CN103628461A - 一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，包括钢筋混凝土格构梁（1）、带应力计的钢筋（2）、土工格栅（3）、数据采集器（4）、通讯管线（5）、远程控制中心（6），其特征是：所述的钢筋混凝土格构梁（1）与土工格栅（3）既作为整体承担路基（9）重量跨越浅层岩溶土洞（7）及深层岩溶（8）的承载结构，又通过在钢筋混凝土格构梁（1）布设带应力计的钢筋（2），按照一定的时间间隔，通过数据采集器（4）测量带应力计的钢筋（2）的受力，可以分析岩溶跨越区域路基各个断面的下沉变形状态，当测得钢筋受力超过警戒值时，由通讯管线（5）传到远程控制中心（6）提供预警，并利用土工材料抗拉强度、混凝土格构梁的锚固力限制，临时支承路基(9)，延缓塌陷,为交通组织、警戒抢险赢得时间。

Description

一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置

技术领域

 本发明涉及一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，特别是对于蜂窝状、串状的连片岩溶土洞地区的溶洞，通过本专利钢筋混凝土格构梁对岩溶土洞区路基进行加劲处治，同时，通过数据采集器测量带应力计的钢筋的受力，可以分析岩溶跨越区域路基各个断面的下沉变形状态，对出现变形较大、即将发生的塌陷进行预警，达到处治、预警一体化的整治目的，是一个对勘察要求低、经济、实用的岩溶土洞处治与预警装置。

背景技术

岩溶土洞在我国分布广泛，岩溶土洞会因为岩溶顶板、土层在外界干扰下不断损伤、潜蚀而发生塌陷。岩溶土洞塌陷如果发生在高等级公路路基范围内，则可造成车毁人亡的重大灾害。因此在高速公路建设中，对于岩溶土洞的处治非常重视。目前采用较多的岩溶土洞的处治方法有：填充法、盖板跨越法、洞内支撑法、强夯法等等。所有这些处治方法成功与否取的前提条件是：完全探明岩溶土洞的空间分布和水文地质条件。这恰恰是目前岩溶土洞勘察手段难以做到的。由于岩溶土洞不能完全查明，因此运营道路的岩溶土洞塌陷的风险始终存在，特别是对于蜂窝状、串状的连片岩溶土洞地区的公路建设中路基的稳定性一直是该区域的技术难题，由于土洞、岩溶往往是由于地下水长期冲刷、冲蚀形成，且土洞、岩溶之间也往往存在众多的管道、裂隙，即便在公路施工过程中对浅层土洞进行了填筑片石等方法处治，在运营过程中，地下水汽运移的不确定性，也极容易造成已填充的土洞、岩溶被冲刷、冲蚀引发路基塌陷，是运营者心中的不定时炸弹。如何经济、妥善处治好这些隐伏的“炸弹”是高速公路建设成败的关键之一。

本发明采用的钢筋混凝土格构梁对岩溶土洞区路基进行加劲处治，是一个对勘察要求低、经济、实用的岩溶土洞处治方法，对道路运营中的土洞塌陷后的路基有一定支撑作用；同时，通过数据采集器测量带应力计的钢筋的受力，可以分析岩溶跨越区域路基各个断面的下沉变形状态，当测得钢筋受力超过警戒值时，由通讯管线传到远程控制中心提供预警，为交通组织、警戒抢险赢得时间；此外，一旦有塌陷发生，土工材料首先断裂，交叉格梁仍可支撑路基，避免大规模塌陷发生，也可避免车辆落入洞内。抢险工作变得更安全。

发明内容

岩溶土洞会因为岩溶顶板、土层在外界干扰下不断损伤、潜蚀而发生塌陷。岩溶土洞塌陷如果发生在高等级公路路基范围内，则可造成车毁人亡的重大灾害。路基是线性的、连续的结构，如果要完全查明的话，需要探测的面积远大于离散的桥梁桩基。因此，在大部分情况下，很难完全查明路基下岩溶土洞的准确分布。当然如果进行大量细致的工作，探测的精度可以有很大提高。但是大量工作所需的时间和经费也会相当可观。因为岩溶土洞不能完全查明，因此运营道路的岩溶土洞塌陷的风险始终存在。实际工程中，往往对该区域浅层土洞进行片石填充，深部岩溶在确定其顶板厚度承载安全后是不做处理的。但由于岩溶往往是相互连通，岩溶土洞地基中的水汽运移往往会使在公路施工过程中以填充的土洞等发生冲蚀、冲刷的情况，随着岩溶土洞冲刷体积不断增大，在公路运移的实际过程中发生的突然塌陷也是屡见不鲜，路线上大范围存在的岩溶土洞不仅是建设者面临的巨大困难，也是运营者心中的不定时炸弹。如何经济、妥善处治好这些隐伏的“炸弹”是高速公路建设成败的关键之一，。本发明所需要解决的技术问题是提供一种在岩溶土洞区路基能防止路基突然塌陷，具有足够跨越和承载能力，同时为岩溶土洞区路基运营时的安全提供预警及智能监测装置。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，包括钢筋混凝土格构梁（1）、带应力计的钢筋（2）、土工格栅（3）、数据采集器（4）、通讯管线（5）、远程控制中心（6），其特征是：所述的钢筋混凝土格构梁（1）和土工格栅（3）作为岩溶土洞区路基的承载结构，根据土洞的深浅和密集情况，设计其格构梁厚度和格构梁截面，在钢筋混凝土格构梁（1）上侧铺设土工格栅（3），当塌陷发生，土工格栅（3）首先断裂，钢筋混凝土格构梁（1）仍可支撑路基，避免大规模塌陷发生，也可避免车辆落入洞内。抢险工作变得更安全。

