岩溶地区桥梁桩基勘察、设计和施工体会

卢永成，朱 蔚，顾赛辉

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

岩溶地区桥梁桩基勘察、设计和施工体会

卢永成，朱 蔚，顾赛辉

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质作用，其分布范围广，形态千变万化，在一定条件下可能发生地质灾害，甚至严重威胁工程运营安全。对岩溶地区几种勘察方法进行综合比较，提出桩基设计与施工中应注意的事项，总结我国对不同岩溶地质常用的几种处理方法。

岩溶；桥梁；桩基础；勘察；设计；施工

1 概述

岩溶也称喀斯特（KARST），是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，是由这些作用所产生的现象的总称。我国喀斯特地貌分布广、面积大，主要分布在碳酸盐岩出露地区。据不完全统计，其总面积达200万km2，其中裸露的碳酸盐类岩石面积约130万km2，约占全国总面积的1/7；埋藏的碳酸盐岩石面积约70万km2。碳酸盐岩石在全国各省区均有分布，但以桂、黔和滇东部地区分布最广。湘西、鄂西、川东、鲁、晋等地，碳酸盐岩石分布的面积也较广。岩溶是一种不良地质作用，在一定条件下可能发生地质灾害，甚至严重威胁工程运营安全。

近年来，在江西、贵州、山东、徐州等地区多个桥梁工程设计中遇到灰岩地质，岩溶发育。为了做好岩溶地区桥梁基础的建设，我们学习与吸取了我国近年来在岩溶地区的建设成就以及当地的经验，加强地质勘察工作，因地制宜开展设计工作，并在施工中采取动态设计，提出针对性的技术对策，防止安全隐患与昂贵的后续处理费用。

2 地质勘察

岩溶是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，宏观上虽有发育规律，但在具体场地上，其分布和形态则是无常的。在岩溶地区，桥梁基础设计必须要有真实、准确的地质勘探成果作为设计依据。

拟建工程场地或附近存在对工程安全有影响的岩溶时，应进行岩溶勘察[1]。岩溶勘察按不同的阶段进行，分可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察、施工勘察4个阶段，各阶段勘察工作总体要求见表1。岩溶地质勘察一般采用工程地质测绘和调查、勘探、工程物探等方法。工程物探有地面物探和孔中物探两种。地面物探方法有浅层地震、高密度电法、地质雷达等，一般用于查明场地土洞和岩溶发育的宏观规律，精度较低；孔中物探方法有孔中电视、管波探测法及跨孔CT探测法等[2]，常用于桩位详细勘察，查明场地各种岩溶和土洞的位置、规模、埋深，成果容易解释，精度相对较高。

表1 各阶段勘察工作总体要求

由于岩溶发育往往不规律，所以勘察工作对指导设计尤为重要。应根据当地岩溶发育特点确定岩溶地质勘察方法，一般采用一桩一孔勘探、一桩多孔勘探、一桩一孔勘探与物探结合三种方法。

（1）一桩一孔钻探：每桩布置一个钻探孔。该勘察方法探测范围小，往往会遗漏钻孔旁的岩溶。

（2）一桩多孔钻探：每桩布置一个中心钻孔，3～5个周边钻孔。该勘察方法成本较高，工期长。

（3）一桩一孔钻探与工程物探结合：每桩布置一个钻探孔与管波探测法或跨孔 CT探测法等工程物探[3]结合进行综合勘察，钻探与工程物探成果相互印证。该勘察方法准确性较高，成本低、工期短。

图1为几种勘察方法的探测范围示意图。表2为某工程几种勘察方法的比较。

图1 几种勘察方法的探测范围示意图

设计中对“一桩多孔钻探”与“一桩一孔钻探与一管波物探结合”勘察成本进行了比较。如某工程有800根钻孔灌注桩，平均桩长30 m，钻孔按每米200元计，管波法按每桩2 000元计。 方案一：采用“一桩四孔钻探”需勘察成本1 920万元；方案二：采用“一桩一孔钻探与一管波物探结合”需勘察成本640万元。方案二比方案一节省1 280万元，经济性较好。

勘探孔深度应不小于岩溶底面以下桩径的3倍，并不小于5 m。桩基施工前对没有勘探孔或桩底情况还不明确的桩应进行补钻孔、加钻孔或桩底超前钻孔。对于大直径、无地下集水、埋深较浅的挖孔桩可采用孔底地质雷达探测，其深度能达到桩底下10 m左右，分辨率50 cm左右。

勘探岩土层可分为土层、岩溶发育段、软土夹层、溶蚀裂隙发育段、节理裂隙发育段、完整基岩等，其中土层、岩溶发育段、软土夹层、溶蚀裂隙发育段不能作为端承桩的持力层。

在徐州、江西、临沂等多个岩溶地区桥梁设计项目中采用“一桩一孔勘探与一管波物探结合”勘察方法。图2为徐州某桥梁工程的钻孔柱状图与管波探测法结果。另外，在江西某大桥工程岩溶特别发育区域还增加了跨孔CT物探，探测两个钻孔之间面状区域（切片）的岩溶状况。图3为该桥跨孔CT探测法图像。

3 设计要点

在岩溶地区开展桥梁设计前，设计人员首先应收集当地地质调查资料，了解当地岩溶特点及岩溶基础设计、施工经验和主要处理方法，分析地质勘察报告，因地制宜采取对策。设计中应采取“避开特大溶洞、处理小溶洞”基本原则，道路选线应尽量避开岩溶特别发育区域，根据地质勘察报告优化桥梁跨径布置，尽量不在岩溶分布复杂部位布墩，以减少岩溶地基的处理成本。

