岩溶地区桥梁地质勘测与桩基施工探讨

'岩溶地区桥梁地质勘测与桩基施工探讨□黄天文摘要:从S261线连南三江中桥桩基施工中出现的问题出发,结合岩溶地区地质发育形态,分析桩基的地质勘测,设计与施工中应当注意的问题,确保施工安全。关键词:岩溶地质;勘测;桩基;设计;施工前言广东省粤北地区处于南岭山脉北段,构造上属华南褶皱带一部分,地势北高南低,连绵起伏,沟壑纵横,地形变化频繁。粤北山区是我国岩溶发育地区之一,岩溶的分布很广泛。由于构造带影响,一般出露的地层有第四系、石炭系、泥盆系等,岩性以灰岩、砂岩为主。现岩溶现象分布比较普遍。岩溶发育区具典型的南方裸露型岩溶地貌特征,以峰丛洼地与谷地的岩溶地貌为主,峰林、乳丘簇立,溶蚀洼地、漏斗、谷地呈串珠状沿构造线展布,溶沟、溶槽及石牙和地下岩溶(溶洞、暗河)发育。局部段溶洞特别发育,规模大,具成群出现、多层分布之特点。地下水属岩溶水类型,补充量大。在岩溶地区进行桥梁桩基施工颇有些难度。由于种种原因,尽管施工前各勘测阶段对本项目岩溶地质问题进行了不同程度的研究,但仍不能满足基础施工时对场地内影响桥梁施工与安全岩溶情况了解的需要。确切地说,设计图纸提供的地质资料关于墩台或桩基处岩溶的发育特点、洞穴规模、充填物性状及富水程度等不能完全满足指导施工的要求。现就清远市S261线连南三江至水足塘段改建工程中的三江中桥施工实例进行有关探讨。钻。在2008年2月对未开工的10条桩进行了前后左右的地质复查,发现该桥的地质情况特别复杂,如1号墩,见图:二次钻探表明,该段地质情况是第四系土层的厚度、强度、工程特性变化较大,一号台及4号台岩面均面下游倾斜,桥位基底溶槽凹陷地貌发育,岩石面倾斜较大;地表水地下水在枯水、丰水季节交替补给迳流,地下水在强透水层内基础砼有弱腐蚀性。地基中主要土层、岩层地下水丰富。桥址工程地质条件复杂。地质二次钻探后根据已查明的地质实际,建议:(1)桥位各桩台,采用钻(冲)孔灌注桩基础类型。桩端持力1工程概述S261线连南三江至水足塘段二级公路路线全长21.58km,路基宽度12m,设计速度40km/h,路线设有中桥二座,涵洞58道,按山岭重丘二级公路技术标准设计。全线位于广东省连南县三江以南,地势较平坦,多属河流堆积地貌,发育河床、河滩及一级阶地。其余大部分为岩溶(喀斯特)地形地貌,沿线地形起伏较大,大多基岩出露较好。路段内及周边地层结构较为复杂,以石炭系(C)灰岩为主,局部为上泥盆统(D3)白云质灰岩,第四系冲积层、冲坡积层主要分布于地形较平坦的河流冲蚀堆积的盆地及山间洼地。层宜放在微风化完整白云质灰岩带内,桩端应全断面入该岩带内,并确保桩底以下微风化完整白云质灰岩带厚度大于3倍的桩直径。同时应充分考虑至桥址基底为溶槽凹陷地貌,浅部岩体裂隙发育以及强度各向异性的特点,要有足够的嵌入长度和安全储备。(2)桩基础施工时,应全程使用优质浓泥浆护壁。桩基础穿越漂石卵石和溶洞时,宜用较少沉淀的优质浓泥浆或其他有效的方法(必要时下钢护简)保护桩壁,确保桩基础施工的安全。(3)施工中如发现桩孔内的地质,与地质钻探提供的地质情况出入较大时,应进行再补充工程地质的勘察。通过二次钻探,合理布置地质补钻方位及钻孔深度,充分估计地质变化因素。并以地质资料为依据改进钻桩施工工艺,根据不同的地质条件严格控制泥浆的各项指标,确保桩基的顺利施工。地质勘察清楚了,可加快施工进度和确保工程质量,在三个月的时间完成了6条桩,同时通过检测达到Ⅰ类桩标准。由此可见,地质勘探的二次钻探对工程进度及质量的重要影响性,同时对桩基的保护层深度就有了具体的数字可依了,对指导施工有着深远的影响。2地质钻探三江中桥位于连南县城三江镇内,原两阶段施工设计图设计上部构造采用18m+22m+22m+18m普通钢筋混凝土现浇箱梁,下部构造采用独柱墩和双柱墩配桩基础,重力式桥台扩大基础。设计时已钻探6个钻孔。因考虑到连续梁的施工难度和当地水文条件情况对于该种构造施工不利的因素,于2007年9月进行了变更设计,变更为预应力空心板桥,总长80m,设4跨共5个墩台,桥台为也同时变更为桩基础。于2007年10月份开始按进行施工,在施工过程中经常出现偏孔和漏浆现象,经过三个多月的艰苦奋战,仅完成了3-2#桩和2-1#桩.特别是2-1号桩在清孔时清的全部是河砂,导致漏浆和塌孔,溶洞的走向不明,加上施工超前钻只能在桩位以外进行地质层的揭示,从某种意义上来说,勘探资料无法提供准确的地质分布状况,正是这种模糊的参考资料,造成施工中极大的盲目性。所以管理处结合实际操作情况,决定对三江中桥进行地质补3溶洞桩基地质灾害分析(1)岩溶区桩基施工的主要病因:一是覆盖层主要为易垮塌的流塑状淤泥和流砂;二是灰岩本身存在未充填的裂隙、溶洞。当桩基施工至溶洞、裂隙处时,孔内泥浆迅速渗漏,如补浆不及时,上部覆盖层由于护壁失稳而极易垮孔,严重者造成大规模地面沉陷。