935年至1959年期间共发生了54个塌陷,其中最大的一个塌陷直径达90m,深达28m。
在立陶宛的帕涅韦日斯市区和近郊区,许多塌陷和漏斗的形成,造成了许多建筑物的变形和破坏。
而在俄罗斯的乌发市地区,在本世纪上半叶曾经发生过80次岩溶塌陷,其中仅在旧城区就发生过26次,造成了许多建筑物的倾斜和倒塌。
我国贵州省的贵阳市和遵义市、湖南省的思口煤矿和广东省的凡口铅锌矿等的岩溶塌陷,也都使建筑物和人民的生命财产蒙受损失,灾害严重。
岩溶塌陷对于交通安全构成很大的威胁。
如俄罗斯的莫斯科一高尔基铁路沿线,某段路基在1943年3月发生的塌陷漏斗,直径达50m,占据了25m长的路堤,填土沉降了lm;1959年8月,该铁路上又发生了一个直径达25m,深达lOm的漏斗岩。
岩溶洞穴的规模往往相当大,如高尔基市铁路进行的岩溶洞穴灌浆实验,在21个钻孔中共灌注了1051m3的水泥浆。
意大利在修筑罗马——那不勒斯铁路时,穿越蒙特—奥尔索山的隧道穿遇了白垩系的石灰岩溶洞。
该洞沿隧道轴线长达70m,高12m,洞底的个别地段还有50m深的竖井,这个隧洞被迫放弃。
京广线的复线工程南岭双线隧道长6.1km,在穿过石炭系的石灰岩层时,隧道施工中挖露了几个岩溶洞穴,发生了大量的涌水和泥砂,其中包括承压水,给施工带来了很大的困难。
施工中地面发生了30多处岩溶塌陷,河水几次断流,灌人隧道,说明地表的连溪河水与岩溶洞穴的关系密切。
因此,岩溶发育地区的塌陷和溶洞对于水利工程的影响也很大。
岩溶区修筑的水库和水渠,往往会遇到严重的渗漏问题。
库址选择不当或者未能采取恰当的防渗漏措施,不但会造成水资源或水能的流失,还可能使水库无法蓄水或者因处理代价过高而失去经济意义。
1.2岩溶塌陷与环境保护的研究
(1)岩溶的发育阶段和分区
由于岩溶独特的地貌形态和岩溶塌陷及渗漏的破坏作用,岩溶发育的过程和分区的研究,一向得到了工程地质及环境地质部门的很大重视。
据第28届国际地质大会报道,美国东部第三系的岩溶发育区,岩溶塌陷相当普遍。
仅佛罗里达州中部奥兰多市的Orange县和Seminda县,在1961~1986年间就发生了129次塌陷,其中仅1981~1986年间就发生了75次。
其中地质大会考察的WinterPark(冬季公园)塌陷穴,发生于1981年5月,初始直径约10m,现已发展成直径100m的水塘,毁坏了一座房屋、两条街道和一个游泳池,经济损失达1200万美元。
许多人对岩溶的发育过程作了研究,如张英骏(1960)讨论了塌陷在岩溶地区由地下地形向地表地形转变的过程,举出了由洞穴伏流→伏流及天窗→峡谷及天生桥→喀斯特峡谷,以及潜流洞穴→渗流洞穴开始→干涸渗流洞穴→穿洞形成→洞穴崩溃的演变序列和演化阶段。
岩溶的发育有明显的分区性,吴应科等(1990)将长江流域的岩溶发育分为6种类型:
①峰林岩溶类型(桂林型),分布于湖南及桂东北一带,群峰挺立,峰丛间洼地、漏斗、落水洞发育;②山原岩溶类型(黔东北、鄂西型,亦见于湘西、川东等地),层状岩溶地貌发育,峰丛峡谷,峰林及岭脊槽谷都发育;③丘陵平原岩溶类型(湘赣型,还包括安徽和江苏等省);其岩溶的规模较小,平原地区覆盖较多,常有埋深50~200m的覆盖型岩溶;④高原岩溶类型(滇东型),溶丘洼地、断陷岩溶盆地、漏斗及落水洞等发育;洞穴长度一般不超过lkm;⑤山地岩溶型(川西型),主要见于四川盆地周缘的山地,岩溶地貌主要发育于分水岭附近,大型洞穴及地下河只在山间洼地附近出露;⑥高山(横断山型)类型;以及⑦川中红层碎屑岩岩溶,地貌特征不明显,岩溶塌陷也不普遍。
(2)岩溶塌陷学说概述
