岩溶地区公路修筑成套技术研究研究报告简本 - 西部交通建设科技项目.doc

西部交通建设科技项目合同编号：2002-318-000 岩溶地区公路修筑成套技术研究研 究 报 告 简 本贵州省交通科学研究院贵州省交通规划勘察设计研究院贵州省公路工程总公司湖南省交通规划勘察设计院 2006年12月岩溶地区公路修筑成套技术研究 研究报告简本报告辑要中文题名岩溶地区公路修筑成套技术研究英文题名Research on Innovative Technologies for Highway Engineering in Karst Areas交通编号项目来源西部交通建设科技项目单位编号WCP-2002-02合同号2002-318-000分类号U419.1项目起止年限2002年8月2006年11月第一完成单位贵州省交通科学研究院项目负责人康厚荣报告撰写人康厚荣、凌建明罗 强谭捍华、杨志刚梅世龙余崇俊、彭建国余崇俊彭建国项目主要参加人“岩溶环境区划”主要参加人：康厚荣、雷明堂、凌建明、蒋小珍、周正峰、赵杰华“勘察评价”主要参加人：罗 强、谭捍华、黄家会、陈 勇、汪 稔、芮勇勤、何文勇、宋 雷、孟庆山、刘天放、石祥锋、刘树才、鲍世聪、李 东、杨维好“工程处治”主要参加人：梅世龙、彭建国、芮勇勤、梁军林、唐绍辉、雷明堂、吴建宁、杨志刚、何文斌、邓家喜、赵明华、黄宝山、王 浩、钱庆强“资源利用”主要参加人：余崇俊、吴大鸿、周明凯、李北星、何明勤、朱立军、邓 飞“环境保护”主要参加人：彭建国、周晓娟、胥灿辉、费小申、张重禄、吴湘滨、程 星主题词岩溶，公路，修筑，成套技术关键词岩溶 公路 修筑 区划 地理信息系统 地质勘察 稳定性评价 筑路材料 工程处治 环境保护岩溶地区公路修筑成套技术研究摘要：岩溶地区公路建设面临工程技术、环境保护和可持续发展等诸多难题。本项目通过多种技术手段相结合的方法，对岩溶地区公路建设中“勘察岩溶、评价岩溶、利用资源、处治病害、保护环境”等关键技术问题进行了深入系统的研究。在岩溶地区公路工程地质勘察、公路基础稳定性评价、筑路材料资源利用、公路工程病害处治和公路岩溶环境保护等五大方面取得了26项科技成果，其中创新性成果12项；提出了公路工程岩溶环境评价、公路路基岩溶病害评价、溶洞影响下桥梁桩基承载力评价和隧道围岩稳定性评价等4项评价方法；编制了5套岩溶地区公路修筑实用技术指南；开发了基于GIS的公路工程岩溶环境区划和公路工程岩溶环境地理信息系统2个综合信息平台。各项成果已得到大规模应用、验证和推广，为岩溶地区公路规划、勘察、设计、施工和管理提供了技术支持，为相关技术规范的修编提供了科学依据，取得了显著的社会、经济和环境效益，具有广泛的实用价值和推广应用前景。Abastract: Highway engineering in karst areas has many challengeable problems such as engineering techniques, environment protection, sustainable development etc. Base on the application of multi-methodologies, the key techniques of highway engineering in karst areas including cavity/cave detection, karst evaluation, resource utilization, distress treatment, environment protection are comprehensively studied. 26 terms of techniques for engineering geological investigation, synthetic evaluation of roadbed stability, utilization of road building materials, countermeasures for karst diseases and environmental conservation during highway construction have been put forward systematically. 4 terms of evaluation methods on the highway environment, embankment diseases, carrying capacity of pile foundation and stability of surrounding rock of tunnel over cavernous bedrock in karst areas have been established consequently. 