巖溶地區橋梁樁基勘察、設計和施工體會

盧永成，朱 蔚，顧賽輝

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

巖溶地區橋梁樁基勘察、設計和施工體會

盧永成，朱 蔚，顧賽輝

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

巖溶在我國是一種相當普遍的不良地質作用，其分布范圍廣，形態千變萬化，在一定條件下可能發生地質災害，甚至嚴重威脅工程運營安全。對巖溶地區幾種勘察方法進行綜合比較，提出樁基設計與施工中應注意的事項，總結我國對不同巖溶地質常用的幾種處理方法。

巖溶；橋梁；樁基礎；勘察；設計；施工

1 概述

巖溶也稱喀斯特（KARST），是水對可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等）進行以化學溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質作用，是由這些作用所產生的現象的總稱。我國喀斯特地貌分布廣、面積大，主要分布在碳酸鹽巖出露地區。據不完全統計，其總面積達200萬km2，其中裸露的碳酸鹽類巖石面積約130萬km2，約占全國總面積的1/7；埋藏的碳酸鹽巖石面積約70萬km2。碳酸鹽巖石在全國各省區均有分布，但以桂、黔和滇東部地區分布最廣。湘西、鄂西、川東、魯、晉等地，碳酸鹽巖石分布的面積也較廣。巖溶是一種不良地質作用，在一定條件下可能發生地質災害，甚至嚴重威脅工程運營安全。

近年來，在江西、貴州、山東、徐州等地區多個橋梁工程設計中遇到灰巖地質，巖溶發育。為了做好巖溶地區橋梁基礎的建設，我們學習與吸取了我國近年來在巖溶地區的建設成就以及當地的經驗，加強地質勘察工作，因地制宜開展設計工作，并在施工中采取動態設計，提出針對性的技術對策，防止安全隱患與昂貴的后續處理費用。

2 地質勘察

巖溶是一種形態奇特、分布復雜的自然現象，宏觀上雖有發育規律，但在具體場地上，其分布和形態則是無常的。在巖溶地區，橋梁基礎設計必須要有真實、準確的地質勘探成果作為設計依據。

擬建工程場地或附近存在對工程安全有影響的巖溶時，應進行巖溶勘察[1]。巖溶勘察按不同的階段進行，分可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察、施工勘察4個階段，各階段勘察工作總體要求見表1。巖溶地質勘察一般采用工程地質測繪和調查、勘探、工程物探等方法。工程物探有地面物探和孔中物探兩種。地面物探方法有淺層地震、高密度電法、地質雷達等，一般用于查明場地土洞和巖溶發育的宏觀規律，精度較低；孔中物探方法有孔中電視、管波探測法及跨孔CT探測法等[2]，常用于樁位詳細勘察，查明場地各種巖溶和土洞的位置、規模、埋深，成果容易解釋，精度相對較高。

表1 各階段勘察工作總體要求

由于巖溶發育往往不規律，所以勘察工作對指導設計尤為重要。應根據當地巖溶發育特點確定巖溶地質勘察方法，一般采用一樁一孔勘探、一樁多孔勘探、一樁一孔勘探與物探結合三種方法。

（1）一樁一孔鉆探：每樁布置一個鉆探孔。該勘察方法探測范圍小，往往會遺漏鉆孔旁的巖溶。

（2）一樁多孔鉆探：每樁布置一個中心鉆孔，3～5個周邊鉆孔。該勘察方法成本較高，工期長。

（3）一樁一孔鉆探與工程物探結合：每樁布置一個鉆探孔與管波探測法或跨孔 CT探測法等工程物探[3]結合進行綜合勘察，鉆探與工程物探成果相互印證。該勘察方法準確性較高，成本低、工期短。

