巖溶地區(qū)中小型橋梁勘察技術研究

邢 信

(湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引 言

巖溶也稱喀斯特，喀斯特地貌由水(包括地表水和地下水)對可溶性巖石溶蝕、侵蝕與沉積、沉淀，同時重力崩塌、坍塌、堆積等作用而形成。該地貌以斯洛文尼亞的喀斯特高原命名，在我國也叫巖溶地貌，是我國五大造型地貌之一。巖溶地貌分為地表和地下兩大類：(1)石芽、溶溝、巖溶漏斗、落水洞、溶蝕洼地、巖溶盆地與巖溶平原、峰林、峰叢與孤峰；(2)溶洞與地下河、暗湖。

巖溶在我國十分發(fā)育，主要分布于云貴桂省區(qū)，其余省區(qū)的部分區(qū)域也有分布。隨著巖溶區(qū)大批工程建設，如公路橋梁的修建，工程建設中會遇到一系列的巖溶地質(zhì)情況。鉆孔灌注樁由于具有諸多優(yōu)點，如施工噪聲和震動小、可以建造大直徑樁、場地適宜性強等優(yōu)點，廣泛應用于工程建設各行業(yè)。但是，在巖溶區(qū)，存在對地下巖溶認識有限，溶蝕大小、范圍、充填狀況難以成分探測，這對基礎設計與施工存在較大挑戰(zhàn)。尤其是在橋梁設計與施工中，如果對溶洞探測及處理不當，則會產(chǎn)生工程質(zhì)量問題、造成安全事故。所以在巖溶地區(qū)的樁基勘察設計與施工中，我們應該采取綜合勘察手段，全面探測巖溶發(fā)育狀況，選用有效的巖溶處理措施，來保證工程質(zhì)量、消除安全事故隱患。

1 工程概況

湖南省益陽市安化縣文溪橋危橋改造工程位于益陽市安化縣大福鎮(zhèn)文利村，擬建橋梁采用3×16 m預應力空心板方案，橋梁全寬為10 m，橋梁屬于中橋，基礎形式擬采用樁基礎。綜合考慮工程重要性等級、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001)(2009年版)，巖土工程勘察等級定為乙級?？辈祀A段屬于一階段詳細勘察，通過工程地質(zhì)測繪和調(diào)查，同時查閱湖南省區(qū)域地質(zhì)圖(1∶20萬)，了解到基巖為下古生界寒武系中統(tǒng)(Pz∈2)灰?guī)r，存在溶蝕與溶洞發(fā)育。因此本工程按一樁一孔的原則共布設勘探孔8個，勘察技術要求按滿足鉆(沖)孔灌注樁基礎設計要求編制。

2 場地工程地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性

擬建橋梁跨越河流，河流寬約24 m，場地地貌形態(tài)屬丘陵地貌，大地構(gòu)造單元屬東西向構(gòu)造。在勘探孔深度控制范圍內(nèi)，場地巖土層按地質(zhì)成因分為第四系填筑土(Q4 ml)、第四系沖積土(Q4al)和下古生界寒武系中統(tǒng)(Pz∈2)灰?guī)r。第四系填筑土層厚為3.8～7.2 m，平均6.2 m；第四系沖積土層厚為1.9～5.3 m，平均2.3 m；強風化灰?guī)r層厚為7.1～32.9，平均20.26 m；中風化灰?guī)r揭示層厚為2.7～7.2 m，平均5.4 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

一般情況下河水較淺，約0～1.0 m，連續(xù)強降雨后水深約0.5～2.5 m，勘察期間，測得水深約0～0.6 m流速較緩。橋位區(qū)存在地表水及地下水，地表水水量受大氣降水、地表流徑影響；地下水類型屬孔隙潛水、基巖裂隙水與巖溶水?？紫稘撍饕植加诼咽c圓礫層中，且與河水存在水力聯(lián)系，所以該層中的地下水較為豐富；粉質(zhì)粘土層中的地下水一般不豐富，由于卵石與圓礫層揭露于河流北岸及河道區(qū)域，所以橋位區(qū)總體的地下水含量較為豐富。

