綜合勘察手段在巖溶區(qū)橋梁勘察中的應(yīng)用

1 前言

在開展巖溶地區(qū)的橋梁勘察過程中，由于巖溶的形成和發(fā)育過程是一個復雜多變且特殊的不良地質(zhì)現(xiàn)象，因此使得傳統(tǒng)、單一的勘探方法有著較為明顯的短板和劣勢，無法有效查明巖溶的空間分布以及其發(fā)展變化過程。所以，我們需要采用綜合勘察的手段，針對巖溶區(qū)的橋梁進行綜合勘察和分析，希望以此能夠提供具體可靠的地質(zhì)資料，并制定出較為安全、合理的設(shè)計方案[1]。

2 工程概況

本工程為福建某高速擬建橋梁的詳細勘察，橋梁位于樁號K75+584～K76+593處，全長1009m，橋面寬11.75m，最大橋高48.9m，上部結(jié)構(gòu)采用PC 連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)。橋址區(qū)表層為沖洪積溝谷的第四系沖洪積層（Q4al-pl），坡地為第四系坡積層（Qdl），下伏基巖為梨山組（J1L）的砂巖和經(jīng)畬組（C2j）的灰?guī)r，地質(zhì)條件極為復雜。該橋初勘時布置鉆孔4個，鉆探中均未揭示巖溶的發(fā)育狀況，但在周邊的地質(zhì)調(diào)繪過程中能夠見到溶隙、溶溝及地面塌陷的現(xiàn)象。由此可見，僅靠單一的鉆探手段無法詳細查明橋址區(qū)的巖溶發(fā)育情況及規(guī)律，在詳勘時我們應(yīng)當采用綜合的勘察手段查明巖溶發(fā)育的情況及規(guī)律。

3 綜合勘察手段的應(yīng)用

3.1 工程地質(zhì)調(diào)繪

在勘察過程中，準確的工程地質(zhì)調(diào)繪能夠從宏觀上對該地區(qū)的實際巖溶發(fā)育情況進行了解和掌握，并分析出其內(nèi)部發(fā)展的一些規(guī)律性變化，以此在接下來的勘察方法制定上，提出較為可靠的數(shù)據(jù)信息。在這個過程中，我們先充分利用橋址區(qū)的區(qū)域地質(zhì)圖對存在灰?guī)r的段落進行1∶2000的地質(zhì)調(diào)繪。調(diào)繪時，要詢問當?shù)氐睦洗迕癫χ苓呉延械拈_挖剖面進行逐一、詳細地調(diào)查。由此，我們發(fā)現(xiàn)近60年內(nèi)在橋址500m范圍內(nèi)出現(xiàn)了3次地面塌陷，2處已被回填繼續(xù)耕種，1處溪流有明顯的斷流，且順著地勢尋找1km以上，未見溪流重新流出；初步判斷該區(qū)域內(nèi)巖溶現(xiàn)象較為嚴重，如圖1為發(fā)現(xiàn)的溶隙、溶溝及地面塌陷情況。同時，初步得出該區(qū)域巖溶主要發(fā)育在橋址區(qū)中部的溪流附近，形成原因是場區(qū)兩側(cè)為山坡，中間地勢低洼，地下水由兩側(cè)坡地向低洼處排泄，形成了排泄通道，排泄過程中對經(jīng)畬組灰?guī)r中的可溶巖進行長期的熔解并由通道帶離，在漫長的溶蝕過程中形成了巖溶。

圖1 溶隙、溶溝及地面塌陷現(xiàn)象

3.2 物探

物探在查明巖溶發(fā)育的內(nèi)部的分布情況、形態(tài)變化方面，有著快速、便捷、較高的技術(shù)優(yōu)勢。在通過前期地質(zhì)鉆探及調(diào)繪的成果分析，場區(qū)灰?guī)r埋深相對較淺；并從高效、便捷等方面考慮，決定采用高密度電法進行勘察[2]。高密度電法的基本原理與常規(guī)的電阻率的技術(shù)方式有著類似的情況，它以巖土體的實際電性差異為重要的基礎(chǔ)，在發(fā)現(xiàn)一些地質(zhì)異常時，能夠較為準確的對其進行分析，是實現(xiàn)電探的一種技術(shù)方式。現(xiàn)場沿著橋梁縱向布置了2條測線，并在巖溶發(fā)育的段落垂直橋梁上橫向布置8條測線，成果見圖2。根據(jù)物探電阻率顯示，表層電阻率一般，厚度約5～15m，推測為耕植土、粉質(zhì)粘土、坡積粘土。第二層在測點CW2-6～CW2-8、CW2-11～CW2-13、CW2-18～CW1-20、CW2-23～CW2-25段存在低阻體，厚度約10～30m。這些低阻體規(guī)模較大，推測其為中風化灰?guī)r（溶蝕發(fā)育），低阻體顯示區(qū)域的實際溶洞較大。主要可能是由于溶蝕發(fā)育、富含地下水造成的。最下面一層電阻率隨深度逐漸升高，推測為較完整或完整的中風化石灰?guī)r。物探的成果進一步驗證了前期調(diào)繪的判斷，巖溶的發(fā)育段落已基本可以確定為橋梁的中部區(qū)域，并且初步推測出巖溶發(fā)育應(yīng)埋深10～30m處，為后期鉆孔的布置奠定了基礎(chǔ)。