过去的研究者多数认为岩溶塌陷的发生与地下水的潜蚀作用有关;1982年,徐卫国提出了真空致塌的机理;康彦仁(1992)提出多因素致塌论,主张潜蚀作用、真空吸蚀作用、重力作用、冲爆作用、振动作用、荷载作用、溶蚀作用以及根蚀作用等8种作用都可以成为塌陷的因素。
多种塌陷作用成因机制的提出,不但推进了塌陷成因机制的研究,而且为防治塌陷发生,保护建筑设施提供了更加广阔的前景。
张英骏(1990)强调了洞穴崩塌在岩溶地块解体过程中的作用,其中包括洞口崩塌后退、洞口横向崩塌拓宽以及峡谷的形成及拓宽等。
(3)岩溶塌陷的研究方法
对于岩溶塌陷的研究,除了传统的工程地质研究及洞穴探测之外,在1990年于荷兰召开的第六届国际工程地质大会上还有一些研究方法的讨论值得注意。
如俄罗斯的B.M,Kyrenos在“关于岩溶地区水文地质环境人为改变结果的灾害事件预测”一文中,探讨了隐伏状态下岩溶岩体稳定性的估计方法,以及在低水头压力水位的条件下,弱岩溶发育带以上的地面塌陷和地面沉降,并且提出了岩溶稳定性预测方法和实例。
陈国良(1990)发表的“岩溶地区铁路定线的原则”以及“地基的岩溶塌陷机理、预测及治理”二文,进行了岩溶塌陷的定性、半定量和定量的预测。
通过现场调查、现场测试和室内模拟试验,对于岩溶塌陷的预测和治理方法提出了新见解,绘制了1:
1100万的中国铁路路基岩溶塌陷分布略图。
对于深部岩溶的研究主要采用电法勘测,通过地电界面的测定,可以确定不同组分岩石的产状要素,绘出灰岩表面等高线图、灰岩分布图以及灰岩中的良导组分(粘土质)分布图,发现和追索灰岩中的裂隙化和弱化带。
光泵磁力仪和核旋磁力仪进行高精度量子磁测,区分实际无磁性的石灰岩、中等磁化率的粘土和亚粘土,以及磁化率最高的饱含水的地层,可以追索出地下潜水的排泄区,从而寻找与之密切相关的岩溶发育地带。
在第28届国际地质大会期间,佛罗里达塌陷研究所的W.Wilson夫妇表演了使用地质雷达(GroundPenetratingRadar)勘察塌陷的技术。
2岩溶塌陷的成因机制
2.1岩石的可溶解性
(1)岩溶化岩石在水中的溶解度
岩石的岩溶化作用主要是由于其组成矿物溶解于水而发生的。
矿物在水中的溶解度越高,就越容易被地表水和地下水溶蚀而形成岩溶和岩溶塌陷。
构成岩盐的氯化钠和构成钾盐的氯化钾都极易溶于水,溶解度大于320g/L,因而受岩溶作用极易形成塌陷洞穴。
形成石膏和硬石膏的硫酸钙,在水中的溶解度中等(2.02~2.16g/L),溶解较为缓慢,也比较容易形成岩溶和塌陷。
方解石和白云石在蒸馏水中几乎不溶解,在每升蒸馏水中的溶解量只有十几毫克,因此由它们所构成的石灰岩和白云岩在通常状况下难于形成岩溶。
(2)岩溶作用中的化学反应
在岩溶作用过程中,发生一系列的化学反应:
碳酸盐岩的化学成分不断地向水溶液中迁移和扩散,发生溶解作用,水溶液中的化学成分则不断地互相结合,形成络合离子团、离于对或者中性的固体物质,混溶在溶液中,有些则悬浮在溶液中或者进一步凝聚成较大的颗粒,从溶液中沉淀析出。
下面以石灰岩为例,介绍碳酸盐岩与水溶液之间的化学反应。
当石灰岩与不含CO2的纯水在封闭系统中作用时发生下列反应:
CaCO3≒Ca2++CO32-
CaCO3+H20≒Ca2++HCO3-+OH-
当石灰岩与含有CO2气体的水溶液在封闭或开放的系统中作用时,除上述两种反应外,还会发生如下的反应:
CaCO3+CO2+H20≒Ca2++2HCO3-
如果水溶液中的溶解CO2含量增加,此反应就会向右移动,使石灰岩继续溶解进入溶液。
值得注意的是,当水溶液中含有其他强酸根离子时(如SO42-、NO3-、CI-等)会使碳酸盐在水中的溶解量加大,促进岩溶作用的发展。
