巖溶發育地區橋梁樁基優化設計

劉旭 何毅

摘要 橋梁樁基設計和施工中，復雜溶洞對設計和施工進度，以及投資成本影響較大。文章結合廣東省某高速公路項目實例，通過開展橋梁樁基超前鉆探，并根據地質鉆探資料對橋梁樁基進行優化，總結了建設單位開展橋梁樁基超前鉆探在質量安全和投資控制等方面的優勢，為“投建營一體化”高速公路項目在巖溶發育地區技術管理工作提供參考。

關鍵詞 巖溶;樁基優化;超前鉆探;投資控制

中圖分類號 U443.15 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0141-03

0 引言

巖溶是指可溶性巖石（大多為碳酸鹽巖）受化學溶蝕作用并加以沉積作用而形成的地表和地下形態的總稱[1]。中國巖溶地貌分布廣、面積大，廣泛的巖溶地質災害常常制約著工程建設。隨著工程建設的不斷推進，巖溶在道路交通工程的建設中很難回避[2]。在橋梁樁基設計和施工過程中，巖溶區橋梁樁基處理不當，會給橋梁施工和后期運營埋下安全隱患。在“投建營一體化”的環境下，巖溶問題可能導致工期延長和成本增加，造成不必要的浪費。

該文研究的廣東某高速公路項目位于粵西地區，項目區域地勢西北高、東南低，主要為平原、微丘地貌，其余為山地、丘陵、山間谷地地貌。項目內多個橋梁位于灰巖地區，巖溶發育，橋位區內地層夾有溶洞，溶洞分布空間及深度具有一定的隨機性[3]。巖面埋深不一，強度不均勻，地質情況變化較大[4]。結合項目巖溶區某橋梁的實踐經驗，在施工前通過逐樁鉆探，查明橋梁樁基下方地質情況，為現場施工提供準確詳盡的地勘資料。同時，結合施工安全和投資成本優化橋梁樁基長度，指導巖溶發育地區橋梁樁基施工，并總結建設單位開展橋梁樁基超前鉆探在安全質量和投資控制方面的優勢，為同類工程的投資建設提供參考。

1 工程及地質概況

1.1 工程概況

擬建橋梁左線ZK44+169.79/右線K44+136.7位于肇慶市小湘鎮，路線跨越低山丘陵、丘間谷地、種植地、村落、魚塘群、西江、國道G321、鄉道Y391、Y392、砂石路，交通便利，橋位兩端與路基相連。橋址區屬剝蝕丘陵坡地、侵蝕中低地貌區斜坡、溝谷地區微丘崗嶺地區，附近山巒起伏，山體較為龐大，地形起伏變化大。擬建橋梁雙向寬度均為15.5 m，墩臺徑向布置。橋梁分左右線設置：左線中心里程樁號為ZK44+169.796，起訖樁號為ZK42+940.796～ZK45+397.996，全長2 457.20 m，設計“孔數-孔徑”為5×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30 m;右線中心里程樁號為K44+144.700，起訖樁號為K42+915.700～K45+372.900，全長2 473.20 m，設計“孔數-孔徑”為2×28+4×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30。橋梁上部結構擬采用預應力混凝土小箱梁、T梁、剛構箱梁，下部結構擬采用柱式墩、薄壁墩、樁基礎，橋臺采用柱式臺、座板臺。主要研究位于陸地上巖溶區的橋梁南引橋，左線和右線設計“孔數-孔徑”均為47×30 m。

1.2 地質概況

橋位處跨越丘前坡地和丘間谷地，基巖為泥盆系中統老虎坳組（D2l）砂巖、灰巖組成。靠山處測得地層產狀338o∠50o。根據區域地質圖并結合鉆探、野外地質調繪，綜合分析，橋位區沿西江底呈向斜構造，其中灰巖沉積較早，砂巖沉積較晚，在河床不斷被沖刷作用下，上部砂巖部分被沖刷掉，與灰巖呈不整合接觸關系，新構造活動跡象不明顯。依據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）中規定，計算出鉆孔溶洞率為26.9%，巖溶發育地層為下伏基巖為泥盆系中統老虎坳組（D21）灰巖，場地條件屬于巖溶中等發育區。橋址區在ZK44+290～ZK44+420

