高速公路岩溶区桥梁桩基的地质勘察

2015-05-08林波

地质装备 2015年5期

关键词：灰岩物探钻机

林波

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097)

高速公路岩溶区桥梁桩基的地质勘察

林波

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097)

针对高速公路工程岩溶的勘察特点，本文对综合勘察的方法在高速公路工程的适用性进行了简要叙述，并以宁都-安远高速公路下湾大桥的勘察为例，介绍高密度电法与钻探手段的配合运用，达到提高岩溶区勘察质量，减轻岩溶对工程的影响。

岩溶；勘察；高速公路；物探；钻探

0 引言

岩溶地区地质情况复杂，若在设计阶段不能全面、深入地进行地质勘察，易造成桩基嵌岩情况达不到规范要求，那么如何准确查明岩溶分布、发育程度，如何选择桩基持力层是至关重要的。

1 岩溶区发育的条件及存在的危害性

1.1 岩溶区发育的条件

岩溶是指水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为特征(含水的机械侵蚀和崩塌作用及物质的携出、转移和再沉积)的综合地质作用，以及由此所产生的现象统称。岩石的可溶性、透水性、水的溶蚀性与流动性是岩溶产生和发展的四个基本条件[1]。

1.2 岩溶区的危害

在我国境内，岩溶坍塌事故时有发生。以京广线为例，修筑隧道穿越石灰岩时，因将岩溶洞穴挖露，使得泥砂及倒灌的水流大量外涌，为整个工程的完善带来了较大的困难。并且地面出现了多处坍塌现象,如广东的某些地区，因为岩溶问题导致了大片土地塌陷，居民房屋出现开裂等问题，为国家和政府带来了巨大的损失[2]。

2 岩溶区地质工程勘察

2.1 岩溶区的一般勘探方法

岩土工程勘察常用的方法有钻探、坑探及物探三类。钻探是使用最广泛的勘探手段，应用于各类工程中，但它对一些重要的地质体或地质现象有可能会误判、遗漏，而坑探可以在其中观察编录，以掌握地质结构的细节，但是重型工程适用性有限。物探是一种间接的勘探手段，它能简便而迅速的探测地下地质情况，且具有立体透视性的特点，但其勘探成果具多解性，使用时往往受一定条件的限制。

2.2 工程勘察运用的物探方法

高速公路岩溶地区勘察主要是探测沿线岩溶的分布范围和埋藏深度，洞穴的规模、顶板岩层厚度和充填情况，地下水的分布等情况[3]。为满足不同的探测目的和要求，岩溶地区的物探勘察方法主要有：

(1)复合对称四极剖面法辅以联合剖面法、高密度电法、浅层地震法等，主要用于探测岩溶洞隙的分布、位置及相关的地质构造、基岩面起伏等；

(2)无线电波透视法、波速测试法、探地雷达法等，主要用于探测岩溶洞穴的位置、形状、大小及充填状况等；

(3)充电法、自然电场法可用于追索地下暗河河道位置、测定地下水流速和流向等[4]。

3 工程勘察实例

3.1 项目背景

宁都至定南(赣粤界)高速公路是南昌至定南高速公路的一部分，为江西省“四纵六横八射线”公路网主骨架的“第五射”，与广东省龙川至广州高速公路共同组成一条新的内陆省份对接珠三角和出海口的南北大通道。其中宁都至安远段起于泉南高速宁都南互通，途径赣州市宁都县、于都县和安远县，终于寻全高速公路安远枢纽互通，路线全长163.86km。

下湾大桥位于于都县禾丰镇下湾村附近，桥梁上部结构按16m×20m预应力砼连续小箱梁设计，桥梁全长325.0m，中心桩号K81+545。

3.2 地形地貌

桥区位于丘间平原地貌，地形起伏较大，地表植被较发育，山体以杉木林及灌木为主，平原地带多为水稻、花生等农作物，地面高程在180～200m之间。路线分别于K81+405、 K81+670两处跨越一条小沟及溪流，沟宽约为1.5m，溪流宽约2.5m。

3.3 地层结构及岩性特征

根据地质调绘及相关资料分析，桥址区地层结构从上至下依序为：第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、第四系中更新统残坡积层(Q2el+dl)及二叠系下统栖霞组(P1q)灰岩，桥址范围未发现活动断裂构造，岩层产状：80°∠29°，280°∠34°。

3.4 本项目综合勘察方法简述

为了达到一定的勘察要求，项目以地质调绘及物探、钻探相结合的综合方法为主。对物探发现的异常地段，选择代表性部位布置验证性钻孔，岩溶发育地段应予加密。控制性勘探孔应穿过表层岩溶发育带[1]。

3.5 地球物理勘探：高密度电法

3.5.1 测线测量

根据1∶2000设计线路地形图结合现场中桩点采用GPS实地布设测线。沿线位方向布置高密度度测线1条。高密度测线号采用DF区号—测线段流水号。

3.5.2 高密度电法仪器设备及野外工作方法

本次仪器使用的重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统。仪器采用的基本电极距根据测区地质目标探深及地形、地质情况选择为5m。仪器采用温纳装置，最大层数为16层， 5m基距最大供电电极距：AB/2=150。对称四极电测工作框图见图1。

图1 高密度电法工作框图

3.5.3 方法有效性

为确定和验证方法的有效性，了解本区已知岩溶的视电阻率特征，在开展工作前进行了方法有效性试验。实验剖面布置在下湾大桥ZK5(K81+616)孔位上，已知该孔17.3～30.8m为岩溶，对应高密度电阻率呈现了低阻异常，探测结果证明该方法是有效的(图2)。