5 guides for highway design and construction in karst areas are formed. Area planning division and practical software for highway engineering in karst areas using GIS tools are developed. The above research achievements have been applied and verified in a number of experimental projects. These achievements guide highway planning, investigation, design, construction and management powerfully and provide the scientific basis for the revision of correlated technology standards, therefore have considerable social, economic and environmental benefits, as well as great promotion and application future.-18-1 前言岩溶在我国分布广泛，全国岩溶总面积达363多万km2，占国土面积的1/3以上，西南的贵州、云南、广西、四川、重庆，以及中南的湖南、湖北、广东则是我国岩溶最为发育的地区，并构成了世界上最大的连片裸露型岩溶区。岩溶地区特殊的地质地貌、气象水文和自然生态环境，使公路工程与岩溶环境的相互作用极其显著。针对复杂的岩溶环境条件，原有的工程技术将难以支撑新一轮的公路设施建设。2002年，交通部将“岩溶地区公路修筑成套技术研究”列为西部交通建设科技项目，分四个专题对岩溶地区公路修筑技术进行深入系统的研究。（1）岩溶地区公路工程地质勘察与综合评价技术研究（贵州省交通规划勘察设计研究院）；（2）岩溶地区公路基础设计与施工技术研究（贵州省公路工程总公司）；（3）岩溶地区筑路材料研究（贵州省交通科学研究院）；（4）岩溶地区公路建筑环境保护研究（湖南省交通规划勘察设计研究院)。本项目的研究目标是为岩溶地区公路工程建设提供可靠的理论和技术支持，并为相关技术规范的修订或编制提供科学依据和研究积累。项目成果旨在提高我国西部岩溶地区公路交通的建设水平和科技含量，确保公路工程质量，降低工程造价，促进岩溶地区公路交通与环境保护的协调发展，推动区域经济发展和社会进步，意义重大。项目主要研究内容：（1）公路工程岩溶环境区划和地理信息系统（2）公路工程岩溶环境勘察与综合评价技术（3）岩溶地区公路工程资源开发与利用技术（4）岩溶地区公路工程病害处治技术（5）公路工程岩溶环境保护技术本项目综合考虑公路建设与岩溶环境之间的相互作用，以“岩溶环境的勘察、评价、利用、处治和保护”为宏观技术理念，充分借鉴国内外的先进研究成果，积极吸收成熟的工程经验，通过理论分析、数值模拟、模型试验、室内试验、依托工程验证等技术手段，对岩溶地区公路修筑的成套技术进行研究。2 公路工程岩溶环境区划（1）总结了岩溶的发育条件和发育规律，以及岩溶的地貌类型和常见形态；通过现场调研和试验，分析了岩溶地区典型岩土体碳酸盐岩和红粘土的微观结构、物性参数和基本物理力学性质，进一步明确了岩溶地区公路工程建设的地质地貌环境背景特征，为岩溶地区公路建设的勘察评价、资源利用、工程处治和环境保护提供了重要的基础资料。（2）通过广泛调查和研究，以贵州为依托，在我国首次建立了公路工程岩溶环境区划。1）区划原则：综合考虑岩溶地区地质地貌、工程材料、生态环境等16个环境因素，根据各因素对公路建设影响的特点和程度将岩溶地区划分为若干区域；2）区划方法：各环境因素构成区划的指标体系，采用层次分析法建立区划模型，并分析、计算各项指标对公路建设的影响权重，运用GIS技术实现区域公路工程岩溶环境区划；3）区划结果：划分为西部高中影响区、东北部中高影响区、中部中等影响区和低影响区，并分析了各区岩溶环境条件对公路路基路面设计的影响。实现了岩溶自然环境、地质条件、筑路材料等多个方面数据的集成与利用。（3）基于公路工程岩溶环境区划，以及岩溶地区筑路技术的各项研究成果，以贵州省为依托，通过相关属性数据与空间数据的有机结合，初步建立了我国第一个公路工程岩溶环境地理信息系统，为公路工程岩溶环境区划、材料分布与利用、工程病害与处治、环境评价与保护等提供了信息基础和决策支持。