溶洞顶板的安全厚度确定,应参考项目区附近工程实例确定,并区分为完整顶板与不完整顶板两种情况加以估算,其中完整顶板是指未被节理裂隙切割或虽被切割但胶结良好的情况,否则即为不完整顶板。
I.当溶洞顶板岩层完整,洞跨较小,剪切是主要控制条件时(厚跨比≥0.5),可按顶板受剪估算其安全厚度。如计算简图1所示,路堤底宽为B,溶洞宽度为b,路基范围内的溶洞顶板自重为Q1,附加荷载(包括填土和活载)为Q2,根据极限平衡条件,顶板岩体抗剪力T应按下式确定:
式中,岩体的抗剪强度考虑石灰岩一般为允许抗压强度的1/12,L为路基范围下溶洞的平面周长。
得到H后乘以安全储备系数,即为顶板的安全厚度。洞顶顶板安全系数参考《公路路基设计手册》进行取值:
II.当溶洞顶板岩层完整,近似于水平层,且洞跨较大(厚跨比<0.5),弯矩是主要控制条件时,可按梁板受力情况,按梁板受力情况估算其安全厚度。如计算简图1所示,路堤底宽为B,溶洞宽度为b,溶洞顶板总荷重为Q(含自重和附加荷载),根据抗弯验算公式得:
得到H后乘以安全储备系数,即为顶板的安全厚度。
当顶板为风化破碎的岩层时,溶洞未坍塌时,如计算简图2所示,相当于天然拱处于平衡状态,如发生坍塌则形成破裂拱,破裂拱高度H按照公式确定:
此外,破裂拱以上的岩体重量由拱承担,所以承担上部荷载需要一定厚度,溶洞顶板安全厚度为破裂拱高加上部荷载作用所需的厚度,再加适当的安全系数。
其中,在路堤较低荷载较小的情况下按照地基承载力原理基本能满足要求,地基承载力考虑深度修正,深度修正系数取1,当路堤较高的情况下,需要考虑荷载应力扩散的实际情况,否则计算结果过于安全,此时承担上部荷载所需的厚度推荐采用有限元极限破坏法进行验算,厚度根据具体段落桩号典型断面给出,对土层顶荷载设置为变化荷载乘数,通过不断变化加载量确定路基的极限承载力,在验算现状路堤高度能满足设计要求的前提下直接比较考虑安全系数的破裂拱高与现状顶板厚度的大小即可。
I.裸 露型岩溶溶洞距离路基的安全距离
对于溶洞顶板直接暴露于地表的岩溶地区路基,安全距离按坍塌时的扩散角估算,安全距离按照下式计算:
II.覆盖型岩溶溶洞距离路基的安全距离
如溶洞顶板岩层上有覆盖土层时,岩土界面处用土体稳定坡率(综合内摩擦角)向上延长坍塌扩散线与地面相交,安全距离L按式计算: