巖溶地區(qū)公路橋梁工程勘察與橋基處理研究

師永翔

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)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(qū)，尤其是橋址區(qū)，由于受到區(qū)域構(gòu)造因素的影響，其巖溶十分發(fā)育。在巖溶區(qū)中，共設(shè)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(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土組合小箱梁。

2 地質(zhì)勘探

(1)物探。物探主要作用在于以最小代價(jià)在相對較大的區(qū)域內(nèi)確定測區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件。以測區(qū)范圍內(nèi)實(shí)際工作條件為依據(jù)，結(jié)合工區(qū)范圍內(nèi)介質(zhì)的主要特征，將高密度電阻率作為核心勘探方法?？紤]到某些測線基巖實(shí)際埋深相對較大，該勘探方法很難同時(shí)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(xiàn)場試驗(yàn)和對比分析，決定采用地震映像法進(jìn)行勘探。在物探斷面中，如果出現(xiàn)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(jìn)行直觀驗(yàn)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shè)計(jì)與施工

3.1 樁基設(shè)計(jì)

(1)采用摩擦樁，在溶洞之上進(jìn)行樁基的設(shè)置。當(dāng)溶洞之上存在深度足夠的持力層且不容易穿透溶洞時(shí)，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(nèi)存在8個(gè)溶洞，洞高在0.6～4 m范圍內(nèi)。如果要穿透整個(gè)溶洞，進(jìn)入到弱風(fēng)化灰?guī)r當(dāng)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(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層，設(shè)計(jì)成雙柱雙樁的形式，樁徑為120 cm，經(jīng)驗(yàn)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(jìn)入到弱風(fēng)化灰?guī)r層當(dāng)中。當(dāng)溶洞之上無可靠持力層或灰?guī)r層的埋深相對較小時(shí)，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(nèi)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(shè)計(jì)決定將樁基從溶洞中穿過，進(jìn)入到弱風(fēng)化灰?guī)r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(dá)到溶洞頂部時(shí)，準(zhǔn)備好直徑在10～20 cm范圍內(nèi)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(jìn)行沖擊，直到溶洞頂部被完全擊穿，避免由于沖程過長產(chǎn)生卡鉆。將溶洞擊穿以前，安排專人對鉆孔中泥漿面產(chǎn)生的變化進(jìn)行觀察，如果泥漿面開始明顯下降，應(yīng)立即補(bǔ)水，并開始提鉆，避免塌孔埋鉆。之后以溶洞的大小為依據(jù)，根據(jù)1∶1的比例進(jìn)行黏土與片石的回填，予以沖砸堵漏，在泥漿面達(dá)到穩(wěn)定后采用正常的速度鉆進(jìn)。以此不斷反復(fù)，確保鉆孔順利從溶洞中穿過。當(dāng)溶洞中充填有淤泥或者是軟弱黏性土?xí)r，在進(jìn)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(jìn)行沖砸固壁。鉆孔時(shí)如果發(fā)現(xiàn)孔斜，應(yīng)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(shí)采用護(hù)筒進(jìn)行跟進(jìn)，也就是先用直徑相對較大的鉆頭進(jìn)行沖擊，在到達(dá)與溶洞頂部相距1.0 m的位置后，將護(hù)筒下入到鉆孔底部，改用直徑較小的鉆頭繼續(xù)進(jìn)行鉆機(jī)，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(fù)沖擊將溶洞砸實(shí)，之后進(jìn)行正常鉆進(jìn)。這一方案的控制重點(diǎn)包括：內(nèi)護(hù)筒的位置應(yīng)準(zhǔn)確無誤，且有足夠剛度；將溶洞頂部擊穿以后應(yīng)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(yīng)準(zhǔn)備足夠的原材料和攪拌設(shè)備?？紤]到溶洞所在部位使用了片石和黏土進(jìn)行沖砸固壁，灌注時(shí)可能會(huì)由于混凝土有很大的重度導(dǎo)致混凝土進(jìn)入到溶腔當(dāng)中。對此，應(yīng)適當(dāng)減慢導(dǎo)管提升速度，增加實(shí)際灌注梁，直到將整個(gè)溶腔填滿。如果施工前的準(zhǔn)備工作不充分，混凝土供應(yīng)不連續(xù)，或提管的速度太快，將產(chǎn)生斷樁的現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

綜上所述，巖溶地區(qū)勘察工作要使用多種勘察方法，做到點(diǎn)面結(jié)合和相互驗(yàn)證，以此確定測區(qū)范圍內(nèi)具體地質(zhì)條件。當(dāng)必須在巖溶區(qū)進(jìn)行橋梁建設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量避開巖溶較發(fā)育地區(qū)，并縮短橋梁長度，適當(dāng)縮減建設(shè)的規(guī)模，以此降低地基處理難度。巖溶地區(qū)橋梁工程樁基設(shè)計(jì)過程中，要對溶洞具體分布位置進(jìn)行充分考慮，以溶洞埋深與頂板厚度為依據(jù)，選擇適宜的樁基類型，然后按照設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范的要求開展施工，保證樁基處理效果。