林波

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097)

高速公路巖溶區(qū)橋梁樁基的地質勘察

林波

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097)

針對高速公路工程巖溶的勘察特點，本文對綜合勘察的方法在高速公路工程的適用性進行了簡要敘述，并以寧都-安遠高速公路下灣大橋的勘察為例，介紹高密度電法與鉆探手段的配合運用，達到提高巖溶區(qū)勘察質量，減輕巖溶對工程的影響。

巖溶；勘察；高速公路；物探；鉆探

0 引言

巖溶地區(qū)地質情況復雜，若在設計階段不能全面、深入地進行地質勘察，易造成樁基嵌巖情況達不到規(guī)范要求，那么如何準確查明巖溶分布、發(fā)育程度，如何選擇樁基持力層是至關重要的。

1 巖溶區(qū)發(fā)育的條件及存在的危害性

1.1 巖溶區(qū)發(fā)育的條件

巖溶是指水對可溶性巖石進行以化學溶蝕作用為特征(含水的機械侵蝕和崩塌作用及物質的攜出、轉移和再沉積)的綜合地質作用，以及由此所產生的現象統(tǒng)稱。巖石的可溶性、透水性、水的溶蝕性與流動性是巖溶產生和發(fā)展的四個基本條件[1]。

1.2 巖溶區(qū)的危害

在我國境內，巖溶坍塌事故時有發(fā)生。以京廣線為例，修筑隧道穿越石灰?guī)r時，因將巖溶洞穴挖露，使得泥砂及倒灌的水流大量外涌，為整個工程的完善帶來了較大的困難。并且地面出現了多處坍塌現象,如廣東的某些地區(qū)，因為巖溶問題導致了大片土地塌陷，居民房屋出現開裂等問題，為國家和政府帶來了巨大的損失[2]。

2 巖溶區(qū)地質工程勘察

2.1 巖溶區(qū)的一般勘探方法

巖土工程勘察常用的方法有鉆探、坑探及物探三類。鉆探是使用最廣泛的勘探手段，應用于各類工程中，但它對一些重要的地質體或地質現象有可能會誤判、遺漏，而坑探可以在其中觀察編錄，以掌握地質結構的細節(jié)，但是重型工程適用性有限。物探是一種間接的勘探手段，它能簡便而迅速的探測地下地質情況，且具有立體透視性的特點，但其勘探成果具多解性，使用時往往受一定條件的限制。

2.2 工程勘察運用的物探方法

高速公路巖溶地區(qū)勘察主要是探測沿線巖溶的分布范圍和埋藏深度，洞穴的規(guī)模、頂板巖層厚度和充填情況，地下水的分布等情況[3]。為滿足不同的探測目的和要求，巖溶地區(qū)的物探勘察方法主要有：

(1)復合對稱四極剖面法輔以聯合剖面法、高密度電法、淺層地震法等，主要用于探測巖溶洞隙的分布、位置及相關的地質構造、基巖面起伏等；

(2)無線電波透視法、波速測試法、探地雷達法等，主要用于探測巖溶洞穴的位置、形狀、大小及充填狀況等；

(3)充電法、自然電場法可用于追索地下暗河河道位置、測定地下水流速和流向等[4]。

3 工程勘察實例

3.1 項目背景

寧都至定南(贛粵界)高速公路是南昌至定南高速公路的一部分，為江西省“四縱六橫八射線”公路網主骨架的“第五射”，與廣東省龍川至廣州高速公路共同組成一條新的內陸省份對接珠三角和出?？诘哪媳贝笸ǖ馈Ｆ渲袑幎贾涟策h段起于泉南高速寧都南互通，途徑贛州市寧都縣、于都縣和安遠縣，終于尋全高速公路安遠樞紐互通，路線全長163.86km。

下灣大橋位于于都縣禾豐鎮(zhèn)下灣村附近，橋梁上部結構按16m×20m預應力砼連續(xù)小箱梁設計，橋梁全長325.0m，中心樁號K81+545。

3.2 地形地貌

橋區(qū)位于丘間平原地貌，地形起伏較大，地表植被較發(fā)育，山體以杉木林及灌木為主，平原地帶多為水稻、花生等農作物，地面高程在180～200m之間。路線分別于K81+405、 K81+670兩處跨越一條小溝及溪流，溝寬約為1.5m，溪流寬約2.5m。