（孔SQK0115、SQK01101、SQK0117、SQK01103）、

K44+210～K44+340（鉆孔SQK0198、SQK0114、SQK01100、

SQK0116）段，溶洞埋深較大，厚度深，鉆孔最深處達80 m，均未揭露到溶洞底板，且底部溶洞均為全充填的可～硬塑狀粉質黏土，考慮采用摩擦樁;其余地段發育的溶洞填充物質松軟，溶洞頂板不能作為基礎持力層，應穿過溶洞，以底板下穩定基巖作為基礎持力層。橋址區揭露有人工填土層，局部分布于鄉村道路兩側，厚度較薄，對施工影響不大。

2 超前鉆探

2.1 超前鉆探的提出

項目內多個橋梁位于灰巖地區，在詳勘階段發現存在溶洞的現象。設計文件中提出巖溶區樁基施工前應進行超前鉆，同時，對于沒有對應鉆孔地質資料的樁基，在橋梁樁基施工時，受地下結構變化影響，鄰近鉆孔難以指導樁基施工，導致施工難度增加，還一定程度上造成工期延長和工程浪費。通過超前鉆探地質資料，在保證橋梁結構安全的情況下，可以通過設計人員對當前區域的樁基設計進行動態優化調整，盡量節約工程造價，有利于投資成本控制。同時，在橋梁樁基施工時也可以提供詳細的地勘資料，為現場人員判斷是否達到終孔條件提供參考，加快現場施工進度，確保橋梁樁基結構穩定，為后期運營提供安全保障。

2.2 超前鉆探結果

根據巖溶區超前鉆勘察情況，發現橋梁區地質條件較為復雜，在已完成的112個鉆孔中有多個鉆孔發現溶洞，其中部分樁基下方為串珠狀溶洞，沿橋梁橫向和縱向列舉其中16個鉆孔的溶洞發育情況詳見表1。

通過對布孔方案動態調整，驗證砂巖與灰巖交界處地質情況，確保超前鉆探資料的完整。通過對巖溶發育區域內樁基進行逐樁鉆探，在已完成的82個超前鉆孔中有31個鉆孔的溶洞個數在2～8個，即呈串珠狀發育。溶洞多數全填充粉質黏土，少數由粉質粘性土和雜石充填，無空洞。鉆孔鉆遇溶洞時沒有漏漿現象，少數鉆孔遇溶洞鉆進時困難。對同一樁徑范圍內在巖層面埋深、溶蝕孔洞發育狀況等方面存在較大差異。鉆探巖芯完整處呈柱狀、短柱狀，但巖溶發育處則破碎成碎塊狀，采芯率明顯偏低。

2.3 超前鉆探資料的應用

在施工圖設計中，橋梁樁基建議根據超前鉆探資料動態優化調整。根據超前鉆探資料，設計人員對巖溶區橋梁樁基進行優化，確保橋梁樁基質量可靠。超前鉆探資料記錄概述了溶洞埋深、大小、填充物、鉆探時有無漏漿現象等內容，建設單位和監理單位可以根據鉆探資料，跟蹤巖溶區施工進展，對巖溶區的安全、質量進行重點排查，確保施工安全和質量。技術管理人員可以根據地勘資料審核樁基優化調整方案，確保優化方案的合理有效。施工單位根據上述記錄，分析溶洞連通性、有無地下暗河等。同時，根據超前鉆探地質報告，在設計文件中明確建議在沖穿溶洞頂板時不能太快，應采用低沖程以防突然漏漿而塌孔埋鉆、落距過大而斷絲掉錘，亦可保證樁孔圓順避免卡鉆及后續施工順利;若沖至大溶洞或相互有裂隙連通的小溶洞，則應拋填入石塊、碎磚石、泥包然后低錘密擊，使碎磚石沖碎后填塞溶洞孔隙，堵塞泥漿串漏通道，同時向孔內補充泥漿，避免泥漿面下降過多而塌孔;若施工時發現互相連通的大溶洞，可向孔內拋入塊石，然后用低標號混凝土灌滿，待混凝土有一定強度后再行沖孔，亦可下鋼護簡阻斷溶洞連通性[5]。總之。在施工時應嚴格對照超前鉆探資料，避免發生施工安全事故，及時與監理人員、設計人員溝通，盡量避免不必要的成本投入。

