巖溶區(qū)橋梁工程地質(zhì)勘察方法淺析

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摘要：文中以新余市環(huán)城路上跨上新線K17+500立交橋為例，對巖溶區(qū)橋梁工程地質(zhì)勘察的方法進行了探討和研究。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)勘察；巖溶區(qū)；橋梁

1引言

江西地區(qū)巖溶主要分布于宜春、新余、萍鄉(xiāng)、永新、瑞昌等地，多以覆蓋性為主，而覆蓋性巖溶在地面以下，發(fā)育情況往往比較隱蔽，難以準確估計地下溶洞的分布、大小情況，正是因為巖溶區(qū)地層的不穩(wěn)定性，給工程地質(zhì)勘察帶來很大難度，以至于在勘察、施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)卡鉆、塌孔、漏水、埋鉆等事故。如何利用科學的勘察方法，有效的施工方案，查明巖溶區(qū)的成因、類型、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形態(tài)、分布范圍、巖溶發(fā)育程度、水文特征等地質(zhì)情況，為設計、施工提供可靠的成果資料是工程地質(zhì)勘察中的重要問題。

2工程地質(zhì)概況

2.1工程概況

新余市環(huán)城路上跨上新線K17+500處立交橋工程位于新余市下村鎮(zhèn)境內(nèi)。設計速度為60km/h，上部結(jié)構(gòu)采用預應力砼預制小箱梁，全長為505m。設計擬采用基礎類型為樁基，樁徑為1.8m，單樁最大荷載為11500kN。根據(jù)工程勘察任務書及設計要求，對橋址進行了初勘、詳勘和施工勘察。

2.2各勘察階段的基本要求

（1）初步勘察：應查明巖溶洞隙的分布、發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律，并按場地的穩(wěn)定性和適宜性進行分區(qū)。（2）詳勘階段：應查明擬建工程范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙的位置、規(guī)模、埋深、巖溶堆積物的形狀和地下水特性，對地基基礎的設計和巖溶的治理提出建議。（3）施工勘察：應針對某一地段或尚待查明的專門問題進行補充勘察。當采用大直徑樁時，應進行專門的樁基勘察。

2.3勘察方法及鉆孔布置

初勘階段：首先收集了橋址的區(qū)域地質(zhì)圖、水文地質(zhì)、地下管線分布等相關(guān)資料，根據(jù)既有資料了解、剖析橋址區(qū)域大體的地層情況，然后對現(xiàn)場進行大范圍的地質(zhì)調(diào)查，對現(xiàn)場地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、特殊巖土的分布有一個初步判斷［1］，針對現(xiàn)場地下不利的埋藏物或既有建筑物做了詳細調(diào)查、記錄。根據(jù)外業(yè)調(diào)查結(jié)果結(jié)合地形、地貌、地上構(gòu)筑物、地下不利埋藏物等，按照JTGC20-2011《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，在橋梁墩臺樁位布置5個代表性鉆孔，采用鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法進行勘察。詳勘階段：橋址范圍分布多條國防光纜、一條天然氣、橋梁跨越S223省道、上新鐵路，場地條件復雜，受多種因素影響，詳勘時設計橋跨方案暫未穩(wěn)定，勘察根據(jù)暫定橋跨方案在利用初勘鉆孔基礎上，采用逐墩臺布孔，孔位置于樁位上，受場地限制，個別鉆孔無法到達樁位，放點現(xiàn)場根據(jù)具體情況進行了及時調(diào)整（鉆孔調(diào)整至相鄰樁位），確保鉆孔均置于樁位，共布置11孔，采用鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法進行勘察。施工勘察：設計方案已穩(wěn)定，樁基施工單位已進場，場地大部分已平整。施工勘察根據(jù)橋跨設置，結(jié)合詳勘鉆孔基礎上，針對巖溶發(fā)育程度區(qū)域的不同，采取有針對性的施工勘察，0#~2#墩臺范圍覆蓋層為稍密~密實狀角礫層，厚達55m，根據(jù)設計樁徑、單樁荷載，勘察深度范圍內(nèi)力學性質(zhì)滿足摩擦樁設計要求，施工勘察階段未增加鉆孔布置；3#~10#墩范圍底伏基巖為灰?guī)r，巖溶強烈發(fā)育，溶洞高達11.3m，且?guī)r面起伏大，在利用既有鉆孔基礎上采用一樁一孔；11#~15#墩臺底伏基巖為炭質(zhì)灰?guī)r，巖溶不發(fā)育，考慮其為可溶性巖，不排除存在溶洞的可能性，每墩臺增加1孔，共布置39孔。充分做到了因地制宜，靈活施策，以最優(yōu)的工作量，最大限度地查明了橋址的工程地質(zhì)條件。

2.4水文

測區(qū)水系為贛江的二級支流袁水河，袁水河發(fā)源于萍鄉(xiāng)市蘆溪縣，經(jīng)宜春市直入新余境內(nèi)，而后向東北方向經(jīng)臨江鎮(zhèn)后匯入贛江。丘間谷地為水稻田，地表水發(fā)育，溝渠、水塘零星分布。

