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        綜合勘察方法在復(fù)雜巖溶樁基勘察中的應(yīng)用

        2021-07-30 11:51:02魏東旭
        山東交通科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:橋址物探巖溶

        魏東旭,李 健,王 勝,王 帥

        (山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,山東 濟(jì)南 250031)

        引言

        巖溶地質(zhì)災(zāi)害具有空間分布隱蔽性、發(fā)育不規(guī)則性、事故發(fā)生的突發(fā)性等特點(diǎn),這些特點(diǎn)給高速公路橋梁地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)及施工等帶來(lái)了巨大的難度,是影響施工進(jìn)度、工程質(zhì)量及安全運(yùn)營(yíng)等關(guān)鍵因素之一,如何更好地開(kāi)展巖溶勘察與評(píng)價(jià)工作成為了亟待研究的重要課題[1]。

        在高速公路巖溶地質(zhì)災(zāi)害勘察及防治措施方面,提出了很多理論。何高峰等[2]以南寧地鐵2 號(hào)線(xiàn)工程為例,針對(duì)不同巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的巖溶處理原則,提出巖溶地區(qū)城市隧道施工相應(yīng)的處理措施。王寶亮和李修君[3],采用地質(zhì)工程測(cè)繪、物探、地質(zhì)鉆探及原位測(cè)試等技術(shù)手段對(duì)高速公路服務(wù)站的斷層破碎帶、含水帶、巖溶等不利地質(zhì)進(jìn)行了綜合勘察及評(píng)價(jià)。陳華興等[4]以麻駕高速公路為依托,對(duì)高速公路巖溶發(fā)育程度進(jìn)行了分級(jí),對(duì)巖溶地面塌陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)。以上研究主要是在地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上,結(jié)合物探及鉆探等資料查明地下巖溶的分布規(guī)律及充填情況,進(jìn)而提出相應(yīng)的處治措施,而針對(duì)巖溶樁基范圍內(nèi)進(jìn)行巖溶發(fā)育程度劃分,找出樁基危險(xiǎn)性區(qū)域的研究較少。

        1 工程概況

        青塘互通G106 跨線(xiàn)橋位于粵北翁源縣白屋村北,為溶蝕洼地地貌單元。由于前期對(duì)“地質(zhì)選線(xiàn)”重視不夠,選址時(shí)沒(méi)有避開(kāi)斷裂構(gòu)造帶,施工階段,采取樁位內(nèi)“一樁一孔”的方式進(jìn)行逐樁補(bǔ)充勘察,布設(shè)地質(zhì)鉆孔24 個(gè),其中溶洞鉆孔17 個(gè),見(jiàn)洞率為70.83%,其中2#、3#墩巖溶極強(qiáng)發(fā)育,原樁基位置無(wú)法滿(mǎn)足樁基承載力要求,在此背景下,只有通過(guò)多種勘察手段,才能在橋址區(qū)內(nèi)找出適合的樁基落墩位置,確保橋梁安全。

        2 綜合勘察

        鑒于場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性、施工進(jìn)度的緊迫性以及事故后果的嚴(yán)重性,施工過(guò)程中對(duì)橋址區(qū)補(bǔ)充地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探等工作,目的是查明橋梁基礎(chǔ)范圍的地質(zhì)情況,解決樁基落墩問(wèn)題。

        2.1 地質(zhì)測(cè)繪

        巖溶地區(qū)巖溶地質(zhì)測(cè)繪,應(yīng)著重查明場(chǎng)區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、洞穴形態(tài)等。在此基礎(chǔ)上,著重分析巖溶發(fā)育情況、分布規(guī)律與線(xiàn)路的關(guān)系,為選擇合理的線(xiàn)路方案提供依據(jù)。

        2.1.1 地形地貌

        橋址區(qū)地貌形態(tài)屬溶蝕洼地地貌單元,微地貌發(fā)育,地面標(biāo)高在182.70~183.60 m 之間,地勢(shì)起伏不大。

        2.1.2 地層巖性

        場(chǎng)區(qū)上覆地層為第四系沖洪積礫質(zhì)粉質(zhì)黏土,可塑~軟塑狀態(tài),下伏基巖為石炭系測(cè)水段(C1dc)海陸交互相炭質(zhì)灰?guī)r等。巖地層走向近東西,傾向165°~205°,傾角22°~53°,溶發(fā)育強(qiáng)烈,為覆蓋型巖溶。

