高速公路巖溶區(qū)橋梁樁基的地質(zhì)勘察

林波

(中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100097)

高速公路巖溶區(qū)橋梁樁基的地質(zhì)勘察

林波

(中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100097)

針對(duì)高速公路工程巖溶的勘察特點(diǎn)，本文對(duì)綜合勘察的方法在高速公路工程的適用性進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述，并以寧都-安遠(yuǎn)高速公路下灣大橋的勘察為例，介紹高密度電法與鉆探手段的配合運(yùn)用，達(dá)到提高巖溶區(qū)勘察質(zhì)量，減輕巖溶對(duì)工程的影響。

巖溶；勘察；高速公路；物探；鉆探

0 引言

巖溶地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，若在設(shè)計(jì)階段不能全面、深入地進(jìn)行地質(zhì)勘察，易造成樁基嵌巖情況達(dá)不到規(guī)范要求，那么如何準(zhǔn)確查明巖溶分布、發(fā)育程度，如何選擇樁基持力層是至關(guān)重要的。

1 巖溶區(qū)發(fā)育的條件及存在的危害性

1.1 巖溶區(qū)發(fā)育的條件

巖溶是指水對(duì)可溶性巖石進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為特征(含水的機(jī)械侵蝕和崩塌作用及物質(zhì)的攜出、轉(zhuǎn)移和再沉積)的綜合地質(zhì)作用，以及由此所產(chǎn)生的現(xiàn)象統(tǒng)稱。巖石的可溶性、透水性、水的溶蝕性與流動(dòng)性是巖溶產(chǎn)生和發(fā)展的四個(gè)基本條件[1]。

1.2 巖溶區(qū)的危害

在我國(guó)境內(nèi)，巖溶坍塌事故時(shí)有發(fā)生。以京廣線為例，修筑隧道穿越石灰?guī)r時(shí)，因?qū)r溶洞穴挖露，使得泥砂及倒灌的水流大量外涌，為整個(gè)工程的完善帶來(lái)了較大的困難。并且地面出現(xiàn)了多處坍塌現(xiàn)象,如廣東的某些地區(qū)，因?yàn)閹r溶問題導(dǎo)致了大片土地塌陷，居民房屋出現(xiàn)開裂等問題，為國(guó)家和政府帶來(lái)了巨大的損失[2]。

2 巖溶區(qū)地質(zhì)工程勘察

2.1 巖溶區(qū)的一般勘探方法

巖土工程勘察常用的方法有鉆探、坑探及物探三類。鉆探是使用最廣泛的勘探手段，應(yīng)用于各類工程中，但它對(duì)一些重要的地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象有可能會(huì)誤判、遺漏，而坑探可以在其中觀察編錄，以掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，但是重型工程適用性有限。物探是一種間接的勘探手段，它能簡(jiǎn)便而迅速的探測(cè)地下地質(zhì)情況，且具有立體透視性的特點(diǎn)，但其勘探成果具多解性，使用時(shí)往往受一定條件的限制。

2.2 工程勘察運(yùn)用的物探方法

高速公路巖溶地區(qū)勘察主要是探測(cè)沿線巖溶的分布范圍和埋藏深度，洞穴的規(guī)模、頂板巖層厚度和充填情況，地下水的分布等情況[3]。為滿足不同的探測(cè)目的和要求，巖溶地區(qū)的物探勘察方法主要有：

(1)復(fù)合對(duì)稱四極剖面法輔以聯(lián)合剖面法、高密度電法、淺層地震法等，主要用于探測(cè)巖溶洞隙的分布、位置及相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造、基巖面起伏等；

