綜合勘察手段在巖溶區橋梁勘察中的應用

1 前言

在開展巖溶地區的橋梁勘察過程中，由于巖溶的形成和發育過程是一個復雜多變且特殊的不良地質現象，因此使得傳統、單一的勘探方法有著較為明顯的短板和劣勢，無法有效查明巖溶的空間分布以及其發展變化過程。所以，我們需要采用綜合勘察的手段，針對巖溶區的橋梁進行綜合勘察和分析，希望以此能夠提供具體可靠的地質資料，并制定出較為安全、合理的設計方案[1]。

2 工程概況

本工程為福建某高速擬建橋梁的詳細勘察，橋梁位于樁號K75+584～K76+593處，全長1009m，橋面寬11.75m，最大橋高48.9m，上部結構采用PC 連續T梁，下部結構采用樁基礎。橋址區表層為沖洪積溝谷的第四系沖洪積層（Q4al-pl），坡地為第四系坡積層（Qdl），下伏基巖為梨山組（J1L）的砂巖和經畬組（C2j）的灰巖，地質條件極為復雜。該橋初勘時布置鉆孔4個，鉆探中均未揭示巖溶的發育狀況，但在周邊的地質調繪過程中能夠見到溶隙、溶溝及地面塌陷的現象。由此可見，僅靠單一的鉆探手段無法詳細查明橋址區的巖溶發育情況及規律，在詳勘時我們應當采用綜合的勘察手段查明巖溶發育的情況及規律。

3 綜合勘察手段的應用

3.1 工程地質調繪

在勘察過程中，準確的工程地質調繪能夠從宏觀上對該地區的實際巖溶發育情況進行了解和掌握，并分析出其內部發展的一些規律性變化，以此在接下來的勘察方法制定上，提出較為可靠的數據信息。在這個過程中，我們先充分利用橋址區的區域地質圖對存在灰巖的段落進行1∶2000的地質調繪。調繪時，要詢問當地的老村民并對周邊已有的開挖剖面進行逐一、詳細地調查。由此，我們發現近60年內在橋址500m范圍內出現了3次地面塌陷，2處已被回填繼續耕種，1處溪流有明顯的斷流，且順著地勢尋找1km以上，未見溪流重新流出；初步判斷該區域內巖溶現象較為嚴重，如圖1為發現的溶隙、溶溝及地面塌陷情況。同時，初步得出該區域巖溶主要發育在橋址區中部的溪流附近，形成原因是場區兩側為山坡，中間地勢低洼，地下水由兩側坡地向低洼處排泄，形成了排泄通道，排泄過程中對經畬組灰巖中的可溶巖進行長期的熔解并由通道帶離，在漫長的溶蝕過程中形成了巖溶。

圖1 溶隙、溶溝及地面塌陷現象

3.2 物探

物探在查明巖溶發育的內部的分布情況、形態變化方面，有著快速、便捷、較高的技術優勢。在通過前期地質鉆探及調繪的成果分析，場區灰巖埋深相對較淺；并從高效、便捷等方面考慮，決定采用高密度電法進行勘察[2]。高密度電法的基本原理與常規的電阻率的技術方式有著類似的情況，它以巖土體的實際電性差異為重要的基礎，在發現一些地質異常時，能夠較為準確的對其進行分析，是實現電探的一種技術方式。現場沿著橋梁縱向布置了2條測線，并在巖溶發育的段落垂直橋梁上橫向布置8條測線，成果見圖2。根據物探電阻率顯示，表層電阻率一般，厚度約5～15m，推測為耕植土、粉質粘土、坡積粘土。第二層在測點CW2-6～CW2-8、CW2-11～CW2-13、CW2-18～CW1-20、CW2-23～CW2-25段存在低阻體，厚度約10～30m。這些低阻體規模較大，推測其為中風化灰巖（溶蝕發育），低阻體顯示區域的實際溶洞較大。主要可能是由于溶蝕發育、富含地下水造成的。最下面一層電阻率隨深度逐漸升高，推測為較完整或完整的中風化石灰巖。物探的成果進一步驗證了前期調繪的判斷，巖溶的發育段落已基本可以確定為橋梁的中部區域，并且初步推測出巖溶發育應埋深10～30m處，為后期鉆孔的布置奠定了基礎。

圖2 高密度電法成果圖

3.3 鉆探

根據設計橋墩臺布置以及巖溶的發育情況，共布置鉆孔73個（圖3鉆孔平面圖），特別在推測巖溶發育的段落采取了逐樁鉆探，同時還進行了原位測試和原狀樣、擾動土樣、巖樣及水樣的取樣工作。鉆探過程中在預測的區域內基本鉆孔都揭示有溶洞，溶洞大小在0.2～13m 不等。溶洞的充填情況也較復雜，部分為空洞、半充填溶洞，充填物有軟塑狀粘土、松散碎石、礫石等，成分較為復雜。鉆探完成后根據各個鉆孔的地質情況繪制出工程地質縱、橫斷面圖（圖3），在縱、橫斷面圖上可以直觀反映出場區鉆孔遇洞率在10～30%，場地的巖溶發育程度為中等，主要發育在橋梁的中部區域，且巖溶主要發育在厚度約10～35.6m處，進一步驗證了之前地質調繪及物探的判斷，說明我們所用的綜合勘察手段是合理、有效的。

鉆探技術在地質勘察中應用較為高頻，它的優勢在于高效、直觀、精確。但是相對于其他地層的精度，由于巖溶的不規則、復雜性，使得在巖溶區鉆探時其精度會有所下降。因此，施工單位必須對前期地質調繪及物探進行綜合分析和研究，掌握巖溶發育的初步情況，以此較為準確地判別地層分層、分界及巖溶，并進行相應的掌握。

圖3 工程地質鉆孔平面及縱、橫斷面圖

3.4 工程地質原位測試技術及試驗

在鉆探過程中采用標準貫入試驗以及動力觸探試驗的方式，對其巖溶中的洞穴、土洞中的填充物進行相應的原位測試分析，同時對填充物進行取樣試驗，能夠有效檢測巖溶充填物的巖土力學性質指標。該項技術由于操作較為簡單，成本也相對較低，有著較高的性價比，因此得到了較為廣泛地使用。

綜合勘察手段在執行時，前期的地質調繪和物探為后期的鉆探精確布置奠定了基礎，后期的鉆探、原位測試及試驗又對前期工作進行了補充和驗證。各手段循序漸進、相互呼應、綜合分析，從而查明場區巖溶發育的規律，確保了地質資料的準確性[3]。

4 巖溶對橋梁施工的危害及措施建議

巖溶地段樁基雖然查明了樁端的持力層，但在施工時由于巖溶發育和巖溶水的作用，易出現孔壁坍塌、漏漿、偏錘、卡錘、掉錘、地面塌陷及灌注砼漏失等現象，進而影響樁基質量、施工安全及周邊建筑物的安全。巖溶區的施工不僅改變了巖溶地下水的原有平衡，還易產生周邊地下水流失或涌出，造成施工區及周邊地面塌陷或鼓脹，影響施工及建筑物的安全。建議施工中相應地采取加長護筒、加大泥漿比重、溶洞回填麻袋裝片石或干性砼等措施，并加強地面及周邊建筑物的觀測與監測。

5 結語

綜上所述，綜合勘察手段在巖溶區橋梁中的實際使用進行分析的過程中，施工單位需要掌握各種類型的技術方式，同時還需要在勘察的過程中根據地質的實際情況合理使用相關技術，以此為橋梁建設提供寶貴的數據資料。