在运动状态的地下水中如果溶解有Sr2+和HC03-等离子,由于其缓冲作用,可以阻止超量的Ca2+和CO32-结合形成CaCO3析出,而使水溶液长期处于过饱和状态;流动的水不断带来CO2成分,也会使石灰岩的溶解作用持续进行。
2.2岩溶塌陷的机制
(1)潜蚀作用
潜蚀作用所指的是,地下流动的水将岩层中的易溶部分溶解并带走细小的颗粒,从而在地表形成塌陷和沉降。
潜蚀作用包括易溶部分的化学潜蚀及难溶颗粒的机械潜蚀。
机械潜蚀作用和化学潜蚀作用使岩溶洞穴上方所覆盖的松散沉积物或基岩垮塌到洞穴中,在地表上形成坑洞,导致岩溶塌陷,潜蚀作用在岩溶洞穴上方形成管涌和流土,常成为岩溶塌陷发生的预兆。
机械潜蚀作用通常要求有足够大的水力坡度和比较细的碎屑颗粒,多发生在雨量充沛、地下水丰富的地区。
(2)真空吸蚀致陷论
徐卫国1982年在合肥召开的全国第一届矿井地质学术交流会上,提出了真空吸蚀致陷机理,概述如下:
在相对密封的承压岩溶网络中,地下水的水位如果由于采矿排水、矿井突水或者开采地下水而大规模下降,当地下水位低于岩溶腔口岩溶盖层的底面时,岩溶洞穴内的水面与上覆的岩溶洞穴盖层脱离,就出现岩溶空腔(真空)。
随着地下水位的不断下降,岩溶空腔的体积不断扩大。
按照气体的波义耳—马略特定律:
P1V1=P2V2=常数
即在一定温度的条件下,一定质量气体的压力与其体积成反比。
因此,随着岩溶水的水位不断下降,岩溶空腔体积的不断扩大,岩溶空腔的压力减小而出现负压(真空)。
在地下水和岩溶洞穴上覆岩层脱离的瞬间,地下水像吸盘一样向下抽吸上覆盖层,即地下水的重力使盖层呈片状和颗粒状向下剥落;盖层表面和岩溶空腔之间的压力差也加剧了盖层的破坏和陷落,最终形成岩溶塌陷孔洞。
(3)重力致塌模式
岩溶洞穴上覆的盖层,在自身重力作用下,逐层剥落或整体下陷,这就是重力致塌现象。
重力致塌模式主要发生在地下水位埋藏深、溶洞直径大的情况下,有很多古岩溶塌陷柱属于重力致塌式,广西合山大弯弓,1977年12月发生的重力塌陷,一声巨响之后就形成了长22m、宽15m、深达110m多的大洞,状如竖井。
重力塌陷时还常常引发地震。
(4)冲爆致塌模式
在地下暗河的流动受到突然阻断时,如地下暗河的洞顶突然塌陷,堵塞水流,地下暗河堵塞蓄水,使涌流的地下暗河突然停止流动,地下水流的动能在瞬间转化为势能,就发生“水锤效应”。
巨大的压力击穿岩溶管道的顶板,就发生冲爆式塌陷。
在地下河的下游,随着地下水位的不断上涨,如地下暗河堵坝蓄水时,在岩溶管道和溶洞积存的气团和高压水头的压力不断增大。
当其压强超过了岩溶空腔顶板的允许强度时,就会冲破其顶板的岩土体,发生爆破,喷水喷砂,接着岩土体在其自重的影响下和水流的作用下塌人溶洞中,形成冲爆塌陷。
(5)振动致塌模式
由于地震等振动的影响,使岩土体破裂,发生位移、土体液化等效应,导致塌陷形成,即是振动致塌。
如营口地震发生时,弧山乡的覆盖岩溶区形成了200多个振动液化塌陷坑。
人工爆破和机械震动也可以引起岩溶塌陷。
如广西吴良村1963年抗旱挖泉时,爆破一个泉水口引发了多处塌陷。
我国浙江省的铁路沿线及俄罗斯的高尔基铁路沿线,火车的振动也曾引发多处岩溶塌陷。
(6)荷载致塌模式
溶洞上覆的岩土盖层,由于荷载的增加,超过其允许荷载而压穿或压塌岩溶洞穴的盖层,称为荷载致塌模式。
有些水库漏水,就是因为水库的蓄水压力,特别是高坝蓄水的压力使水库底部的溶洞盖层塌陷,致使库水大量流失,甚至成为干水库。
(7)溶蚀致塌模式
可溶盐分的含量比较高的土层或者蒸发岩发育的地区,由于地下水的溶滤和溶解作用,造成旧顶盖层的破坏和塌陷,就称为溶蚀塌陷。