        2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

        項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)經(jīng)受多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,地層復(fù)雜多變,構(gòu)造較為復(fù)雜。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖判斷橋址區(qū)位于北東向與北西向次級(jí)斷裂交匯處。

        根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示,原設(shè)計(jì)方案的2#、3#、4#號(hào)墩鉆孔內(nèi)的巖芯異常破碎,巖溶十分發(fā)育。0#、1#、5#墩臺(tái)內(nèi)巖體較完整,巖溶微發(fā)育,由此推測(cè)斷裂帶位于1#與5#墩中間區(qū)段內(nèi)。

        2.1.4 水文地質(zhì)

        橋址區(qū)地表水發(fā)育,區(qū)內(nèi)有小河經(jīng)過(guò),附近泉眼出露;地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水以及裂隙構(gòu)造水等,地下水位埋深較淺,穩(wěn)定水位在1.20~3.50 m。

        2.2 物探及解譯

        巖溶勘察應(yīng)在地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上,采用物探先行、物探指導(dǎo)鉆探和鉆探驗(yàn)證物探的綜合勘察方法。該工程采用高密度電阻率法對(duì)巖溶病害進(jìn)行探測(cè),目的是探明場(chǎng)區(qū)巖溶的分布范圍及深度,在結(jié)合鉆探資料的基礎(chǔ)上找出適合做樁基落墩的范圍。為此,在沿橋位縱向布設(shè)1 條測(cè)線(xiàn),測(cè)線(xiàn)參數(shù)采用Wenner 裝置型式,極距為5 m,電極數(shù)152 個(gè),恒流(20 mA,100 V)采集。高密度電法反演電阻率斷面,見(jiàn)圖1。

        圖1 高密度電法反演電阻率

        可以看出,電阻率斷面圖較復(fù)雜,電阻率值差異大。(1)RK0+535—RK0+600 區(qū)段,埋深在18.0~60.0 m 范圍內(nèi)出現(xiàn)較多低電阻率值的封閉曲線(xiàn),電阻率小于18.2 Ω·m,且呈上下貫通型,說(shuō)明該范圍內(nèi)巖體完整性差,溶蝕發(fā)育,推測(cè)為巖體破碎帶或巖溶發(fā)育區(qū)。(2)RK0+531—RK0+565及RK0+610—RK0+635 區(qū)段內(nèi),埋深在0~30 m范圍的電阻率值為375~1 000 Ω·m,說(shuō)明該范圍內(nèi)巖體完整性較好,推測(cè)為中風(fēng)化灰?guī)r。(3)RK0+531—RK0+565 范圍內(nèi),0~25 m 范圍內(nèi),大部分呈高阻反映,電阻率值1 500~2 500 Ω·m,推測(cè)為巖體較完整的基巖(微風(fēng)化)。(4)橋址區(qū)內(nèi)其他范圍,電阻率值在40~140 Ω·m,推斷為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r,為斷層及風(fēng)化作用導(dǎo)致巖體破碎充水所致。上述物探解譯結(jié)果與地質(zhì)鉆探結(jié)果相吻合。測(cè)區(qū)巖土層與電阻率值對(duì)應(yīng)見(jiàn)表1。

        表1 巖土層與電阻率值對(duì)應(yīng)

        2.3 鉆探

        為驗(yàn)證物探成果的正確性,準(zhǔn)確掌握樁基持力層的情況、基巖的完整性以及溶洞發(fā)育情況,采用樁位內(nèi)逐樁布孔的方式進(jìn)行鉆探。

        原設(shè)計(jì)方案橋梁全長(zhǎng)為135.6 m,橋跨徑組成為2×25 m +40 m +2×25 m,樁基鉆孔24 個(gè),根據(jù)鉆探揭示,溶洞鉆孔17 個(gè),見(jiàn)洞率為70.83%,鉆孔見(jiàn)洞率大于60%;有較大規(guī)模的溶洞(最大串珠型溶洞厚度達(dá)34.7 m),溶洞間管道連通性強(qiáng);串珠狀豎向溶洞發(fā)育深度超過(guò)50 m;鉆孔線(xiàn)巖溶率4%~70%,最大鉆孔線(xiàn)容率為72.3%,平均鉆孔線(xiàn)容率為38.5%,大于20%。場(chǎng)地按巖溶發(fā)育程度綜合評(píng)價(jià)為極強(qiáng)發(fā)育區(qū)。其中2#、3#墩,鉆孔線(xiàn)容率57.2%~72.3%,巖溶非常發(fā)育。結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪及物探成果,推測(cè)2#、3#墩附近為斷裂構(gòu)造帶,對(duì)樁基安全存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。