(2)無(wú)線電波透視法、波速測(cè)試法、探地雷達(dá)法等，主要用于探測(cè)巖溶洞穴的位置、形狀、大小及充填狀況等；

(3)充電法、自然電場(chǎng)法可用于追索地下暗河河道位置、測(cè)定地下水流速和流向等[4]。

3 工程勘察實(shí)例

3.1 項(xiàng)目背景

寧都至定南(贛粵界)高速公路是南昌至定南高速公路的一部分，為江西省“四縱六橫八射線”公路網(wǎng)主骨架的“第五射”，與廣東省龍川至廣州高速公路共同組成一條新的內(nèi)陸省份對(duì)接珠三角和出?？诘哪媳贝笸ǖ?。其中寧都至安遠(yuǎn)段起于泉南高速寧都南互通，途徑贛州市寧都縣、于都縣和安遠(yuǎn)縣，終于尋全高速公路安遠(yuǎn)樞紐互通，路線全長(zhǎng)163.86km。

下灣大橋位于于都縣禾豐鎮(zhèn)下灣村附近，橋梁上部結(jié)構(gòu)按16m×20m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)小箱梁設(shè)計(jì)，橋梁全長(zhǎng)325.0m，中心樁號(hào)K81+545。

3.2 地形地貌

橋區(qū)位于丘間平原地貌，地形起伏較大，地表植被較發(fā)育，山體以杉木林及灌木為主，平原地帶多為水稻、花生等農(nóng)作物，地面高程在180～200m之間。路線分別于K81+405、 K81+670兩處跨越一條小溝及溪流，溝寬約為1.5m，溪流寬約2.5m。

3.3 地層結(jié)構(gòu)及巖性特征

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及相關(guān)資料分析，橋址區(qū)地層結(jié)構(gòu)從上至下依序?yàn)椋旱谒南等陆y(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)、第四系中更新統(tǒng)殘坡積層(Q2el+dl)及二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)灰?guī)r， 橋址范圍未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀：80°∠29°，280°∠34°。

3.4 本項(xiàng)目綜合勘察方法簡(jiǎn)述

為了達(dá)到一定的勘察要求，項(xiàng)目以地質(zhì)調(diào)繪及物探、鉆探相結(jié)合的綜合方法為主。對(duì)物探發(fā)現(xiàn)的異常地段，選擇代表性部位布置驗(yàn)證性鉆孔，巖溶發(fā)育地段應(yīng)予加密?？刂菩钥碧娇讘?yīng)穿過(guò)表層巖溶發(fā)育帶[1]。

3.5 地球物理勘探：高密度電法

3.5.1 測(cè)線測(cè)量

根據(jù)1∶2000設(shè)計(jì)線路地形圖結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)中樁點(diǎn)采用GPS實(shí)地布設(shè)測(cè)線。沿線位方向布置高密度度測(cè)線1條。高密度測(cè)線號(hào)采用DF區(qū)號(hào)—測(cè)線段流水號(hào)。

3.5.2 高密度電法儀器設(shè)備及野外工作方法

本次儀器使用的重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)。儀器采用的基本電極距根據(jù)測(cè)區(qū)地質(zhì)目標(biāo)探深及地形、地質(zhì)情況選擇為5m。儀器采用溫納裝置，最大層數(shù)為16層， 5m基距最大供電電極距：AB/2=150。對(duì)稱四極電測(cè)工作框圖見圖1。

圖1 高密度電法工作框圖

3.5.3 方法有效性

為確定和驗(yàn)證方法的有效性，了解本區(qū)已知巖溶的視電阻率特征，在開展工作前進(jìn)行了方法有效性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)剖面布置在下灣大橋ZK5(K81+616)孔位上，已知該孔17.3～30.8m為巖溶，對(duì)應(yīng)高密度電阻率呈現(xiàn)了低阻異常，探測(cè)結(jié)果證明該方法是有效的(圖2)。

