牛角口融江特大桥岩溶发育特征及因素分析

魏见海，秦秋文，滕金勇

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

岩溶地区复杂的岩溶发育情况可能对高速公路项目的勘察设计与施工造成危害，因而越来越受到业内的关注。岩溶发育程度与岩性、地质构造以及水动力作用有着密切的关系，给高速公路建设带来巨大的安全隐患[1-2]。如何解决岩溶发育地段对高速公路建设带来的困难，是当前面临的重大地质难题之一。本文以融水至河池高速公路K4+454牛角口融江特大桥工程为依托，对桥址区岩溶发育特征及主要因素进行分析，得出岩溶发育规律，为该桥梁设计及施工提供合理建议。

1 工程概况

K4+454牛角口融江特大桥是融水至河池高速公路的控制性工程，桥梁跨越融江，采用(4×40)m+(90+160+90)m+(2×40)m预应力混凝土(后张)连续箱梁，先简支后连续预制小箱梁；桥墩采用墙式墩、矩形盖梁柱式墩、L形盖梁柱式墩，桥台采用桩柱式桥台、肋板式桥台；基础采用钻孔灌注桩基础，拟建桥长为589.00 m，桥宽为29.50 m。

2 工程地质条件

该区域地貌形态表现为溶岭谷地，桥位区微地貌表现为融江河谷阶地地貌。该阶地较平坦，河谷呈“U”字形，岸坡坡度较大。

根据工程地质测绘及钻探揭露，桥址区覆盖层主要为第四系冲洪积层(Q4al+pl)黏土及卵石，下伏基岩为石炭系下统岩关阶上段(C1y3)深灰色中厚层细-微晶石灰岩，河床大部分地段基岩出露。场地主要构造有融水-和睦复背斜，桥位区位于该复背斜东翼，处于次级向斜核部，该次级向斜轴呈南北走向，两翼岩层倾角缓，岩层产状稳定。区域地质简图如下页图1、图2所示。

图1 区域地质简图

图2 区域地质横断面简图

桥址区地震基本烈度为Ⅵ度，无活动断裂带通过，区域地壳稳定。

桥梁跨越融江，河面宽，流量受季节变化影响较大，常年水量大。桥址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水。松散岩类孔隙水赋存于卵石层孔隙中，属强透水层，水量大，富水性较好，分布连续，有统一地下水位，水位基本与融江相平，两岸阶地水位略高，向下渗透转化为碳酸盐岩裂隙溶洞水；碳酸盐岩裂隙溶洞水埋藏于场地内的石灰岩溶蚀裂隙中。地表水与地下水联系密切[3]。

3 岩溶发育特征

根据桥梁勘察成果，桥址区除主墩5#墩及6#墩外，其余墩台的第四系覆盖层埋深>15 m，溶洞、溶蚀裂隙等岩溶现象普遍常见，溶洞内多充填有第四系冲洪积砂砾及卵石等强透水层土体，少量溶洞无充填。根据《公路工程地质勘察规范》(JTGC20-2011)，桥址区除主墩5#墩及6#墩外，均属浅覆盖型岩溶，主墩5#墩及6#墩属裸露型岩溶。岩溶形式均为地下隐伏溶洞。

该桥址岩溶发育在平面表现为：本次勘察除0#台以外，其余墩台钻孔均揭露溶洞，融江两岸墩台1#墩、2#墩、7#墩至9#台溶洞分布较少，河床墩台3#墩至6#墩分布较多，钻孔遇洞率为74.5%，桥梁各墩台揭露溶洞数量情况如下页图3所示。

图3 各墩台揭露溶洞数量分布柱状图

该桥址岩溶发育在垂向表现为：溶洞呈顶板及底板厚度小的串珠状沿垂向发育，大部分发育深度在基岩以下10 ～15 m，分布高程为70～90 m，个别墩台溶洞发育深度超过基岩面15 m，分布不连续，洞高一般为0.80～2.50 m，最大洞高为10.5 m，其中大部分洞高较大的溶洞分布于3#墩至9#台，总溶洞高度为142.87 m，线岩溶率约为15%。溶洞大部分均有充填，充填物为软塑状黏性土、卵石或砂，仅少数为空洞。此外，一些岩芯沿节理面及层面亦可见有溶蚀现象。桥梁各墩台岩溶发育(溶洞底)分布情况如下页图4、图5所示。

图4 桥梁各墩台岩溶发育(溶洞底)等高线图

图5 各墩台溶洞底高程分布图

对各墩台岩溶发育程度详细的评价如表1所示。岩溶发育程度判别标准根据《广西岩土工程勘察规范》(DBJ/T45-066-2018)相关条文。

表1 各墩台岩溶发育程度评价表

综上所述，该桥址区大部分区域岩溶强烈发育。由于岩溶形态及分布复杂，对桥址区岩溶发育因素进行深入分析，对桥梁桩基设计、施工具有指导意义。

4 岩溶发育因素分析

根据岩溶发育的基本条件，结合区域地质及勘察成果，笔者认为该桥址岩溶强烈发育的主要因素有地形地貌、地层岩性(具有可溶性岩层)、地质构造(地下水有径流的通道)、地下水动力条件(有溶解能力及足够流量的水、地表水与地下水有水力联系)等因素。

