黄　雯

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　530029)



岩溶地区桥梁桩基处治探讨

黄雯

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530029)

岩溶地区的桥梁桩基设计及处治是长期困扰设计人员的技术难题。文章以广西桂平市K1+825.5桂平郁江二桥为工程实例，根据该桥前期的勘察成果及施工现状，通过孔内CT层析检测设计，对已完成的桥梁桩基质量以及桩底、桩周的岩溶发育贯通情况进行检验，对岩溶发育区顶板之上的桩基进行顶板稳定性验算，并提出了注浆加固处治设计方案。

岩溶；桥梁桩基；CT层析检测；顶板稳定性验算；注浆加固处治

0　引言

岩溶地区的桥梁桩基设计及处治是长期困扰设计人员的技术难题，其主要原因是传统的桩位钻探勘察受勘探孔径限制，属于垂向线性勘察的范畴，而岩溶的发育具备贯通性、空间发育不规则性等特点，因此桩位钻探勘察对桥梁桩基边缘的岩溶发育情况，以及已发育岩溶的贯通情况方面存在缺陷。本文以广西桂平市K1+825.5桂平郁江二桥为工程实例，根据该桥前期的勘察成果及施工现状，针对性地设计出孔内CT层析检测，对已完成的桥梁桩基质量以及桩底、桩周的岩溶发育贯通情况进行检验，对岩溶发育区顶板之上的桩基进行顶板稳定性验算，并对存在安

全隐患的桩基进行注浆加固处治设计。

1　工程概况

桂平市拟建K1+825.5桂平郁江二桥位于桂平市寻旺乡新黄村和西山镇施村，大桥横跨郁江，连接桂平市城区的迎宾大道，为区域旅游和经济发展以及市民出行提供便利条件。主桥设计上构为(90+2×165+90)m预应力混凝土矮塔斜拉桥，桥面宽度为30.5 m，引桥分别为13×30 m和15×30 m先简支后连续预应力混凝土预制T梁，桥面宽度为24 m，下构为桩基础，桥梁起讫桩号为K1+146.50～K2+504.50，全长1 358 m，桥面设计高程为46.924～47.747 m。

根据该桥的工程地质详细勘察报告，桥位区覆盖层以第四系残积黏土为主(除河床、岸坡、水塘区域外)，主要分布于郁江两岸的阶地之上，厚5～20 m，下伏基岩为泥盆系上统(D3)灰岩、白云岩。

桥位区的不良地质主要为岩溶，桥位区属岩溶发育区，岩溶形态主要为溶槽、溶洞、溶蚀裂隙，详勘钻探的128个钻孔中有37个钻孔钻遇溶洞，共计钻遇溶洞60个，遇洞率达28.9%，线溶率2.30%。各处岩溶发育程度和规模不一，以垂向发育为主，溶洞在天然状态下处于较稳定状态。

由于部分桩位定于民居及坟包，详勘阶段该部分钻孔未能进行钻探，工程地质详细勘察报告中建议进行后续应进行补充勘察。

2　CT层析检测

2.1CT层析检测设计

桥位区岩溶发育，而已完成的部分桩基及承台没有勘探钻孔控制，需要设计出相关的检测方案，对已完成的桥梁桩基质量，及桩底、桩周的岩溶发育贯通情况进行检验。但由于桥梁部分墩台已完成了承台及立柱施工，在桩位进行钻探勘察存在两方面的问题：

(1)地质钻孔会对承台的钢筋结构造成损坏；

(2)部分墩台已完成了立柱施工，地质钻孔无法在桩基范围内进行勘探。

针对上述问题，设计人员针对性地提出了孔内CT层析扫描的检测方案，即在桥梁桩基附近布置钻孔，利用关联钻孔的CT层析扫描成像，对已完成的桥梁桩基质量以及桩底、桩周的岩溶发育贯通情况进行检验。工作布置如图1所示(此处以主桥17#交界墩及引桥19#桥墩为例)。

图1　CT钻孔布置图

2.2CT层析检测原理

在两钻孔之一放置检波器串(共12个)，在另一个钻孔中放置电火花震源，每激发一次同时12道检波器记录接收到的信息，之后在检波器不移动的情况下逐步移动电火花震源至下一炮点，再激发与接收。当钻孔间遇到不均匀导体(如岩溶、裂隙和破碎带)时，弹性波会产生折射、反射和散射等现象，从而使接收到地震性波的到达时间、频率、振幅产生变化，通过专用软件对地震波到达时(或波速)、振幅进行重构二维图像，见图2。结合CT钻孔及周边地质钻孔资料综合分析，圈定地下目标体的大小形态、埋藏深度和空间分布位置[1]。

图2　地震波CT层析工作原理图

2.3CT层析成果

根据纵波波速和土层、溶洞、溶蚀裂隙和较完整灰岩的相关关系并结合钻探成果，将桥位区的岩土层分成三个速度带：

(1)低速带，纵波波速<3 000 m/s(对应土层)；

(2)中速带，纵波速度为3 000～4 000 m/s(对应溶洞、溶蚀裂隙较发育灰岩)；

(3)高速带，纵波波速>4 000 m/s(对应较完整灰岩及桩身混凝土)。CT层析成果表如表1所示，层析成果图如图3～4所示。

表1　CT层析成果表

图3　17#墩G～G′剖面CT层析成果图

图4　19#墩H～H′剖面CT层析成果图

3　顶板稳定验算

综合CT层析检测成果，桩基ZJ19-1桩底位于岩溶发育区顶板之上，需进行岩溶顶板稳定性验算，设计人员采用《工程地质手册》(第四版)中公式(6-1-9)，对岩溶顶板受荷载剪切的稳定进行验算。

