岩溶对市政桥梁设计方案的影响

摘要：本文以长沙市火星北路浏阳河大桥岩溶地基勘察为例，总结了国内岩溶地基常用勘察方法、岩溶地基处理措施。通过勘察，探明了该大桥岩溶地基的岩溶发育特征，提出了合理的方案措施，加快了施工进度，节省了额外的成本投入。

关键词岩溶地基，岩土工程勘察 ， 地基处理，浏阳河大桥

Abstract: this paper with changsha Mars north road bridge foundation survey karst liuyang river as an example, summarizes the domestic karst foundation survey method commonly used, karst ground treatment measures. Through the survey, exploring the bridge foundation karst development characteristics of karst, and put forward the reasonable solution measures to speed up the construction progress, save the extra cost investment.

Key words karst foundation, geotechnical engineering, foundation treatment, liuyang river bridge

中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：

1、引言

我国很多城市的地下都存在隐伏岩溶，由于城市土地规划的限制，有时不可避免地遇到岩溶地基及相应的工程地质水文地质问题。岩溶作为一种特殊的不良地质现象，已越来越引起人们的重视。许多科技工作者从多个方面对其进行了研究，在岩溶发育的条件、成因、机制、类型、影响因素、岩溶地形地貌、岩溶塌陷等方面，已取得了许多成果[1,2]。本文介绍了长沙市火星北路浏阳河大桥岩溶地基的勘察、分析评价和处理实例，以引起工程界对岩溶地基勘察的重视。

2、岩溶的勘察方法

在岩溶发育地区，岩溶形态千差万别，错综复杂，如溶洞、溶沟、溶槽、地下暗河等。由于岩溶在空间上发育的不均一性，造成岩溶地区的工程地质和水文地质条件非常复杂。在岩溶地基勘察实践中，有时存在对岩溶地基的复杂性和危害性认识不足，勘察手段和方法选择不当，岩溶地基分析评价不合理，提出的岩溶地基处理措施不当等现象。在一些城市（如济南、广州、南海等），因岩溶地基勘察失误而发生了较多的工程事故，造成了极大的损失和恶劣的社会影响[7]。因此，在岩溶发育地区，有必要加强对岩溶地基的综合勘察。目前国内岩溶地基主要的勘察方法包括以下几种。

2.1地质测绘及调查

通过对实地调查和测绘，可了解场区的岩溶现象分布、地下水的分布及运动情况，查明洞穴的形态特征及其和地质构造（影响因素不止构造）的关系，特别是顶板高度及结构面产状的测量。

2.2地球物理勘探

适用于在查明大范围的区域岩溶发育和深部岩溶的分布规律方面，地球物理勘探是最理想的方法之一，但探测的准确程度受场地的干扰、技术人员的解释水平等因素影响。其方法除了电阻率(电剖面和电测深)法、高密度电法、无线电波透射法、地面地震反射波法、声波透射法、微重力法、射气测量等以外，80年代以后发展起来的探地雷达GPR(地质雷达)、层析成像(CT)技术等在岩溶工程地质勘察中也得到了广泛的应用。

2.3工程钻探

工程钻探是最常用的方法，不仅可以明确所钻位置及附近的地层情况（岩土性质、厚度、地下水位等），还可以进行原位测试和压水或抽水试验等水文地质工作，获取岩土芯做进行室内实验分析，以获取更多、更准确的岩土信息，同时也能起到对地质调查和物探成果的验证。在钻探过程中。在条件允许时，物探测井、钻孔摄影、井下电视等技术手段的配合使用，可更好的了解钻孔周围的地质情况。

2.4遥感技术

在识别岩溶地貌形态、岩溶层组划分及地质构造特征等方面，具有其它勘测方法所不及的优点，尤其适用于我国南方型岩溶地区。该技术一般用于大型工程选址，在新建公（铁）路选线、水利水电工程区域稳定性评价、岩溶水库渗漏分析等方面都发挥了重要作用。

2.5静力触探

在覆盖型岩溶工程地质勘察中，静力触探手段主要是查明第四系覆盖层中有无隐蔽土洞存在，土洞的规模及埋藏位置，疏松裂隙带的分布及其范围等。有针对性地布置静力触探孔，以PS～h（PS贯入阻力，h探测深度)是否出现异常值来推测有无土洞或裂隙带。该方法在广西桂林地基基坑开挖后效果显著。

上述所列的各种方法都有一定的局限性，在岩溶地区进行工程勘察工作，不能机械的应用某一种方法解决问题，应根据实际情况综合运用各种勘察手段，充分全面地对岩溶地区的工程场地作出正确评价和判断，为工程的下一步工作提供全面正确的地质勘察资料，因此各种方法的综合运用及优化是必然的。

3、岩溶地基处理措施

当岩溶地基的强度和稳定性不能满足工程要求，可根据岩溶具体情况、工程要求、施工条件，按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法，可加快施工进度，节省额外的成本投入。实践中常用的处理方法有[3]：