1）实现公路工程岩溶环境信息的可视化管理、快速查询、统计、维护和专题图制作等功能；2）有助于工程技术人员快速掌握公路沿线的岩溶地质条件、自然环境特点、筑路材料分布、潜在工程病害和环境影响，明确相应的对策措施。3 公路工程岩溶环境勘察与综合评价技术3.1 勘察技术（1）为与公路工程建设过程相适应，将岩溶地区公路工程地质勘察划分为可行性研究勘察、初步工程地质勘察、详细工程地质勘察和施工地质勘察四个阶段，并提出了各个阶段的勘察目的、优化的勘察技术组合方式、详细的勘察方法和勘探点、线、网的合理布置原则，创建了岩溶地区公路工程地质综合勘察技术体系，如表1所示。（2）通过归纳总结其他行业的研究成果和工程经验，完善和丰富了岩溶地区工程地质调绘、遥感图像解译、工程地质钻探等勘察方法，为现行公路工程地质勘察规范相关内容的修编提供了依据。1）提出了岩溶地貌、地层、岩性、地质构造、洞穴、水文地质和覆盖层等的具体调绘要求；表1 岩溶地区公路工程地质综合勘察技术体系勘察阶段勘察目的主要勘察方法备注可行性研究勘察了解公路沿线岩溶发育状况和水文地质情况，掌握区域性岩溶发育规律及其对路线的影响，查明岩溶洞隙、土洞的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断，对选择线路走廊带的场地稳定性和工程建设的适宜性作出初步评价，为优选线路方案提供地质依据中小比例尺调绘（一般采用1：50001：50000） 包括：实地调绘遥感图像解译可适当地利用简易勘探方法和少量物探，也可布置少量钻探初步勘察查明岩溶及其伴生土洞、塌陷的分布、发育程度、发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区大比例尺调绘（一般采用1：5001：2000） 综合物探调绘和物探发现的异常地段，布置验证性钻孔详细勘察查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶和土洞特征、岩溶堆填物性状和地下水特征，对地基基础设计和岩溶的治理提出建议钻探细部探测补充综合物探施工勘察针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。应特别查清路堑和隧道路基面以下的岩溶发育情况钻探综合物探宜在路基基本成型以后的路堑和隧道路基面上进行2）系统总结了岩溶地貌、地下岩溶形态、地层、岩性等的直接或间接的地质解译标志；3）提出了岩溶地区新的钻孔布置原则和钻孔深度要求，包括改“一桩一孔”为“按面积成孔”、根据岩体质量确定钻孔深度等。（3）通过理论分析、数值模拟和室内外试验，研究了浅部岩溶地震勘探法、地质雷达勘探法、电法勘探等物探技术。1）浅部岩溶地震勘探选择地震映像（或等偏移距）法和面波法为佳，反射波和折射波法难于胜任；2）地质雷达可探测到规模较小的洞穴，但受地形、地貌、环境干扰因素影响很大，存在局限性、多解性；3）三极剖面直流电测深法能较好地反映地下岩溶的分布规律，适合于复杂地形条件下的勘探；电剖面法能够较准确地确定岩溶发育在横向上的影响范围；高密度电阻率法改变了电阻率法勘探传统的工作模式，大大地提高了工作效率。（4）在使用多种物探方法进行多场地野外综合对比试验的基础上，以经济、可靠为原则，提出了适合于岩溶地区公路工程勘察的物探方法及其组合方式，如表2所示。并制定了合理的野外测线布置原则，显著提高了岩溶地区公路工程勘察中物探方法的精确性和符合率。（5）通过理论分析、数值模拟和现场试验，开发了隐伏岩溶甚高频电磁波层析成像和三维直流电法两种探测新技术。表2 岩溶地区公路工程勘察的物探方法及其组合方式勘察阶段工程类型场地条件物探方法及其组合方式一般情况复杂情况初勘路有覆盖层高密度电法高密度电法+浅层地震折射波法、反射波法、面波桥有覆盖层直流电法三维电法或直流电法+反射波法隧浅埋高密度电法高密度电法+浅层地震折射波法、反射波法、面波中深埋瞬变电磁法或可控源音频大地电磁测深法瞬变电磁法+反射波法、或可控源音频大地电磁测深法+反射波法详勘路裸露地段地质雷达有覆盖层或埋深较大层析成像桥钻孔有水或钻孔灌水的保水效果好一般情况声波层析成像(CT)电磁波层析成像(CT)+弹性波层析成像(CT)钻孔距离较大地震波层析成像(CT)钻孔无水或钻孔灌水的保水效果差一般情况甚高频电磁波层析成像(CT)，电磁波频率要在60MHz以上钻孔距离较大电磁波层析成像(CT)，其电磁波频率在1060MHz之间隧钻孔有水或钻孔灌水的保水效果好可采用地震波层析成像(CT)电磁波层析成像(CT)+弹性波层析成像(CT)钻孔无水或钻孔灌水的保水效果差电磁波层析成像(CT)，其电磁波频率在1060MHz之间1）除了进行常规的电磁波速度和电磁波衰减层析成像之外，提出介质相对电导率和相对介电常数两个新解译参数进行层析成像，并编制了相应的反演求解软件，实现四参数综合判断，解决了既有物探方法在溶洞及其充填物判断方面多解性的难题；2）在岩溶地区公路地质勘察中首次引入三维直流电阻率法，实现三维空间任意剖面的地质解释，大大提高了复杂条件下隐伏岩溶的勘察精度。