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[摘要]本文以博深高速凤岗立交高架桥隐伏专项勘察为例，采用地质调绘、高密度电法、管波探测法、跨孔弹性波CT法、钻探等综合勘察方法，涵盖整个高架桥范围布设高密度电法测线查明桥位区域平面及纵深的岩溶发育空间状态，从宏观上把握，进而查明其平面及一定纵深的岩溶联系；根据高密度电法解译结果对岩溶发育地段（异常带）的桩基进行逐桩钻孔，并针对性地对易塌陷区域辅以管波探测波手段对桩基持力层范围的岩体进行岩体完整性复核，在岩溶空间发育较为复杂的联通地段布设跨孔弹性波CT横纵断面，进而查明细部岩溶三维状态，为桩基持力层设计提供详细地质依据。根据电法、管波、CT及钻探资料，桥位从地理位置上看，岩溶呈北东向、北西向条带状发育；从垂向上看，岩溶集中发育在岩面附近，岩溶在9#、20#1等桩基发育程度应属较为强烈类型，具有多层串珠状溶洞、且溶洞大小不一，划分为易塌陷区、岩溶复杂区，对桩基施工设计有指导意义。
[关键词]隐伏岩溶 高密度电法 跨孔弹性波CT 管波探测法 塌陷程度分区 岩溶分类
[中图分类号] P642.25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-235-2
1引言
隐伏复杂岩溶区勘察一直都是工程勘察重点、难点，单纯地以钻探手段只能探明岩溶在钻孔点的发育状况，尽管规范要求在岩溶复杂地段桩基础在施工图阶段宜进行逐桩钻探，但在桩周侧岩溶的发育情况仍难以探明，以至于桩基可能落在岩溶陡崖或顶板附近，不利于桥位安全，另外，施工过程中的安全亦不容小觑，冲桩过程易引发地下水位变化进而造成上覆土层容重发生变化诱发地面塌陷，对施工人员及设备安全形成威胁。
凤岗立交高架桥位于隐伏岩溶区，根据施工图设计阶段勘察资料揭示，桥位隐伏岩溶发育，溶洞发育强烈且呈无规则状态，场地地质条件属极复杂类型。同时，在桩基的施工过程中，普遍出现偏孔、漏浆，在24#及25#桩基之间施工车辆行驶经过时发生塌陷等现象。隐伏岩溶的空间发育情况对桥梁桩基结构安全与施工安全影响较大，因此，出于上述考虑，对该桥位采取隐伏岩溶的专项勘察方案，对岩溶区的工程勘察、施工、设计有一定的指导意义。
2桥位概况与工程地质条件
桥位位于凤岗与龙岗交界处，其轴线走向北东43°，中心里程为K59+583，桥跨组合为9-25m，桥梁长度225m，上部结构采用预应力砼小箱梁；桥位地貌为低缓丘陵间夹山间洼地，地形起伏较大，地面标高约44～70m，其压低缓丘陵坡脚，沿丘陵间谷地展布，其中 3～9#墩右侧为一宽约60m采石坑，桥外侧桩基位于采石坑陡坡上，附近丘陵山坡走向以北东向主；桥位地层由第四系耕植土、冲积粉质粘土、沼泽相淤泥质粉质粘土、坡积残积土层及基底下石炭统石凳子组灰岩及其风化层组成；区域性构造如NE向的莲花山断裂构造带，次级小断裂交错重叠，地质构造表现为受NNE、NW两个方向控制，10#及11#墩钻孔揭示岩面起伏差异分别是NE、NW向断裂在桥位直接体现或局部偏转的结果，地下水以第四系孔隙水和岩溶水为主，地表水与地下水有明显的水力联系；桥位总体工程地质条件属复杂类型。
3勘察方案
根据场地工程地质条件结合工程特性，为探明桥位区隐伏岩溶的空间发育情况，为施工、设计提供地地质依据，宜先采取地质调绘，在涵盖整个高架桥范围布设高密度电法测线查明桥位区域平面及纵深的岩溶发育空间状态，从宏观上把握，进而查明其平面及一定纵深的岩溶联系；根据高密度电法解译结果对岩溶发育地段（异常带）的桩基进行逐桩钻孔，并针对性地对易塌陷区域辅以管波探测波手段对桩基持力层范围的岩体进行岩体完整性复核，在岩溶空间发育较为复杂的联通地段布设跨孔弹性波CT横纵断面，进而查明细部岩溶三维状态，为桩基持力层设计提供详细地质依据。
