岩溶地区公路桥梁工程勘察与桥基处理研究

师永翔

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 036000)

1 工程概况

某高速公路工程分布有岩溶区，尤其是桥址区，由于受到区域构造因素的影响，其岩溶十分发育。在岩溶区中，共设置了以下四座桥梁：1#桥梁，其中心桩号为K23+089，跨径组合为4×25 m，主体结构为预应力混凝土组合小箱梁；2#桥梁，其中心桩号为K24+205，跨径组合为13 m+20 m+13 m，主体结构为预应力混凝土空心板；3#桥梁，其中心桩号为K24+636，跨径组合为3×13 m+20 m+3×13 m，主体结构为预应力混凝土空心板；4#桥梁，其中心桩号为K25+292.5，跨径组合为22×20 m+3×35 m，主体结构为预应力混凝土组合小箱梁。

2 地质勘探

(1)物探。物探主要作用在于以最小代价在相对较大的区域内确定测区实际地质条件。以测区范围内实际工作条件为依据，结合工区范围内介质的主要特征，将高密度电阻率作为核心勘探方法。考虑到某些测线基岩实际埋深相对较大，该勘探方法很难同时保证深度与分辨率；而且很多段落的剖面长度很短，很难开展勘探，对此通过现场试验和对比分析，决定采用地震映像法进行勘探。在物探断面中，如果出现了低阻及杂乱无序的反射情况，则可断定为分布有溶洞。

(2)钻探。钻探的主要作用在于对物探成果进行直观验证，采用能量化的形式表示出溶洞具体位置与大小。钻探成果如下：ZKC62孔，深31.1 m，累计洞高3.3 m，岩溶率17.6%，4.5～7.8 m处分布溶洞，充填物为灰黄色含砾亚黏土；ZKC62-1孔，深27.8 m，累计洞高1.7 m，岩溶率9.0%，17.0～18.7 m处分布溶洞，充填物为含碎石亚黏土；ZKC64孔，深47.6 m，累计洞高2.6 m，岩溶率5.6%，23.9～24.5 m处分布溶洞，充填物为含砾亚黏土，35.0～37.0 m处分布溶洞，充填物为亚砂土；ZKC64-1孔，深33.0 m，累计洞高6.5 m，岩溶率40.6%，18.4～20.0 m处分布溶洞，充填物为褐红色软塑状含砾亚黏土，22.7～27.6 m处分布溶洞，无充填物；ZKC65-1孔，孔深24.0 m，累计洞高0.2 m，岩溶率2.2%，23.2～23.4 m处可见轻微溶蚀，可判定为溶洞分布；YZ158孔，孔深34.0 m，累计洞高2.7 m，岩溶率20.7%，21.5～24.2 m处分布溶洞，填充物为灰黄色黏性土角砾；ZKC66孔，孔深65.0 m，累计洞高18.1 m，岩溶率36.6%，27.5～32.2 m、33.4～36.0 m、39.0～43.4 m、46.0～48.0 m处均分布有溶洞，充填物以含砾亚黏土为主，此外还有25.1～27.5 m处和50.0～52.0 m处分布有无充填溶洞；ZKC67孔，孔深80.0 m，累计洞高17.5 m，岩溶率22.8%，26.2～26.8 m、33.6～36.6 m、37.5～40.5 m、41.1～45.1 m、46.0～48.2 m、49.2～51.0 m、58.0～60.2 m和62.0～62.7 m处均分布有溶洞，充填物以黏性土为主；ZKC68孔，孔深35.0 m，累计洞高6.9，岩溶率46.0%，20.6～22.5 m、23.0～25.0 m和25.5～28.5 m处均分布有溶洞，充填物以含砾亚黏土为主。