3.2 综合评价技术（1）根据岩溶发育规律和公路工程特点，提出了岩溶场地稳定性和岩溶地基稳定性的定性评价方法，为公路选线、结构选型（路基、桥梁等）和工程处治提供了重要依据。1）以岩溶发育程度、岩溶水排泄状况以及其它不良地质条件为评判指标，将岩溶场地划分为极不稳定、不稳定、中等稳定和稳定四个等级；2）以基岩体基本质量等级、厚跨比、土层厚度、基底面积等为评判指标，建立了不同公路结构物稳定地基的定性判定方法。对于不确定地基，需进一步采取半定量、定量方法分析溶洞顶板稳定性。（2）采用物理模拟、数值模拟、结构力学、模糊综合评判等方法，建立了溶洞顶板稳定性的评价模型和评价方法，并应用于实际工程溶洞顶板稳定性的评价。1）设计了半卧式椭球体、半立式椭球体、半球体、方体等四种洞型的物理模型，揭示了不同洞型顶板的荷载变形规律，表明类圆形（椭圆或圆形）溶洞稳定性远大于类方形，顶板厚度大的溶洞稳定性好，顶板跨度大的溶洞稳定性差；2）采取DP模型模拟材料本构关系，应用ANSYS有限元软件进行上述四种洞型顶板稳定性的三维数值模拟分析，表明其顶板荷载变形曲线与物理模型基本相似，且具有三次函数的分布规律；溶洞顶部应力基本为拉力，且大小随距加载中心距离呈负指函数急剧减少；3）基于结构力学分析方法，针对不同溶洞顶板岩层厚度、强度、溶洞跨径、支座岩层等条件，提出了抗弯验算、抗剪验算预估溶洞顶板稳定性的半定量方法；4）以溶洞跨度、溶洞高度、溶蚀发育、溶洞充填情况等11个因素为一级因子，顶板岩层、溶洞特征和外加荷载等3个因素为二级因子，建立了溶洞顶板稳定性二级模糊综合评判方法。（3）首次将多点位移计成功用于隐伏溶洞变形监测，用于量测荷载作用下溶洞顶板不同岩层及溶洞的变形，在此基础上自主开发了“隧道类工程变形监测方法与装置”，为溶洞顶板变形监控及稳定性评价提供了一种全新的可靠方法。4 岩溶地区公路工程资源开发与利用技术4.1 筑路集料表3 碳酸盐岩的物理力学性能岩石类型表观密度/(g/cm3)饱水抗压强度/MPa压碎值/%洛杉矶磨耗率/%磨光值/PSV200kN400kN石灰岩2.5732.650129.0139.03.15.29.912.518.031.03352白云岩2.6972.81285.0161.81.013.07.322.0石灰岩及白云岩2.5662.74493.0148.71.315.316.824.917.032.02852过渡性碳酸盐岩2.6842.79992.7229.02.314.68.924.016.038.02845含燧石碳酸盐岩2.6102.72285.0302.09.413.017.622.012.028.03851（1）以贵州为依托，在详细的野外地质调查、公路工程料场实地调查和大量室内试验的基础上，建立了从岩石岩性、形成环境、地质时代、风化作用程度、节理构造发育程度预估集料物理力学性能的半定量关系，评价了岩溶地区主要石料类型用作公路工程集料的适宜性，并依据集料性能进行了类型划分，绘制了贵州岩溶地区公路工程集料分布图，实现了岩溶地区公路工程料场现场初步遴选。表3为不同类型碳酸盐岩物理力学性能的统计结果。（2）针对岩溶地区广泛分布的碳酸盐岩抗滑性能普遍较差的现状，基于石料微观摩擦原理，通过大量试验，遴选出硅质碳酸盐岩、锰铁合金渣和玄武岩三种地方性抗磨耗材料，有效解决了抗滑表层沥青混合料集料料源缺乏问题。表4为三种抗磨耗集料的物理力学性能统计结果。表4 抗磨耗集料的物理力学性能岩性磨光值(BPN)压碎值()冲击值()抗压强度(MPa)磨耗值(%)视密度(g/cm3)吸水率()粘附性(级)玄武岩40.757.79.022.13.018.0116.0193.79.429.12.8322.9680.813.7245硅质碳酸盐岩36.847.712.819.96.816.085.0302.013.424.42.6962.8580.40.945锰铁合金渣40.752.012.814.2194.0259.011.214.43.023.050.751.3535（3）针对上述三种地方性抗磨耗集料，通过理论分析和室内试验，提出了基于中心质结构模型的沥青混合料体积构成新原则和抗滑表层沥青混合料设计新方法，丰富了现有沥青混合料配合比设计方法。