3.1地质调绘
调查桥位区地形地貌情况，圈定岩溶桥位的范围及影响区域界线，以追索法为主，辅以穿越法。布置工作量约0.4km2。
3.2高密度电法
在基岩内部存在岩溶或破碎带时，常由于充填水、土等低阻体，表现为低阻异常，与完整或较完整基岩有较明显的电阻率差异，因此通过测量测区内各岩土层的电阻率差异，可以反映测区内岩溶的发育程度及形态。高密度电法采用4m测点间距，布置测线长约5.426km。具体布线原则为：
纵向测线：桥位范围（K59+420～K60+150），平行布置5条纵向测线：左100m，左50m、轴线、右50m、右100m，每条测线长度约748m。横向测线：沿匝道布置测线4条，每条测线长度384～531m。
3.3管波探测法
采用管波探测法精确查明未成基桩桩位范围内的岩溶发育情况，管波探测法的探测范围为以钻孔为中心轴，半径为1.0m，深度从岩面至孔底的圆柱，其分辨率不低于0.3m。由于管波探测半径有限，探测孔须在桩位中心施钻。
管波探测深度从岩面以上1.0m至钻孔底，测点距0.1m，测试现场判断完整持力层是否满足设计要求。
3.4跨孔弹性波CT
采用弹性波CT法检测已成桩基的岩溶发育分布情况，并评价其稳定性。在桩侧布设勘探孔，在两孔间进行一个剖面的CT探测，一个CT剖面可跨过多个基桩，但两孔间距须不大于20m（一般≤15m孔距），孔深应不少于桩底以下3D+6.0m（D为桩径）。
3.5钻探
针对隐伏岩溶发育桩位采用逐桩钻探，桩位在桩基两侧布置钻孔，以配合管波及CT探测工作进行。
4高密度电法勘察成果分析
从各测线反演剖面分析：（1）浅部为低阻（蓝色区域），深部为高阻（红色区域），根据区内地质特点，低阻层可解释为覆盖土层，高阻层解释为基岩（部分段解释为灰岩），而高、低异常分界线大致反映基岩起伏。
（2）灰岩段岩溶通常位于基岩面附近，由于充水表现为低阻异常，形态近椭圆状，或下凹呈漏斗状。基岩中的溶洞多表现低阻异常，一般为封闭的低阻区域。本次反演剖面岩溶位置基本呈现上述特征。 5跨孔弹性波CT法、管波探测法勘察成果分析
根据跨孔CT法理论，在均匀介质条件下，跨孔CT法反演的岩土层波速等于岩土层真波速。在不均匀介质条件下，跨孔CT法反演的岩土层波速受平均效应的影响，约等于岩土层真波速。管波探测的目的在于探测桩侧范围桩基岩体的完整性，20#-1、20#-2管波揭露有溶洞发育。附代表性解译断面9#墩台横断面图。
6综合解译结果
凤岗立交高架桥岩溶分布：
（1）区域分布：根据高密度电法成果、跨孔弹性波CT法及管波探测法成果，桥位从地理位置上看，岩溶呈北东向、北西向条带状发育；从垂向上看，岩溶集中发育在岩面附近。
（2）墩台分布：①岩溶分布主要是墩位3～12#、20～25#墩，溶洞多呈多层发育，且洞径较大，同时在3～5#墩、10～12#墩、23～25#墩发育有异常带，其中10#～12#墩钻孔揭示岩面起伏大，可能存在断层面，地质条件极复杂。②3#～9#墩右幅外侧桩基位于采石坑陡壁附近，微风化岩面标高起伏大，地下水易形成侧向径流，导致岩溶水流动，进而加剧岩溶发育，且从区域观其发育情况，具有从桥位左幅向右幅发育加强的趋势，因此，请设计对临空面应验算其向临空面倾覆或沿裂隙面滑移的可能性。③根据CT及钻探资料，岩溶在9#发育程度应属较为强烈类型，且原9#5桩外侧存在岩溶孔壁凌空面，高差起伏大，请设计变更桩位。
7结论和评价建议
7.1地面塌陷安全性
据物探解译及钻探资料，桥位区下伏岩溶发育，但由于溶洞基本处于填充状态，在水文地质条件及上部荷载不发生变化的情况下，岩溶暂时处于相对稳定状态，在平衡打破时，如灌桩、架梁等地面荷载发生变化，存在再次发生地面塌陷的可能，但影响范围一般不会很大。
7.2塌陷程度分区
根据岩溶类型，结合勘察成果及岩土层特点，对桩基进行塌陷程度分区如下：
（1）易塌陷区：为复杂岩溶类型，串珠状溶洞发育，无溶洞填充物或软塑状粉质粘土充填，上赋覆盖层为粘土层，该区岩溶地下水位高、水量大且地下水流动交互，当冲孔成桩时易造成地下水平面发生变化进而达到新的平衡，溶洞可能失去充填，上赋土层承载力发生变化，在荷载变化的情况下发生地面塌陷。本次施工地面塌陷24#～25#间地面塌陷属于此分区，9#3、9#4、9#5桩基亦属于该区。（2）一般塌陷区：为简单岩溶类型，溶洞发育程度一般，一般发育在岩面，充填粘土或为土洞，一般较为稳定，在地下水位急剧变化的情况下才可能发生地面塌陷且塌陷范围较小。20#2属于该区。（3）稳定区：为未见岩溶类型，本次勘察分布在14#5、14#7、19a#4桩基，岩溶不发育。
7.3岩溶分类
本次勘察对桥位桩基进行岩溶分类，分布按照场地、岩溶复杂程度进行分类，一般分为以下四类：（1）山塘陡坎岩溶：该岩溶类型主要分布在3#～9#右幅靠外桩基，该类桩基濒临鱼塘（原为采石场），桩基岩溶受流动岩溶地下水等因素影响，岩溶较发育～极发育，且桩基位于基岩凌空面，有滑移的可能性，建议设计对桩基进行稳定性验算。（2）复杂岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在9#3、9#4、9#5、20#1桩基，具有多层串珠状溶洞、且溶洞大小不一、局部洞高较高且溶蚀裂隙发育，岩芯破碎。（3）简单岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在20#2桩基，溶洞洞高较小且一般位于岩面一带发育，穿透后岩溶不发育，岩石完整。（4）未见岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在14#5、14#7、19a#4桩基，一般岩石完整，未见岩溶发育。
8探讨
（1）对隐伏岩溶复杂地段工程采用物探与钻探手段结合的综合勘察方案，能直观有效地提供岩溶发育的三维发育情况，同时有针对性地对极其发育的地段桩基进一步采取勘察手段：管波、钻探、CT等手段；（2）对于已成桩基持力层的完整性以及桩基的完整性也能探明，能对岩溶的预处理提供指导，不但对施工设计有指导意义，对施工后技术质量也有一定指导意义。（3）由于勘察手段适用范围有一定的局限性，本文在于引导采用综合勘察方法解决复杂工程问题，其不一定适用所有隐伏岩溶工程勘察。
参考文献
[1]中交第一公路勘察设计研究院有限公司 公路工程物探规程（JTG/T C22-2009）[S] 北京：人民交通出版社2009-03-01.
[2]中华人民共和国地质矿产部 电阻率测深法技术规程（DZ/T 0072-93）[S] 北京：中国标准出版社1993-05-18.
[3]中交第一公路勘察设计研究院有限公司 公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）[S] 北京：人民交通出版社 2011-11.
[4]饶其荣 李学文 粤湘高速公路博罗至深圳段A2合同段凤岗立交高架桥岩溶专项勘察物探报告[R] 广东省地质物探工程勘察院 2011.07.
[5]粤湘高速公路博罗至深圳段A2合同段 第9合同段 工程地质勘察报告 [R] 广东省公路勘察规划设计院股份有限公司 2012.02.