例如青海省察尔汉盐湖区,石盐层的塌陷就属于溶蚀致塌。
(8)根蚀致塌模式
岩溶洼地或者水库的底部,由于树木的根系腐烂形成孔洞,地下水或者地表水沿着这些孔洞向土层的下部渗透,使土层中的颗粒向下方的洞体运动,最后致使溶洞顶部的土层发生塌陷,称为根蚀致塌模式。
岩溶塌陷的发生,常常是几种因素的共同作用的结果,其中可能有一两种因素起着主导作用,其他因素则是次要因素。
而且对于一种主要因素来讲,其作用方式和过程也会因地质条件、水文条件和人为因素的不同而有很大变化。
因此,在研究塌陷与建筑的过程中,应当根据具体情况全面进行研究,不可以偏代全或者机械套用某种模式。
3岩溶塌陷区的环境规划
3.1岩溶发育的评价
(1)影响岩溶发育的因素
①气候条件
在温暖湿润的气候条件下,地表和地下的径流丰富,近地表的岩层中水体循环和交换的强度大,使水的溶解和淋蚀作用强烈。
在热带和亚热带地区,植被繁茂,生物大量生长和腐烂,风化作用强烈,所产生的有机酸和碳酸,更加促进了岩溶作用发育。
②地形条件
岩溶作用在山区和平原都可以发育。
通常山区的岩溶作用发育最强,因为水的流动性和循环性强,可能影响到很大的深度,再加上强烈的剥蚀和搬运作用使易溶蚀岩石出露于地表或接近溶蚀作用的范围。
由于褶皱和断裂作用所形成的山区,地形切割剧烈,岩石破碎,孔隙发育,更促进了岩溶的发育和向纵深发展,形成各种形态的地下岩溶,容易形成岩溶塌陷。
在俄罗斯的乌发河上游,在一个43.5km2的区域内发育了501个岩溶漏斗。
其中有308个分布于绿草如茵的分水岭平坦地形,地面附近有3~5m厚的亚砂土和亚粘土盖层;186个岩溶漏斗见于宽谷之中,只有7个岩溶漏斗见于覆盖着比较厚的沉积物的大河河谷内。
由此可见,在气候相同的条件下,地形坡度决定降水下渗的程度,控制了岩溶的发育。
平缓地形的雨雪水强烈下渗,成为岩溶发育的有利条件。
③岩石的岩性
岩石的溶解度和溶解速度,对于岩溶的发育影响很大,石膏等硫酸盐类和易溶盐类所构成的岩石,在斜坡分布地点也可以强烈发育。
岩石中所含的粘土、硅质和白云质等杂质,可以减低岩石的溶解速度,从而降低岩溶发育和岩溶塌陷发育的程度。
(2)岩溶发育的垂直分带
在各个地点,岩溶的发育程度一般向深部减小,这主要是因为岩石的孔隙度和渗透性都向深部减小,考虑到地下水的流动状态和饱和程度,可以将岩溶发育地带分为下列四个垂直地带:
①饱气带
岩石的孔隙和裂隙中以气体为主,渗入水和地下水主要向下方渗透,运动速度比较大,此带的特点是岩溶强烈发育。
饱气带中的水动态主要由大气降水的量和季节变化决定,在许多岩溶区,本带内在局部隔水层之上有水平运动的岩溶水流动。
②岩溶水位季节变化带
此带位于饱气带与下伏的饱水带之间,这两种状态交替出现。
③完全饱水带
地下水在此带内的运动速度比饱气带小得多,但仍属于当地水文网的排泄作用带之内,其岩溶发育的速度小或中等。
水流动态受大气降水的影响比较小。
④深层循环带
地下水非常缓慢地流向远方的排泄区,岩石的岩溶速率极低,岩石的溶孔和裂隙的总孔隙性低于以上的各个带。
在上述的岩溶水季节变化带和完全饱水带的上部。
地下水可能局部发生强烈的水平流动,从而形成强烈岩溶化带或者强岩溶化层,并且形成强烈的岩溶塌陷。
这种水平流动的地下水所形成的岩溶和塌陷的发育,往往与当地河床的发育和河谷下切的历史密切相关。
3.2岩溶塌陷地区的公路工程勘察和规划
当某个地区存在岩溶的时候,就说明该地区岩石的整体性可能被破坏,其透水性和富水性增加。
