巖溶地區公路橋梁工程勘察與橋基處理研究

師永翔

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 036000)

1 工程概況

某高速公路工程分布有巖溶區，尤其是橋址區，由于受到區域構造因素的影響，其巖溶十分發育。在巖溶區中，共設置了以下四座橋梁：1#橋梁，其中心樁號為K23+089，跨徑組合為4×25 m，主體結構為預應力混凝土組合小箱梁；2#橋梁，其中心樁號為K24+205，跨徑組合為13 m+20 m+13 m，主體結構為預應力混凝土空心板；3#橋梁，其中心樁號為K24+636，跨徑組合為3×13 m+20 m+3×13 m，主體結構為預應力混凝土空心板；4#橋梁，其中心樁號為K25+292.5，跨徑組合為22×20 m+3×35 m，主體結構為預應力混凝土組合小箱梁。

2 地質勘探

(1)物探。物探主要作用在于以最小代價在相對較大的區域內確定測區實際地質條件。以測區范圍內實際工作條件為依據，結合工區范圍內介質的主要特征，將高密度電阻率作為核心勘探方法。考慮到某些測線基巖實際埋深相對較大，該勘探方法很難同時保證深度與分辨率；而且很多段落的剖面長度很短，很難開展勘探，對此通過現場試驗和對比分析，決定采用地震映像法進行勘探。在物探斷面中，如果出現了低阻及雜亂無序的反射情況，則可斷定為分布有溶洞。

(2)鉆探。鉆探的主要作用在于對物探成果進行直觀驗證，采用能量化的形式表示出溶洞具體位置與大小。鉆探成果如下：ZKC62孔，深31.1 m，累計洞高3.3 m，巖溶率17.6%，4.5～7.8 m處分布溶洞，充填物為灰黃色含礫亞黏土；ZKC62-1孔，深27.8 m，累計洞高1.7 m，巖溶率9.0%，17.0～18.7 m處分布溶洞，充填物為含碎石亞黏土；ZKC64孔，深47.6 m，累計洞高2.6 m，巖溶率5.6%，23.9～24.5 m處分布溶洞，充填物為含礫亞黏土，35.0～37.0 m處分布溶洞，充填物為亞砂土；ZKC64-1孔，深33.0 m，累計洞高6.5 m，巖溶率40.6%，18.4～20.0 m處分布溶洞，充填物為褐紅色軟塑狀含礫亞黏土，22.7～27.6 m處分布溶洞，無充填物；ZKC65-1孔，孔深24.0 m，累計洞高0.2 m，巖溶率2.2%，23.2～23.4 m處可見輕微溶蝕，可判定為溶洞分布；YZ158孔，孔深34.0 m，累計洞高2.7 m，巖溶率20.7%，21.5～24.2 m處分布溶洞，填充物為灰黃色黏性土角礫；ZKC66孔，孔深65.0 m，累計洞高18.1 m，巖溶率36.6%，27.5～32.2 m、33.4～36.0 m、39.0～43.4 m、46.0～48.0 m處均分布有溶洞，充填物以含礫亞黏土為主，此外還有25.1～27.5 m處和50.0～52.0 m處分布有無充填溶洞；ZKC67孔，孔深80.0 m，累計洞高17.5 m，巖溶率22.8%，26.2～26.8 m、33.6～36.6 m、37.5～40.5 m、41.1～45.1 m、46.0～48.2 m、49.2～51.0 m、58.0～60.2 m和62.0～62.7 m處均分布有溶洞，充填物以黏性土為主；ZKC68孔，孔深35.0 m，累計洞高6.9，巖溶率46.0%，20.6～22.5 m、23.0～25.0 m和25.5～28.5 m處均分布有溶洞，充填物以含礫亞黏土為主。