[关键词]隐伏岩溶 高密度电法 跨孔弹性波CT 管波探测法 塌陷程度分区 岩溶分类
[中图分类号] P642.25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-235-2
1引言
隐伏复杂岩溶区勘察一直都是工程勘察重点、难点，单纯地以钻探手段只能探明岩溶在钻孔点的发育状况，尽管规范要求在岩溶复杂地段桩基础在施工图阶段宜进行逐桩钻探，但在桩周侧岩溶的发育情况仍难以探明，以至于桩基可能落在岩溶陡崖或顶板附近，不利于桥位安全，另外，施工过程中的安全亦不容小觑，冲桩过程易引发地下水位变化进而造成上覆土层容重发生变化诱发地面塌陷，对施工人员及设备安全形成威胁。
凤岗立交高架桥位于隐伏岩溶区，根据施工图设计阶段勘察资料揭示，桥位隐伏岩溶发育，溶洞发育强烈且呈无规则状态，场地地质条件属极复杂类型。同时，在桩基的施工过程中，普遍出现偏孔、漏浆，在24#及25#桩基之间施工车辆行驶经过时发生塌陷等现象。隐伏岩溶的空间发育情况对桥梁桩基结构安全与施工安全影响较大，因此，出于上述考虑，对该桥位采取隐伏岩溶的专项勘察方案，对岩溶区的工程勘察、施工、设计有一定的指导意义。
2桥位概况与工程地质条件
桥位位于凤岗与龙岗交界处，其轴线走向北东43°，中心里程为K59+583，桥跨组合为9-25m，桥梁长度225m，上部结构采用预应力砼小箱梁；桥位地貌为低缓丘陵间夹山间洼地，地形起伏较大，地面标高约44～70m，其压低缓丘陵坡脚，沿丘陵间谷地展布，其中 3～9#墩右侧为一宽约60m采石坑，桥外侧桩基位于采石坑陡坡上，附近丘陵山坡走向以北东向主；桥位地层由第四系耕植土、冲积粉质粘土、沼泽相淤泥质粉质粘土、坡积残积土层及基底下石炭统石凳子组灰岩及其风化层组成；区域性构造如NE向的莲花山断裂构造带，次级小断裂交错重叠，地质构造表现为受NNE、NW两个方向控制，10#及11#墩钻孔揭示岩面起伏差异分别是NE、NW向断裂在桥位直接体现或局部偏转的结果，地下水以第四系孔隙水和岩溶水为主，地表水与地下水有明显的水力联系；桥位总体工程地质条件属复杂类型。
3勘察方案
根据场地工程地质条件结合工程特性，为探明桥位区隐伏岩溶的空间发育情况，为施工、设计提供地地质依据，宜先采取地质调绘，在涵盖整个高架桥范围布设高密度电法测线查明桥位区域平面及纵深的岩溶发育空间状态，从宏观上把握，进而查明其平面及一定纵深的岩溶联系；根据高密度电法解译结果对岩溶发育地段（异常带）的桩基进行逐桩钻孔，并针对性地对易塌陷区域辅以管波探测波手段对桩基持力层范围的岩体进行岩体完整性复核，在岩溶空间发育较为复杂的联通地段布设跨孔弹性波CT横纵断面，进而查明细部岩溶三维状态，为桩基持力层设计提供详细地质依据。
3.1地质调绘
调查桥位区地形地貌情况，圈定岩溶桥位的范围及影响区域界线，以追索法为主，辅以穿越法。布置工作量约0.4km2。
3.2高密度电法
在基岩内部存在岩溶或破碎带时，常由于充填水、土等低阻体，表现为低阻异常，与完整或较完整基岩有较明显的电阻率差异，因此通过测量测区内各岩土层的电阻率差异，可以反映测区内岩溶的发育程度及形态。高密度电法采用4m测点间距，布置测线长约5.426km。具体布线原则为：
纵向测线：桥位范围（K59+420～K60+150），平行布置5条纵向测线：左100m，左50m、轴线、右50m、右100m，每条测线长度约748m。横向测线：沿匝道布置测线4条，每条测线长度384～531m。
3.3管波探测法