基巖裂隙水分布于基巖裂隙中，基巖中的地下水主要為裂隙水，受裂隙發(fā)育程度、外界補給、排泄等情況的影響，由于該橋位區(qū)域的強風化基巖裂隙發(fā)育，故基巖裂隙水稍豐富。

巖溶水賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和溶洞中的地下水。巖溶含水層的富水性總的來說是較強的，但是含水又極不均勻，因為巖溶水并不是均勻地遍及整個可溶巖的分布范圍，而是埋藏于可溶巖的溶蝕裂隙、溶洞中。經(jīng)過勘察鉆探揭露，該橋位區(qū)巖溶水稍豐富。

2.3 不良地質(zhì)現(xiàn)象

場地不良地質(zhì)作用主要為地下巖溶，且溶洞比較發(fā)育?？辈炱陂g，在橋位區(qū)鉆孔8個，有ZK2～ZK8共7個鉆孔揭露存在溶洞或串珠狀溶洞，洞高0.6～5.5 m，鉆孔見洞隙率為87.5%，線巖溶率約19.3%，根洞內(nèi)充填、半充填灰黃色軟塑粉質(zhì)粘土、中粗砂或碎石，洞底巖面均傾斜，鉆探施工過程中均見有漏水現(xiàn)象(見表1)。

表1 溶洞情況統(tǒng)計表

3 基礎型式選擇建議

擬建橋梁跨越河流，兩岸岸坡較高，河水較淺，施工條件一般，交通較好，可采用大型施工機械設備進行基礎施工作業(yè)。綜合場地和地基條件、環(huán)境條件、各樁型特點及橋梁荷載等因素，建議擬建橋梁采用鉆(沖)孔灌注樁基礎，以中風化灰?guī)r層作基礎樁端持力層，樁長、樁徑可根據(jù)要求的單樁承載力結(jié)合巖土參數(shù)及地區(qū)經(jīng)驗估算。設計時，單樁軸向受壓承載力容許值可按照《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTG D63-2007)的有關公式估算，設計取值應結(jié)合本地區(qū)設計經(jīng)驗。

4 溶洞地區(qū)樁基施工處理方法

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，溶洞洞高0.6～5.5 m，鉆孔見洞隙率為87.5%，線巖溶率約19.3%，為復雜溶洞。根據(jù)施工進度及質(zhì)量的要求，由于勘探揭露87.5%的基樁位置存在溶洞，施工工藝采取旋挖鉆與沖擊鉆組合。在旋挖鉆施工過程中，溶洞頂板被擊穿的時候，水頭會產(chǎn)生突然下降。如果泥漿跟進不及時，容易產(chǎn)生孔壁坍塌的現(xiàn)象，因此，選用鋼護筒跟進護壁，保證孔壁可以穩(wěn)定。

針對不同大小的溶洞，本工程選用了不同的處理方法：(1)小溶洞(高度小于3 m)，可采取拋填片石，片石大小可以選擇10～20 cm，同時輔以黏土與水泥等材料填堵溶洞。拋填黏土與片石時，可以依據(jù)工程現(xiàn)場的具體條件而選取不同的配合比，同時應根據(jù)現(xiàn)場試驗來確定。本工程選取片石∶黏土為1∶1來施工使用。拋填物宜拋填到溶洞頂板以上2 m，之后將拋填物錘擊密實。(2)大溶洞(高度超過3 m，含3 m)，宜選用全護筒跟進至洞底巖層頂面，可以在溶洞中形成一個長柱體來承受荷載，同時還可以防止漏漿量大造成上覆層塌孔。

5 結(jié) 語

巖溶地區(qū)中的橋梁樁基施工結(jié)果證明第4節(jié)的處理方法在工程實際中是可行的。所有樁基經(jīng)小應變檢測均為一類樁，樁身完好、樁基可靠，符合設計及使用的要求。同時經(jīng)荷載試驗證明，橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用和承載能力均達到設計目的，這都說明本工程溶洞處理效果顯著、較為有效。目前橋梁已經(jīng)通車，使用狀況良好。本文對巖溶地區(qū)橋梁樁基的勘察、設計及施工做出了一定程度的探索和總結(jié)，希望能夠為巖溶地區(qū)橋梁樁基建設提供一定程度的參考。