巖溶地區橋梁基礎的地質勘察與設計方法研究

寧豪杰

(湖北省核工業地質局，湖北 孝感 432000)

0 引 言

在我國巖溶地區極易發生土體坍塌事故，在這些區域修筑公路時，往往會穿越石灰層而遇到巖溶地區，容易出現泥沙或者是倒灌水向外涌出，對整個工程的施工進度以及質量產生嚴重的影響[1]。就目前對巖溶地區的研究來講，巖溶地區的橋梁基礎在勘察和設計的過程中還未能夠形成完整而獨立的體系，很大一部分的研究往往只是針對某一方面或者某一個工序而進行的。但目前，越來越多的公路在巖溶地區開始修建，同時還有大量的舊橋需要進行升級改造，在工程實施的過程中就遇到了大量的巖溶問題。之前的橋梁規模相對較小，大多數采用的是擴大基礎等淺基礎的形式，但是目前橋梁規模的擴大，橋梁均采用的是深基礎，且樁端還應當嵌入基巖一定的深度，這就需要加強對橋梁基礎的勘察和設計，確保在交通荷載作用下，不會出現溶洞坍塌、地表沉降，對公路的安全運營產生影響[2]。

1 對巖溶區公路橋梁樁基進行地質勘察的技術

1.1 巖溶區開展地質勘察工作的目的

通過對巖溶地區進行地質勘察能夠探明巖溶區的情況，主要包括巖溶對高速公路施工安全以及橋梁樁基施工穩定所產生的影響、溶洞的分布規律、巖溶地區頂部巖土層的厚度等[3]。為了能夠確保地質勘察工作的質量與精度，因而在勘察的過程中需要做好以下幾方面的工作：

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

(2)根據巖溶區的數量以及具體的分布狀態，總結不同類型的巖溶組合。

(3)巖溶區的發育狀況、地形地貌發展歷史、水文網絡關系等。

(4)巖溶區地層褶皺的樣式、構造地質情況、斷裂形狀與其他結構面的關系。

(5)分析巖溶區發生地面變形的主要原因、地表水與地下水之間的動態關系。

(6)巖溶區易出現溶水溢出的位置以及類型，以及與地面水系之間的動態關系。

1.2 地質勘察技術

(1)物理勘探技術。物探的手段需要在相關地質雷達等專業勘察設備的輔助下進行，通過對勘察數據經過軟件的詳細分析得出最終結論。物探手段的優勢主要是勘察的范圍大、效率高、設備輕便。但是該手段也有明顯的不足，在勘察的過程中會受到外界因素的影響，導致其準確率會有所降低。也正是由于這點原因，因而在應用該技術進行現場的地質勘察過程中需要以地質條件作為依據，并對勘察所得到的數據進行反復的對比分析，進而來確保勘察結論的準確性。目前常用的物探技術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缺點和適用的環境，所以在使用的過程中，勘察人員應當根據實際的情況選擇合適的物探手段，確保能使其發揮到最大的作用。

(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線測量技術以及儀器設備的輔助。在進行勘察的過程中，勘察人員應當以GPS定位法作為一個依托，同時結合樁點在施工現場的分布情況。通常情況會將測量線路的線位方向作為測點的布設方向。此外為了能夠充分地發揮該技術的自身優勢，還應當考慮到巖溶區所特有的電阻率。

(3)遙感技術。遙感技術的優勢體現在不用通過電磁輻射就能夠對遠距離的數據進行快速的接收與傳送，相對而言更加高效便利。除此之外，通過現場的實際情況表明，通過應用遙感技術，能夠簡化操作的方案，可以避免非必要的施工環節，這也是相較于其他勘察手段的優勢。在裸露的巖溶區應用遙感技術，獲取的圖像會更加直觀和準確。

(4)鉆探技術。鉆探技術在目前的巖溶區橋梁基礎地質勘察中應用最為廣泛。該技術可以忽略地質條件對結果產生的影響，另外精度也更高。但是在巖溶地區應用該技術手段，由于起伏的地面往往會使得精度有所影響，因而在勘察過程中勘察人員往往會通過增加鉆孔的數量來確保勘察的進度，但另一方面又會增加成本。所以在勘察工作開始之前，應當根據組安然的標準、流程、目的，進一步的規劃安排，確保在勘察期間地質情況發生的變化能夠被準確地記錄。

