巖溶地區橋梁勘察與設計

文/房谷錦、王瑞虎

1 工程概況

項目位于湖南省湘西土家族苗族自治州鳳凰縣，其中南長城互通位于杭瑞高速K8+450 處，本互通采用A 型單喇叭方案。其中互通連接線采用城市主干道設計標準，橋梁設計荷載采用城-A 級。機動車道采用雙向八車道斷面，外側設置人行道。路線在廖家橋鎮漾水坨村附近采用橋梁形式跨越回垅溪，橋梁交叉角度65°，水面寬約8m。根據方案比選，初步設計回垅溪中橋上部結構采用5×20m 預應力混凝土空心板，先簡支后結構連續，下部結構采用柱式墩、樁柱式、肋板式臺，橋梁全長104．92m[1]。

2 地質勘察

2.1 初勘

回垅溪中橋初勘共布設鉆孔3 個。根據初勘資料，橋梁所處地區地層分布簡單，但巖溶較發育，地質條件較復雜，巖溶形態為溶槽以及溶洞，主要分布于回垅溪中橋的2 號橋墩附近，溶槽深度約23m，溶洞高度約13m。

2.2 物探結果分析

本次物探斷面的布設采用縱橫向結合的方法，沿前進方向布設左、中、右各3 條物探斷面，每個墩臺位置橫橋向布設一條物探斷面，縱橫向形成“十字”交叉。墩臺處橫向物探范圍應大于橋梁外邊緣約80m，保證高密度電法成果圖在樁基位置達到最大深度[2]。

根據物探報告，回垅溪中橋物探成果中共發現異常9 處，其中由于溶洞、落水洞和巖溶豎井引起的異常共5 處，巖溶裂隙破碎帶引起的異常共4 處，2 號、3 號墩橫向物探斷面成果如圖1、圖2 所示。橋梁范圍內有較大的巖溶發育異常情況，初步分析為溶洞、落水洞和巖溶裂隙破碎帶所引起。

圖1-2 號墩橫向物探斷面成果圖

圖2-3 號墩橫向物探斷面成果圖

根據初勘結合物探情況，橋位處巖溶發育嚴重，2號墩處發現13m 深溶洞，頂板距離原地面約28m。從減小施工難度、加快施工進度出發，盡量減少溶洞處理的橋梁基樁根數。施工圖設計階段項目組對橋梁方案進行了優化，上部結構由初步設計的5x20m 預應力混凝土空心板調整為3×30mT 梁結構，減少兩排基樁，避開巖溶強發育區，盡量降低施工難度。

2.3 詳勘

根據初勘報告結合物探情況，對巖溶發育情況較弱的0 號、3 號橋臺各布設2 個、1 個鉆孔，對巖溶較發育 的1 號、2 號墩，各布 設3 個 鉆孔。

根據詳勘報告，橋梁方案調整為3x30mT 梁后，河道兩側1 號、2 號墩距離河道位置分別退讓了5m，詳勘揭露巖溶發育強度較初勘有所降低。河流兩側的6個鉆孔中僅2 個鉆孔見溶洞，其中SQZK2-14 孔巖溶發育較強。

回垅溪中橋詳勘結果：橋址區巖溶形態為溶蝕裂隙、溶溝、溶槽及溶洞，溶洞最大高度約5．9m，分布高程在358．92～411．53m 之間。揭露泥質條帶灰巖鉆孔共9 個，見溶洞孔4 個，鉆孔見洞隙率為44．44%，橋址區為巖溶強發育區[3]。

3 橋梁方案調整

根據勘察結果對路基標準橫斷面進行調整，橋梁總寬40m 不變，中分帶寬度由8m 調整為1m；單幅墩帽寬度由15．2m 調整為19．2m，考慮墩帽受力，單幅橋墩基樁根數由2 根調整為3 根。

4 施工問題處理

2017年3月，施工單位施工過程中發現1-2 號、1-3號橋墩地質情況與地勘資料不符，巖溶發育較強。尤其是1-2 號橋墩，通過施工補勘，發現孔口以下連續巖溶發育，粘性土填充，樁基成孔難度高，質量無法保證。1-2 號墩共補勘兩個鉆孔，其中（1）孔位于靠近1-3 號墩方向，距離1-2 號孔邊緣1m，（2）孔位靠近1-1 號墩方向，距離1-2 號孔邊緣1．2m。補鉆孔位及基樁位置如圖3 所示。

圖3 補鉆孔位及基樁位置示意圖

經現場分析，1-1 號、1-3 號、1-4 號、1-5 號、1-6號、2-1 號、2-2 號、2-3 號、2-4 號、2-5 號、2-6 號 基樁已成孔。其中1-3 號基樁孔口25m 以下巖溶發育較強，樁長按17m 控制，入巖2m，保證頂板厚度8m；2-4 號基樁巖溶發育較強，與地勘資料基本一致，施工按設計樁長44m 已終孔；其余已終孔基樁均未發現巖溶發育情況，地質情況較好，與地勘資料一致。結合初勘、物探情況分析，回垅溪中橋1 號、2 號橋墩巖溶發育情況基本沿2-4 號→1-2 號墩方向，根據1-2號墩施工補勘結果，1-2 號墩剛好位于巖溶發育落水洞、豎向溶槽中。經現場各方踏勘，結合既有地勘資料，提出以下兩個處理方案。

4.1 注漿法

按摩擦樁計算樁長，不考慮樁端承載力，灰巖樁側摩阻力τ 取150～200 kPa，樁端需穿透巖溶發育區。按計算樁長施工到位后，距離基樁邊緣50cm 取注漿孔8 個成“米”字排列，孔深按計算樁長L+5m 控制。注漿完成后在基樁周圍取3～4 個地質鉆孔進行驗證。注漿孔、驗證孔布置示意如圖4 所示。對于樁端位于巖溶裂隙連續發育區的情況，該方法具有普遍適應性，對于回垅溪中橋1-2 號基樁，根據補勘資料，樁端巖溶發育較強，判斷基樁位于豎向落水洞、溶槽中，注漿施工后樁端承載力無法保證。

圖4 注漿孔、驗證孔布置示意

4.2 調整基樁位置

根據各方現場踏勘，結合物探、地勘資料對橋位處巖溶發育趨勢的判斷，靠近1-1 號基樁側地質條件較好，因此基樁往1-1 號墩方向移位3．3m，保證與1-1 號基樁中心距離滿足2D（基樁直徑）要求?，F場在移位后的樁位處先進行施工補勘。

根據現場補勘情況，基樁移位后，地質情況較好，基本未發現巖溶發育情況。最終1-2 號基樁按移位3．3m 實施，與1-3 號基樁距離10．15m，與1-1 號基樁距離3．55m，蓋梁采用預應力結構，現場最終實施效果較好。1-2 號基樁移位后橋梁立面圖如圖5 所示。

圖5 1-2 號基樁移位后橋梁立面圖

5 結語

5．1 巖溶地區工程項目應重視前期勘察工作，現場勘察工作開展期間，橋梁設計人員應及時介入，根據鉆孔揭露的巖溶發育情況，及時調整鉆孔位置或者橋梁方案。

5．2 巖溶強發育等地質復雜地區應采用地質調查、鉆探、物探等多種勘察手段相結合的方法，相互驗證，可以更準確地查明巖溶發育情況，使橋梁基礎盡量避開溶溝、溶槽、落水洞、漏斗、大型溶洞等。

5．3 為盡量減小巖溶區橋梁施工難度，結合橋梁造型、高度，盡量采用較大的跨徑，減少巖溶區橋梁基樁數量。