1）通过理论分析，提出了基于中心质模型的沥青混合料体积构成新原则，以发挥中心质效应为原则，通过试验考察了粗集料的嵌挤及填充效应、细集料的填充及嵌挤效应和矿粉沥青胶浆的次中心质效应；2）通过大量室内试验，建立了沥青混合料体积指标和路用性能与组成材料和集料级配之间的回归关系，在此基础上，以路用性能的稳定性为原则，提出了岩溶地区抗滑表层沥青混合料的技术指标体系和设计方法。4.2 路基填料针对岩溶地区土质填料缺乏、石质填料丰富但路用性能差异悬殊的状况，从填料分类、压实质量检测、变形分析等方面形成了一套公路填石路堤修筑技术。（1）通过分析岩溶地区石质填料的压实特性，以级配、强度和可压实性为主要指标，提出了公路路堤石质填料的分类新方法；（2）通过室内模型试验，比较分析了瞬态冲击频谱法、动刚度法、附加质量法三种动测法检测填石体压实质量的适应性，表明附加质量法可较为简便和准确地测试填石路堤的压实质量，并建立了填石体的密度与参振质量的经验关系，提出了相应的填石路堤压实质量快速检测方法；（3）分析了填石路堤在行车荷载作用下工后沉降的力学机理，提出了基于遗传算法的填石体本构模型参数优化反演方法，以及考虑时效性的填石路堤沉降分析方法。4.3 机制砂高性能混凝土针对部分岩溶地区河砂资源匮乏、机制砂石粉含量高的现状，通过大量室内试验，分析和总结了石粉含量对机制砂高性能混凝土性能的影响规律，以及高石粉含量高性能混凝土的配制技术，突破了机制砂高性能混凝土石粉含量界限，扩大了机制砂在高性能混凝土中的应用范围，节约了工程造价。（1）分析了机制砂中石粉含量对C50C80高性能混凝土的工作性、强度、掺合料掺量、变形性能和耐久性等的影响规律和机理。表明配制高性能混凝土的机制砂中石粉含量可以适当放宽：C50C60可放宽至10.5%，C80可放宽至5%7%；（2）提出了C50C80机制砂高性能混凝土的典型配合比，如表5所示。表5 C50C80机制砂高性能混凝土的典型配合比等级石粉含量(%)水胶比胶凝材料用量(kg/m3)外加剂(%)工作性(mm)抗压强度水泥粉煤灰I矿粉硅灰坍落度扩展度R7R28C507%0.354801.0%18040060.373.3PO42.540872C607%0.325301.2%21550072.179.7PO52.547060C803.5%0.256001.6%18036068.294.2PO52.5432120485 岩溶地区公路工程病害处治技术5.1 桥梁桩基承载力评价通过现场试验和数值分析，就隐伏溶洞对桥梁桩基承载特性的影响进行了深入研究，结合已有经验，建立了考虑溶洞影响的桥梁桩基设计承载力确定方法。（1）隐伏溶洞对桥梁桩基承载特性的影响试验1）以云南南盘江特大桥桥梁桩基为依托，通过现场桩基自平衡载荷对比试验，揭示了该工程实例中有溶洞影响和无溶洞影响的桥梁桩基承载特性：溶洞对桩基承载特性的影响主要表现为对桩侧摩阻力的影响，对上段桩主要影响其临界位移，即有溶洞影响的桩基发挥极限摩阻力所需位移较大；而对下段桩的临界位移和极限摩阻力均有影响，即有溶洞影响的桩基下部摩阻力较低，且其发挥极限摩阻力所需位移也较大；2）应用二维轴对称有限元模型，结合南盘江特大桥其中无溶洞影响下的桥梁桩基自平衡载荷试验结果，反演岩体和桩体的材料性质参数，以及桩体岩体接触面摩擦力参数。（2）隐伏溶洞对桥梁桩基承载特性影响的三维数值模拟分析应用ABAQUS通用有限元软件，基于参数反演结果，建立了溶洞岩体桥梁桩基三维模型，系统分析了不同溶洞顶板厚度、溶洞大小、偏心距离组成的16种工况条件与4种不同力学性质的桩周岩土对桩基承载特性的影响，以及溶洞对群桩的影响，建立了考虑溶洞影响的桥梁桩基设计承载力确定方法。1）桩周岩土的力学性质主要影响桩周摩阻力的发挥，桩周岩土体的强度降低时，不仅使桩侧摩阻力降低，桩端承载力提高，而且使桩土临界位移增大，特别是当溶洞位于桩的正下方时，影响更为明显；表6 溶洞顶至桩底距离小于1倍桩径的桩基承载力取值建议溶洞顶到桩底距离0D0.125D0.25D0.375D垂直方向位移的影响77%50%5%17%承载力折减百分比96%55%40%27%承载力设计安全系数必须实施地基加固技术必须实施地基加固技术必须实施地基加固技术52）溶洞顶至桩底的距离是影响桩基承载力的最明显的因素，且影响距离主要在1倍桩径范围内，而溶洞直径和偏心对桩基承载力影响不大，溶洞顶至桩底距离小于1倍桩径的桩基承载力取值建议如表6所示；3）溶洞会改变桩侧摩阻力和桩底承载力占总承载力的比重。溶洞越接近桩底，且直径越大时，桩底所承担的荷载越少，更多荷载由桩侧岩土桩界面承担。这时，岩土桩的粗糙程度、岩石的破碎和风化程度对总承载力影响较大；4）群桩的一处桩基下存在溶洞时会引起桥梁承台明显的差异变形和超应力，增加了上部结构破坏的潜在威胁，设计中需采取处治措施。