图2 有效性试验剖面电阻率反演断面图

3.5.4 地球物理条件

第四系残坡积层一般松散，含水性较好，电阻率值一般为n×10Ω·m。灰岩的电阻率值较高，一般达n×102Ω·m～n×103Ω·m。当灰岩内部岩溶发育时，因通常含水或充填物而表现为相对低阻异常，若为无充填物的空洞，则表现为相对高阻异常，当基岩中发育断裂构造时，因岩体破碎含水而表现为相对低阻，构造两侧基岩岩性不同时，亦表现明显电性差异。

本次对K81+100～K81+850段布设了一条测线，此测段为桥梁与填方路基相间路段，表覆耕植土、含砾粉质黏土，下伏二叠系下统栖霞组(P1q)含炭泥质灰岩、硅质灰岩。测线布置断面反演色谱图及解释剖面图见图3。

图3 测线布置断面反演色谱图及解释剖面图

结合勘探和路线地质调查资料，现对该测段测量结果推断与解释如下：

(1)表层电性变化不均匀，以低-中高阻为主，中下部相对低阻体由含炭泥质灰岩和溶蚀裂隙引起，相对高阻体因灰岩引起。

(2)视电阻率反演断面电性结构相对复杂，视电阻率沿测线方向变化不均匀，断面中相对中高阻异常与低阻异常交替分布，局部见有异常形态变异的相对低阻异常或高低异常变异带。根据断面图中异常规模、形态和勘探资料对比分析，该路段基岩面起伏变化不大，灰岩面埋深在2～8m间变化，灰岩中溶蚀裂隙发育；推测K81+430、K81+520、K81+660、K81+740等桩号附近下部均存在一明显相对低阻体，推测均由溶蚀裂隙引起，岩溶发育深度在13～18m间。在K81+700附近两侧电性存在一定差异，推测其由隐伏构造引起。

3.4.6 勘探工作

本次勘探阶段，共布设验证性钻孔6个，进尺241.8m，工程地质调绘0.06km2。

依据现场原位测试、综合分析岩土层特性、密实度、湿度、可塑性、现场钻进情况以及颗粒大小、含量、岩石成因以及充填物质、岩土试验等工程地质特性，结合规范要求，统计分析后列表统计各地层物理力学指标如下表(表1和表2)。根据区域地质资料及钻探成果，绘制地质纵断面见图4所示。

表1 岩样饱和单轴抗压强度标准值统计表

表2 岩土层设计参数表

图4 下湾大桥工程地质纵断面图

下湾大桥桥址区未见大型活动断裂通过，地下水位埋深变化大，且存在大尺寸溶洞，对桥基础有影响，桥位区覆盖层承载力较低，层厚较薄且不稳定，全风化层薄、层厚变化较大，且埋深较浅，不宜做为桥基持力层；中风化层强度高，可以选作桥梁桩基础持力层，但要注意岩溶溶洞的大小及规模。

5 结论

在高速公路勘察工作中详细查明灰岩地区的不良地质作用、地下水及软弱土层丢桥梁工程的影响，对桩基类型的选择做出合理建议，对节省投资和确保桥梁工程施工顺利、确保桥梁的安全使用意义重大，而采用的勘察方法和手段正确与否对详细查明灰岩地区的岩土工程特征至关重要。

[1] 周德泉,彭柏兴,陈永贵,刘宏利.岩土工程勘察技术与应用[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[2] 张琪.岩溶地基岩土工程勘察重点及物探方法研究[J]. 中国科技博览，2014(35):348.

[3] JTG/T C22—2009公路工程物探规程[S].

[4] 工程地质手册编写委员会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] 宁都至定南(赣粤界)高速公路宁都至安远段新建工程地质工程勘察报告.

无锡金帆与德国克虏伯合作生产声波钻机动力头

[本刊讯] 2015年9月4日，无锡金帆钻凿设备股份有限公司与德国蒂森克虏伯深基础技术有限公司合作生产声波钻机动力头项目正式启动仪式，在无锡金帆股份隆重举行。来自德国蒂森克虏伯公司、无锡市国家高新经济开发区管委会、金融办、科技局、梅村街道党工委的领导，以及劵商、投资公司、基金机构、银行等多家金融机构的20多位嘉宾，出席了项目启动仪式。无锡金帆钻凿设备股份有限公司董事长罗强，德国蒂森克虏伯深基础技术有限公司亚太区销售总监阿诺先生，以及无锡高新技术开发区梅村街道党工委副书记张业生先后发表了热情洋溢的致辞，预祝双方合作圆满成功！

这次金帆股份与世界500强德国蒂森克虏伯公司联手，在无锡联合生产国际一流的声波钻机动力头，开创了我国生产国际最先进声波动力头和声波钻机的先河。项目第一期投资为3000万元，随着项目的成功实施，双方还将加大投入的力度，共同开拓中国和亚太地区的市场，将带来可观的社会效益和经济效益，为企业的员工和股东带来丰盛的回报。

无锡金帆(双帆)钻凿设备股份有限公司创建于2003年，是我国锚固钻机、地源热泵钻机、海洋工程勘察钻机，以及声波钻机制造的引领者。2014年1月24日，公司在全国中小企业股份转让系统(新三板)挂牌，成为我国岩土钻探设备行业首家在"新三板"挂牌的企业。之前，金帆公司已与日本东亚利根公司在国内市场推出JP系列波钻机，并自主研发了YGL-S100型声波钻机，先后用于环境地质勘测、地源采热系统钻孔、水文观察孔等工程施工。