(1)

式中：P——顶板总荷载(kN，岩土体自重+桩身重)；

T——顶板总抗剪力；

L——岩溶平面周长(m)；

H——顶板岩层厚度(m)；

S——岩体计算抗剪强度(1/12抗压强度)。

P=γ桩(h桩长+h立柱)×S桩截面积+Ra

(2)

设计桩长h桩长=21.3 m，立柱高h立柱=21.3 m，S桩截面积=3.14×(0.75)2=1.77 m2，单桩设计荷载Ra=64 191 kN，经计算P=64 191 kN。

根据显示T

4　桩基加固处治

4.1注浆加固方案设计

由于ZJ19-1桩基已完成立柱施工，且桩底岩溶以溶蚀裂隙及小规模单一溶洞为主，设计采取桩周钻孔静压注浆加固的设计对桩底岩体进行加固。该方案可提高破碎区岩体的抗压强度，同时可填充桩底小规模单一溶洞，确保桩底岩体稳定[4-5]，注浆孔布设如图5所示。

图5　桥梁桩基注浆加固平面布置

4.2注浆加固技术要求

(1)灌浆孔孔径≥φ108mm，钻孔角度与地面垂直；钻孔单孔深度钻至桩基设计标高以下3m。

(2)注浆材料为水泥浆，纯水泥浆应采用强度等级为P.C32.5的复合硅酸盐水泥配制，水灰比为0.7∶1～1∶1(为了达到更好的加固效果，可根据现场灌浆效果适当调整)，掺入速凝材料质量占水泥质量3%～5%(可根据施工浆液控制的扩散半径和渗透实际效果适当调整)。

(3)灌浆施工采用低压自下而上逐段灌注加固的工艺，灌浆压力为0.4～0.8MPa，如不能加压时可添加3%的水玻璃。

(4)注浆结束标准：注浆压力在设计范围内，注浆流量明显减小，小于初始流量的30%。

(5)效果检验：灌注结束后7d进行，在注浆孔与桥梁桩基之间布设检测钻孔，对注浆区域岩体抗压强度进行试验，要求注浆后岩石抗压强度提升至30MPa，同时要求进行孔内声波测试，要求岩体内纵波波速≥4 800m/s。

5　结语

(1)2015年7月，桂平市郁江二桥完成了基础及立柱部分施工，各桥梁桩基经检测及载荷试验，结果均满足规范要求，设计人员提出的CT层析检测及后续的桩基加固设计是成功的。

(2)桥梁施工期间设计的孔内CT层析检测，弥补了桩位钻孔勘探对桥梁已施工完成的桩基边缘的岩溶发育情况以及已发育岩溶的贯通情况勘察精度不足的缺陷。根据CT层析检测结果进行的桩底岩溶区域顶板稳定性验算及对应的注浆加固处治设计，为岩溶发育区类似工况的桥梁桩基加固提供可靠的工程实例。

(3)在未来的岩溶区桥梁勘察中，可在初勘及详勘阶段引入CT层析检测，设计人员可在桩基施工前针对性地设计出处治方案，这样可降低桩基穿越岩溶区域时的施工难度，同时也可减少桩基浇筑时混凝土的流失。

[1]杨军杰.岩溶区客运专线桥梁桩基地质勘察方法与技术浅析[J].中国勘察设计，2011(10)：66-68.

[2]工程地质手册(第四版)编委会，工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]赵明华，曹文贵，何鹏祥，等.岩溶及采空区桥梁桩基桩端岩层安全厚度研究[J].岩土力学，2004，25(1)：64-68.

[4]谭国文，魏玉山，詹应超.岩溶地基桥梁桩基施工技术[J].公路交通科技：应用技术版，2009，5(10)：130-131.

[5]张劲超.预应力管桩在岩溶区桥梁桩基中的应用[J].中外公路，2010，30(4)：202-204.

[6]马缤辉，赵明华，尹平保，等.岩溶区某桥梁桩基处治方案分析[J].交通科学与工程，2012，28(2)：37-42.

Discussions on Bridge Pile Foundation Treatment in Karst Area

HUANG Wen

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Bridge pile foundation design and treatment in karst region are the technical problems always perplexing the designers.Taking Guangxi Guiping K1+825.5 Guiping Yujiang II Bridge as the engi-neering example，according to the primary survey results and construction status of this bridge，and through CT chromatography detection design inside the holes，this article inspected the quality of bridge pile foundation already being completed as well as the karst development thorough situation at the bot-tom of piles and around the piles，conducted the roof-plate stability checking for the pile foundation above the top plate in karst development area，and proposed the grouting reinforcement treatment de-sign program.

Karst；Bridge pile；CT chromatography detection；Roof-plate stability computations；Grouting reinforcement treatment

U445.55+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.012

1673-4874(2016)05-0043-04

2016-04-25

黄雯(1988—)，助理工程师，主要从事桥梁工程设计工作。