3 建設單位超前鉆探的優勢

3.1 方案的確定

由建設單位組織橋梁樁基超前鉆探，技術管理人員通過研究初測初勘和定測詳勘的地質資料，對超前鉆探實施單位提交的鉆探布孔方案和鉆孔計劃進行嚴格審核，確保超前鉆探方案的合理性和有效性，同時避免布置不必要的超前鉆孔，影響整體鉆探進度和施工進度，造成工程浪費。此外，建設單位可以根據現場實際施工情況，對布控方案動態調整并綜合工期進度安排，合理把控超前鉆探進度，可以確保不影響現場施工。

3.2 質量控制

超前鉆探成果質量是影響橋梁樁基成樁質量的因素之一，通過勘察單位、地勘監理單位和建設單位三級管控，確保超前鉆探成果詳盡準確。在勘察單位選擇上，該項目選擇原有詳勘單位進行超前鉆孔，可以確保勘察單位的專業性，有利于統一對巖土的判別標準，減少溝通協調，便于設計調整。同時，原有詳勘單位對區域地質及人文環境較為熟悉，可以快速開展工作，加快超前鉆探進度，避免影響現場施工。在地勘監理的選擇上，通過原有的設計咨詢單位嚴格審核布孔方案，加強現場超前鉆探質量管理，詳細上報地勘工作情況，確保超前鉆探結果真實、準確。此外，建設單位技術管理人員不定期現場查看，對超前鉆探工作進行有效監督。

3.3 橋梁樁基動態設計

通過超前鉆探地質資料，建設單位可以全面把控橋梁下方溶洞發育情況，統一協調設計單位、施工單位對巖溶區橋梁樁基進行動態優化調整，確保橋梁結構安全，更有利于投資成本控制。建設單位組織超前鉆探，可以確保地質資料的真實準確，在“投建營一體化”項目中，有利于投資成本控制并確保后期運營安全穩定。同時，建設單位組織超前鉆探可以充分協調設計單位和施工單位，加快橋梁樁基動態優化進度，減少設計變更流程，更有利于項目整體推進。

4 結論

該文結合廣東省某高速公路巖溶區超前鉆探實例，從建設單位技術管理角度出發，根據“投建營一體化”項目建設特點，組織對項目巖溶區橋梁樁基進行超前鉆探，確定了各橋梁樁基下方地質情況。高速公路項目建設單位應全過程技術管理，通過組織超前鉆探，有利于提高參建各方對溶洞等復雜地質情況的重視程度，全面統籌控制質量安全和投資成本，加快設計優化進度，為高速公路施工和后期運營提高安全保障。

參考文獻

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[2]鄧超文.廣東省碳酸鹽巖地區巖溶發育程度預判指標體系研究[C]//全國公路工程地質科技情報網2016年技術交流會論文集.2016：98-100+105.

[3]婁恒.巖溶地區橋梁樁基施工技術[J].建筑工程技術與設計，2018（10）：320.

[4]白杰.橋梁樁基溶洞處理方法及應用[J].城鎮建設，2020（12）：124.

[5]蔣瑜.巖溶地區超前鉆勘察實例闡述[J].西部資源，2018（4）：56-57.