3.3 地層結構及巖性特征

根據地質調繪及相關資料分析，橋址區(qū)地層結構從上至下依序為：第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)、第四系中更新統(tǒng)殘坡積層(Q2el+dl)及二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)灰?guī)r， 橋址范圍未發(fā)現活動斷裂構造，巖層產狀：80°∠29°，280°∠34°。

3.4 本項目綜合勘察方法簡述

為了達到一定的勘察要求，項目以地質調繪及物探、鉆探相結合的綜合方法為主。對物探發(fā)現的異常地段，選擇代表性部位布置驗證性鉆孔，巖溶發(fā)育地段應予加密?？刂菩钥碧娇讘┻^表層巖溶發(fā)育帶[1]。

3.5 地球物理勘探：高密度電法

3.5.1 測線測量

根據1∶2000設計線路地形圖結合現場中樁點采用GPS實地布設測線。沿線位方向布置高密度度測線1條。高密度測線號采用DF區(qū)號—測線段流水號。

3.5.2 高密度電法儀器設備及野外工作方法

本次儀器使用的重慶地質儀器廠生產的DUK-2A高密度電法測量系統(tǒng)。儀器采用的基本電極距根據測區(qū)地質目標探深及地形、地質情況選擇為5m。儀器采用溫納裝置，最大層數為16層， 5m基距最大供電電極距：AB/2=150。對稱四極電測工作框圖見圖1。

圖1 高密度電法工作框圖

3.5.3 方法有效性

為確定和驗證方法的有效性，了解本區(qū)已知巖溶的視電阻率特征，在開展工作前進行了方法有效性試驗。實驗剖面布置在下灣大橋ZK5(K81+616)孔位上，已知該孔17.3～30.8m為巖溶，對應高密度電阻率呈現了低阻異常，探測結果證明該方法是有效的(圖2)。

圖2 有效性試驗剖面電阻率反演斷面圖

3.5.4 地球物理條件

第四系殘坡積層一般松散，含水性較好，電阻率值一般為n×10Ω·m?；?guī)r的電阻率值較高，一般達n×102Ω·m～n×103Ω·m。當灰?guī)r內部巖溶發(fā)育時，因通常含水或充填物而表現為相對低阻異常，若為無充填物的空洞，則表現為相對高阻異常，當基巖中發(fā)育斷裂構造時，因巖體破碎含水而表現為相對低阻，構造兩側基巖巖性不同時，亦表現明顯電性差異。

本次對K81+100～K81+850段布設了一條測線，此測段為橋梁與填方路基相間路段，表覆耕植土、含礫粉質黏土，下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)含炭泥質灰?guī)r、硅質灰?guī)r。測線布置斷面反演色譜圖及解釋剖面圖見圖3。

圖3 測線布置斷面反演色譜圖及解釋剖面圖

結合勘探和路線地質調查資料，現對該測段測量結果推斷與解釋如下：

(1)表層電性變化不均勻，以低-中高阻為主，中下部相對低阻體由含炭泥質灰?guī)r和溶蝕裂隙引起，相對高阻體因灰?guī)r引起。

(2)視電阻率反演斷面電性結構相對復雜，視電阻率沿測線方向變化不均勻，斷面中相對中高阻異常與低阻異常交替分布，局部見有異常形態(tài)變異的相對低阻異?；蚋叩彤惓Ｗ儺悗?。根據斷面圖中異常規(guī)模、形態(tài)和勘探資料對比分析，該路段基巖面起伏變化不大，灰?guī)r面埋深在2～8m間變化，灰?guī)r中溶蝕裂隙發(fā)育；推測K81+430、K81+520、K81+660、K81+740等樁號附近下部均存在一明顯相對低阻體，推測均由溶蝕裂隙引起，巖溶發(fā)育深度在13～18m間。在K81+700附近兩側電性存在一定差異，推測其由隱伏構造引起。

