巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)的地質(zhì)勘察與設(shè)計(jì)方法研究

寧豪杰

(湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000)

0 引 言

在我國(guó)巖溶地區(qū)極易發(fā)生土體坍塌事故，在這些區(qū)域修筑公路時(shí)，往往會(huì)穿越石灰層而遇到巖溶地區(qū)，容易出現(xiàn)泥沙或者是倒灌水向外涌出，對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度以及質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]。就目前對(duì)巖溶地區(qū)的研究來(lái)講，巖溶地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)在勘察和設(shè)計(jì)的過(guò)程中還未能夠形成完整而獨(dú)立的體系，很大一部分的研究往往只是針對(duì)某一方面或者某一個(gè)工序而進(jìn)行的。但目前，越來(lái)越多的公路在巖溶地區(qū)開(kāi)始修建，同時(shí)還有大量的舊橋需要進(jìn)行升級(jí)改造，在工程實(shí)施的過(guò)程中就遇到了大量的巖溶問(wèn)題。之前的橋梁規(guī)模相對(duì)較小，大多數(shù)采用的是擴(kuò)大基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)的形式，但是目前橋梁規(guī)模的擴(kuò)大，橋梁均采用的是深基礎(chǔ)，且樁端還應(yīng)當(dāng)嵌入基巖一定的深度，這就需要加強(qiáng)對(duì)橋梁基礎(chǔ)的勘察和設(shè)計(jì)，確保在交通荷載作用下，不會(huì)出現(xiàn)溶洞坍塌、地表沉降，對(duì)公路的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響[2]。

1 對(duì)巖溶區(qū)公路橋梁樁基進(jìn)行地質(zhì)勘察的技術(shù)

1.1 巖溶區(qū)開(kāi)展地質(zhì)勘察工作的目的

通過(guò)對(duì)巖溶地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘察能夠探明巖溶區(qū)的情況，主要包括巖溶對(duì)高速公路施工安全以及橋梁樁基施工穩(wěn)定所產(chǎn)生的影響、溶洞的分布規(guī)律、巖溶地區(qū)頂部巖土層的厚度等[3]。為了能夠確保地質(zhì)勘察工作的質(zhì)量與精度，因而在勘察的過(guò)程中需要做好以下幾方面的工作：

(1)探明不同類(lèi)型巖溶區(qū)的位置、大小、延伸的方向、形狀以及導(dǎo)致坍塌的主要影響因素。

(2)根據(jù)巖溶區(qū)的數(shù)量以及具體的分布狀態(tài)，總結(jié)不同類(lèi)型的巖溶組合。

(3)巖溶區(qū)的發(fā)育狀況、地形地貌發(fā)展歷史、水文網(wǎng)絡(luò)關(guān)系等。

(4)巖溶區(qū)地層褶皺的樣式、構(gòu)造地質(zhì)情況、斷裂形狀與其他結(jié)構(gòu)面的關(guān)系。

(5)分析巖溶區(qū)發(fā)生地面變形的主要原因、地表水與地下水之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

(6)巖溶區(qū)易出現(xiàn)溶水溢出的位置以及類(lèi)型，以及與地面水系之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

1.2 地質(zhì)勘察技術(shù)

(1)物理勘探技術(shù)。物探的手段需要在相關(guān)地質(zhì)雷達(dá)等專業(yè)勘察設(shè)備的輔助下進(jìn)行，通過(guò)對(duì)勘察數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件的詳細(xì)分析得出最終結(jié)論。物探手段的優(yōu)勢(shì)主要是勘察的范圍大、效率高、設(shè)備輕便。但是該手段也有明顯的不足，在勘察的過(guò)程中會(huì)受到外界因素的影響，導(dǎo)致其準(zhǔn)確率會(huì)有所降低。也正是由于這點(diǎn)原因，因而在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘察過(guò)程中需要以地質(zhì)條件作為依據(jù)，并對(duì)勘察所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的對(duì)比分析，進(jìn)而來(lái)確?？辈旖Y(jié)論的準(zhǔn)確性。目前常用的物探技術(shù)主要包含有包括磁法勘探、地震勘探、交流電法等，每一種的物探手段都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用的環(huán)境，所以在使用的過(guò)程中，勘察人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的情況選擇合適的物探手段，確保能使其發(fā)揮到最大的作用。