圖2 有效性試驗(yàn)剖面電阻率反演斷面圖

3.5.4 地球物理?xiàng)l件

第四系殘坡積層一般松散，含水性較好，電阻率值一般為n×10Ω·m?；?guī)r的電阻率值較高，一般達(dá)n×102Ω·m～n×103Ω·m。當(dāng)灰?guī)r內(nèi)部巖溶發(fā)育時(shí)，因通常含水或充填物而表現(xiàn)為相對(duì)低阻異常，若為無(wú)充填物的空洞，則表現(xiàn)為相對(duì)高阻異常，當(dāng)基巖中發(fā)育斷裂構(gòu)造時(shí)，因巖體破碎含水而表現(xiàn)為相對(duì)低阻，構(gòu)造兩側(cè)基巖巖性不同時(shí)，亦表現(xiàn)明顯電性差異。

本次對(duì)K81+100～K81+850段布設(shè)了一條測(cè)線，此測(cè)段為橋梁與填方路基相間路段，表覆耕植土、含礫粉質(zhì)黏土，下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)含炭泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r。測(cè)線布置斷面反演色譜圖及解釋剖面圖見圖3。

圖3 測(cè)線布置斷面反演色譜圖及解釋剖面圖

結(jié)合勘探和路線地質(zhì)調(diào)查資料，現(xiàn)對(duì)該測(cè)段測(cè)量結(jié)果推斷與解釋如下：

(1)表層電性變化不均勻，以低-中高阻為主，中下部相對(duì)低阻體由含炭泥質(zhì)灰?guī)r和溶蝕裂隙引起，相對(duì)高阻體因灰?guī)r引起。

(2)視電阻率反演斷面電性結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，視電阻率沿測(cè)線方向變化不均勻，斷面中相對(duì)中高阻異常與低阻異常交替分布，局部見有異常形態(tài)變異的相對(duì)低阻異常或高低異常變異帶。根據(jù)斷面圖中異常規(guī)模、形態(tài)和勘探資料對(duì)比分析，該路段基巖面起伏變化不大，灰?guī)r面埋深在2～8m間變化，灰?guī)r中溶蝕裂隙發(fā)育；推測(cè)K81+430、K81+520、K81+660、K81+740等樁號(hào)附近下部均存在一明顯相對(duì)低阻體，推測(cè)均由溶蝕裂隙引起，巖溶發(fā)育深度在13～18m間。在K81+700附近兩側(cè)電性存在一定差異，推測(cè)其由隱伏構(gòu)造引起。

3.4.6 勘探工作

本次勘探階段，共布設(shè)驗(yàn)證性鉆孔6個(gè)，進(jìn)尺241.8m，工程地質(zhì)調(diào)繪0.06km2。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、綜合分析巖土層特性、密實(shí)度、濕度、可塑性、現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)情況以及顆粒大小、含量、巖石成因以及充填物質(zhì)、巖土試驗(yàn)等工程地質(zhì)特性，結(jié)合規(guī)范要求，統(tǒng)計(jì)分析后列表統(tǒng)計(jì)各地層物理力學(xué)指標(biāo)如下表(表1和表2)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆探成果，繪制地質(zhì)縱斷面見圖4所示。

表1 巖樣飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)表

表2 巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖4 下灣大橋工程地質(zhì)縱斷面圖

下灣大橋橋址區(qū)未見大型活動(dòng)斷裂通過(guò)，地下水位埋深變化大，且存在大尺寸溶洞，對(duì)橋基礎(chǔ)有影響，橋位區(qū)覆蓋層承載力較低，層厚較薄且不穩(wěn)定，全風(fēng)化層薄、層厚變化較大，且埋深較淺，不宜做為橋基持力層；中風(fēng)化層強(qiáng)度高，可以選作橋梁樁基礎(chǔ)持力層，但要注意巖溶溶洞的大小及規(guī)模。

5 結(jié)論

在高速公路勘察工作中詳細(xì)查明灰?guī)r地區(qū)的不良地質(zhì)作用、地下水及軟弱土層丟橋梁工程的影響，對(duì)樁基類型的選擇做出合理建議，對(duì)節(jié)省投資和確保橋梁工程施工順利、確保橋梁的安全使用意義重大，而采用的勘察方法和手段正確與否對(duì)詳細(xì)查明灰?guī)r地區(qū)的巖土工程特征至關(guān)重要。

[1] 周德泉,彭柏興,陳永貴,劉宏利.巖土工程勘察技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[2] 張琪.巖溶地基巖土工程勘察重點(diǎn)及物探方法研究[J]. 中國(guó)科技博覽，2014(35):348.

