岩溶区桥梁工程地质勘察方法浅析

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摘要：文中以新余市环城路上跨上新线K17+500立交桥为例，对岩溶区桥梁工程地质勘察的方法进行了探讨和研究。

关键词：工程地质勘察；岩溶区；桥梁

1引言

江西地区岩溶主要分布于宜春、新余、萍乡、永新、瑞昌等地，多以覆盖性为主，而覆盖性岩溶在地面以下，发育情况往往比较隐蔽，难以准确估计地下溶洞的分布、大小情况，正是因为岩溶区地层的不稳定性，给工程地质勘察带来很大难度，以至于在勘察、施工过程中经常会出现卡钻、塌孔、漏水、埋钻等事故。如何利用科学的勘察方法，有效的施工方案，查明岩溶区的成因、类型、规模、结构形态、分布范围、岩溶发育程度、水文特征等地质情况，为设计、施工提供可靠的成果资料是工程地质勘察中的重要问题。

2工程地质概况

2.1工程概况

新余市环城路上跨上新线K17+500处立交桥工程位于新余市下村镇境内。设计速度为60km/h，上部结构采用预应力砼预制小箱梁，全长为505m。设计拟采用基础类型为桩基，桩径为1.8m，单桩最大荷载为11500kN。根据工程勘察任务书及设计要求，对桥址进行了初勘、详勘和施工勘察。

2.2各勘察阶段的基本要求

（1）初步勘察：应查明岩溶洞隙的分布、发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区。（2）详勘阶段：应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙的位置、规模、埋深、岩溶堆积物的形状和地下水特性，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议。（3）施工勘察：应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。当采用大直径桩时，应进行专门的桩基勘察。

2.3勘察方法及钻孔布置

初勘阶段：首先收集了桥址的区域地质图、水文地质、地下管线分布等相关资料，根据既有资料了解、剖析桥址区域大体的地层情况，然后对现场进行大范围的地质调查，对现场地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质、特殊岩土的分布有一个初步判断［1］，针对现场地下不利的埋藏物或既有建筑物做了详细调查、记录。根据外业调查结果结合地形、地貌、地上构筑物、地下不利埋藏物等，按照JTGC20-2011《公路工程地质勘察规范》相关规定，在桥梁墩台桩位布置5个代表性钻孔，采用钻探、原位测试、室内试验相结合的方法进行勘察。详勘阶段：桥址范围分布多条国防光缆、一条天然气、桥梁跨越S223省道、上新铁路，场地条件复杂，受多种因素影响，详勘时设计桥跨方案暂未稳定，勘察根据暂定桥跨方案在利用初勘钻孔基础上，采用逐墩台布孔，孔位置于桩位上，受场地限制，个别钻孔无法到达桩位，放点现场根据具体情况进行了及时调整（钻孔调整至相邻桩位），确保钻孔均置于桩位，共布置11孔，采用钻探、原位测试、室内试验相结合的方法进行勘察。施工勘察：设计方案已稳定，桩基施工单位已进场，场地大部分已平整。施工勘察根据桥跨设置，结合详勘钻孔基础上，针对岩溶发育程度区域的不同，采取有针对性的施工勘察，0#~2#墩台范围覆盖层为稍密~密实状角砾层，厚达55m，根据设计桩径、单桩荷载，勘察深度范围内力学性质满足摩擦桩设计要求，施工勘察阶段未增加钻孔布置；3#~10#墩范围底伏基岩为灰岩，岩溶强烈发育，溶洞高达11.3m，且岩面起伏大，在利用既有钻孔基础上采用一桩一孔；11#~15#墩台底伏基岩为炭质灰岩，岩溶不发育，考虑其为可溶性岩，不排除存在溶洞的可能性，每墩台增加1孔，共布置39孔。充分做到了因地制宜，灵活施策，以最优的工作量，最大限度地查明了桥址的工程地质条件。

2.4水文

测区水系为赣江的二级支流袁水河，袁水河发源于萍乡市芦溪县，经宜春市直入新余境内，而后向东北方向经临江镇后汇入赣江。丘间谷地为水稻田，地表水发育，沟渠、水塘零星分布。

3工程地质条件与水文地质条件

3.1地形地貌拟建桥梁跨越不同地貌单元，场地条件较复杂

桥址主要以丘间谷地为主，局部为低丘岗地。丘间谷地，地形开阔平坦，多辟为水田，场地标高68.0~70.0m；低丘岗地坡缓峰圆，多辟为林地杉树苗为主，场地标高71.0~83.0m。