(2)高密度電法。為了能夠取得更加符合效果，采用高密度電法需要測(cè)線測(cè)量技術(shù)以及儀器設(shè)備的輔助。在進(jìn)行勘察的過(guò)程中，勘察人員應(yīng)當(dāng)以GPS定位法作為一個(gè)依托，同時(shí)結(jié)合樁點(diǎn)在施工現(xiàn)場(chǎng)的分布情況。通常情況會(huì)將測(cè)量線路的線位方向作為測(cè)點(diǎn)的布設(shè)方向。此外為了能夠充分地發(fā)揮該技術(shù)的自身優(yōu)勢(shì)，還應(yīng)當(dāng)考慮到巖溶區(qū)所特有的電阻率。

(3)遙感技術(shù)。遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在不用通過(guò)電磁輻射就能夠?qū)h(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的接收與傳送，相對(duì)而言更加高效便利。除此之外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況表明，通過(guò)應(yīng)用遙感技術(shù)，能夠簡(jiǎn)化操作的方案，可以避免非必要的施工環(huán)節(jié)，這也是相較于其他勘察手段的優(yōu)勢(shì)。在裸露的巖溶區(qū)應(yīng)用遙感技術(shù)，獲取的圖像會(huì)更加直觀和準(zhǔn)確。

(4)鉆探技術(shù)。鉆探技術(shù)在目前的巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)勘察中應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)可以忽略地質(zhì)條件對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響，另外精度也更高。但是在巖溶地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)手段，由于起伏的地面往往會(huì)使得精度有所影響，因而在勘察過(guò)程中勘察人員往往會(huì)通過(guò)增加鉆孔的數(shù)量來(lái)確?？辈斓倪M(jìn)度，但另一方面又會(huì)增加成本。所以在勘察工作開(kāi)始之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)組安然的標(biāo)準(zhǔn)、流程、目的，進(jìn)一步的規(guī)劃安排，確保在勘察期間地質(zhì)情況發(fā)生的變化能夠被準(zhǔn)確地記錄。

1.3 地質(zhì)勘察要點(diǎn)

(1)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。為了確?？辈旖Y(jié)果的有效性，首先需要明確質(zhì)量把關(guān)的重要性，定期地對(duì)勘察儀器進(jìn)行檢查，以免由于設(shè)備問(wèn)題而引起勘察結(jié)果的準(zhǔn)確度。此外還更應(yīng)該重視對(duì)勘察人員專業(yè)知識(shí)技能方面的培訓(xùn)，確?？辈旖Y(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證后期設(shè)計(jì)方案的合理。

(2)明確勘察的要求及目的。在進(jìn)行地質(zhì)勘察工作之前，首先需要明確開(kāi)展勘察工作的目的，以及后續(xù)設(shè)計(jì)工作的要求。在勘察的過(guò)程中，勘察人員還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際的情況，來(lái)對(duì)勘察的方案、進(jìn)度、時(shí)間進(jìn)行合理的安排。此外還應(yīng)該較強(qiáng)對(duì)勘察工作的監(jiān)管，避免出現(xiàn)勘察失誤引起的勘察結(jié)果不準(zhǔn)確，確保制定方案的科學(xué)性。

(3)對(duì)巖溶特征及相關(guān)資料進(jìn)行整理。由于巖溶區(qū)在地質(zhì)方面的特殊性已近橋梁在構(gòu)造上建設(shè)方面的特殊性，因而在巖溶地區(qū)，公路建設(shè)的過(guò)程中需要相關(guān)的工作人員能夠準(zhǔn)確地把握所建設(shè)的項(xiàng)目規(guī)模以及溶洞的分布情況。在此基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)管工作的力度。不同區(qū)域的巖溶在分布方面還有著明顯的差異，因而只有對(duì)巖溶區(qū)的特征進(jìn)行深入的了解，才能為橋梁的設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

2 巖溶區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)方法初探

2.1 巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)基本設(shè)計(jì)原則

考慮到巖溶地區(qū)地質(zhì)地貌以及橋梁工程的特殊性，因而在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遵循以下幾方面原則[4]。