        考慮到橋梁兩端邊孔橋較低和盡量減少溶洞樁基數(shù)量,充分利用物探及鉆探成果,將原設(shè)計(jì)方案中孔跨徑40 m改為60 m跨徑,取消第一跨及最后一跨,并增設(shè)路基擋墻,橋跨布置改為25 m +60 m +25 m。變更后樁基孔18 個(gè),鉆探揭示溶洞鉆孔為9 個(gè),見(jiàn)洞率為50%,鉆孔見(jiàn)洞率小于60%;鉆孔線(xiàn)巖溶率6.5%~38%,最大鉆孔線(xiàn)容率為39.6%,平均鉆孔線(xiàn)容率為16.3%,小于20%。調(diào)整后樁基內(nèi)巖溶發(fā)育程度綜合評(píng)價(jià)為強(qiáng)發(fā)育區(qū)。樁位調(diào)整前后的鉆孔巖溶發(fā)育埋深見(jiàn)圖2、圖3。

        圖2 原設(shè)計(jì)方案巖溶發(fā)育埋深

        圖3 調(diào)整后設(shè)計(jì)方案巖溶發(fā)育埋深

        3 巖溶發(fā)育程度劃分

        場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度劃分主要通過(guò)鉆探鉆孔取得定量指標(biāo),通過(guò)遇洞率和線(xiàn)巖溶率兩個(gè)重要指標(biāo)判斷場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度和樁基巖溶發(fā)育程度。

        巖溶發(fā)育程度可劃分為巖溶極強(qiáng)發(fā)育、巖溶強(qiáng)發(fā)育、巖溶中等發(fā)育及巖溶弱發(fā)育四個(gè)等級(jí)。(1)巖溶極強(qiáng)發(fā)育區(qū),鉆孔遇洞率大于60%、鉆孔線(xiàn)巖溶率大于20%;(2)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū),鉆孔遇洞率30%~60%、鉆孔線(xiàn)巖溶率10%~20%;(3)巖溶中等發(fā)育區(qū),鉆孔遇洞率10%~30%、鉆孔線(xiàn)巖溶率3%~10%;(4)巖溶弱發(fā)育區(qū),鉆孔遇洞率小于10%、鉆孔線(xiàn)巖溶率小于3%。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)將該橋進(jìn)行巖溶發(fā)育程度分類(lèi),分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2 及圖4。

        表2 樁基巖溶發(fā)育程度分類(lèi)

        圖4 巖溶發(fā)育程度分布

        由表2、圖4 可以看出,設(shè)計(jì)方案調(diào)整后,橋梁樁基有效地避開(kāi)了巖溶極強(qiáng)發(fā)育區(qū)域,降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

        4 工程方案對(duì)比分析

        原設(shè)計(jì)方案樁基施工需穿過(guò)深厚層的巖溶,且2#、3#樁基均位于巖溶極強(qiáng)發(fā)育區(qū)域,除給施工帶來(lái)巨大難度外,樁基處于高危險(xiǎn)區(qū)域范圍內(nèi),樁基的微小變形勢(shì)必給橋墩乃至橋梁上部結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。采用調(diào)整跨徑后方案,能夠避開(kāi)巖溶極強(qiáng)發(fā)育等高危險(xiǎn)區(qū)域,保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)。調(diào)整跨徑方案前后對(duì)比見(jiàn)表3。

        表3 橋梁跨徑方案綜合對(duì)比

        5 結(jié)語(yǔ)

        (1)橋梁選址時(shí)應(yīng)堅(jiān)持貫徹“地質(zhì)選線(xiàn)”的原則和指導(dǎo)思想,查明斷裂構(gòu)造帶及巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)域,避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失及安全風(fēng)險(xiǎn)。(2)復(fù)雜巖溶地區(qū)橋梁樁基墩位應(yīng)充分結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪、物探及鉆探等手段,詳細(xì)了解橋址區(qū)的巖溶發(fā)育及分布情況,為設(shè)計(jì)方案比選提供依據(jù)。(3)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的橋梁工程,隨著勘察階段深入以及對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件全面了解,可以通過(guò)調(diào)整跨徑和樁基位置來(lái)避開(kāi)巖溶極強(qiáng)發(fā)育區(qū),降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

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