因此,在岩溶发育区兴建各种公路工程时,必须针对岩溶发育的特点,进行更加详细的工程地质研究,并且采取必要的工程措施,预防和治理岩溶的发育和岩溶塌陷的发生。
(1)岩溶塌陷区的区域性研究和初期勘察阶段
在这个阶段,应当把主要精力集中于该地区的工程地质评价方面,搞清发生岩溶化的地层、层位和地段,预测和评价其对于该地区已有的和正在设计的公路工程稳定性的危险性大小。
①可溶性岩石的研究
通过地表观察、地下探查、物探和钻探,了解可溶性岩石的下列特征:
可溶性岩石的分布状况、埋藏深度、厚度、表面形态和覆盖层的性质。
可溶性岩石的岩溶化发育程度,其表部和深部的岩溶地貌形态、洞穴的空间分布状况,及其对于该地区公路稳定性的影响。
岩溶化岩石的岩性也应当加以研究,了解其种类、杂质含量和种类、节理的发育和方向性,透水性和富水性。
②岩溶发育区的水文地质条件
如岩溶水的埋藏深度和流动状况,其在所设计的浅深埋隧道工程和桩基工程开挖处的承压水头。
③岩溶塌陷的发育状况
为了保证公路工程的安全性,必须了解该地区岩溶塌陷发生的类型、发育程度、形态、出现频率、规模大小、发生原因以及有利于岩溶和岩溶塌陷发育的内外因素和条件。
(2)岩溶塌陷区的稳定性评价
①评价方法
评价岩溶塌陷区的稳定性时,除了前述对于可溶性岩石、岩溶的水文状况及岩溶塌陷的发育状况之外,还要测定单位面积中每年出现的塌陷数目,以及lkm2公里内出现1次塌陷的平均时间。
为此,应在该公路工程区内进行地面调查,判读不同年代的航空照片,或者对于该地区进行长期观测。
测绘该地区历次塌陷的形状、大小和分布状况,并且将其标在平面图和工程地质图上。
②岩溶塌陷稳定性分级和工程地质分区
按照岩溶塌陷发生的频度,即可以对研究地区进行岩溶塌陷的稳定性进行分级和分区:
●稳定地区。
实际上观察不到岩溶塌陷,可溶性岩石的岩溶化作用很不明显。
●相对稳定地区。
可溶性岩石轻微岩溶化,每1km2面积内发生岩溶塌陷的年平均数不超过0.01,即平均每1km2发生1次岩溶塌陷要经过100年以上;或者轻度岩溶化的岩石被10m以上的稳定密实的岩石所覆盖。
●稳定性稍低的地区。
岩溶化的发育程度稍高。
每1km2面积的年平均岩溶塌陷数可达0.01~0.05,即1km2范围内平均每20~100年发生1次岩溶塌陷,发生的频数比较大。
岩溶化岩石之上的覆盖层的厚度比较小,或者小于公路工程的影响作用带。
●不太稳定的地区。
岩石的岩溶化程度高,地表每1km2的年平均塌陷数可达0.05~0.1次,即每lkm2平均10~20年即会出现1次岩溶塌陷;岩溶岩层之上的覆盖层厚度比较小,或者不足以减低公路工程受塌陷危害的危险性。
●不稳定地区。
岩溶发育,平均每1km2每年出现0.1~1次塌陷,即每1km2平均1~10.年会发生1次塌陷和陷落,对于公路工程构成了很大的危胁。
●非常不稳定地区。
每1km2的面积内,每年平均发生1次以上的塌陷,频繁发生的岩溶塌陷,使得此区不能兴建重要的公路。
(3)岩溶塌陷区的环境规划与公路保护
①岩溶塌陷区的详细工程地质研究
详细工程地质研究的内容与前述阶段相同,但此时的工程地质研究应当结合具体的公路或者公路群进行。
同时,还要对区内公路工程地点的稳定性提出定量的评价和预测。
②岩溶塌陷区的环境规划与公路保护
在岩溶发育区的环境规划与公路保护,应当符合下列的要求。
●在稳定和相对稳定地区,可以大规模进行工程建设,而无需考虑岩溶化程度和岩溶塌陷的危险性。
●在稳定性稍低的地区,公路工程的路基填土高度不宜超过基础承载力,公路开挖面积应控制在总面积的20%以下。
●在不太稳定地区,只有经过专门论证之后,才能进行深切高填路基与边坡工程的施工,其深切高填量应当控制在总面积的10%以下。
