粤西岩溶区桥梁桩基综合勘察技术的应用

2020-06-20姜国正秦伟

工程建设与设计 2020年9期

关键词：溶洞灰岩风化

姜国正，秦伟

（中交第四航务工程局有限公司，广州510290）

1 工程概况

1.1 榄根1 号桥设计情况

榄根1 号桥右幅全长728m，上部结构为18m×40m 预应力混凝土（后张）先简支后结构连续T 梁。其中，右幅6 号墩下部结构采用2.2m×2.2m 方柱墩，承台采用工字形承台，基础采用直径1.6m 桩基础，桩长35m，为嵌岩桩。

1.2 揽根1 号桥勘察情况

项目前期对于岩溶严重发育地区如榄根1 号、2 号桥采取逐桩勘探。榄根1 号桥右幅6 号墩共布置了4 个详勘孔，其中XQSZK236 及QSZK772 为前期详勘布孔，QSZK1428 及QSZK1429 为后期逐桩钻孔布置的详勘孔。除6-1 详勘孔离桩基中心距离为2.45m 外，其余均位于桩基范围内。勘探结果如下：

1）6-1：孔号QSZK772，地质情况：0～8.7m 碎石土，8.7～10.1m 强风化灰岩，10.1～11.3m 中风化灰岩，11.3～42.4m 串珠溶洞，42.4～44.0m 中风化灰岩，44.0～52.2m 强风化砂岩。

2）6-2：孔号QSZK1428，地质情况：0～2.5m 粉质黏土，2.5～20.2m 碎石，20.2 ～20.3m 中风化灰岩，20.3 ～21m 溶洞，21 ～46.4m 中风化灰岩。

3）6-3：孔号QSZK1429，地质情况：0～5.1m 粉质黏土，5.1～12.2m 碎石，12.2～45.8m 中风化灰岩。

4）6-4：孔号XQSZK236，地质情况：0～1m 粉质黏土，1～12.4m 强风化砂岩，12.4～12.9m 中风化灰岩，12.9～17.3m 溶洞，17.3～17.9m 中风化灰岩，17.9～20.2m 溶洞，20.2～48.6m 中风化灰岩（溶蚀发育）。

6-1 钻孔结果显示岩溶较发育，溶洞与灰岩隔层分布较为规律，从高程224m 处见岩，到高程189m 处均是中风化灰岩（中间夹有分层溶洞），下卧层（高程189m 以下）为强风化砂岩。其余3 个钻孔详勘结果显示岩溶不发育，最深入岩的6-4桩钻孔（XQSZK236），入岩高程为212m，一直到高程184m 处均为中风化灰岩，中风化灰岩最薄厚度也有25m，岩层分布情况相对稳定，适合作桩基的持力层。

1.3 揽根1 号桥施工情况

榄根1 号桥右幅6-2 冲至标高209.919m 时捞取中风化渣样，比中风化分界高程211.9m 迟差1.981m；冲至标高206.719m 时冲进速度增快至0.25m/h，至201.919m 时恢复为0.15m/h，终孔孔底标高198.419m，实际孔深为35.181m。冲进捞取渣样情况与设计基本相符。计算混凝土方量为72.4m3，实际浇筑方量为108m3，扩孔系数异常，经查看水下混凝土原始记录，在桩基浇筑过程中24～30m 处混凝土面上升异常，疑似扩孔，施工单位在保证导管埋深的情况下顺利完成浇筑。

1.4 6#墩其余桩基施工情况

1）右6-1：榄根1 号桥右幅6-1 设计桩长35m，冲进过程中19～31m 有溶洞发育，根据详勘资料，原设计终孔标高198.6m 处于串珠状溶洞区域，经设计、监理、项目公司现场踏勘后决定将桩长延长14～49m，并以摩擦桩终孔。计算混凝土方量为98.5m3，实际浇筑方量为134m3，浇筑过程中0～7.5m 处混凝土面上升异常。

2）右6-3：榄根1 号桥右幅6-3 设计桩长35m，冲进过程中无溶洞发育。计算混凝土方量为70.4m3，实际浇筑方量为104m3，浇筑过程中13.5～16.5m 处混凝土面上升异常。

3）右6-4：榄根1 号桥右幅6-4 设计桩长35m，冲进过程中23～30m 有溶洞发育。计算混凝土方量为70.4m3，实际浇筑方量为156m3，扩孔系数异常，经查看水下混凝土原始记录，在桩基浇筑过程中5～30m 处混凝土面上升异常。

2 取芯与补勘

2.1 桩基检测的桩基取芯

根据项目《桩基检测管理办法》要求，榄根1 号桥6 号墩为群桩，需随机抽取1 根抽芯检测。抽芯单位随机对榄根1 号桥Y6-2 桩基进行桩基抽芯检测，根据规范要求，桩径为1.6m，钻孔数量为2 个，两抽芯孔中心间距40cm。