3.2地层岩性

根据钻探揭示，桥址所涉范围主要地层为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、上更新统残坡积层（Q3el+dl）及石炭系（C）。按成因类型、岩性特征由新至老分述如下：3.2.1第四系（Q）。（1）人工填土层(Q4ml)①1种植土：褐灰色，稍湿，松软，成分主要为黏性土及少量砾石，含有少量植物根系。厚0~1.2m，主要分布于丘间谷地水田表层。（2）全新统冲洪积层(Q4al+pl)②粉质黏土：褐黄色，硬塑，稍有光泽，无摇震反应，韧性和干强度中等，中压缩性，含角砾，含量占15%~20%，呈棱角~次棱角状，粒径一般1~3mm，标准贯入实测击数N=12~17击。厚0~17.5m，分布于5#~15#墩台一带。（3）上更新统残坡积层(Q3el+dl)③角砾：褐黄色，稍湿，稍密实，砾石成分主要为灰岩碎屑，粒径大于2mm的颗粒含量约占60%，最大粒径达15mm，棱角分明，分选较好，颗粒级配较差，隙间填充物主要为黏性土，重型动力触探实测击数N63.5=7~27击。揭示最大厚度55.5m，9#、11#~15#墩台一带缺失。3.2.2石炭系下统石磴子段（C1d1）。④1强风化石灰岩：灰黑色，原岩结构大部分破坏，隐晶质结构，块状构造，岩石裂隙发育，岩体破碎，岩芯呈碎块状，少量短柱状，岩面起伏巨大，岩石质量等级为Ⅴ级。最大揭示厚度3.5m，分布于5#~9#墩一带。④2中风化石灰岩：灰黑色，原岩结构清晰，隐晶质结构，块状构造，岩石裂隙较发育，裂隙面多为方解石充填，岩芯较完整，呈长柱状，少量碎块状，敲击声脆，岩面起伏巨大，岩溶强烈发育，见洞隙率68.9%，线岩溶率34%，岩石单轴饱和抗压强度32.1~44.5MPa，岩石质量等级为Ⅲ级。最大揭示厚度16.4m，主要分布于2#~10#墩一带。④3溶洞：棕红、褐灰色，多为全充填，局部为半充填，由软塑粉质黏土、角砾、砂等充填。洞身高0.8~23.9m，分布于2#~10#墩一带。⑤1全风化炭质灰岩：灰黑色，原岩结构已完全破坏，岩芯呈土状。厚0~2.8m，分布于10#~15#墩台一带。⑤2强风化炭质灰岩：灰黑色，原岩风化强烈，岩芯破碎，呈碎块、短柱状，手可捏散。N63.5=9~32击。厚1.5~14.5m，分布于10#~15#墩台一带。⑥中风化炭质灰岩：灰黑色，中风化，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙极为发育，岩芯较破碎，裂隙面多为方解石充填，为可溶性岩石，未见溶洞。岩石单轴饱和抗压强度13.3~19.4MPa，岩石质量等级为Ⅳ级。最大揭示厚度16.0m，分布于10#~15#墩台一带。

3.3水文地质条件

人工填土中赋存上层滞水，水量较小；粉质黏土、角砾中赋存孔隙潜水，水量丰富；岩溶水赋存于石灰岩、炭质灰岩岩溶中，水量颇丰。由大气降水和地表水补给。稳定水位埋深0.1~12.5m，标高65.41~75.08m。水位随季节变化较大，幅度1.0~2.0m。

4工程地质评价

根据对桥址进行初勘、详勘、施工勘察三个阶段，查明了桥址工程地质条件。该桥梁共完成55个钻孔，初勘、详勘钻孔资料利用率高达81.2%，在所有钻孔中24孔揭示溶洞，溶洞多呈串珠状，最大洞高达23.9m，勘察深度范围3#~10#墩范围岩溶强烈发育，其余地段岩溶不发育。根据建筑物工程特点、场地岩土分布及周围环境条件，进行桩基比选，建议桥梁的基础型式为泥浆护壁钻孔灌注，0#~2#墩台采用摩擦桩，以③角砾为桩端持力层；3#~10#墩以④2中风化石灰岩为桩端持力层，桩端遇④3溶洞时应予穿透，并进入稳定基岩一定厚度；10#~15#墩台以⑥中风化炭质灰岩为桩端持力层。通过分阶段勘察，探明了桥梁桩端以下持力层的岩性分布和力学性质，为桩长确定、施工方案提供了宝贵的地质资料。