(1)充分掌握地勘資料，明確巖溶狀況，優(yōu)化初設(shè)基礎(chǔ)形式，盡可能采用大而短的群樁，充分發(fā)揮上部地層的承載力，經(jīng)過(guò)多年的地質(zhì)作用，溶洞與周?chē)膸r土體已經(jīng)處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)在頂板處留有最小的安全厚度，避免觸碰溶洞，打破原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。盡可能避免地基處理對(duì)周邊環(huán)境以及原有巖土體之間產(chǎn)生新的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致工期、施工難度、投資增加。

(2)在巖溶地區(qū)盡可能采用鉆孔灌注樁或者挖孔灌注樁作為樁基礎(chǔ)。對(duì)于上部荷載較大、溶洞埋深較淺的情況可以采用嵌巖樁。同一承臺(tái)之下的樁基，樁長(zhǎng)盡可能的保持一致，尤其是在柱狀和摩擦樁混合使用時(shí)需要避免出現(xiàn)樁長(zhǎng)過(guò)大的現(xiàn)象，以防出現(xiàn)樁基剛度差異較大而突然破壞的現(xiàn)象。樁長(zhǎng)、樁底標(biāo)高的確定還應(yīng)該結(jié)合相鄰鉆孔情況以及地質(zhì)縱斷面的情況逐根分析確定。

(3) 采用可靠的方法來(lái)探明樁底以下8 m范圍之內(nèi)的樁底巖層的狀況，還需要專業(yè)人員對(duì)底巖石質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，如果有異常則需要及時(shí)的告知設(shè)計(jì)單位進(jìn)行調(diào)整，在進(jìn)行大面積的施工之前務(wù)必進(jìn)行試樁檢測(cè)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)過(guò)程中所采用的計(jì)算參數(shù)是否合理，承載力與設(shè)計(jì)值是否相符。此外在施工的過(guò)程中要先進(jìn)行樁長(zhǎng)較大的樁，而后再進(jìn)行樁長(zhǎng)較短的，這樣能夠?qū)^短樁的施工起到支護(hù)的作用。

(4) 在條件允許的情況下，樁基的選址地點(diǎn)盡可能避開(kāi)溶洞群。如若在樁底存在有溶洞，應(yīng)當(dāng)對(duì)頂板穩(wěn)定性以及安全厚度進(jìn)行分析。

2.2 巖溶區(qū)橋梁樁基設(shè)計(jì)步驟

(1) 樁型、樁長(zhǎng)、樁徑的確定。對(duì)橋梁樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中第一步也是最重要的一步就是明確橋梁樁基的樁型、樁長(zhǎng)以及樁徑。樁型的選擇主要考慮到溶洞發(fā)育程度、構(gòu)造地質(zhì)條件、施工現(xiàn)場(chǎng)情況、施工設(shè)備等方面，將幾方面的因素綜合進(jìn)行考慮，確定合理的樁型[5]。樁長(zhǎng)需要考慮到溶洞的埋深，其最低的原則需要確保樁體能夠在基巖之中有足夠的嵌固深度。

(3)溶洞處理措施。在修建橋梁時(shí)如果遇到巖溶地區(qū)，則一般需要對(duì)巖溶進(jìn)行一定程度的處理，處理的方式主要包括了鋼護(hù)筒跟進(jìn)、高壓注漿法、回填法、旋噴注漿加固法等。不同的處理方式其適用的范圍也有所差別，溶洞獨(dú)立、工期緊張，則選用回填法，其施工工藝如圖1所示。溶洞規(guī)模、尺寸大則采用鋼護(hù)筒法，該方法一般會(huì)與回填法和注漿法結(jié)合應(yīng)用，其施工工藝如圖2所示。而對(duì)于巖體破碎、溶洞內(nèi)填充物呈流塑或軟塑的情況，則采用高壓注漿法。

圖1 回填法工藝示意圖

圖2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

越來(lái)越多的公路在巖溶地區(qū)開(kāi)始修建，同時(shí)還有大量的舊橋需要進(jìn)行升級(jí)改造，在工程實(shí)施的過(guò)程中就遇到了大量的巖溶問(wèn)題。文章闡述了在巖溶地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘察的目的，并介紹了物探、高密度電法、鉆探等勘探手段，簡(jiǎn)要分析了在巖溶地區(qū)勘探的要點(diǎn)以及樁基設(shè)計(jì)的原則和步驟。