圖1為幾種勘察方法的探測范圍示意圖。表2為某工程幾種勘察方法的比較。

圖1 幾種勘察方法的探測范圍示意圖

設計中對“一樁多孔鉆探”與“一樁一孔鉆探與一管波物探結合”勘察成本進行了比較。如某工程有800根鉆孔灌注樁，平均樁長30 m，鉆孔按每米200元計，管波法按每樁2 000元計。 方案一：采用“一樁四孔鉆探”需勘察成本1 920萬元；方案二：采用“一樁一孔鉆探與一管波物探結合”需勘察成本640萬元。方案二比方案一節省1 280萬元，經濟性較好。

勘探孔深度應不小于巖溶底面以下樁徑的3倍，并不小于5 m。樁基施工前對沒有勘探孔或樁底情況還不明確的樁應進行補鉆孔、加鉆孔或樁底超前鉆孔。對于大直徑、無地下集水、埋深較淺的挖孔樁可采用孔底地質雷達探測，其深度能達到樁底下10 m左右，分辨率50 cm左右。

勘探巖土層可分為土層、巖溶發育段、軟土夾層、溶蝕裂隙發育段、節理裂隙發育段、完整基巖等，其中土層、巖溶發育段、軟土夾層、溶蝕裂隙發育段不能作為端承樁的持力層。

在徐州、江西、臨沂等多個巖溶地區橋梁設計項目中采用“一樁一孔勘探與一管波物探結合”勘察方法。圖2為徐州某橋梁工程的鉆孔柱狀圖與管波探測法結果。另外，在江西某大橋工程巖溶特別發育區域還增加了跨孔CT物探，探測兩個鉆孔之間面狀區域（切片）的巖溶狀況。圖3為該橋跨孔CT探測法圖像。

3 設計要點

在巖溶地區開展橋梁設計前，設計人員首先應收集當地地質調查資料，了解當地巖溶特點及巖溶基礎設計、施工經驗和主要處理方法，分析地質勘察報告，因地制宜采取對策。設計中應采取“避開特大溶洞、處理小溶洞”基本原則，道路選線應盡量避開巖溶特別發育區域，根據地質勘察報告優化橋梁跨徑布置，盡量不在巖溶分布復雜部位布墩，以減少巖溶地基的處理成本。

（1）樁基承載力計算

地基提供的樁基承載力由覆蓋層樁側摩阻力、巖層樁側摩阻力與巖層樁端承載力三部分組成。樁基可采用端承樁或摩擦樁。

a.當樁基穿過串珠狀溶洞區段，巖層的樁側摩阻力的有效性不能確定時，不宜計入該區段巖層樁側摩阻力，可以作為安全儲備。

b.當樁基持力層下臥巖層存在薄弱層，其厚度不能達到樁徑的3倍并不小于5 m時，巖層端承載力不宜計入。有些工程采用樁端注漿加固薄弱層，并計入巖層端承載力，需重視注漿工藝，并驗證注漿效果。

表2 某工程幾種勘察方法比較

圖2 鉆孔柱狀圖與管波探測法結果

圖3 跨孔CT探測法圖像

c.當巖溶極其發育、地下水較豐富，施工清底難以保證時，可考慮忽略樁端承載力的作用。

d.當覆蓋層較厚，且巖溶地質特別發育，難以找到合適持力層時，可以采用群樁基礎，樁基不進入巖層，按摩擦樁進行設計。

e.當巖層起伏較大可以采用長短樁，但相鄰樁樁長差別一般不宜大于樁距。當樁基布置在傾斜巖面上時，宜適當加大樁長，保證樁基全斷面嵌巖。長短樁布置各樁剛度差異很大，在樁基結構受力計算時應予以考慮。

（2）巖溶頂板穩定性驗算

對于端承樁樁底需置于滿足規定厚度的完整基巖上。巖溶頂板穩定性與樁端反力、巖溶頂板跨度、厚度及力學性能等有關。一般地區溶洞跨度小于6 m，巖溶頂板厚度應不小于樁底面以下樁徑的3倍并不小于5 m，同時還要適應當地的地質條件，滿足當地規范要求。

