巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁樁基優(yōu)化設(shè)計

劉旭 何毅

摘要 橋梁樁基設(shè)計和施工中，復雜溶洞對設(shè)計和施工進度，以及投資成本影響較大。文章結(jié)合廣東省某高速公路項目實例，通過開展橋梁樁基超前鉆探，并根據(jù)地質(zhì)鉆探資料對橋梁樁基進行優(yōu)化，總結(jié)了建設(shè)單位開展橋梁樁基超前鉆探在質(zhì)量安全和投資控制等方面的優(yōu)勢，為“投建營一體化”高速公路項目在巖溶發(fā)育地區(qū)技術(shù)管理工作提供參考。

關(guān)鍵詞 巖溶;樁基優(yōu)化;超前鉆探;投資控制

中圖分類號 U443.15 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0141-03

0 引言

巖溶是指可溶性巖石（大多為碳酸鹽巖）受化學溶蝕作用并加以沉積作用而形成的地表和地下形態(tài)的總稱[1]。中國巖溶地貌分布廣、面積大，廣泛的巖溶地質(zhì)災(zāi)害常常制約著工程建設(shè)。隨著工程建設(shè)的不斷推進，巖溶在道路交通工程的建設(shè)中很難回避[2]。在橋梁樁基設(shè)計和施工過程中，巖溶區(qū)橋梁樁基處理不當，會給橋梁施工和后期運營埋下安全隱患。在“投建營一體化”的環(huán)境下，巖溶問題可能導致工期延長和成本增加，造成不必要的浪費。

該文研究的廣東某高速公路項目位于粵西地區(qū)，項目區(qū)域地勢西北高、東南低，主要為平原、微丘地貌，其余為山地、丘陵、山間谷地地貌。項目內(nèi)多個橋梁位于灰?guī)r地區(qū)，巖溶發(fā)育，橋位區(qū)內(nèi)地層夾有溶洞，溶洞分布空間及深度具有一定的隨機性[3]。巖面埋深不一，強度不均勻，地質(zhì)情況變化較大[4]。結(jié)合項目巖溶區(qū)某橋梁的實踐經(jīng)驗，在施工前通過逐樁鉆探，查明橋梁樁基下方地質(zhì)情況，為現(xiàn)場施工提供準確詳盡的地勘資料。同時，結(jié)合施工安全和投資成本優(yōu)化橋梁樁基長度，指導巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁樁基施工，并總結(jié)建設(shè)單位開展橋梁樁基超前鉆探在安全質(zhì)量和投資控制方面的優(yōu)勢，為同類工程的投資建設(shè)提供參考。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概況

擬建橋梁左線ZK44+169.79/右線K44+136.7位于肇慶市小湘鎮(zhèn)，路線跨越低山丘陵、丘間谷地、種植地、村落、魚塘群、西江、國道G321、鄉(xiāng)道Y391、Y392、砂石路，交通便利，橋位兩端與路基相連。橋址區(qū)屬剝蝕丘陵坡地、侵蝕中低地貌區(qū)斜坡、溝谷地區(qū)微丘崗嶺地區(qū)，附近山巒起伏，山體較為龐大，地形起伏變化大。擬建橋梁雙向?qū)挾染鶠?5.5 m，墩臺徑向布置。橋梁分左右線設(shè)置：左線中心里程樁號為ZK44+169.796，起訖樁號為ZK42+940.796～ZK45+397.996，全長2 457.20 m，設(shè)計“孔數(shù)-孔徑”為5×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30 m;右線中心里程樁號為K44+144.700，起訖樁號為K42+915.700～K45+372.900，全長2 473.20 m，設(shè)計“孔數(shù)-孔徑”為2×28+4×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30。橋梁上部結(jié)構(gòu)擬采用預應(yīng)力混凝土小箱梁、T梁、剛構(gòu)箱梁，下部結(jié)構(gòu)擬采用柱式墩、薄壁墩、樁基礎(chǔ)，橋臺采用柱式臺、座板臺。主要研究位于陸地上巖溶區(qū)的橋梁南引橋，左線和右線設(shè)計“孔數(shù)-孔徑”均為47×30 m。

