岩溶发育地区桥梁桩基优化设计

刘旭 何毅

摘要 桥梁桩基设计和施工中，复杂溶洞对设计和施工进度，以及投资成本影响较大。文章结合广东省某高速公路项目实例，通过开展桥梁桩基超前钻探，并根据地质钻探资料对桥梁桩基进行优化，总结了建设单位开展桥梁桩基超前钻探在质量安全和投资控制等方面的优势，为“投建营一体化”高速公路项目在岩溶发育地区技术管理工作提供参考。

关键词 岩溶;桩基优化;超前钻探;投资控制

中图分类号 U443.15 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0141-03

0 引言

岩溶是指可溶性岩石（大多为碳酸盐岩）受化学溶蚀作用并加以沉积作用而形成的地表和地下形态的总称[1]。中国岩溶地貌分布广、面积大，广泛的岩溶地质灾害常常制约着工程建设。随着工程建设的不断推进，岩溶在道路交通工程的建设中很难回避[2]。在桥梁桩基设计和施工过程中，岩溶区桥梁桩基处理不当，会给桥梁施工和后期运营埋下安全隐患。在“投建营一体化”的环境下，岩溶问题可能导致工期延长和成本增加，造成不必要的浪费。

该文研究的广东某高速公路项目位于粤西地区，项目区域地势西北高、东南低，主要为平原、微丘地貌，其余为山地、丘陵、山间谷地地貌。项目内多个桥梁位于灰岩地区，岩溶发育，桥位区内地层夹有溶洞，溶洞分布空间及深度具有一定的随机性[3]。岩面埋深不一，强度不均匀，地质情况变化较大[4]。结合项目岩溶区某桥梁的实践经验，在施工前通过逐桩钻探，查明桥梁桩基下方地质情况，为现场施工提供准确详尽的地勘资料。同时，结合施工安全和投资成本优化桥梁桩基长度，指导岩溶发育地区桥梁桩基施工，并总结建设单位开展桥梁桩基超前钻探在安全质量和投资控制方面的优势，为同类工程的投资建设提供参考。

1 工程及地质概况

1.1 工程概况

拟建桥梁左线ZK44+169.79/右线K44+136.7位于肇庆市小湘镇，路线跨越低山丘陵、丘间谷地、种植地、村落、鱼塘群、西江、国道G321、乡道Y391、Y392、砂石路，交通便利，桥位两端与路基相连。桥址区属剥蚀丘陵坡地、侵蚀中低地貌区斜坡、沟谷地区微丘岗岭地区，附近山峦起伏，山体较为庞大，地形起伏变化大。拟建桥梁双向宽度均为15.5 m，墩台径向布置。桥梁分左右线设置：左线中心里程桩号为ZK44+169.796，起讫桩号为ZK42+940.796～ZK45+397.996，全长2 457.20 m，设计“孔數-孔径”为5×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30 m;右线中心里程桩号为K44+144.700，起讫桩号为K42+915.700～K45+372.900，全长2 473.20 m，设计“孔数-孔径”为2×28+4×40+（110+2×190+110）+（65+110+65）+47×30。桥梁上部结构拟采用预应力混凝土小箱梁、T梁、刚构箱梁，下部结构拟采用柱式墩、薄壁墩、桩基础，桥台采用柱式台、座板台。主要研究位于陆地上岩溶区的桥梁南引桥，左线和右线设计“孔数-孔径”均为47×30 m。

1.2 地质概况

桥位处跨越丘前坡地和丘间谷地，基岩为泥盆系中统老虎坳组（D2l）砂岩、灰岩组成。靠山处测得地层产状338º∠50º。根据区域地质图并结合钻探、野外地质调绘，综合分析，桥位区沿西江底呈向斜构造，其中灰岩沉积较早，砂岩沉积较晚，在河床不断被冲刷作用下，上部砂岩部分被冲刷掉，与灰岩呈不整合接触关系，新构造活动迹象不明显。依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）中规定，计算出钻孔溶洞率为26.9%，岩溶发育地层为下伏基岩为泥盆系中统老虎坳组（D21）灰岩，场地条件属于岩溶中等发育区。桥址区在ZK44+290～ZK44+420

（孔SQK0115、SQK01101、SQK0117、SQK01103）、

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

SQK0116）段，溶洞埋深较大，厚度深，钻孔最深处达80 m，均未揭露到溶洞底板，且底部溶洞均为全充填的可～硬塑状粉质黏土，考虑采用摩擦桩;其余地段发育的溶洞填充物质松软，溶洞顶板不能作为基础持力层，应穿过溶洞，以底板下稳定基岩作为基础持力层。桥址区揭露有人工填土层，局部分布于乡村道路两侧，厚度较薄，对施工影响不大。

2 超前钻探

2.1 超前钻探的提出

项目内多个桥梁位于灰岩地区，在详勘阶段发现存在溶洞的现象。设计文件中提出岩溶区桩基施工前应进行超前钻，同时，对于没有对应钻孔地质资料的桩基，在桥梁桩基施工时，受地下结构变化影响，邻近钻孔难以指导桩基施工，导致施工难度增加，还一定程度上造成工期延长和工程浪费。通过超前钻探地质资料，在保证桥梁结构安全的情况下，可以通过设计人员对当前区域的桩基设计进行动态优化调整，尽量节约工程造价，有利于投资成本控制。同时，在桥梁桩基施工时也可以提供详细的地勘资料，为现场人员判断是否达到终孔条件提供参考，加快现场施工进度，确保桥梁桩基结构稳定，为后期运营提供安全保障。

