粤西岩溶区桥梁桩基综合勘察技术的应用

2020-06-20 11:22姜国正秦伟
工程建设与设计 2020年9期
关键词:溶洞灰岩风化

姜国正,秦伟

(中交第四航务工程局有限公司,广州510290)

1 工程概况

1.1 榄根1 号桥设计情况

榄根1 号桥右幅全长728m,上部结构为18m×40m 预应力混凝土(后张)先简支后结构连续T 梁。其中,右幅6 号墩下部结构采用2.2m×2.2m 方柱墩,承台采用工字形承台,基础采用直径1.6m 桩基础,桩长35m,为嵌岩桩。

1.2 揽根1 号桥勘察情况

项目前期对于岩溶严重发育地区如榄根1 号、2 号桥采取逐桩勘探。榄根1 号桥右幅6 号墩共布置了4 个详勘孔,其中XQSZK236 及QSZK772 为 前 期 详 勘 布 孔,QSZK1428 及QSZK1429 为后期逐桩钻孔布置的详勘孔。除6-1 详勘孔离桩基中心距离为2.45m 外,其余均位于桩基范围内。勘探结果如下:

1)6-1:孔号QSZK772,地质情况:0~8.7m 碎石土,8.7~10.1m 强风化灰岩,10.1~11.3m 中风化灰岩,11.3~42.4m 串珠溶洞,42.4~44.0m 中风化灰岩,44.0~52.2m 强风化砂岩。

2)6-2:孔号QSZK1428,地质情况:0~2.5m 粉质黏土,2.5~20.2m 碎 石,20.2 ~20.3m 中 风 化 灰 岩,20.3 ~21m 溶 洞,21 ~46.4m 中风化灰岩。

3)6-3:孔号QSZK1429,地质情况:0~5.1m 粉质黏土,5.1~12.2m 碎石,12.2~45.8m 中风化灰岩。

4)6-4:孔号XQSZK236,地质情况:0~1m 粉质黏土,1~12.4m 强风化砂岩,12.4~12.9m 中风化灰岩,12.9~17.3m 溶洞,17.3~17.9m 中风化灰岩,17.9~20.2m 溶洞,20.2~48.6m 中风化灰岩(溶蚀发育)。

6-1 钻孔结果显示岩溶较发育,溶洞与灰岩隔层分布较为规律,从高程224m 处见岩,到高程189m 处均是中风化灰岩(中间夹有分层溶洞),下卧层(高程189m 以下)为强风化砂岩。其余3 个钻孔详勘结果显示岩溶不发育,最深入岩的6-4桩钻孔(XQSZK236),入岩高程为212m,一直到高程184m 处均为中风化灰岩,中风化灰岩最薄厚度也有25m,岩层分布情况相对稳定,适合作桩基的持力层。

1.3 揽根1 号桥施工情况

榄根1 号桥右幅6-2 冲至标高209.919m 时捞取中风化渣样,比中风化分界高程211.9m 迟差1.981m;冲至标高206.719m 时冲进速度增快至0.25m/h,至201.919m 时恢复为0.15m/h,终孔孔底标高198.419m,实际孔深为35.181m。冲进捞取渣样情况与设计基本相符。计算混凝土方量为72.4m3,实际浇筑方量为108m3,扩孔系数异常,经查看水下混凝土原始记录,在桩基浇筑过程中24~30m 处混凝土面上升异常,疑似扩孔,施工单位在保证导管埋深的情况下顺利完成浇筑。

1.4 6#墩其余桩基施工情况

1)右6-1:榄根1 号桥右幅6-1 设计桩长35m,冲进过程中19~31m 有溶洞发育,根据详勘资料,原设计终孔标高198.6m 处于串珠状溶洞区域,经设计、监理、项目公司现场踏勘后决定将桩长延长14~49m,并以摩擦桩终孔。计算混凝土方量为98.5m3,实际浇筑方量为134m3,浇筑过程中0~7.5m 处混凝土面上升异常。

2)右6-3:榄根1 号桥右幅6-3 设计桩长35m,冲进过程中无溶洞发育。计算混凝土方量为70.4m3,实际浇筑方量为104m3,浇筑过程中13.5~16.5m 处混凝土面上升异常。

3)右6-4:榄根1 号桥右幅6-4 设计桩长35m,冲进过程中23~30m 有溶洞发育。计算混凝土方量为70.4m3,实际浇筑方量为156m3,扩孔系数异常,经查看水下混凝土原始记录,在桩基浇筑过程中5~30m 处混凝土面上升异常。

2 取芯与补勘

2.1 桩基检测的桩基取芯

根据项目《桩基检测管理办法》要求,榄根1 号桥6 号墩为群桩,需随机抽取1 根抽芯检测。抽芯单位随机对榄根1 号桥Y6-2 桩基进行桩基抽芯检测,根据规范要求,桩径为1.6m,钻孔数量为2 个,两抽芯孔中心间距40cm。

抽芯结果如下:

1)取芯孔Y6-2-1:0~36.8m 灌注混凝土,36.8~37.77m 中风化灰岩,37.77~43.04m 泥岩;