4.1 地形地貌

在地貌形态上，区域地貌形态表现为溶岭谷地，桥位区微地貌表现为融江河谷阶地地貌。河谷受地表水冲刷，覆盖层很薄，部分地段河床基岩裸露，溶沟溶槽发育，石灰岩与地表水直接接触；河谷阶地堆积有较厚的砂砾石、卵石等透水性良好的土体，河谷周边地表水入渗，使地表水转化为地下水，实现水动力循环，为桥址区岩溶发育提供了有利条件。

4.2 地层岩性

桥址区基岩主要为石炭系下统岩关阶上段(C1y3)的深灰色中厚层细-微晶石灰岩，细-微晶石灰岩颗粒比表面积大，与地下水接触面积大，溶解速率较快，岩性对于岩溶发育是十分有利的。

4.3 地质构造

桥位区整体处于融水-和睦复背斜地质构造中，而桥址区正好处于该复背斜的一向斜核部。在向斜构造形成过程中，核部内侧岩层受到挤压，外侧岩层受到拉伸，往往发生类型不同、方位各异的裂隙，包括层间张开、层间裂隙、断层、节理、劈理等，在核部形成网状裂隙，两翼岩层发生错动而形成层间张开、层间裂隙，硬质岩在构造应力作用下易形成节理、劈理等[4]。这些构造裂隙不同程度地破坏了桥址区石灰岩的岩体完整性，增大了岩体渗透系数，尤其是核部网状裂隙最发育，为地下水在岩层中的径流提供了充分的条件，有利于地下水的存储及运动，加快了岩溶发育的速率，这也是河床3#墩至6#墩溶洞分布较多的内在因素之一。

4.4 地下水动力条件

根据区域地质和水文地质资料，桥址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水，且以碳酸盐岩类裂隙岩溶水为主。由于桥位区跨越融江，地表水水量大且流速快，与地下水有着非常密切的水动力联系。在融江两岸，地表水通过松散岩类孔隙水补给碳酸盐岩类裂隙岩溶水，沿向斜两翼石灰岩层间裂隙，向向斜核部渗流；而在河床地区，地表水直接补给碳酸盐岩类裂隙岩溶水，沿向斜核部纵横交错的网状裂隙向深部岩体不断径流向下渗透，构成了桥址区岩溶水不断循环的系统，加快了石灰岩的溶蚀速率。总之，融江两岸墩台比河床墩台溶洞高程总体较高，河床墩台3#墩至6#墩溶洞分布较多，这种现象与地下水动力条件密不可分。

综上所述，该桥梁桥址区岩溶发育程度主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水动力条件等4个方面的因素综合控制，岩性是内因，其余均为外因。其中，地质构造决定了地下水动力条件，这两者对岩溶发育起了关键性作用。

5 桥梁勘察设计与施工建议措施

该桥梁勘察过程主要以钻探为主，以能探明地基各岩土层分布、岩溶发育程度和桩端持力层满足桥梁设计要求为度，对于岩溶强发育的墩台，宜增加钻孔。在桥梁桩基础设计方面，建议同一墩台桩基础桩端穿过该墩台最下面一层溶洞，尤其是主跨5#墩、6#墩及引桥4#墩、7#墩，确保桥梁桩基础的安全可靠。在施工过程中，可采取物探及钻探相结合的手段进行施工勘察，比如管波探测法、桩底岩溶探测法等，进一步查明其余桩基础的溶洞分布情况。

桥梁桩基础施工主要以冲孔钻进为主，岩溶发育墩台的桩基础施工过程中可能出现漏浆、斜孔、串浆、串孔、卡锤、掉钻甚至地面塌陷等情况，严重影响现场施工人员、设备的安全。针对该特大桥岩溶发育情况，为保证成孔过程安全和成桩质量，可结合该桥梁桥址区岩溶发育规律以及施工中出现的岩溶问题，选取抛填片石、回填素混凝土、钢护筒跟进、局部地段注浆加固等措施进行岩溶处理[5]。

6 结语

(1)通过对桥址区钻孔资料、区域地质及水文地质条件的分析，总体上认为，桥址区的岩溶强烈发育，主要的岩溶形态为串珠状发育的溶洞，但极个别墩台岩溶弱发育。

(2)桥址区岩溶发育主要受地形地貌、地层岩性、地质构造及地下水动力条件等因素的综合控制，岩性是内因，其余均为外因。其中，地质构造决定了地下水动力条件，这两者对岩溶发育起到了关键性作用。

(3)建议在桥梁设计及施工时，根据各墩台岩溶发育程度区别对待，在桥梁桩基础施工过程中，应根据不同岩溶问题，采取相应的处理措施。