2.2 超前钻探结果

根据岩溶区超前钻勘察情况，发现桥梁区地质条件较为复杂，在已完成的112个钻孔中有多个钻孔发现溶洞，其中部分桩基下方为串珠状溶洞，沿桥梁横向和纵向列举其中16个钻孔的溶洞发育情况详见表1。

通过对布孔方案动态调整，验证砂岩与灰岩交界处地质情况，确保超前钻探资料的完整。通过对岩溶发育区域内桩基进行逐桩钻探，在已完成的82个超前钻孔中有31个钻孔的溶洞个数在2～8个，即呈串珠状发育。溶洞多数全填充粉质黏土，少数由粉质粘性土和杂石充填，无空洞。钻孔钻遇溶洞时没有漏浆现象，少数钻孔遇溶洞钻进时困难。对同一桩径范围内在岩层面埋深、溶蚀孔洞发育状况等方面存在较大差异。钻探岩芯完整处呈柱状、短柱状，但岩溶发育处则破碎成碎块状，采芯率明显偏低。

2.3 超前钻探资料的应用

在施工图设计中，桥梁桩基建议根据超前钻探资料动态优化调整。根据超前钻探资料，设计人员对岩溶区桥梁桩基进行优化，确保桥梁桩基质量可靠。超前钻探资料记录概述了溶洞埋深、大小、填充物、鉆探时有无漏浆现象等内容，建设单位和监理单位可以根据钻探资料，跟踪岩溶区施工进展，对岩溶区的安全、质量进行重点排查，确保施工安全和质量。技术管理人员可以根据地勘资料审核桩基优化调整方案，确保优化方案的合理有效。施工单位根据上述记录，分析溶洞连通性、有无地下暗河等。同时，根据超前钻探地质报告，在设计文件中明确建议在冲穿溶洞顶板时不能太快，应采用低冲程以防突然漏浆而塌孔埋钻、落距过大而断丝掉锤，亦可保证桩孔圆顺避免卡钻及后续施工顺利;若冲至大溶洞或相互有裂隙连通的小溶洞，则应抛填入石块、碎砖石、泥包然后低锤密击，使碎砖石冲碎后填塞溶洞孔隙，堵塞泥浆串漏通道，同时向孔内补充泥浆，避免泥浆面下降过多而塌孔;若施工时发现互相连通的大溶洞，可向孔内抛入块石，然后用低标号混凝土灌满，待混凝土有一定强度后再行冲孔，亦可下钢护简阻断溶洞连通性[5]。总之。在施工时应严格对照超前钻探资料，避免发生施工安全事故，及时与监理人员、设计人员沟通，尽量避免不必要的成本投入。

3 建设单位超前钻探的优势

3.1 方案的确定

由建设单位组织桥梁桩基超前钻探，技术管理人员通过研究初测初勘和定测详勘的地质资料，对超前钻探实施单位提交的钻探布孔方案和钻孔计划进行严格审核，确保超前钻探方案的合理性和有效性，同时避免布置不必要的超前钻孔，影响整体钻探进度和施工进度，造成工程浪费。此外，建设单位可以根据现场实际施工情况，对布控方案动态调整并综合工期进度安排，合理把控超前钻探进度，可以确保不影响现场施工。

3.2 质量控制

超前钻探成果质量是影响桥梁桩基成桩质量的因素之一，通过勘察单位、地勘监理单位和建设单位三级管控，确保超前钻探成果详尽准确。在勘察单位选择上，该项目选择原有详勘单位进行超前钻孔，可以确保勘察单位的专业性，有利于统一对岩土的判别标准，减少沟通协调，便于设计调整。同时，原有详勘单位对区域地质及人文环境较为熟悉，可以快速开展工作，加快超前钻探进度，避免影响现场施工。在地勘监理的选择上，通过原有的设计咨询单位严格审核布孔方案，加强现场超前钻探质量管理，详细上报地勘工作情况，确保超前钻探结果真实、准确。此外，建设单位技术管理人员不定期现场查看，对超前钻探工作进行有效监督。

3.3 桥梁桩基动态设计

通过超前钻探地质资料，建设单位可以全面把控桥梁下方溶洞发育情况，统一协调设计单位、施工单位对岩溶区桥梁桩基进行动态优化调整，确保桥梁结构安全，更有利于投资成本控制。建设单位组织超前钻探，可以确保地质资料的真实准确，在“投建营一体化”项目中，有利于投资成本控制并确保后期运营安全稳定。同时，建设单位组织超前钻探可以充分协调设计单位和施工单位，加快桥梁桩基动态优化进度，减少设计变更流程，更有利于项目整体推进。

4 结论

该文结合广东省某高速公路岩溶区超前钻探实例，从建设单位技术管理角度出发，根据“投建营一体化”项目建设特点，组织对项目岩溶区桥梁桩基进行超前钻探，确定了各桥梁桩基下方地质情况。高速公路项目建设单位应全过程技术管理，通过组织超前钻探，有利于提高参建各方对溶洞等复杂地质情况的重视程度，全面统筹控制质量安全和投资成本，加快设计优化进度，为高速公路施工和后期运营提高安全保障。

参考文献

[1]余舟，鞠玉财.岩溶区桥梁桩基优化设计探讨[J].西部交通科技，2014（11）：71-74.

[2]邓超文.广东省碳酸盐岩地区岩溶发育程度预判指标体系研究[C]//全国公路工程地质科技情报网2016年技术交流会论文集.2016：98-100+105.

[3]娄恒.岩溶地区桥梁桩基施工技术[J].建筑工程技术与设计，2018（10）：320.

[4]白杰.桥梁桩基溶洞处理方法及应用[J].城镇建设，2020（12）：124.

[5]蒋瑜.岩溶地区超前钻勘察实例阐述[J].西部资源，2018（4）：56-57.