2)取芯孔Y6-2-2:0~36.8m 灌注混凝土,36.8~43.56m 泥岩(取芯量极少)。

根据抽芯结果,桩身完整性为I 类桩,但桩基持力层对比地质勘探钻孔差异很大,6-2 桩持力下卧层存在溶洞,不能满足端承桩的持力层要求。

2.2 补勘钻探方案

发现6-2 桩持力层情况与原地质勘探结果差异大的情况后,决定实施地质补勘工作,探明6-2 桩基底部溶洞规模以及6-3、6-4 桩基持力层厚度情况。

补勘方案:6-2 桩周钻探2 个孔,边缘对角1m 范围内各钻进1 个孔,抽芯孔继续钻进,6#墩其他3 根桩外侧各钻1 个孔。

2.3 补勘钻探成果

补充钻孔ZK6-2-1 取芯情况:0~1.4m 含砾粉质黏土,1.4~10.5m 碎石,10.5~36.2m 灌注混凝土,36.2~37.3m 破碎中风化灰岩(37.2~37.3m 溶蚀),37.3~45.8m 含砾砂岩,45.8~60.9m 强风化泥岩(部分可见层理现象,为非溶洞现象)。

补充钻孔ZK6-2-2 取芯情况:0~0.9m 含砾粉质黏土,0.9~9.5m 碎石,9.5~40.3m 中风化灰岩,40.3~45.1m 含砾砂岩。抽芯孔其一继续钻进至61m,未钻取岩芯。

补充钻孔ZK6-1 取芯情况:0~3.0m 含砾泥质砂岩,3.0~15.0m 碎石,15.0~35.7m 中风化灰岩夹破碎中风化灰岩,35.7~45.0m 含砾泥质砂岩。

补充钻孔ZK6-3 取芯情况:0~2.1m 含砾泥质砂岩,2.1~11.0m 砾岩夹碎石,11.0~37.3m 破碎中风化灰岩,37.3~45.3m泥质砂岩。

补充钻孔ZK6-4 取芯情况:0~2.2m 含砾粉质黏土,2.2~21.9m碎石,21.9~40.7m 破碎中风化灰岩,40.7~45.3m 含砾砂岩。

补充钻孔ZK6-2-1 显示,层深10.5~36.2m 芯样为混凝土,该孔位离孔桩(6-2)边距离为50cm,而施工过程没有出现大的漏泥浆情况,中风化灰岩地层冲孔一般的扩孔不会达50cm 宽,说明该处可能存在充填大溶洞,高度达26m。

补充钻孔5 个孔及2 个抽芯孔,一共7 个补充钻孔,入岩最深的是补充钻孔ZK6-4,入岩高程为211.4m,中风化灰岩层底高程最深的为192.6m,各补充钻孔中风化灰岩层底深度分布在35.7~40.7m,以下为砂岩,该处的地层分布较为平缓,没有很大的地质突变。

3 管波法探测

在钻孔补勘完成后,为准确探摸清楚6-2 桩持力层的地质情况,选取芯孔Y6-2-1 进行管波法探测,管波法探测的有效半径为2m 以内【1】。管波法成果显示,桩深36m 以下2m 半径范围内没有中化风灰岩层,都是软弱围岩。

1)桥桩6-2 前后合计钻孔5 个,除原详勘孔中风化灰岩层底深度达46.4m(以下没钻孔揭露岩性)外,其余的补钻孔及取芯孔(含管波法探测成果)中风化灰岩层底深度分别为36.8m、37.2m、40.3m、37.7m,而分布范围直径约3m,灰岩层底变化较缓。若考虑原详勘孔,则在详勘孔处有突变,与地层的整体分布情况较为异常。

2)补充钻孔ZK6-2-1 钻进过程中10.5~36.2m 处取混凝土,鉴于桩基冲进速度及浇筑混凝土时24~30m 处疑似扩孔,可推断该桩24~30m 处疑似存在岩溶发育。

4 弹性波CT法

为进一步探明该墩台区域灰岩发育情况及规模,采用跨孔弹性波CT 法,跨孔CT 平面布设结合已有钻孔资料,探测桥墩基础场地范围内灰岩的位置、规模和埋深【2】。

根据现场勘探工作的需要,在6 号墩台区域布置2 个60m 深的钻孔ZK6-2-1 和ZK6-2,3 个45m 深的钻孔ZK6-1、ZK6-3 和ZK6-4,共进行5 点6 组跨孔CT 的探测。重点获取桥桩6-1、6-2 沿线及桥桩6-2 北侧的灰岩发育情况。

钻孔与跨孔CT 平面布设详见图1。

根据跨孔CT 探测所测的6 个钻孔和6 条测线跨孔CT 检测波速影像揭示的成果进行分析,在探测剖面有多个溶洞、岩溶发育区,分布范围广,部分剖面的单个溶洞规模较大。溶洞范围内CT 探测结果纵波波速一般为1 200~2 400m/s,可推断溶洞为半充填或充填性溶洞,且充填物以软塑状粉质黏土为主,部分夹杂微风化碎块。

5 结语

综上所述,岩溶在其发育规律未被查明的前提下,对工程的危害较大,在岩溶区要取得可以满足设计和施工的地质资料,仅靠单一的勘察手段难以探明。为确保施工安全,必须采取不同的勘探方法和布置方法,使多种勘探成果相互验证,以提高地质成果资料的精确度。

图1 右6#墩CT扫描剖面图

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