3工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件

3.1地形地貌擬建橋梁跨越不同地貌單元，場地條件較復雜

橋址主要以丘間谷地為主，局部為低丘崗地。丘間谷地，地形開闊平坦，多辟為水田，場地標高68.0~70.0m；低丘崗地坡緩峰圓，多辟為林地杉樹苗為主，場地標高71.0~83.0m。

3.2地層巖性

根據(jù)鉆探揭示，橋址所涉范圍主要地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、上更新統(tǒng)殘坡積層（Q3el+dl）及石炭系（C）。按成因類型、巖性特征由新至老分述如下：3.2.1第四系（Q）。（1）人工填土層(Q4ml)①1種植土：褐灰色，稍濕，松軟，成分主要為黏性土及少量礫石，含有少量植物根系。厚0~1.2m，主要分布于丘間谷地水田表層。（2）全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)②粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑，稍有光澤，無搖震反應，韌性和干強度中等，中壓縮性，含角礫，含量占15%~20%，呈棱角~次棱角狀，粒徑一般1~3mm，標準貫入實測擊數(shù)N=12~17擊。厚0~17.5m，分布于5#~15#墩臺一帶。（3）上更新統(tǒng)殘坡積層(Q3el+dl)③角礫：褐黃色，稍濕，稍密實，礫石成分主要為灰?guī)r碎屑，粒徑大于2mm的顆粒含量約占60%，最大粒徑達15mm，棱角分明，分選較好，顆粒級配較差，隙間填充物主要為黏性土，重型動力觸探實測擊數(shù)N63.5=7~27擊。揭示最大厚度55.5m，9#、11#~15#墩臺一帶缺失。3.2.2石炭系下統(tǒng)石磴子段（C1d1）。④1強風化石灰?guī)r：灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯呈碎塊狀，少量短柱狀，巖面起伏巨大，巖石質(zhì)量等級為Ⅴ級。最大揭示厚度3.5m，分布于5#~9#墩一帶。④2中風化石灰?guī)r：灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)清晰，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石裂隙較發(fā)育，裂隙面多為方解石充填，巖芯較完整，呈長柱狀，少量碎塊狀，敲擊聲脆，巖面起伏巨大，巖溶強烈發(fā)育，見洞隙率68.9%，線巖溶率34%，巖石單軸飽和抗壓強度32.1~44.5MPa，巖石質(zhì)量等級為Ⅲ級。最大揭示厚度16.4m，主要分布于2#~10#墩一帶。④3溶洞：棕紅、褐灰色，多為全充填，局部為半充填，由軟塑粉質(zhì)黏土、角礫、砂等充填。洞身高0.8~23.9m，分布于2#~10#墩一帶。⑤1全風化炭質(zhì)灰?guī)r：灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，巖芯呈土狀。厚0~2.8m，分布于10#~15#墩臺一帶。⑤2強風化炭質(zhì)灰?guī)r：灰黑色，原巖風化強烈，巖芯破碎，呈碎塊、短柱狀，手可捏散。N63.5=9~32擊。厚1.5~14.5m，分布于10#~15#墩臺一帶。⑥中風化炭質(zhì)灰?guī)r：灰黑色，中風化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖芯較破碎，裂隙面多為方解石充填，為可溶性巖石，未見溶洞。巖石單軸飽和抗壓強度13.3~19.4MPa，巖石質(zhì)量等級為Ⅳ級。最大揭示厚度16.0m，分布于10#~15#墩臺一帶。

3.3水文地質(zhì)條件

人工填土中賦存上層滯水，水量較??；粉質(zhì)黏土、角礫中賦存孔隙潛水，水量豐富；巖溶水賦存于石灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r巖溶中，水量頗豐。由大氣降水和地表水補給。穩(wěn)定水位埋深0.1~12.5m，標高65.41~75.08m。水位隨季節(jié)變化較大，幅度1.0~2.0m。

4工程地質(zhì)評價

根據(jù)對橋址進行初勘、詳勘、施工勘察三個階段，查明了橋址工程地質(zhì)條件。該橋梁共完成55個鉆孔，初勘、詳勘鉆孔資料利用率高達81.2%，在所有鉆孔中24孔揭示溶洞，溶洞多呈串珠狀，最大洞高達23.9m，勘察深度范圍3#~10#墩范圍巖溶強烈發(fā)育，其余地段巖溶不發(fā)育。根據(jù)建筑物工程特點、場地巖土分布及周圍環(huán)境條件，進行樁基比選，建議橋梁的基礎型式為泥漿護壁鉆孔灌注，0#~2#墩臺采用摩擦樁，以③角礫為樁端持力層；3#~10#墩以④2中風化石灰?guī)r為樁端持力層，樁端遇④3溶洞時應予穿透，并進入穩(wěn)定基巖一定厚度；10#~15#墩臺以⑥中風化炭質(zhì)灰?guī)r為樁端持力層。通過分階段勘察，探明了橋梁樁端以下持力層的巖性分布和力學性質(zhì)，為樁長確定、施工方案提供了寶貴的地質(zhì)資料。