（1）桩基承载力计算

地基提供的桩基承载力由覆盖层桩侧摩阻力、岩层桩侧摩阻力与岩层桩端承载力三部分组成。桩基可采用端承桩或摩擦桩。

a.当桩基穿过串珠状溶洞区段，岩层的桩侧摩阻力的有效性不能确定时，不宜计入该区段岩层桩侧摩阻力，可以作为安全储备。

b.当桩基持力层下卧岩层存在薄弱层，其厚度不能达到桩径的3倍并不小于5 m时，岩层端承载力不宜计入。有些工程采用桩端注浆加固薄弱层，并计入岩层端承载力，需重视注浆工艺，并验证注浆效果。

表2 某工程几种勘察方法比较

图2 钻孔柱状图与管波探测法结果

图3 跨孔CT探测法图像

c.当岩溶极其发育、地下水较丰富，施工清底难以保证时，可考虑忽略桩端承载力的作用。

d.当覆盖层较厚，且岩溶地质特别发育，难以找到合适持力层时，可以采用群桩基础，桩基不进入岩层，按摩擦桩进行设计。

e.当岩层起伏较大可以采用长短桩，但相邻桩桩长差别一般不宜大于桩距。当桩基布置在倾斜岩面上时，宜适当加大桩长，保证桩基全断面嵌岩。长短桩布置各桩刚度差异很大，在桩基结构受力计算时应予以考虑。

（2）岩溶顶板稳定性验算

对于端承桩桩底需置于满足规定厚度的完整基岩上。岩溶顶板稳定性与桩端反力、岩溶顶板跨度、厚度及力学性能等有关。一般地区溶洞跨度小于6 m，岩溶顶板厚度应不小于桩底面以下桩径的3倍并不小于5 m，同时还要适应当地的地质条件，满足当地规范要求。

对于岩溶特别发育地区，有可能存在跨度6 m以上的大溶洞。设计时，需根据地质详勘报告，掌握岩溶几何形状与力学性能等数据，通过计算分析检算顶板厚度。一般按简支梁、悬臂梁、两端固结梁三种形式计算顶板厚度，取最大值。

4 施工对策

岩溶地质变化较大，地质勘察往往不能全面反映，所以要重视施工过程的控制与动态设计工作。施工时应做好钻孔桩成孔过程的记录，关注钻孔钻进时间与速度、泥浆面的变化、钻孔渣样、周围地面的沉降等，分析岩土层是否与地质报告相吻合，终孔前应组织监理、施工、地质、设计等专业人员进行验槽。如发现地质情况与勘察报告不一致或异常,应及时采取处理措施，调整桩基设计。桩底沉渣厚度的控制也是施工关键，宜采用气举反循环等清孔工艺。

近年来，我国交通基础设施建设快速发展，岩溶地区桥梁桩基施工技术水平也得到很大提高，积累了很多实践经验。对岩溶地质主要有以下几种处理方法：

（1）投入片石与黏土挤密：对尺寸较小的岩溶，普遍存在桩基成孔过程漏浆现象，可投入片石与黏土至溶洞顶面1 m以上，反复冲砸挤密形成稳定的孔壁。

（2）预注浆加固：对尺寸较小且为封闭的溶洞，当溶洞内充满填充物，但不能保持成孔时孔壁稳定时，可在成孔前对孔壁周围填充物进行预注浆加固，达到孔壁稳定；当溶洞内无填充物或部分有填充物，可以在溶洞内先填充砂土或碎石，然后对孔壁周围填充物进行预注浆加固。

（3）设置钢护筒：当岩溶尺寸较大、溶洞层数较多或成串分布时，以上两种方法往往不能适应。可以采用一个或多个钢护筒跟进至溶洞底部，投入黏土与片石挤密钢护筒底部或灌注水下混凝土，使成孔不漏浆。钢护筒与岩壁及多个钢护筒间隙需灌注水泥浆，以保证桩侧岩土体抗力。

5 结语

岩溶地质千变万化，做好勘察工作是确保桥梁桩基安全的基础。在岩溶地区采用“一桩一孔钻探与一管波物探结合”勘察方法，钻探与工程物探成果相互印证，准确性相对较好，且是较经济的勘察方法。岩溶地区桥梁桩基设计没有固定的方法，设计人员应分析地质勘察成果，结合当地的经验，因地制宜做好设计工作。桩基施工中应重视过程控制与动态设计工作，及时采取施工对策。

[1]GB 50021-2001（2009版），岩土工程勘察规范[S].

[2]上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.岩溶地区桩基勘察、设计和施工关键技术与示范应用研究报告[R].上海：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，2015.

[3]李学文，饶其荣.设计、勘察、检测规范在岩溶区桩基方面的矛盾与解决方法[J].建筑监督检测与造价，2014（2）：30-33.

河北省高速公路82对服务区建起充电站

为适应新能源汽车日渐增多的需要，河北省高管局加快新能源设施特别是电动汽车充电站的建设，目前已在河北省高速公路82对服务区中建设了163座充电站。

在京沪高速青县服务区，可以看到4个加油机模样的机器已安装到位，上面写有“国家电网”字样，这就是该服务区刚投入使用的电动汽车充电桩。这些充电桩均为快充桩，十几分钟就可为车辆充满电。

目前河北省高管局已在高速公路82对服务区中建设了充电站，并开通了人工预约充电、用户自助充电和手机APP模式充电三种方式。

U443.15

B

1009-7716（2017）04-0100-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.029

2017-02-09

卢永成（1965-），男，上海人，教授级高级工程师，从事桥梁设计与科研工作。