1.3 地質勘察要點

(1)對質量進行嚴格把關。為了確保勘察結果的有效性，首先需要明確質量把關的重要性，定期地對勘察儀器進行檢查，以免由于設備問題而引起勘察結果的準確度。此外還更應該重視對勘察人員專業知識技能方面的培訓，確保勘察結果的準確性，進而保證后期設計方案的合理。

(2)明確勘察的要求及目的。在進行地質勘察工作之前，首先需要明確開展勘察工作的目的，以及后續設計工作的要求。在勘察的過程中，勘察人員還應當結合實際的情況，來對勘察的方案、進度、時間進行合理的安排。此外還應該較強對勘察工作的監管，避免出現勘察失誤引起的勘察結果不準確，確保制定方案的科學性。

(3)對巖溶特征及相關資料進行整理。由于巖溶區在地質方面的特殊性已近橋梁在構造上建設方面的特殊性，因而在巖溶地區，公路建設的過程中需要相關的工作人員能夠準確地把握所建設的項目規模以及溶洞的分布情況。在此基礎上還應當加強監管工作的力度。不同區域的巖溶在分布方面還有著明顯的差異，因而只有對巖溶區的特征進行深入的了解，才能為橋梁的設計提供更為準確的數據支撐。

2 巖溶區橋梁樁基設計方法初探

2.1 巖溶區橋梁基礎基本設計原則

考慮到巖溶地區地質地貌以及橋梁工程的特殊性，因而在樁基礎設計的過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，優化初設基礎形式，盡可能采用大而短的群樁，充分發揮上部地層的承載力，經過多年的地質作用，溶洞與周圍的巖土體已經處于相對平衡的狀態，應當在頂板處留有最小的安全厚度，避免觸碰溶洞，打破原有的應力平衡狀態。盡可能避免地基處理對周邊環境以及原有巖土體之間產生新的問題，進而導致工期、施工難度、投資增加。

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

(3) 采用可靠的方法來探明樁底以下8 m范圍之內的樁底巖層的狀況，還需要專業人員對底巖石質量進行驗證，如果有異常則需要及時的告知設計單位進行調整，在進行大面積的施工之前務必進行試樁檢測，驗證設計過程中所采用的計算參數是否合理，承載力與設計值是否相符。此外在施工的過程中要先進行樁長較大的樁，而后再進行樁長較短的，這樣能夠對較短樁的施工起到支護的作用。

(4) 在條件允許的情況下，樁基的選址地點盡可能避開溶洞群。如若在樁底存在有溶洞，應當對頂板穩定性以及安全厚度進行分析。

2.2 巖溶區橋梁樁基設計步驟

(1) 樁型、樁長、樁徑的確定。對橋梁樁基進行設計，其中第一步也是最重要的一步就是明確橋梁樁基的樁型、樁長以及樁徑。樁型的選擇主要考慮到溶洞發育程度、構造地質條件、施工現場情況、施工設備等方面，將幾方面的因素綜合進行考慮，確定合理的樁型[5]。樁長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。在修建橋梁時如果遇到巖溶地區，則一般需要對巖溶進行一定程度的處理，處理的方式主要包括了鋼護筒跟進、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，溶洞獨立、工期緊張，則選用回填法，其施工工藝如圖1所示。溶洞規模、尺寸大則采用鋼護筒法，該方法一般會與回填法和注漿法結合應用，其施工工藝如圖2所示。而對于巖體破碎、溶洞內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 鋼護筒跟進法施工示意圖

3 結束語

越來越多的公路在巖溶地區開始修建，同時還有大量的舊橋需要進行升級改造，在工程實施的過程中就遇到了大量的巖溶問題。文章闡述了在巖溶地區進行地質勘察的目的，并介紹了物探、高密度電法、鉆探等勘探手段，簡要分析了在巖溶地區勘探的要點以及樁基設計的原則和步驟。