1.2 地質(zhì)概況

橋位處跨越丘前坡地和丘間谷地，基巖為泥盆系中統(tǒng)老虎坳組（D2l）砂巖、灰?guī)r組成。靠山處測得地層產(chǎn)狀338o∠50o。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖并結(jié)合鉆探、野外地質(zhì)調(diào)繪，綜合分析，橋位區(qū)沿西江底呈向斜構(gòu)造，其中灰?guī)r沉積較早，砂巖沉積較晚，在河床不斷被沖刷作用下，上部砂巖部分被沖刷掉，與灰?guī)r呈不整合接觸關(guān)系，新構(gòu)造活動跡象不明顯。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）中規(guī)定，計算出鉆孔溶洞率為26.9%，巖溶發(fā)育地層為下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)老虎坳組（D21）灰?guī)r，場地條件屬于巖溶中等發(fā)育區(qū)。橋址區(qū)在ZK44+290～ZK44+420

（孔SQK0115、SQK01101、SQK0117、SQK01103）、

K44+210～K44+340（鉆孔SQK0198、SQK0114、SQK01100、

SQK0116）段，溶洞埋深較大，厚度深，鉆孔最深處達80 m，均未揭露到溶洞底板，且底部溶洞均為全充填的可～硬塑狀粉質(zhì)黏土，考慮采用摩擦樁;其余地段發(fā)育的溶洞填充物質(zhì)松軟，溶洞頂板不能作為基礎(chǔ)持力層，應(yīng)穿過溶洞，以底板下穩(wěn)定基巖作為基礎(chǔ)持力層。橋址區(qū)揭露有人工填土層，局部分布于鄉(xiāng)村道路兩側(cè)，厚度較薄，對施工影響不大。

2 超前鉆探

2.1 超前鉆探的提出

項目內(nèi)多個橋梁位于灰?guī)r地區(qū)，在詳勘階段發(fā)現(xiàn)存在溶洞的現(xiàn)象。設(shè)計文件中提出巖溶區(qū)樁基施工前應(yīng)進行超前鉆，同時，對于沒有對應(yīng)鉆孔地質(zhì)資料的樁基，在橋梁樁基施工時，受地下結(jié)構(gòu)變化影響，鄰近鉆孔難以指導樁基施工，導致施工難度增加，還一定程度上造成工期延長和工程浪費。通過超前鉆探地質(zhì)資料，在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的情況下，可以通過設(shè)計人員對當前區(qū)域的樁基設(shè)計進行動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，盡量節(jié)約工程造價，有利于投資成本控制。同時，在橋梁樁基施工時也可以提供詳細的地勘資料，為現(xiàn)場人員判斷是否達到終孔條件提供參考，加快現(xiàn)場施工進度，確保橋梁樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為后期運營提供安全保障。

2.2 超前鉆探結(jié)果

根據(jù)巖溶區(qū)超前鉆勘察情況，發(fā)現(xiàn)橋梁區(qū)地質(zhì)條件較為復雜，在已完成的112個鉆孔中有多個鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞，其中部分樁基下方為串珠狀溶洞，沿橋梁橫向和縱向列舉其中16個鉆孔的溶洞發(fā)育情況詳見表1。

通過對布孔方案動態(tài)調(diào)整，驗證砂巖與灰?guī)r交界處地質(zhì)情況，確保超前鉆探資料的完整。通過對巖溶發(fā)育區(qū)域內(nèi)樁基進行逐樁鉆探，在已完成的82個超前鉆孔中有31個鉆孔的溶洞個數(shù)在2～8個，即呈串珠狀發(fā)育。溶洞多數(shù)全填充粉質(zhì)黏土，少數(shù)由粉質(zhì)粘性土和雜石充填，無空洞。鉆孔鉆遇溶洞時沒有漏漿現(xiàn)象，少數(shù)鉆孔遇溶洞鉆進時困難。對同一樁徑范圍內(nèi)在巖層面埋深、溶蝕孔洞發(fā)育狀況等方面存在較大差異。鉆探巖芯完整處呈柱狀、短柱狀，但巖溶發(fā)育處則破碎成碎塊狀，采芯率明顯偏低。