●不稳定地区则不允许兴建重要的公路工程。
值得注意的是,岩溶塌陷具有突发性,因此对于公路的危害很大;此外,岩溶塌陷可以发生在各种岩溶地下形态中:
巨大的空洞、管道、通道、大厅和洞穴的上方都有可能发生岩溶塌陷。
在岩溶发育区进行公路规划时,最好不要在岩溶漏斗和洼陷等古岩溶形态附近或在其聚集区进行主要的公路工程建设,把桥梁、交叉或者立交广场等布置在这些地区。
在岩溶发育区为了兴建大型公路工程,如桥梁、隧道和水利工程等而进行工程地质研究时,更应结合其对于公路工程的稳定性和防渗漏等的特殊要求进行全面详细的勘察和预测,以保证这些大型工程建设的安全可靠,经久耐用。
4防治岩溶塌陷的环保措施
4.1防治岩溶塌陷措施的选择依据
应当根据公路工程场地的工程地质特点来选择防治岩溶塌陷的工程措施,选择那些技术可行、经济适用而且安全可靠的措施,防治岩溶作用的继续发展,防止岩溶塌陷的发生。
通常可以采用下列各项措施。
(1)防止地表水下渗
整平场地,调节公路区的地表径流,用粘土填塞裂隙、填平岩溶漏斗及其他地面凹穴,以防止地表的径流下渗,是防止岩溶作用继续和发生塌陷的重要措施。
修建生产和生活污水的排放渠道,防止其渗入地下,尤其要注意防止酸性的废水渗入碳酸盐岩地层,防止其侵蚀作用。
(2)排除地下水和富水岩层中的水
这是进行公路工程施工时的一项重要措施,因为岩溶塌陷或穿帮所形成的大量涌水和过高的地下水位。
同时,公路工程施工常常受地下工程和矿山开采工程的影响而使其运营带来巨大的困难。
通常根据地下水的埋藏和出露条件及高程,修筑垂直的或者水平的排水系统。
(3)灌浆以提高岩溶岩石的整体性
为了提高岩溶化岩石的强度、稳定性和不透水性,使其成为一个坚固的整体,常常进行大面积的灌浆,使其作为公路工程的牢固地基或者公路工程作用带之内的基础。
灌浆主要采用水泥砂浆,加压注入棋盘格式布置的钻孔系统,使其充填于岩溶洞穴及岩石裂隙内。
灌浆的深度应能保证公路工程稳定可靠,应根据公路工程的类型和规模确定。
为了加固地下工程的深基坑和基坑,常需要加固和压密其周围的岩石,以提高这些地下公路的整体性、不透水性和稳定性。
为此目的,可以沿着公路工程外缘和衬砌之外进行岩石的灌浆。
(4)灌浆建立防渗帷幕
为了防止水坝下方或绕坝渗透漏失水库的蓄水而影响公路工程,防止岩溶作用和各种渗透变形的发育和活动,提高公路工程的稳定性,常向钻孔中灌注水泥浆以建立防渗帷幕。
灌浆用的钻孔一般沿坝前的压力缘排成一排或两排,深度超过100m,一般应达到稳定的相对不透水层。
为了保护公路工程的基坑和其他地下部分,也常建立防渗帷幕,向钻孔中灌注粘土浆、沥青或水泥浆,以便降低岩石的渗透性和加强其强度。
(5)采用穿透岩溶化岩层的支撑桩基
如果岩溶化岩石的厚度不很大,可以用桩放人钻透岩溶化岩石的钻孔中,或者在钻孔中放人钢筋浇注混凝土成桩,以保证公路工程的稳定性。
(6)调节公路工程基础的埋深
为了改变公路工程的附加应力在岩溶化岩石中分布深度,即改变公路工程影响作用带的深度,以保证公路工程的稳定性,可以在公路工程的基础下面设置碎石、混凝土或钢筋混凝土垫枕。
(7)加强公路工程结构的整体性和刚度
沿基础周缘敷设钢筋混凝土圈梁,即采用加筋的结构措施,可以有效地增加公路工程的整体性和刚度。
此外,还可以采取降低深切高填高度或公路工程荷重和采用无开衿的长条形基础等措施,以防止岩溶塌陷的危害。
岩溶塌陷的防治尽管难度较大,但只要因地制宜地采取综合的措施,岩溶塌陷灾害是完全可以防治的。
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