岩溶地区公路桥梁项目地质勘察要点分析

王旭峰 刘丽萍 田 超 陈志雄 龙顺军

(西南有色昆明勘测设计(院)股份有限公司，云南 昆明 650217)

呈黄路立交桥位于云贵高原中部，昆明市东部大板桥镇。该立交桥梁为呈黄路主线、新320国道两主线及8条匝道组成。呈黄路方向上部结构为单幅桥，跨越北侧现状铁路采用简支组合梁；其余联为钢筋混凝土连续梁。新320国道方向上部结构为双幅桥；其余联为主跨钢筋混凝土连续梁或预应力混凝土连续梁，下部基础拟采用φ1 200 mm,φ1 500 mm灌注桩。工程施工场地所在区域为岩溶发育地带，受岩溶发育的影响，加大了本项目施工勘察难度，对现有施工勘察技术提出了新要求。

1 项目水文、地质条件

呈黄路工程桥梁桩基项目地段地质条件复杂，位于典型的灰岩岩溶区，基岩面起伏较大。钻孔资料和物探测试资料显示，拟建场地地表以第四系土层为主，下伏基岩岩溶发育，岩层上部以水平向岩溶发育为主，无较大厅堂式溶洞分布；岩层深部发育有竖向岩溶。地表水通过岩层裂隙、溶孔下渗补给，在溶蚀作用强烈地段，岩芯破碎，岩溶发育程度随岩层埋深增加而逐渐减弱，见图1。

根据图1可知，工程区地下岩土结构主要分为五个结构单元：粘土、圆砾、次生红粘土、中风化的白云质灰岩、溶洞。

粘土：主要为第四系冲洪积成因的粘性土，以褐黄色为主，局部褐红色，可塑～硬塑状，土质较均匀，局部含少量风化砾石颗粒，厚约0.5 m～16.8 m。

圆砾：主要为第四系冲洪积圆砾，褐红色，褐灰色，松散～稍密状，层厚0.5 m～25.6 m。

次生红粘土：为坡、残积成因的次生红粘土，可偏硬塑为主，局部硬塑状态，中等压缩，混有风化砾石碎屑，该土层具有高孔隙

比、高液限、高塑性等特性，为弱透水层，层厚0.5 m～19.5 m。

白云质灰岩：为二叠系下统阳新组茅口段白云质灰岩，浅灰色、灰白色，易收溶蚀作用影响，节理裂隙发育，溶洞发育，水平向溶洞呈串珠状出现，局部连通。

溶洞：洞径一般为0.5 m～5 m，最大约24.0 m，该地区钻探深度范围内串珠状溶洞竖向分布层数达10层，最大洞顶埋深约为46.0 m，溶洞内多以粘性土、圆砾充填，部分为空洞。

2 岩溶成因和特性

2.1 岩溶成因分析

岩溶地貌(喀斯特地貌)，是指碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石、卤盐类岩石，在受水的溶蚀作用、机械作用所形成的地貌，称为喀斯特作用，以溶蚀作用为主，以及水的冲蚀、潜蚀，坍陷等机械侵蚀过程，如图2所示。

2.2 岩溶地貌形成条件

1)可溶性岩石，如石灰岩、白云质灰岩等岩层埋深较浅；2)具有溶解能力(含CO2)和足够流量的活水；3)岩石透水，地下水循环通畅。

2.3 岩溶特性

从岩溶成因、场地地形地貌及地层结构情况可知，岩溶地貌对桥梁建设影响很大，给勘察、设计、施工带来很大的困难。由于岩溶作用，地质条件变得很复杂。钻探施工比一般场地困难，受钻探施工过程中塌孔、卡钻、掉钻等影响，导致施工难度增加，工期延长，造价增加。

3 岩溶地质桥梁桩基勘察设计原则与要点

通过收集大量相关数据进行统计得出表1。

表1 研究区地层局部统计表

由表1可以看出，研究区溶洞在深度上呈现纵向分布差异大的特点，溶洞顶层覆盖厚度自8.4 m～45.3 m不等，平均厚度为19.94 m，整体变异系数为0.319，说明溶洞整体围绕着地下19.94 m深度分布，根据表1中信息可知，该深度范围以上岩石基岩出现裂隙发育的特征，说明该层原为灰岩中基岩裂隙水分布的地下通道，受地下水水流冲刷、溶蚀作用影响，该层裂隙发育的灰岩裂隙逐渐加大，随着溶蚀现象的发展，裂隙逐渐演变为溶洞。