所述的带应力计的钢筋（2）、数据采集器（4）通讯管线（5）、远程控制中心（6），构成了装置的预警系统，其中带应力计的钢筋（2）将钢筋混凝土格构梁（1）的受力状况转化为电信号，传递致数据采集器（4），感应岩溶跨越区域路基各个断面的下沉变形状态，最终通过通讯管线（5），将其监测预警值显示于远程控制中心（6）。所述的远程控制中心（6）接受来自数据采集器（4）的受力值，并与设计阈值进行对比，对于超过阈值的进行预警，起到安全监测的目的。

对道路运营中的土洞塌陷后的路基有一定支撑作用，即允许地基中的土洞发生一定的塌陷，可以降低建设过程中岩溶土洞勘察要求。避免了土工材料跨越能力低的缺陷。一旦有塌陷发生，土工材料首先断裂，交叉格梁仍可支撑路基，避免大规模塌陷发生，也可避免车辆落入洞内。抢险工作变得更安全。格梁对抢险设备有支撑能力，格梁间空洞间隔可以回填各种尺寸材料，也允许人员进入进行更详细的探测，因此给后续的土洞处治方案决策提供更大的余地。

综上所述，本发明对道路运营中土洞塌陷后的路基有一定支撑作用，允许地基中土洞发生一定的塌陷，可以降低建设过程中岩溶土洞勘察要求，且能提供路基稳定性安全预警的智能装置。其装置结构简单，安全可靠，人工作业强度低的有点。特别适用于路基基底出现蜂窝状或串状的深溶洞区域，或者有片状溶洞的区域。

附图说明

图1是一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，通过在浅层岩溶土洞（7）进行回填片石，深层岩溶（8）在确定其顶板安全厚度都可不做处理，同时在该岩溶土洞区区域路基（9）基底地面以下埋设钢筋混凝土格构梁（1），然后在钢筋混凝土格构梁（1）上铺设土工格栅（3）； 如果溶洞平面尺寸过大，可在格梁一些节点位置设置微型桩，对钢筋混凝土格构梁（1）进行支撑，避免格梁截面积过大。

根据土洞的深浅和密集情况，设计其格构梁厚度和格梁截面，再将带应力计的钢筋（2）以不同的监测模块安装至钢筋混凝土格构梁（1），通过安装的带应力计的钢筋（2）将钢筋混凝土格构梁（1）的受力状况转化为数据信号，以数据采集器（4）按一定的时间间隔采集数据，获得钢筋混凝土格构梁（1）的受力数据，并将受力数据通过通讯管线（5）传到远程控制中心（6），可以获取监测的岩溶土洞跨越区域路基各个断面基底的下沉变形状态，当变形值超过设定的预警值时，进行报警提示，对变形状态异常断面采用相应的地质雷达等确定岩溶土洞塌陷位置，并采取相应注浆等方法进行填充密实，避免发生突然塌陷造成的车辆、人员损失，阻断交通，起到安全监测的目的。

Claims (3)

1.本发明公开了一种岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，包括钢筋混凝土格构梁（1）、带应力计的钢筋（2）、土工格栅（3）、数据采集器（4）、通讯管线（5）、远程控制中心（6），其特征是：所述的钢筋混凝土格构梁（1）和土工格栅（3）作为岩溶土洞区路基的承载结构，根据土洞的深浅和密集情况，设计其格构梁厚度和格构梁截面，在钢筋混凝土格构梁（1）上下两侧铺设土工格栅（3），当岩溶土洞沉陷时，钢筋混凝土格构梁（1）与土工格栅（3）仍可支撑路基，避免车辆落入洞内。

2.根据权利要求1所述的岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，其特征是：所述的钢筋混凝土格构梁（1）以交叉格梁形式埋设到地基表面以下，在格梁上方铺设土工格栅，一旦有塌陷发生，土工格栅（3)首先断裂，交叉格梁仍可支撑路基，延缓大规模塌陷发生，为抢险与处治赢得时间。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的岩溶土洞区路基水平加劲处治与塌陷预警装置，其特征是：所述的钢筋混凝土格构梁（1）不仅起到支承路基的作用，在钢筋混凝土格构梁（1）内部布设有带应力计的钢筋（2），以数据采集器（4）按一定的时间间隔采集数据，获得钢筋混凝土格构梁（1）的受力数据，并将受力数据通过通讯管线（5）传到远程控制中心（6），可以获取监测的岩溶土洞跨越区域路基各个断面基底的下沉变形状态，当变形值超过设定的预警值时，进行报警提示，对变形状态异常断面采用相应的地质雷达等确定岩溶土洞塌陷位置，并采取相应注浆等方法进行填充密实，避免发生突然塌陷造成的车辆、人员损失，阻断交通，起到安全监测的目的。

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