5.2 路基病害的特征、分类、预测与评价（1）通过对岩溶最为发育的西南及中南八省区既有岩溶病害资料和路基工程病害的统计分析，表明岩溶发育强度与岩溶地貌特征有密切联系，据此将岩溶地貌划分为14种岩溶环境类型，其中，在岩溶强烈发育的峰林平原和峰丛洼地，路基病害、岩溶塌陷比例最大。（2）通过对岩溶路基病害的调查分析，表明岩溶形态、覆盖土层、岩溶水活动是形成岩溶路基病害的三大基本条件。其中，岩溶形态是路基病害形成的前提，覆盖型岩溶区土层特征对路基病害的发育有重要影响，岩溶水的活动特征是岩溶路基病害发育的动力因素。1）地表岩溶形态（石芽、石林等）由于岩土性质和厚度分布不均匀而导致公路路基的不均匀沉降；竖直岩溶形态（落水洞、竖井、漏斗等）由于路基下覆土层被岩溶水掏空、填料流失而造成路基沉陷或塌陷；水平岩溶形态（溶洞、土洞等）由于溶洞顶板厚度不足或不稳定坡积覆土层而造成路基塌陷或失稳；2）覆盖层为二元结构和多元结构土层比一元结构土层更容易发生塌陷；覆盖层为不同类型土体时发生塌陷的难易程度依次为细粒土、砂类土和砾类土；覆盖土层越厚，路基越不易产生塌陷；3）岩溶水位在基岩面上下波动最容易诱发土层塌陷、路基细料流失；土体的破坏主要与岩溶水位下降速度、幅度及土体性质有关，其破坏条件可用临界水力坡度表示。（3）结合岩溶地区路基工程特点，提出了岩溶路基病害的单因素分类、综合分类以及岩溶路堑病害分类方法，为岩溶路基病害调查、评价和处治提供参考。1）以碳酸盐岩的出露情况、岩溶形态类型、地下水作用特征、公路路基的破坏形式等单因素指标及相应标准划分了岩溶路基病害类型；2）考虑到岩溶路基病害的形成是由多因素共同作用的结果，以碳酸盐岩的出露情况、岩溶形态和覆盖土层性质、岩溶水的动力作用等因素建立了岩溶路基病害的三级分类方法；3）根据岩溶作用对路堑边坡稳定性影响的特点，将路堑边坡病害分为岩溶化岩质边坡病害（危岩崩塌、落石等）和岩溶洞穴出露型边坡病害（土质流失、垮塌等）。（4）以广西水南高速公路都安段为依托，提出了基于GIS的岩溶路基病害预测和评价方法。1）将漏斗、落水洞、竖井等作为点岩溶形态，将溶沟、溶槽等作为线岩溶形态，运用GIS技术的密度分析和邻近分析功能，研究了岩溶路基病害的空间分布规律和特征，作出了公路沿线病害密度分布图，表明公路路基病害具有聚集特征，为岩溶路基病害预测提供了参考；2）以已有病害、地下河和断层为岩溶路基病害危险性的评价因素，应用层次分析法，建立了路基病害危险性综合评价模型，并在实际工程中进行了应用和验证，为岩溶路基病害评价提供了依据。（5）通过大型物理模型试验，结合渗透变形试验，揭示了填石路基、土质路基在地下水或地表水作用下的变形破坏特征及其临界条件，为岩溶路基病害防治提供了依据。1）以“填石级配型”、“片石级配碎石土工布填石型”、“反滤层型”和“土填石型”四种物理模型模拟四种不同地质模式的岩溶填石路基或土石混填路基，揭示了其在不同类型岩溶水动力的作用下发生填料流失的临界水位下降速度或动水压力；2）以广西水南路两种土样为试验样本，分别进行完整土样的破坏性渗透变形试验、含裂隙土层的抗冲蚀试验和真空吸蚀试验，揭示了三类渗透变形破坏发生的临界条件，表明一般的水位波动和渗流条件下，较难满足土层渗透变形临界坡降的要求，但不能忽视真空吸蚀对路基的破坏作用。5.3 路基病害处治及效果评价通过分析岩溶地区公路工程特点和总结多年来岩溶路基工程病害的防治经验，提出了岩溶路基工程病害防治的基本原则、防治措施选择的基本技术思想，系统归纳总结了各种措施的技术特点、适应范围，开发了多种评价路基工程病害处治效果的新技术。（1）在明确岩溶路基工程病害类型及其形成条件、岩溶水特征及其对路基影响的基础上，结合实际工程处治的技术特点，提出了根据“岩溶尺度规模和是否存在岩溶水”选择岩溶路基工程病害防治措施的基本技术思想；（2）通过分析不同尺度岩溶形态引起的路基工程病害特点和危害程度，结合实际工程经验，界定了不同路基工程病害处治措施的适用岩溶尺度范围，如表7所示；表7 不同岩溶尺度的路基工程病害处治岩溶尺度规模等级平面尺寸R深径比h/R范围小0R1m01大于1中等1mR6m00.10.11大于1大6mR20m00.050.050.25大于0.25巨大20mR50m00.030.030.10.11大于1危害性大小无一般大非常严重对应不同尺度的处治方式不处治一般处治重点处治无法处治其中，一般处理措施包括清理整平、填塞封堵、灌浆加固、板跨处理等；重点处理措施包括拱跨和桥跨处理等，并详细介绍了各种处治措施的适用范围和施工工艺，为实际工程应用奠定了基础；（3）系统归纳总结了截流、排泄、疏导、跨越等岩溶水处治措施的技术原理、适用范围和应用方法；（4）通过分析岩溶路堑边坡形态及其引起的路堑边坡病害特征，提出了一系列岩溶路堑边坡病害防治措施，分析了各项措施的技术特点，明确了其适应范围和应用方法；（5）借鉴工程物探方法，提出了应用冲击压实、地质雷达、光纤传感等技术分别检测岩溶路基不均匀沉降、岩溶水作用状况，以及塌陷位置及层位，并在实际工程中进行检验，为岩溶路基工程病害处治效果评价提供了有效途径。5.3 隧道围岩稳定性分析和病害处治（1）以崇遵高速公路第十七合同段夏家庙隧道为依托，应用三维弹塑性有限元软件，模拟分析了隧道开挖施工全过程中距隧道顶部、侧面不同距离和大小的溶洞对围岩稳定性影响的敏感性。1）溶洞对隧道围岩位移的影响距离主要在溶洞直径的1倍范围内，且距离越小，对隧道稳定性影响的距离越大；当溶洞距隧道围岩的距离位于1倍溶洞直径与2倍溶洞直径之间时，随着距离的增大影响迅速减小；当溶洞距隧道围岩的距离大于2倍溶洞直径时，对隧道围岩的稳定性几乎没有影响；2）当溶洞距拱顶的距离一定时，顶板的位移随溶洞尺寸增大而减小；当溶洞大小一定时，顶板围岩的拉应力随溶洞距离的减小而增大，稳定性变差；且溶洞位置对顶板的稳定性影响程度要大于溶洞大小对顶板稳定性的影响程度；3）当隧道开挖到有溶洞的断面位置时，在相应位置的顶底板产生的拉、压应力值较大，而随开挖的进行，开挖越过溶洞后，溶洞断面处顶底板拉、压应力值减少，隧道的稳定性得到提高，且随进一步的开挖，主应力基本上变化不大；4）隧道隐伏溶洞的两侧，当隧道未开挖到有溶洞的断面位置时，溶洞对围岩应力场分布的影响不大，同时拱顶溶洞对隧道侧帮和底板应力场的影响也不明显。（2）在分析岩溶地区隧道突水突泥病害特征的基础上，将隧道涌水形式划分为揭穿型和突破型两大类，突水突泥的物质来源划分为岩溶管道或洞穴中的沉（堆）积泥砂、岩溶管洞壁岩层冲蚀携带的泥砂、以及通过地表岩溶进入地下岩溶体系的泥砂等三种类型，并通过工程经验总结，将岩溶地区易发生隧道涌水的水文地质条件划分为四种类型，作为隧道涌水超前地质预报和预防的依据。（3）系统归纳总结了岩溶地区隧道涌水量的预测评价方法、隧道施工期间地质预报技术及其组合原则，以及岩溶隧道涌水突泥处治方法的适用条件和应用方法，并提出了相应的处治建议。6 公路工程岩溶环境保护技术6.1 公路建设对岩溶环境的影响评价（1）在系统分析岩溶地区公路建设与运营对岩溶生态环境影响或破坏的方式和程度基础上，综合应用因子分析法、核查表法、模糊综合评判法等定性或半定量方法，分别建立了公路建设对岩溶水环境、植被和土壤影响的评价指标体系和评价方法，并进一步评价了其对岩溶水环境、植被环境和土壤环境影响的敏感性，在实际工程中进行验证。（2）基于岩溶地貌类型及其环境特征，首次对公路建设的岩溶环境进行了敏感性分区，包括环境极敏感区、环境中敏感区、环境轻微敏感区和高原面公路环境特殊敏感区。6.2 环境保护对策（1）公路建设对岩溶水环境的影响及其防治对策1）系统总结了岩溶地区公路建设对水环境的破坏为改变水流通方向、阻断地下水补给源、截断地下水的流通路径、封堵地下水的排泄口、工程扰动类水环境破坏、复合型水环境破坏等六种形式；公路建设对灌溉系统的破坏表现为填埋灌溉系统、阻断原灌溉系统等两种形式；以及公路建设和运营对岩溶水体的污染方式及其水质分析；2）通过对岩溶地区路面径流污染野外实验，初步确定了公路路面径流污染保护临界分区范围：影响区范围050m，过渡区5080m，无影响区80m以外；3）针对不同岩溶地貌类型，提出了相应的公路开挖限度，以及公路设计施工阶段中排水、处治等一系列岩溶水环境防护治理措施，并自主开发了“路面径流处理池”这一简单、有效、经济的路面径流污水处理设施。（2）公路建设对岩溶土地和地表覆土的影响及其防治对策1）明确了公路建设对土地的占用形式、占用面积，以及引起的地表覆土性质变化和破坏方式，并定量分析了土地占用和地表覆土破坏引起的经济损失；2）在对多条公路两侧土壤中有害物质含量进行取样、测试、分析的基础上，明确了公路建设对沿线土壤环境的影响，并划分了公路建设对岩溶土壤的污染分区：050m为影响区，5085m为过渡区，85m以外为无影响区；3）提出一系列岩溶地区公路建设中地表覆土的保护和恢复措施，为岩溶地区土壤环境保护提供了参考。（3）公路建设对岩溶植被的影响及其防治对策1）通过对公路两侧植被的破坏情况调查分析，揭示了岩溶路域公路路域植被物种呈多样性递减、种群逆向演替的变化规律，为公路防护和景观设计提供了参考依据；2）筛选出岩溶地区公路防护和绿化设计的植物物种及组合，对公路路域植被恢复，消除可能出现的“紫茎泽兰现象”提供了依据。