3.4.6 勘探工作

本次勘探階段，共布設驗證性鉆孔6個，進尺241.8m，工程地質調繪0.06km2。

依據現場原位測試、綜合分析巖土層特性、密實度、濕度、可塑性、現場鉆進情況以及顆粒大小、含量、巖石成因以及充填物質、巖土試驗等工程地質特性，結合規(guī)范要求，統(tǒng)計分析后列表統(tǒng)計各地層物理力學指標如下表(表1和表2)。根據區(qū)域地質資料及鉆探成果，繪制地質縱斷面見圖4所示。

表1 巖樣飽和單軸抗壓強度標準值統(tǒng)計表

表2 巖土層設計參數表

圖4 下灣大橋工程地質縱斷面圖

下灣大橋橋址區(qū)未見大型活動斷裂通過，地下水位埋深變化大，且存在大尺寸溶洞，對橋基礎有影響，橋位區(qū)覆蓋層承載力較低，層厚較薄且不穩(wěn)定，全風化層薄、層厚變化較大，且埋深較淺，不宜做為橋基持力層；中風化層強度高，可以選作橋梁樁基礎持力層，但要注意巖溶溶洞的大小及規(guī)模。

5 結論

在高速公路勘察工作中詳細查明灰?guī)r地區(qū)的不良地質作用、地下水及軟弱土層丟橋梁工程的影響，對樁基類型的選擇做出合理建議，對節(jié)省投資和確保橋梁工程施工順利、確保橋梁的安全使用意義重大，而采用的勘察方法和手段正確與否對詳細查明灰?guī)r地區(qū)的巖土工程特征至關重要。

[1] 周德泉,彭柏興,陳永貴,劉宏利.巖土工程勘察技術與應用[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[2] 張琪.巖溶地基巖土工程勘察重點及物探方法研究[J]. 中國科技博覽，2014(35):348.

[3] JTG/T C22—2009公路工程物探規(guī)程[S].

[4] 工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[5] 寧都至定南(贛粵界)高速公路寧都至安遠段新建工程地質工程勘察報告.

無錫金帆與德國克虜伯合作生產聲波鉆機動力頭

[本刊訊] 2015年9月4日，無錫金帆鉆鑿設備股份有限公司與德國蒂森克虜伯深基礎技術有限公司合作生產聲波鉆機動力頭項目正式啟動儀式，在無錫金帆股份隆重舉行。來自德國蒂森克虜伯公司、無錫市國家高新經濟開發(fā)區(qū)管委會、金融辦、科技局、梅村街道黨工委的領導，以及劵商、投資公司、基金機構、銀行等多家金融機構的20多位嘉賓，出席了項目啟動儀式。無錫金帆鉆鑿設備股份有限公司董事長羅強， 德國蒂森克虜伯深基礎技術有限公司亞太區(qū)銷售總監(jiān)阿諾先生，以及無錫高新技術開發(fā)區(qū)梅村街道黨工委副書記張業(yè)生先后發(fā)表了熱情洋溢的致辭，預祝雙方合作圓滿成功！

這次金帆股份與世界500強德國蒂森克虜伯公司聯手，在無錫聯合生產國際一流的聲波鉆機動力頭，開創(chuàng)了我國生產國際最先進聲波動力頭和聲波鉆機的先河。項目第一期投資為3000萬元，隨著項目的成功實施，雙方還將加大投入的力度，共同開拓中國和亞太地區(qū)的市場，將帶來可觀的社會效益和經濟效益，為企業(yè)的員工和股東帶來豐盛的回報。

無錫金帆(雙帆)鉆鑿設備股份有限公司創(chuàng)建于2003年，是我國錨固鉆機、地源熱泵鉆機、海洋工程勘察鉆機，以及聲波鉆機制造的引領者。2014年1月24日，公司在全國中小企業(yè)股份轉讓系統(tǒng)(新三板)掛牌，成為我國巖土鉆探設備行業(yè)首家在"新三板"掛牌的企業(yè)。之前，金帆公司已與日本東亞利根公司在國內市場推出JP系列波鉆機，并自主研發(fā)了YGL-S100型聲波鉆機，先后用于環(huán)境地質勘測、地源采熱系統(tǒng)鉆孔、水文觀察孔等工程施工。

2015-03-10

林波，男，中國公路工程咨詢集團有限公司工程師，主要從事基礎工程勘察和施工工作，北京市海淀區(qū)紫竹院路116號嘉豪國際中心A座9層，Tel:010-58930666。

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