2.3 超前鉆探資料的應(yīng)用

在施工圖設(shè)計中，橋梁樁基建議根據(jù)超前鉆探資料動態(tài)優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)超前鉆探資料，設(shè)計人員對巖溶區(qū)橋梁樁基進行優(yōu)化，確保橋梁樁基質(zhì)量可靠。超前鉆探資料記錄概述了溶洞埋深、大小、填充物、鉆探時有無漏漿現(xiàn)象等內(nèi)容，建設(shè)單位和監(jiān)理單位可以根據(jù)鉆探資料，跟蹤巖溶區(qū)施工進展，對巖溶區(qū)的安全、質(zhì)量進行重點排查，確保施工安全和質(zhì)量。技術(shù)管理人員可以根據(jù)地勘資料審核樁基優(yōu)化調(diào)整方案，確保優(yōu)化方案的合理有效。施工單位根據(jù)上述記錄，分析溶洞連通性、有無地下暗河等。同時，根據(jù)超前鉆探地質(zhì)報告，在設(shè)計文件中明確建議在沖穿溶洞頂板時不能太快，應(yīng)采用低沖程以防突然漏漿而塌孔埋鉆、落距過大而斷絲掉錘，亦可保證樁孔圓順避免卡鉆及后續(xù)施工順利;若沖至大溶洞或相互有裂隙連通的小溶洞，則應(yīng)拋填入石塊、碎磚石、泥包然后低錘密擊，使碎磚石沖碎后填塞溶洞孔隙，堵塞泥漿串漏通道，同時向孔內(nèi)補充泥漿，避免泥漿面下降過多而塌孔;若施工時發(fā)現(xiàn)互相連通的大溶洞，可向孔內(nèi)拋入塊石，然后用低標號混凝土灌滿，待混凝土有一定強度后再行沖孔，亦可下鋼護簡阻斷溶洞連通性[5]?？傊Ｔ谑┕r應(yīng)嚴格對照超前鉆探資料，避免發(fā)生施工安全事故，及時與監(jiān)理人員、設(shè)計人員溝通，盡量避免不必要的成本投入。

3 建設(shè)單位超前鉆探的優(yōu)勢

3.1 方案的確定

由建設(shè)單位組織橋梁樁基超前鉆探，技術(shù)管理人員通過研究初測初勘和定測詳勘的地質(zhì)資料，對超前鉆探實施單位提交的鉆探布孔方案和鉆孔計劃進行嚴格審核，確保超前鉆探方案的合理性和有效性，同時避免布置不必要的超前鉆孔，影響整體鉆探進度和施工進度，造成工程浪費。此外，建設(shè)單位可以根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，對布控方案動態(tài)調(diào)整并綜合工期進度安排，合理把控超前鉆探進度，可以確保不影響現(xiàn)場施工。

3.2 質(zhì)量控制

超前鉆探成果質(zhì)量是影響橋梁樁基成樁質(zhì)量的因素之一，通過勘察單位、地勘監(jiān)理單位和建設(shè)單位三級管控，確保超前鉆探成果詳盡準確。在勘察單位選擇上，該項目選擇原有詳勘單位進行超前鉆孔，可以確保勘察單位的專業(yè)性，有利于統(tǒng)一對巖土的判別標準，減少溝通協(xié)調(diào)，便于設(shè)計調(diào)整。同時，原有詳勘單位對區(qū)域地質(zhì)及人文環(huán)境較為熟悉，可以快速開展工作，加快超前鉆探進度，避免影響現(xiàn)場施工。在地勘監(jiān)理的選擇上，通過原有的設(shè)計咨詢單位嚴格審核布孔方案，加強現(xiàn)場超前鉆探質(zhì)量管理，詳細上報地勘工作情況，確保超前鉆探結(jié)果真實、準確。此外，建設(shè)單位技術(shù)管理人員不定期現(xiàn)場查看，對超前鉆探工作進行有效監(jiān)督。

3.3 橋梁樁基動態(tài)設(shè)計

通過超前鉆探地質(zhì)資料，建設(shè)單位可以全面把控橋梁下方溶洞發(fā)育情況，統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計單位、施工單位對巖溶區(qū)橋梁樁基進行動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，更有利于投資成本控制。建設(shè)單位組織超前鉆探，可以確保地質(zhì)資料的真實準確，在“投建營一體化”項目中，有利于投資成本控制并確保后期運營安全穩(wěn)定。同時，建設(shè)單位組織超前鉆探可以充分協(xié)調(diào)設(shè)計單位和施工單位，加快橋梁樁基動態(tài)優(yōu)化進度，減少設(shè)計變更流程，更有利于項目整體推進。

4 結(jié)論

該文結(jié)合廣東省某高速公路巖溶區(qū)超前鉆探實例，從建設(shè)單位技術(shù)管理角度出發(fā)，根據(jù)“投建營一體化”項目建設(shè)特點，組織對項目巖溶區(qū)橋梁樁基進行超前鉆探，確定了各橋梁樁基下方地質(zhì)情況。高速公路項目建設(shè)單位應(yīng)全過程技術(shù)管理，通過組織超前鉆探，有利于提高參建各方對溶洞等復雜地質(zhì)情況的重視程度，全面統(tǒng)籌控制質(zhì)量安全和投資成本，加快設(shè)計優(yōu)化進度，為高速公路施工和后期運營提高安全保障。

參考文獻

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