7 成果、推广及效益7.1 主要技术成果及创新点（1）主要研究成果围绕岩溶这一特殊环境条件下的公路工程建设，项目在岩溶地区公路工程地质勘察、公路基础稳定性评价、筑路材料资源利用、公路岩溶病害处治、公路岩溶环境保护等五大方面取得了26项科技成果，其中创新性成果12项；开发了公路工程岩溶环境评价、公路路基岩溶病害评价、溶洞存在条件下桥梁桩基承载力评价和隧道围岩稳定性评价等4项评价方法；编制了岩溶地区公路基础设计与施工技术应用指南等5套实用技术指南；构建了基于GIS的公路工程岩溶环境区划和公路工程岩溶环境地理信息系统2个综合信息平台。（2）创新点1）首次提出了基于岩溶环境勘察、评价、利用、处治和保护的岩溶地区公路建设技术思想，并系统开发了岩溶地区公路工程地质勘察、公路基础稳定性评价、筑路材料资源利用、公路岩溶病害处治、公路岩溶环境保护等5项实用工程技术。2）开发了用于溶洞探测的“甚高频电磁波多参数层析成像新技术”，以及“甚高频电磁波多参数层析成像数据处理软件”，拥有自主知识产权，解决了既有物探方法难以准确判断溶洞及其充填物的技术难题，为岩溶地基稳定性的定量评价创造了条件，为岩溶洞穴的工程处治提供了技术依据。3）针对隐伏溶洞不能进入洞内进行监测的难题，开发了“隧道类工程变形监测方法与装置”，并成功应用于实际，为溶洞顶板变形监控及稳定性评价提供了一种新的手段。4）通过建立集料物理力学性能与岩石岩性、形成环境、地质时代、风化作用程度、节理发育程度之间的半定量关系，并评价岩溶地区主要石料用作公路工程集料的适宜性，形成了集料初步遴选技术。5）提出了以级配、强度和可压实性为主要控制指标的公路路堤石质填料分类新方法，为填料的合理选择与利用提供了依据。6）基于微观摩擦原理和硅质碳酸盐岩成岩机理，选取硅质碳酸盐岩作为抗滑集料，进一步提出了基于中心质结构模型的沥青混合料体积构成新原则和相应的抗滑表层沥青混合料设计新方法，改变了碳酸盐岩石不宜用作抗磨耗材料的认识，丰富了沥青混合料配合比设计方法。7）对机制砂石粉含量高且除粉工艺复杂，难以配制高性能混凝土的难题进行了系统研究，突破了机制砂混凝土石粉含量的传统界限，提出了适应机制砂高性能混凝土的配制技术，节约了工程造价。8）建立了溶洞岩体桥梁桩基三维有限元分析模型，系统分析了溶洞存在条件下桩与岩石共同作用效应及群桩效应；分析并预测了溶洞对桩（群桩）的荷载-位移曲线的影响；建立了考虑溶洞影响的桥梁桩基设计承载力确定方法，为现行规范的修订提供了可靠依据。9）通过大型足尺模型试验，结合渗透变形试验，揭示了岩溶水对填石和土石混填两类路堤渐进破坏过程和长期稳定性的影响，提出了破坏模式和临界条件，建立了病害预测评价指标体系。10）基于岩溶地貌类型及其环境特征，首次对公路建设的岩溶环境进行了敏感性分区，提出了公路路面径流污染保护临界分区范围，开发了沉淀-过滤洼地（池）路面径流污水处理技术，可简单、有效地防治岩溶水环境污染。11）发现了岩溶地区公路路域植被物种呈多样性递减、种群逆向演替的变化规律。筛选出适用于不同岩溶地区公路绿化的植物种类和植种组合，为岩溶地区公路防护和景观设计提供了参考依据。12）针对岩溶地区公路建设所面临的工程地质、水文地质、气候气象、材料资源和自然生态等复杂的环境条件，以多指标体系为基础，完成了我国首个“公路工程岩溶环境区划”，并初步建立了我国第一个公路工程岩溶环境地理信息系统，实现了岩溶地区公路环境信息的系统集成，为公路建设和岩溶环境保护提供了信息平台和决策支持。7.2 推广应用项目成果已在贵州、广西、云南、湖南等岩溶地区的12条高速公路总里程达800多公里的多个路段、33座桥梁、11条隧道中得到了推广应用。7.3 社会、经济及环境效益（1）经济效益推广本项目成果，对应用工程进行准确勘察、科学处治，以及因地制宜利用当地筑路材料，由此节约的工程设计、施工、处治费用和材料成本，据不完全统计，产生的直接经济效益达1.2亿元。（2）社会效益1）促进区域社会发展；2）促进行业科技进步；3）提升工程建设水平，节约工程投资；4）确保交通安全和服务水平；5）支撑资源环境的可持续发展。（3）环境效益项目提出的公路岩溶环境综合保护技术是国家战略“推进西南岩溶地区石漠化综合治理”在交通建设领域的集中体现：1）改善岩溶区域自然生态环境；2）保护岩溶水环境资源；3）水土保持与防止石漠化；4）植被保护与景观设计。7.4 推广应用前景随着我国西部大开发战略的全面实施和逐步深入，在未来相当长的时间，我国岩溶地区的公路发展空间和技术需求将非常广阔。本项目的研究准确把握我国公路交通的发展形势，解决了岩溶地区公路建设面临的诸多关键技术问题。研究成果涵盖了岩溶地区公路规划、勘察、设计、施工和养护等技术，以及地方性筑路材料利用技术和公路岩溶环境保护技术，是对岩溶地区原有公路建设技术的拓展、深化和完善，为岩溶地区的公路交通建设提供了