3.1填垫法

1)充填法

适用于岩溶土洞，其上部附加荷载不大的情况。最底部须用块石、片石作填料，中部用碎石，上部用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通状况，使其形成自然的反滤层。

2)挖填法

对浅埋的岩溶土洞，将其挖开或爆破揭顶，如洞内有塌陷松软土体，应将其挖除，再以块石、片石、砂等填入，然后覆盖粘性土并夯实。此法适用于轻型建筑物。

3)垫褥法

对岩溶洞、隙、沟、槽、石芽等岩溶突出物，可能引起地基或路基沉降不均匀，将突出物凿去后做30-50cm砂土垫褥处理。

3.2桩基法

溶洞较深或岩溶多层发育，采用其它方法处理有困难或不经济时，可采用桩基穿过土洞或溶洞进入稳定持力层。

4、工程应用

4.1 工程概况

火星北路浏阳河大桥全长860米，桥面设计总宽为29.0m，为城市Ι级主干道桥。由于初勘时遇见溶洞，但受市政规划的局限，本次详勘拟建桥位仅在原初勘桥位的基础上，往浏阳河上游偏移约30米。共布置勘察钻孔32个，施工过程中由于场地地质条件复杂，在南北两岸采用视电阻率法布设了5条物探剖面测线，上游增设了3个勘察钻孔，作为比较桥位[6]。

4.2区域地质构造

根据长沙市地质构造纲要图（1:50000）[5]，结合遥感图象分析，有四条断裂在桥位附近（东侧）交汇，走向分别为近东西、近南北向、北东向及北西向（F2），其中F2为物探解译断层，具逆断层性质。

4.3桥粱设计方案调整

设计方案：四跨过河方案（11×30m+4×50m+11×30m）

浏阳河河道及其北岸60m范围（即13#、14#、16#－19#墩），由于岩溶发育，场地地下水丰富，采用四跨过河设计方案及常规的基础型式，其优点是经验成熟、可靠。缺点是：①桩基础施工难度大（13#、14#位于河道，需水上作业），桩基溶洞施工极易发生桩孔偏斜、卡钻、孔壁坍塌等事故。②溶洞处理难度大且成本投入高，溶洞高达22米，可行性有待商榷。③成桩质量、桥墩稳定性难以保证。④施工工期长。⑤河道中的墩位不利于通航、防汛。

勘察建议方案：一跨过河方案（即在南北大堤下12#墩、15#墩附近（详见火星北路浏阳河大桥工程地质平面图）设立主桥墩支撑，采取板、梁、拱等方式进行跨越）。

采用一跨方案优点：①解决岩溶带来的施工难度大、桩基质量不能保证、成本高、工期长、防汛、通航等一系列问题。②采用大承台群桩，桥墩稳定性较好。③国内已有主跨更大的桥粱设计经验。

经过可行性、成本投入、工期、通航等综合考虑，设计院由四跨过河方案调整一跨过河方案，在12#墩、15#墩附近重新布孔钻探，每个主墩布置3排4列12孔，资料表明，岩溶稍发育，对桥墩基础及施工影响小。桥墩基础工程于2005年7月15日开工，2008年4月10日竣工，其中主桥单跨138m，两岸主桥墩（12#墩、15#墩附近）分别布置5排6根D200cm钻孔灌注桩，平均桩长60m。桥梁通车至今使用效果良好。

5、结论

5.1采用地质调查、地球物理勘探、工程钻探等方法对长沙市火星北路浏阳河大桥岩溶地基进行综合勘察，查明了该工程地基的岩溶分布、发育规律及岩溶地基稳定性。在岩溶发育地段应注意收集资料，采用综合勘察手段对岩溶地基进行勘察，并结合多种方法如物探、抽水试验、遥感地质等到互相印证，方可取得较理想的效果。

5.2火星北路浏阳河大桥岩溶发育极不均一，局部发育多层溶洞，平面上主要分布在浏阳河河道及北岸60m左右范围内，南岸偶见，溶蚀基准面约16.00～58.00m。

5.3岩溶地区的桥梁设计应根据场地的勘察资料进行方案优化比较，尽可能避开溶洞或减少其影响，可加快施工进度，节省额外的成本投入。

参考文献：

[1]刘云葵.岩溶区溶洞及土洞对建筑地基影响的研究[博士学位论文].长沙:中南大学，2004

[2]康彦仁.试论岩溶地面塌陷的类型划分.中国岩溶，1984，3(2):146－155

[3]陈国亮.岩溶地面的塌陷与防治[M].北京:中国铁道出版社,1994

[4]时伟.工程地质学[M].科学出版社,2007

[5]湖南省地质矿产局.长沙地区区域地质调查报告(1:50000),1989

[6]湖南化工地质工程勘察院.长沙市火星北路浏阳河大桥工程地质勘察报告. [R]2004

[7]中国地质学会工程地质专业委员会.中国工程地质世纪成就.北京:地质出版社，2004

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。