5樁基施工中遇到的地質(zhì)問題及解決方案

巖溶區(qū)樁基施工中，常常出現(xiàn)卡鉆、塌孔、漏漿、埋鉆、偏孔等事故，巖溶越發(fā)育，溶洞連通性越好，地質(zhì)條件越復雜，施工難度就越大。處理巖溶地區(qū)的巖溶問題，應當要堅持一個原則，那就是因地施策，不同情況采用不同的處理方案，總體處理步驟為在溶洞內(nèi)注漿，凝結(jié)溶洞內(nèi)填充物、封閉溶洞之間的連通，盡可能減少砼材料的流失。樁基施工時，當遇小型溶洞、溶槽、裂隙，發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象時，可采用碎石進行填充再注漿處理或碎石中參入黏性土進行回填封堵；當遇大溶洞，在錘頭擊穿溶洞頂板時，泥漿可能會瞬間下降，可采用片石、碎石對樁孔進行及時回填，防止孔壁坍塌，由片石、碎石封堵，充填溶洞空腔，必要時可采用鋼護筒護壁；針對施工偏孔可采用回填片石進行糾偏處理；若覆蓋層為軟土或易坍塌地層，可調(diào)整泥漿濃度預防孔壁坍塌或采用鋼護筒進行護壁處理［2］。

6工程經(jīng)驗

（1）巖溶區(qū)橋梁工程地質(zhì)勘察深度應在滿足規(guī)范要求的前提下按階段實施。初勘階段橋跨方案后期可能會調(diào)整，勘察深度超前可能會導致工作量的浪費，勘察深度要以規(guī)范條款為準繩；詳勘階段雖設計方案基本穩(wěn)定，但往往受場地條件限制，勘察很難做到一樁一孔，針對未能施鉆的樁位，建議留到施工勘察階段完成；在施工勘查階段一般施工單位大型機械已進場，管線已改遷，可依托施工單位配合完成剩余工作量，這樣可以大大降低鉆探成本和風險，確?？碧降氖┕ぐ踩?。（2）巖溶區(qū)橋梁工程各勘察階段鉆孔應打在設計樁位上，便于下階段鉆孔利用，既可節(jié)約成本，又可縮短下階段外業(yè)勘探工期，若鉆孔位置無法打在樁位，現(xiàn)場工程師可根據(jù)現(xiàn)場場地條件及時調(diào)整，要善于變通，靈活應用。（3）巖溶區(qū)橋梁工程鉆孔一般較深，巖溶強烈發(fā)育地段，主要形式為溶洞、溶槽、溶溝，溶洞呈串珠型，溶洞大小不一，無規(guī)律，工程地質(zhì)條件復雜，鉆探難度大，應選擇專業(yè)技術(shù)好的、經(jīng)驗豐富的鉆探隊伍，操作需要嚴格按照相關(guān)的標準規(guī)范，可以獲得更加準確的地質(zhì)勘探結(jié)果。（4）針對巖面起伏大，工程地質(zhì)條件復雜的場地，要加強與設計人員的溝通，了解設計意圖，確定合理的樁長深度，避免因信息不對稱造成的工作量浪費或不足。（5）工程地質(zhì)勘察前要編寫勘察大綱，認真籌劃，外業(yè)施工過程要嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，確?；A數(shù)據(jù)的真實性和有效性。報告編寫要認真思考，通過數(shù)理分析，要詳細論證，對場地工程地質(zhì)條件提出合理的評價和建議。（6）在樁基施工過程中，應充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，積極分析和處理相關(guān)問題，與設計、監(jiān)理等相關(guān)單位密切配合，互相學習借鑒，取長補短，認真總結(jié)經(jīng)驗和規(guī)律，不斷提高巖溶區(qū)勘察技術(shù)水平，提高勘察質(zhì)量，更好地服務于設計和施工［3］。

7結(jié)語

本文通過工程地質(zhì)勘察實例，詳細闡述了巖溶區(qū)橋梁勘察的方法，由面到點，由粗到細，逐步深入，很好地查明了橋址的工程地質(zhì)條件。利用勘察階段不同，化解了因場地困難無法施鉆的問題，最終達到順利完成勘察任務的目的。勘察方法及工程經(jīng)驗值得借鑒和學習。

參考文獻

［1］寧豪杰.巖溶地區(qū)橋梁基礎的地質(zhì)勘察與設計方法研究［J］.工程與建設，2021，35（3）：530-531，535.

［2］房谷錦，王瑞虎.巖溶地區(qū)橋梁勘察與設計［J］.運輸經(jīng)理世界，2020（7）：127-128.

［3］趙宏偉.巖溶地區(qū)的工程地質(zhì)勘察方法［J］.中華建設，2020（3）：130-131.

作者:張飛 單位:南昌鐵路勘測設計院有限責任公司