根据单个钻孔揭露的溶洞高度变化较大，高度自0.4 m～13.0 m不等，平均2.49 m，且分布深度不均匀，说明根据裂隙发育规模的不同，岩石受溶蚀现象影响的程度不同，裂隙发育强烈的地段溶蚀现象发育明显，溶洞在深度上分布的范围较大，联系周边钻孔揭露的溶洞发育情况可知，该类溶洞整体规模较大，是勘察设计中应重点关注的地段。

根据上述特征可以总结出，勘察应分阶段进行。各阶段勘察原则和要点总结如下：

初步勘察阶段：初步探明场地地质岩性及地质年代，岩溶发育情况，初步确定基础型式。

详细勘察阶段：在初勘成果资料的基础上，采用多种勘察方法在整个场地建筑范围进行详细勘察，探明场地溶洞大致分布。

施工勘察阶段：根据桥墩(承台)所处位置结合详细勘察报告资料，采取一桩一孔或一桩多孔进行施工勘察，获取详细溶洞分布资料，以便桩基设计及基础处理。

4 岩溶地质勘察中存在的问题及处理措施

本工程通过钻探结合物探进行工作。对于一般地质情况，物探与钻探互相印证，能满足岩溶不发育地区的设计。但针对岩溶发育的复杂地区，因岩溶隐蔽，动态、多变的发展特性，勘察资料难以满足各桩设计、施工需求，主要表现为以下几方面。

4.1 现场施工方面

在岩溶发育地区，溶蚀作用强烈，串珠型岩溶发育，且充填物不均匀等。给钻探施工增加了难度，常出现卡钻、断钻现象。

4.2 物探方面

虽然工程前期已进行了物探工作，但物探仅能大概确定岩层走向、分布等情况，无法针对某个独立墩台的地面起伏及岩溶发育情况进行探明。

4.3 施工勘察阶段

1)勘探钻孔布置：一桩一孔对桩基范围内溶洞范围及规模勘探不清楚。设计无法有针对性的进行地基处理。造成前期大量补孔，增加成本，还影响工期。

跟设计单位探讨后，采取以下处理措施：对岩溶强烈发育区：对直径φ≥1.5 m的桩基，均布置钻孔2孔；若桩底附近发现串珠型溶洞或同一墩台岩面起伏较大，则增加1孔；当布置3孔时，需呈三角形控制。

2)钻探孔深控制：孔深控制按照设计要求同一承台统一桩长，需保证同一承台钻孔揭露完整基岩不小于10 m，且钻孔终孔深度基本一致。

根据前期大量施工及补孔情况，采取以下处理措施：在每个钻孔均至少进入完整岩层10 m，同一承台钻孔尽量同时钻探施工；若不能同时钻探施工时，结合该区段前期详勘资料及物探资料，确定孔深均不得小于某一深度，按照钻孔施工先后的顺序，不管是否发现溶洞，后面的钻孔孔深均不得小于先施工钻孔孔深。补孔孔深不得小于已施工完的钻孔最大孔深。经过以上方案确定，后期施工补孔情况大幅减少，加快了施工进度，较少资金浪费。

5 勘察实际效果

根据前期勘察总结的经验成果，不断针对勘察中岩溶的发育及分布特征进行勘察技术方法的调整，在后续的勘察工作中结合物探资料等辅助手段，勘察工作得到了顺利的开展，工程进度进一步加快，成孔率得到大幅度提高，为工程建设节约了成本，缩短了工期。

6 结论建议

1)岩溶地质属于特殊的工程地质，复杂多变，给勘察设计带来各种困难。勘察工作必须从整体到局部、从宏观到微观的过程逐步探明场区工程地质情况。即：勘察应分阶段进行。初勘采用物探与钻探相结合，详勘根据岩溶发育情况和基础布设钻孔。施工勘察阶段根据情况，岩溶发育地段考虑一桩(承台)多孔。各勘察阶段深度必须满足设计和规范要求，现场施工人员必须对工程了解并具备类似经验，合理利用勘探方法，分析岩溶形成机理及掌握地质构造。确保提供给设计的勘察报告科学合理。对于一个承台，施工勘察阶段钻孔深度，须满足单桩设计要求，同时应根据前期勘察资料，综合确定一个最小控制深度，宜按一桩(承台)综合考虑。

2)勘察应按照相关规范进行编录，详细做好各岩土层描述，取样，原位测试等野外工作，施工勘察阶段，设计采用大直径嵌岩桩时，应准确记录基岩面埋深，岩溶顶底板埋深，溶洞充填物状态，岩石风化状态，完整程度等重要内容。

3)岩溶地区桥梁桩基后期验槽：遵循一量(丈量冲桩、或挖桩孔深)、二算(根据前期勘察钻孔资料，核对桩底是否进入设计持力层)、三看(看冲桩、挖孔桩底的岩石，是否为设计持力层岩(土)层)、四听(听冲桩振动回弹声音)的原则。