[3] JTG/T C22—2009公路工程物探規(guī)程[S].

[4] 工程地質(zhì)手冊(cè)編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[5] 寧都至定南(贛粵界)高速公路寧都至安遠(yuǎn)段新建工程地質(zhì)工程勘察報(bào)告.

無(wú)錫金帆與德國(guó)克虜伯合作生產(chǎn)聲波鉆機(jī)動(dòng)力頭

[本刊訊] 2015年9月4日，無(wú)錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司與德國(guó)蒂森克虜伯深基礎(chǔ)技術(shù)有限公司合作生產(chǎn)聲波鉆機(jī)動(dòng)力頭項(xiàng)目正式啟動(dòng)儀式，在無(wú)錫金帆股份隆重舉行。來(lái)自德國(guó)蒂森克虜伯公司、無(wú)錫市國(guó)家高新經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會(huì)、金融辦、科技局、梅村街道黨工委的領(lǐng)導(dǎo)，以及劵商、投資公司、基金機(jī)構(gòu)、銀行等多家金融機(jī)構(gòu)的20多位嘉賓，出席了項(xiàng)目啟動(dòng)儀式。無(wú)錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司董事長(zhǎng)羅強(qiáng)， 德國(guó)蒂森克虜伯深基礎(chǔ)技術(shù)有限公司亞太區(qū)銷售總監(jiān)阿諾先生，以及無(wú)錫高新技術(shù)開發(fā)區(qū)梅村街道黨工委副書記張業(yè)生先后發(fā)表了熱情洋溢的致辭，預(yù)祝雙方合作圓滿成功！

這次金帆股份與世界500強(qiáng)德國(guó)蒂森克虜伯公司聯(lián)手，在無(wú)錫聯(lián)合生產(chǎn)國(guó)際一流的聲波鉆機(jī)動(dòng)力頭，開創(chuàng)了我國(guó)生產(chǎn)國(guó)際最先進(jìn)聲波動(dòng)力頭和聲波鉆機(jī)的先河。項(xiàng)目第一期投資為3000萬(wàn)元，隨著項(xiàng)目的成功實(shí)施，雙方還將加大投入的力度，共同開拓中國(guó)和亞太地區(qū)的市場(chǎng)，將帶來(lái)可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)的員工和股東帶來(lái)豐盛的回報(bào)。

無(wú)錫金帆(雙帆)鉆鑿設(shè)備股份有限公司創(chuàng)建于2003年，是我國(guó)錨固鉆機(jī)、地源熱泵鉆機(jī)、海洋工程勘察鉆機(jī)，以及聲波鉆機(jī)制造的引領(lǐng)者。2014年1月24日，公司在全國(guó)中小企業(yè)股份轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)(新三板)掛牌，成為我國(guó)巖土鉆探設(shè)備行業(yè)首家在"新三板"掛牌的企業(yè)。之前，金帆公司已與日本東亞利根公司在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推出JP系列波鉆機(jī)，并自主研發(fā)了YGL-S100型聲波鉆機(jī)，先后用于環(huán)境地質(zhì)勘測(cè)、地源采熱系統(tǒng)鉆孔、水文觀察孔等工程施工。

2015-03-10

林波，男，中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司工程師，主要從事基礎(chǔ)工程勘察和施工工作，北京市海淀區(qū)紫竹院路116號(hào)嘉豪國(guó)際中心A座9層，Tel:010-58930666。

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