3 樁基設計與施工

3.1 樁基設計

(1)采用摩擦樁，在溶洞之上進行樁基的設置。當溶洞之上存在深度足夠的持力層且不容易穿透溶洞時，可采用這一方案。以3#橋梁為例，在K24+585.0里程處，26.2～62.7 m深度范圍內存在8個溶洞，洞高在0.6～4 m范圍內。如果要穿透整個溶洞，進入到弱風化灰巖當中，是有很大困難的。對此，可將樁底放在28.0 m深度處，采用摩擦樁，樁底下部到第二段溶洞存在強風化灰巖層，設計成雙柱雙樁的形式，樁徑為120 cm，經驗證可滿足承載力方面的要求。

(2)采用嵌巖樁，使樁基從溶洞中直接穿過，進入到弱風化灰巖層當中。當溶洞之上無可靠持力層或灰巖層的埋深相對較小時，可采用這一方案。以2#橋梁為例，在K24+238.9里程處的21.5～24.2 m深度范圍內分布有溶洞，其充填物以黃色含黏性土角礫為主，溶洞的埋藏深度相對較淺，設計決定將樁基從溶洞中穿過，進入到弱風化灰巖層中，嵌巖深度按2.8 m控制，將樁底放在27.0 m深度部位，考慮到該溶洞的高度較小，而且存在填充物，所以施工難度相對較小。

3.2 樁基施工

(1)鉆孔

①一般溶洞。鉆孔即將達到溶洞頂部時，準備好直徑在10～20 cm范圍內的片石及黏土，并將黏土制作成直徑為15 cm的球形。在鉆孔與洞頂相距1 m后，開始降低沖程，采用短沖程與快頻率進行沖擊，直到溶洞頂部被完全擊穿，避免由于沖程過長產生卡鉆。將溶洞擊穿以前，安排專人對鉆孔中泥漿面產生的變化進行觀察，如果泥漿面開始明顯下降，應立即補水，并開始提鉆，避免塌孔埋鉆。之后以溶洞的大小為依據，根據1∶1的比例進行黏土與片石的回填，予以沖砸堵漏，在泥漿面達到穩定后采用正常的速度鉆進。以此不斷反復，確保鉆孔順利從溶洞中穿過。當溶洞中充填有淤泥或者是軟弱黏性土時，在進入到溶洞之后需要在溶洞中回填片石和黏土的混合物，以此進行沖砸固壁。鉆孔時如果發現孔斜，應立即按照相同比例回填碎石與黏土，回填到孔斜處0.5 m之上后重新開鉆。

②大型溶洞。鉆孔時采用護筒進行跟進，也就是先用直徑相對較大的鉆頭進行沖擊，在到達與溶洞頂部相距1.0 m的位置后，將護筒下入到鉆孔底部，改用直徑較小的鉆頭繼續進行鉆機，直到將溶洞頂部完全擊穿，然后按照相同的比例回填片石和黏土的混合物，通過反復沖擊將溶洞砸實，之后進行正常鉆進。這一方案的控制重點包括：內護筒的位置應準確無誤，且有足夠剛度；將溶洞頂部擊穿以后應盡快回填片石和黏土的混合物。

(2)混凝土澆筑

在混凝土灌注過程中，應準備足夠的原材料和攪拌設備。考慮到溶洞所在部位使用了片石和黏土進行沖砸固壁，灌注時可能會由于混凝土有很大的重度導致混凝土進入到溶腔當中。對此，應適當減慢導管提升速度，增加實際灌注梁，直到將整個溶腔填滿。如果施工前的準備工作不充分，混凝土供應不連續，或提管的速度太快，將產生斷樁的現象。

4 結 語

綜上所述，巖溶地區勘察工作要使用多種勘察方法，做到點面結合和相互驗證，以此確定測區范圍內具體地質條件。當必須在巖溶區進行橋梁建設時，應盡量避開巖溶較發育地區，并縮短橋梁長度，適當縮減建設的規模，以此降低地基處理難度。巖溶地區橋梁工程樁基設計過程中，要對溶洞具體分布位置進行充分考慮，以溶洞埋深與頂板厚度為依據，選擇適宜的樁基類型，然后按照設計與相關規范的要求開展施工，保證樁基處理效果。