抽芯结果如下：

1）取芯孔Y6-2-1：0～36.8m 灌注混凝土，36.8～37.77m 中风化灰岩，37.77～43.04m 泥岩；

2）取芯孔Y6-2-2：0～36.8m 灌注混凝土，36.8～43.56m 泥岩（取芯量极少）。

根据抽芯结果，桩身完整性为I 类桩，但桩基持力层对比地质勘探钻孔差异很大，6-2 桩持力下卧层存在溶洞，不能满足端承桩的持力层要求。

2.2 补勘钻探方案

发现6-2 桩持力层情况与原地质勘探结果差异大的情况后，决定实施地质补勘工作，探明6-2 桩基底部溶洞规模以及6-3、6-4 桩基持力层厚度情况。

补勘方案：6-2 桩周钻探2 个孔，边缘对角1m 范围内各钻进1 个孔，抽芯孔继续钻进，6#墩其他3 根桩外侧各钻1 个孔。

2.3 补勘钻探成果

补充钻孔ZK6-2-1 取芯情况：0～1.4m 含砾粉质黏土，1.4～10.5m 碎石，10.5～36.2m 灌注混凝土，36.2～37.3m 破碎中风化灰岩（37.2～37.3m 溶蚀），37.3～45.8m 含砾砂岩，45.8～60.9m 强风化泥岩（部分可见层理现象，为非溶洞现象）。

补充钻孔ZK6-2-2 取芯情况：0～0.9m 含砾粉质黏土，0.9～9.5m 碎石，9.5～40.3m 中风化灰岩，40.3～45.1m 含砾砂岩。抽芯孔其一继续钻进至61m，未钻取岩芯。

补充钻孔ZK6-1 取芯情况：0～3.0m 含砾泥质砂岩，3.0～15.0m 碎石，15.0～35.7m 中风化灰岩夹破碎中风化灰岩，35.7～45.0m 含砾泥质砂岩。

补充钻孔ZK6-3 取芯情况：0～2.1m 含砾泥质砂岩，2.1～11.0m 砾岩夹碎石，11.0～37.3m 破碎中风化灰岩，37.3～45.3m泥质砂岩。

补充钻孔ZK6-4 取芯情况：0～2.2m 含砾粉质黏土，2.2～21.9m碎石，21.9～40.7m 破碎中风化灰岩，40.7～45.3m 含砾砂岩。

补充钻孔ZK6-2-1 显示，层深10.5～36.2m 芯样为混凝土，该孔位离孔桩（6-2）边距离为50cm，而施工过程没有出现大的漏泥浆情况，中风化灰岩地层冲孔一般的扩孔不会达50cm 宽，说明该处可能存在充填大溶洞，高度达26m。

补充钻孔5 个孔及2 个抽芯孔，一共7 个补充钻孔，入岩最深的是补充钻孔ZK6-4，入岩高程为211.4m，中风化灰岩层底高程最深的为192.6m，各补充钻孔中风化灰岩层底深度分布在35.7～40.7m，以下为砂岩，该处的地层分布较为平缓，没有很大的地质突变。

3 管波法探测

在钻孔补勘完成后，为准确探摸清楚6-2 桩持力层的地质情况，选取芯孔Y6-2-1 进行管波法探测，管波法探测的有效半径为2m 以内【1】。管波法成果显示，桩深36m 以下2m 半径范围内没有中化风灰岩层，都是软弱围岩。

1）桥桩6-2 前后合计钻孔5 个，除原详勘孔中风化灰岩层底深度达46.4m（以下没钻孔揭露岩性）外，其余的补钻孔及取芯孔（含管波法探测成果）中风化灰岩层底深度分别为36.8m、37.2m、40.3m、37.7m，而分布范围直径约3m，灰岩层底变化较缓。若考虑原详勘孔，则在详勘孔处有突变，与地层的整体分布情况较为异常。

2）补充钻孔ZK6-2-1 钻进过程中10.5～36.2m 处取混凝土，鉴于桩基冲进速度及浇筑混凝土时24～30m 处疑似扩孔，可推断该桩24～30m 处疑似存在岩溶发育。

4 弹性波CT法

为进一步探明该墩台区域灰岩发育情况及规模，采用跨孔弹性波CT 法，跨孔CT 平面布设结合已有钻孔资料，探测桥墩基础场地范围内灰岩的位置、规模和埋深【2】。

根据现场勘探工作的需要，在6 号墩台区域布置2 个60m 深的钻孔ZK6-2-1 和ZK6-2，3 个45m 深的钻孔ZK6-1、ZK6-3 和ZK6-4，共进行5 点6 组跨孔CT 的探测。重点获取桥桩6-1、6-2 沿线及桥桩6-2 北侧的灰岩发育情况。

钻孔与跨孔CT 平面布设详见图1。

根据跨孔CT 探测所测的6 个钻孔和6 条测线跨孔CT 检测波速影像揭示的成果进行分析，在探测剖面有多个溶洞、岩溶发育区，分布范围广，部分剖面的单个溶洞规模较大。溶洞范围内CT 探测结果纵波波速一般为1 200～2 400m/s，可推断溶洞为半充填或充填性溶洞，且充填物以软塑状粉质黏土为主，部分夹杂微风化碎块。