(2)由于溶洞及溶蚀发育,导致岩面起伏不平,有时甚至在桩径范围内亦出现有半边岩,冲桩过程中经常出现斜孔、卡锤、214广东科技2008.08.总第194期 专栏路桥、航运与交通掉锤或冲锤开裂破坏等现象。塌事故。用此种方法成功施工桩基6条。(2)特大型溶洞的处理:对于特大型溶洞(溶洞厚度一般大于8m)或者多层溶洞,当覆盖层为厚层易垮的流砂或淤泥层时,并且在超前钻孔时出现严重漏浆时,采用单层、两层或三层钢护筒跟进至孔底的施工方案成孔。4设计需注意事项(1)针对桩位下较深范围内,有密集形溶洞和完整岩性埋置较深的情况,或者溶洞分布较浅、顶板较薄无法满足嵌岩桩要求时,可考虑采用摩擦桩,并应考虑基础的不均匀沉降。(2)岩溶地区的岩石裂隙发育,赋存丰富的裂隙水和岩溶水,桩基施工可能会出现渗水、漏浆,桩底沉淀土难以清除,在设计中应不计桩尖抗力的作用,以保安全。(3)对于采用的嵌岩桩,因为公路桥规对桩底以下完整基岩的厚度,均未作规定。而采用物探方法仅能探明4～5m深的范围,给岩溶地区桩基的设计带来一定的困难。因此,要结合实际情况,采用适当的桩基形式和计算方法。(4)在初部设计阶段,应采用钻探与物探相结合,通过物探,对整个场地的地质有了较全面的了解,初步探明地质异常区,再与钻探相结合,对指导地质判断,合理布置钻孔、减少钻探工作量等方面能起到良好的作用。由于岩溶发育规律性不强,加上钻探本身也存在较大的局限性,初勘阶段的工作重点应放在探明岩溶发育强度及分布规律上,而不要过多地考虑桥梁桩基的具体位置。建议在岩溶发育地区,应根据桥梁跨径、岩层分布等情况选择合适的物探方法进行补充勘探,以做到经济、合理、安全、可靠地探明桩位处的地质,确保工程安全。7溶岩地区桩基施工体会(1)对于上覆土层较厚、地下水较丰富的摩擦桩,采用钻孔法为宜。对于嵌岩桩,当嵌岩不深,且需穿透溶洞时,应采用冲抓锥或冲击实心锥为宜。(2)上覆土层较厚,其大部分为松散的砂土,含水量大,有轻度砂土液化现象,地下水埋深较浅,施工时易塌孔,应加大泥浆比重。但终孔后应对泥浆进行稀释,以便彻底清孔。(3)由于溶洞桩基施工过程中地质条件具有不可预见性、复杂性、危险性,对于操作工人来说更不易直观地认识和把握,因此,在每一根桩基施工前,技术人员首先认真分析勘察地质报告,必要时应补充超前钻探,进一步探明溶洞分布情况,准确作出地质预报,并根据地质预报初步确定溶洞处理方案和施工工艺。8结论在岩溶发育地区应采用钻探与物探相结合,对地质有了较全面的了解之后,再进行设计。从该工程的顺利实施可以看出,详细的地质勘探,对确保桥梁桩基工程质量,加快进度,缩短工期,确保桥梁安全,提高经济效益十分明显。■5溶洞地质桩基的施工方法(1)常规成孔法:当溶洞内有充填物,是可塑或软塑的亚粘土,并且溶洞不漏水,这时不管溶洞有多大,也不管溶洞垂向数量多少,都可以不考虑溶洞的存在,而按照正常的地质情况施工。可以采用人工挖孔或冲击钻成孔。S261线连南三江至水足塘段G107跨线中桥采用人工挖孔,按正常的地质情况施工。(2)片石粘土筑壁法:溶洞内无充填或半充填,溶洞高度不太大,一般在3m以内,但存在严重漏水或半漏水,护筒内水头高度不能保持时,可采用片石加粘土(按1∶1体积比)回填冲击,使其形成泥石护壁。反复多次回填片石粘土,反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆为止。三江中桥2-1#和3-2#桩基就是采取这种方法成孔的,这也是个比较成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工时,钢护筒必须穿透砂砾及卵石层等透水层,坐落在不透水的亚粘土层上,这样可以防止由于溶洞漏水,水头高度急剧下降而造成的坍孔。在地下水容易控制的地质情况下,也可以采取人工挖孔混凝土护壁的方法施工,并且要穿透水层,坐落在亚粘土层上。(3)钢护筒跟进法:溶洞较大,洞内无充填物或流塑充填物,漏水很严重,采取片石加粘土反复打密,仍然无法形成泥石护壁的,可采取钢护筒跟进法施工。该方法就是一面冲孔,一面接高护筒,并且将其震动下沉至已钻成的孔内,用以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法;三江中桥的3-1#、2-2#、和1-1#、2#桩采用这种施工方法进行施工的。二是人工挖孔结合冲击钻成孔钢护筒跟进法。(作者单位:清远市通大路桥工程有限公司)6施工技术措施(1)一般溶洞的处理:一般溶洞厚度不大,内有第四系覆盖层充填,拟采用优质泥浆护壁,泥浆比重应大于1.4g/cm3并反复回填片石、粘土或水泥进行挤密施工,然后采用一层钢护筒跟进施工至岩面的施工方案,从而可以顺利通过溶洞和避免垮215广东科技2008.08.总第194期'