對于巖溶特別發育地區，有可能存在跨度6 m以上的大溶洞。設計時，需根據地質詳勘報告，掌握巖溶幾何形狀與力學性能等數據，通過計算分析檢算頂板厚度。一般按簡支梁、懸臂梁、兩端固結梁三種形式計算頂板厚度，取最大值。

4 施工對策

巖溶地質變化較大，地質勘察往往不能全面反映，所以要重視施工過程的控制與動態設計工作。施工時應做好鉆孔樁成孔過程的記錄，關注鉆孔鉆進時間與速度、泥漿面的變化、鉆孔渣樣、周圍地面的沉降等，分析巖土層是否與地質報告相吻合，終孔前應組織監理、施工、地質、設計等專業人員進行驗槽。如發現地質情況與勘察報告不一致或異常,應及時采取處理措施，調整樁基設計。樁底沉渣厚度的控制也是施工關鍵，宜采用氣舉反循環等清孔工藝。

近年來，我國交通基礎設施建設快速發展，巖溶地區橋梁樁基施工技術水平也得到很大提高，積累了很多實踐經驗。對巖溶地質主要有以下幾種處理方法：

（1）投入片石與黏土擠密：對尺寸較小的巖溶，普遍存在樁基成孔過程漏漿現象，可投入片石與黏土至溶洞頂面1 m以上，反復沖砸擠密形成穩定的孔壁。

（2）預注漿加固：對尺寸較小且為封閉的溶洞，當溶洞內充滿填充物，但不能保持成孔時孔壁穩定時，可在成孔前對孔壁周圍填充物進行預注漿加固，達到孔壁穩定；當溶洞內無填充物或部分有填充物，可以在溶洞內先填充砂土或碎石，然后對孔壁周圍填充物進行預注漿加固。

（3）設置鋼護筒：當巖溶尺寸較大、溶洞層數較多或成串分布時，以上兩種方法往往不能適應?？梢圆捎靡粋€或多個鋼護筒跟進至溶洞底部，投入黏土與片石擠密鋼護筒底部或灌注水下混凝土，使成孔不漏漿。鋼護筒與巖壁及多個鋼護筒間隙需灌注水泥漿，以保證樁側巖土體抗力。

5 結語

巖溶地質千變萬化，做好勘察工作是確保橋梁樁基安全的基礎。在巖溶地區采用“一樁一孔鉆探與一管波物探結合”勘察方法，鉆探與工程物探成果相互印證，準確性相對較好，且是較經濟的勘察方法。巖溶地區橋梁樁基設計沒有固定的方法，設計人員應分析地質勘察成果，結合當地的經驗，因地制宜做好設計工作。樁基施工中應重視過程控制與動態設計工作，及時采取施工對策。

[1]GB 50021-2001（2009版），巖土工程勘察規范[S].

[2]上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.巖溶地區樁基勘察、設計和施工關鍵技術與示范應用研究報告[R].上海：上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，2015.

[3]李學文，饒其榮.設計、勘察、檢測規范在巖溶區樁基方面的矛盾與解決方法[J].建筑監督檢測與造價，2014（2）：30-33.

河北省高速公路82對服務區建起充電站

為適應新能源汽車日漸增多的需要，河北省高管局加快新能源設施特別是電動汽車充電站的建設，目前已在河北省高速公路82對服務區中建設了163座充電站。

在京滬高速青縣服務區，可以看到4個加油機模樣的機器已安裝到位，上面寫有“國家電網”字樣，這就是該服務區剛投入使用的電動汽車充電樁。這些充電樁均為快充樁，十幾分鐘就可為車輛充滿電。

目前河北省高管局已在高速公路82對服務區中建設了充電站，并開通了人工預約充電、用戶自助充電和手機APP模式充電三種方式。

U443.15

B

1009-7716（2017）04-0100-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.029

2017-02-09

盧永成（1965-），男，上海人，教授級高級工程師，從事橋梁設計與科研工作。