5桩基施工中遇到的地质问题及解决方案

岩溶区桩基施工中，常常出现卡钻、塌孔、漏浆、埋钻、偏孔等事故，岩溶越发育，溶洞连通性越好，地质条件越复杂，施工难度就越大。处理岩溶地区的岩溶问题，应当要坚持一个原则，那就是因地施策，不同情况采用不同的处理方案，总体处理步骤为在溶洞内注浆，凝结溶洞内填充物、封闭溶洞之间的连通，尽可能减少砼材料的流失。桩基施工时，当遇小型溶洞、溶槽、裂隙，发现有漏浆现象时，可采用碎石进行填充再注浆处理或碎石中参入黏性土进行回填封堵；当遇大溶洞，在锤头击穿溶洞顶板时，泥浆可能会瞬间下降，可采用片石、碎石对桩孔进行及时回填，防止孔壁坍塌，由片石、碎石封堵，充填溶洞空腔，必要时可采用钢护筒护壁；针对施工偏孔可采用回填片石进行纠偏处理；若覆盖层为软土或易坍塌地层，可调整泥浆浓度预防孔壁坍塌或采用钢护筒进行护壁处理［2］。

6工程经验

（1）岩溶区桥梁工程地质勘察深度应在满足规范要求的前提下按阶段实施。初勘阶段桥跨方案后期可能会调整，勘察深度超前可能会导致工作量的浪费，勘察深度要以规范条款为准绳；详勘阶段虽设计方案基本稳定，但往往受场地条件限制，勘察很难做到一桩一孔，针对未能施钻的桩位，建议留到施工勘察阶段完成；在施工勘查阶段一般施工单位大型机械已进场，管线已改迁，可依托施工单位配合完成剩余工作量，这样可以大大降低钻探成本和风险，确保勘探的施工安全。（2）岩溶区桥梁工程各勘察阶段钻孔应打在设计桩位上，便于下阶段钻孔利用，既可节约成本，又可缩短下阶段外业勘探工期，若钻孔位置无法打在桩位，现场工程师可根据现场场地条件及时调整，要善于变通，灵活应用。（3）岩溶区桥梁工程钻孔一般较深，岩溶强烈发育地段，主要形式为溶洞、溶槽、溶沟，溶洞呈串珠型，溶洞大小不一，无规律，工程地质条件复杂，钻探难度大，应选择专业技术好的、经验丰富的钻探队伍，操作需要严格按照相关的标准规范，可以获得更加准确的地质勘探结果。（4）针对岩面起伏大，工程地质条件复杂的场地，要加强与设计人员的沟通，了解设计意图，确定合理的桩长深度，避免因信息不对称造成的工作量浪费或不足。（5）工程地质勘察前要编写勘察大纲，认真筹划，外业施工过程要严格执行规范要求，确保基础数据的真实性和有效性。报告编写要认真思考，通过数理分析，要详细论证，对场地工程地质条件提出合理的评价和建议。（6）在桩基施工过程中，应充分发挥专业优势，积极分析和处理相关问题，与设计、监理等相关单位密切配合，互相学习借鉴，取长补短，认真总结经验和规律，不断提高岩溶区勘察技术水平，提高勘察质量，更好地服务于设计和施工［3］。

7结语

本文通过工程地质勘察实例，详细阐述了岩溶区桥梁勘察的方法，由面到点，由粗到细，逐步深入，很好地查明了桥址的工程地质条件。利用勘察阶段不同，化解了因场地困难无法施钻的问题，最终达到顺利完成勘察任务的目的。勘察方法及工程经验值得借鉴和学习。

参考文献

［1］宁豪杰.岩溶地区桥梁基础的地质勘察与设计方法研究［J］.工程与建设，2021，35（3）：530-531，535.

［2］房谷锦，王瑞虎.岩溶地区桥梁勘察与设计［J］.运输经理世界，2020（7）：127-128.

［3］赵宏伟.岩溶地区的工程地质勘察方法［J］.中华建设，2020（3）：130-131.

作者:张飞 单位:南昌铁路勘测设计院有限责任公司