3 桩基设计与施工

3.1 桩基设计

(1)采用摩擦桩，在溶洞之上进行桩基的设置。当溶洞之上存在深度足够的持力层且不容易穿透溶洞时，可采用这一方案。以3#桥梁为例，在K24+585.0里程处，26.2～62.7 m深度范围内存在8个溶洞，洞高在0.6～4 m范围内。如果要穿透整个溶洞，进入到弱风化灰岩当中，是有很大困难的。对此，可将桩底放在28.0 m深度处，采用摩擦桩，桩底下部到第二段溶洞存在强风化灰岩层，设计成双柱双桩的形式，桩径为120 cm，经验证可满足承载力方面的要求。

(2)采用嵌岩桩，使桩基从溶洞中直接穿过，进入到弱风化灰岩层当中。当溶洞之上无可靠持力层或灰岩层的埋深相对较小时，可采用这一方案。以2#桥梁为例，在K24+238.9里程处的21.5～24.2 m深度范围内分布有溶洞，其充填物以黄色含黏性土角砾为主，溶洞的埋藏深度相对较浅，设计决定将桩基从溶洞中穿过，进入到弱风化灰岩层中，嵌岩深度按2.8 m控制，将桩底放在27.0 m深度部位，考虑到该溶洞的高度较小，而且存在填充物，所以施工难度相对较小。

3.2 桩基施工

(1)钻孔

①一般溶洞。钻孔即将达到溶洞顶部时，准备好直径在10～20 cm范围内的片石及黏土，并将黏土制作成直径为15 cm的球形。在钻孔与洞顶相距1 m后，开始降低冲程，采用短冲程与快频率进行冲击，直到溶洞顶部被完全击穿，避免由于冲程过长产生卡钻。将溶洞击穿以前，安排专人对钻孔中泥浆面产生的变化进行观察，如果泥浆面开始明显下降，应立即补水，并开始提钻，避免塌孔埋钻。之后以溶洞的大小为依据，根据1∶1的比例进行黏土与片石的回填，予以冲砸堵漏，在泥浆面达到稳定后采用正常的速度钻进。以此不断反复，确保钻孔顺利从溶洞中穿过。当溶洞中充填有淤泥或者是软弱黏性土时，在进入到溶洞之后需要在溶洞中回填片石和黏土的混合物，以此进行冲砸固壁。钻孔时如果发现孔斜，应立即按照相同比例回填碎石与黏土，回填到孔斜处0.5 m之上后重新开钻。

②大型溶洞。钻孔时采用护筒进行跟进，也就是先用直径相对较大的钻头进行冲击，在到达与溶洞顶部相距1.0 m的位置后，将护筒下入到钻孔底部，改用直径较小的钻头继续进行钻机，直到将溶洞顶部完全击穿，然后按照相同的比例回填片石和黏土的混合物，通过反复冲击将溶洞砸实，之后进行正常钻进。这一方案的控制重点包括：内护筒的位置应准确无误，且有足够刚度；将溶洞顶部击穿以后应尽快回填片石和黏土的混合物。

(2)混凝土浇筑

在混凝土灌注过程中，应准备足够的原材料和搅拌设备。考虑到溶洞所在部位使用了片石和黏土进行冲砸固壁，灌注时可能会由于混凝土有很大的重度导致混凝土进入到溶腔当中。对此，应适当减慢导管提升速度，增加实际灌注梁，直到将整个溶腔填满。如果施工前的准备工作不充分，混凝土供应不连续，或提管的速度太快，将产生断桩的现象。

4 结 语

综上所述，岩溶地区勘察工作要使用多种勘察方法，做到点面结合和相互验证，以此确定测区范围内具体地质条件。当必须在岩溶区进行桥梁建设时，应尽量避开岩溶较发育地区，并缩短桥梁长度，适当缩减建设的规模，以此降低地基处理难度。岩溶地区桥梁工程桩基设计过程中，要对溶洞具体分布位置进行充分考虑，以溶洞埋深与顶板厚度为依据，选择适宜的桩基类型，然后按照设计与相关规范的要求开展施工，保证桩基处理效果。