圖2 高密度電法成果圖

3.3 鉆探

根據(jù)設(shè)計橋墩臺布置以及巖溶的發(fā)育情況，共布置鉆孔73個（圖3鉆孔平面圖），特別在推測巖溶發(fā)育的段落采取了逐樁鉆探，同時還進行了原位測試和原狀樣、擾動土樣、巖樣及水樣的取樣工作。鉆探過程中在預測的區(qū)域內(nèi)基本鉆孔都揭示有溶洞，溶洞大小在0.2～13m 不等。溶洞的充填情況也較復雜，部分為空洞、半充填溶洞，充填物有軟塑狀粘土、松散碎石、礫石等，成分較為復雜。鉆探完成后根據(jù)各個鉆孔的地質(zhì)情況繪制出工程地質(zhì)縱、橫斷面圖（圖3），在縱、橫斷面圖上可以直觀反映出場區(qū)鉆孔遇洞率在10～30%，場地的巖溶發(fā)育程度為中等，主要發(fā)育在橋梁的中部區(qū)域，且?guī)r溶主要發(fā)育在厚度約10～35.6m處，進一步驗證了之前地質(zhì)調(diào)繪及物探的判斷，說明我們所用的綜合勘察手段是合理、有效的。

鉆探技術(shù)在地質(zhì)勘察中應(yīng)用較為高頻，它的優(yōu)勢在于高效、直觀、精確。但是相對于其他地層的精度，由于巖溶的不規(guī)則、復雜性，使得在巖溶區(qū)鉆探時其精度會有所下降。因此，施工單位必須對前期地質(zhì)調(diào)繪及物探進行綜合分析和研究，掌握巖溶發(fā)育的初步情況，以此較為準確地判別地層分層、分界及巖溶，并進行相應(yīng)的掌握。

圖3 工程地質(zhì)鉆孔平面及縱、橫斷面圖

3.4 工程地質(zhì)原位測試技術(shù)及試驗

在鉆探過程中采用標準貫入試驗以及動力觸探試驗的方式，對其巖溶中的洞穴、土洞中的填充物進行相應(yīng)的原位測試分析，同時對填充物進行取樣試驗，能夠有效檢測巖溶充填物的巖土力學性質(zhì)指標。該項技術(shù)由于操作較為簡單，成本也相對較低，有著較高的性價比，因此得到了較為廣泛地使用。

綜合勘察手段在執(zhí)行時，前期的地質(zhì)調(diào)繪和物探為后期的鉆探精確布置奠定了基礎(chǔ)，后期的鉆探、原位測試及試驗又對前期工作進行了補充和驗證。各手段循序漸進、相互呼應(yīng)、綜合分析，從而查明場區(qū)巖溶發(fā)育的規(guī)律，確保了地質(zhì)資料的準確性[3]。

4 巖溶對橋梁施工的危害及措施建議

巖溶地段樁基雖然查明了樁端的持力層，但在施工時由于巖溶發(fā)育和巖溶水的作用，易出現(xiàn)孔壁坍塌、漏漿、偏錘、卡錘、掉錘、地面塌陷及灌注砼漏失等現(xiàn)象，進而影響樁基質(zhì)量、施工安全及周邊建筑物的安全。巖溶區(qū)的施工不僅改變了巖溶地下水的原有平衡，還易產(chǎn)生周邊地下水流失或涌出，造成施工區(qū)及周邊地面塌陷或鼓脹，影響施工及建筑物的安全。建議施工中相應(yīng)地采取加長護筒、加大泥漿比重、溶洞回填麻袋裝片石或干性砼等措施，并加強地面及周邊建筑物的觀測與監(jiān)測。

5 結(jié)語

綜上所述，綜合勘察手段在巖溶區(qū)橋梁中的實際使用進行分析的過程中，施工單位需要掌握各種類型的技術(shù)方式，同時還需要在勘察的過程中根據(jù)地質(zhì)的實際情況合理使用相關(guān)技術(shù)，以此為橋梁建設(shè)提供寶貴的數(shù)據(jù)資料。