武漢巖溶區(qū)樁基施工勘察方法研究

彭 華 中

(武漢市勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430022)

1 概述

武漢地區(qū)碳酸鹽巖分布面110余平方千米，約占該市面積的13%[1]。20世紀(jì)中葉以來(lái)由巖溶引發(fā)的不良地質(zhì)問(wèn)題給工程建設(shè)帶來(lái)重大的影響。巖溶發(fā)育區(qū)的樁基工程，因?yàn)樯喜亢奢d大，對(duì)強(qiáng)度及變形要求高，樁基通常選擇一定厚度的完整碳酸鹽巖作為持力層[2]。當(dāng)無(wú)法有效查明樁周范圍的巖溶發(fā)育及分布時(shí)，會(huì)給上部結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)很大的隱患。由于巖溶形態(tài)復(fù)雜、空間分布規(guī)律性差，進(jìn)一步提高了巖溶勘察的難度，樁基巖溶施工勘察時(shí)應(yīng)選用合理有效的勘察手段，并應(yīng)注重勘察方法的適用、有效性[3]。

2 工程概況

武漢某高架橋梁工程全長(zhǎng)約14.9 km，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，以下伏碳酸鹽巖作為樁端持力層，樁直徑在1.0 m～1.8 m間。沿線(xiàn)覆蓋層主要由第四系更新統(tǒng)硬塑狀老黏性土或黏土夾碎石構(gòu)成，下伏三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)碳酸鹽巖，基巖埋深在15.0 m～20.0 m間。根據(jù)勘察顯示大冶組(T1d)碳酸鹽巖溶蝕現(xiàn)象明顯，巖溶發(fā)育，場(chǎng)地分布的巖溶是影響工程安全及運(yùn)營(yíng)的主要不良地質(zhì)作用。

3 巖溶樁基的施工勘察方法

根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范規(guī)定：施工勘察階段當(dāng)采用大直徑嵌巖樁應(yīng)逐樁進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的樁基勘察[4]。武漢地區(qū)樁基巖溶施工勘察主要采用鉆探及地球物理勘探等方法。

3.1 鉆探

鉆探是一種直接的勘探手段[5]，它可以直觀了解樁基范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況。本工程樁基施工勘察根據(jù)樁直徑及巖溶發(fā)育程度確定：樁直徑d≤1.0 m時(shí)，鉆孔數(shù)為1個(gè)；樁直徑1.01.5時(shí)，鉆孔數(shù)為3個(gè)，鉆孔位于樁直徑范圍內(nèi)。

施工勘察共完成1 550個(gè)鉆孔，其中1 367個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞，經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明鉆孔遇洞隙率88.19%、線(xiàn)巖溶率4.45%，鉆探揭露顯示場(chǎng)地巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。

3.2 地球物理勘探

地球物理勘探是一種利用巖土物性之間差異進(jìn)行間接勘探方法。物探方法有多種，其適用范圍各不相同，一般應(yīng)選擇兩種以上的物探方法，以便相互驗(yàn)證[2]。場(chǎng)區(qū)沿線(xiàn)分布的溶洞與其周?chē)鷩鷰r存在著明顯的電性和彈性波傳播差異且探測(cè)深度相對(duì)較大，本次物探選擇高密度電法和跨孔電磁波CT兩種方法。本次以BZ13墩與BZ12墩之間物探為例。高密度電法剖面見(jiàn)圖1，電磁波CT詳見(jiàn)圖2。

從視電阻率等值線(xiàn)圖來(lái)看，上部整體為低阻，下部相對(duì)高阻，結(jié)合前期勘察成果可以判定覆蓋層厚度一般為10 m～15 m，厚度變化較小。測(cè)線(xiàn)1—1′中存在三處范圍較大的低阻異常區(qū)，視電阻率在5 Ω·m～20 Ω·m間，探測(cè)巖溶發(fā)育區(qū)底部最深處約為41 m。從視電阻率特征分析，巖溶發(fā)育區(qū)巖溶主要為填充型，物質(zhì)主要成分為泥質(zhì)及水。

從視吸收系數(shù)等值線(xiàn)圖來(lái)看，上部土層視吸收系數(shù)最高，中部巖層視吸收系數(shù)一般居中，下部巖層視吸收系數(shù)最小。由此推斷覆蓋層厚度一般為10 m～18 m，15 m～40 m深度段基巖較為破碎，裂隙發(fā)育，同時(shí)基巖段有明顯較高視吸收系數(shù)，推斷該段巖溶較發(fā)育。

根據(jù)鉆孔對(duì)比，物探探測(cè)結(jié)果與鉆探揭露巖溶發(fā)育程度及分布大致吻合，同時(shí)也驗(yàn)證了物探手段的可靠性。

3.3 勘察手段比選

鉆探不受地形、地質(zhì)條件限制，能直接觀察巖芯和取樣，并能配合完成原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)工作,在巖溶勘察使用較廣。鉆探通過(guò)點(diǎn)(鉆孔)來(lái)推測(cè)點(diǎn)與點(diǎn)之間的地質(zhì)情況，當(dāng)場(chǎng)地巖溶復(fù)雜多變時(shí)，這種推測(cè)往往是不準(zhǔn)確的，依據(jù)鉆探成果完成的設(shè)計(jì)成果，就有可能存在較多的地質(zhì)隱患。以往一般采用增加鉆探孔數(shù)量的方法，增大勘察成本的同時(shí)，并不能徹底解決這一問(wèn)題。物探具有設(shè)備輕便、效率高，在復(fù)雜環(huán)境均能進(jìn)行且易于加大勘探密度及深度等優(yōu)點(diǎn)。但是物探方法往往受到非探測(cè)對(duì)象的影響和干擾以及儀器測(cè)量精度的局限，其分析解釋的結(jié)果就顯得較為粗略，且具多解性，因此，物探成果通常選擇鉆探對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)際工作中，應(yīng)針對(duì)工程具體情況綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，采取綜合和合理的勘察方法[6]。武漢巖溶樁基施工勘察中一般選擇鉆探并結(jié)合物探勘察方法，相互驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)踐取得良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

1)武漢地區(qū)樁基巖溶施工主要采用鉆探及地球物理勘探等方法。2)經(jīng)過(guò)勘察實(shí)踐表明，區(qū)內(nèi)巖溶施工勘察采用鉆探定量并與物探定性配合能更好地了解工程地質(zhì)情況，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。