采用管波探测法精确查明未成基桩桩位范围内的岩溶发育情况，管波探测法的探测范围为以钻孔为中心轴，半径为1.0m，深度从岩面至孔底的圆柱，其分辨率不低于0.3m。由于管波探测半径有限，探测孔须在桩位中心施钻。
管波探测深度从岩面以上1.0m至钻孔底，测点距0.1m，测试现场判断完整持力层是否满足设计要求。
3.4跨孔弹性波CT
采用弹性波CT法检测已成桩基的岩溶发育分布情况，并评价其稳定性。在桩侧布设勘探孔，在两孔间进行一个剖面的CT探测，一个CT剖面可跨过多个基桩，但两孔间距须不大于20m（一般≤15m孔距），孔深应不少于桩底以下3D+6.0m（D为桩径）。
3.5钻探
针对隐伏岩溶发育桩位采用逐桩钻探，桩位在桩基两侧布置钻孔，以配合管波及CT探测工作进行。
4高密度电法勘察成果分析
从各测线反演剖面分析：（1）浅部为低阻（蓝色区域），深部为高阻（红色区域），根据区内地质特点，低阻层可解释为覆盖土层，高阻层解释为基岩（部分段解释为灰岩），而高、低异常分界线大致反映基岩起伏。
（2）灰岩段岩溶通常位于基岩面附近，由于充水表现为低阻异常，形态近椭圆状，或下凹呈漏斗状。基岩中的溶洞多表现低阻异常，一般为封闭的低阻区域。本次反演剖面岩溶位置基本呈现上述特征。 5跨孔弹性波CT法、管波探测法勘察成果分析
根据跨孔CT法理论，在均匀介质条件下，跨孔CT法反演的岩土层波速等于岩土层真波速。在不均匀介质条件下，跨孔CT法反演的岩土层波速受平均效应的影响，约等于岩土层真波速。管波探测的目的在于探测桩侧范围桩基岩体的完整性，20#-1、20#-2管波揭露有溶洞发育。附代表性解译断面9#墩台横断面图。
6综合解译结果
凤岗立交高架桥岩溶分布：
（1）区域分布：根据高密度电法成果、跨孔弹性波CT法及管波探测法成果，桥位从地理位置上看，岩溶呈北东向、北西向条带状发育；从垂向上看，岩溶集中发育在岩面附近。
（2）墩台分布：①岩溶分布主要是墩位3～12#、20～25#墩，溶洞多呈多层发育，且洞径较大，同时在3～5#墩、10～12#墩、23～25#墩发育有异常带，其中10#～12#墩钻孔揭示岩面起伏大，可能存在断层面，地质条件极复杂。②3#～9#墩右幅外侧桩基位于采石坑陡壁附近，微风化岩面标高起伏大，地下水易形成侧向径流，导致岩溶水流动，进而加剧岩溶发育，且从区域观其发育情况，具有从桥位左幅向右幅发育加强的趋势，因此，请设计对临空面应验算其向临空面倾覆或沿裂隙面滑移的可能性。③根据CT及钻探资料，岩溶在9#发育程度应属较为强烈类型，且原9#5桩外侧存在岩溶孔壁凌空面，高差起伏大，请设计变更桩位。
7结论和评价建议
7.1地面塌陷安全性
据物探解译及钻探资料，桥位区下伏岩溶发育，但由于溶洞基本处于填充状态，在水文地质条件及上部荷载不发生变化的情况下，岩溶暂时处于相对稳定状态，在平衡打破时，如灌桩、架梁等地面荷载发生变化，存在再次发生地面塌陷的可能，但影响范围一般不会很大。
7.2塌陷程度分区
根据岩溶类型，结合勘察成果及岩土层特点，对桩基进行塌陷程度分区如下：
（1）易塌陷区：为复杂岩溶类型，串珠状溶洞发育，无溶洞填充物或软塑状粉质粘土充填，上赋覆盖层为粘土层，该区岩溶地下水位高、水量大且地下水流动交互，当冲孔成桩时易造成地下水平面发生变化进而达到新的平衡，溶洞可能失去充填，上赋土层承载力发生变化，在荷载变化的情况下发生地面塌陷。本次施工地面塌陷24#～25#间地面塌陷属于此分区，9#3、9#4、9#5桩基亦属于该区。（2）一般塌陷区：为简单岩溶类型，溶洞发育程度一般，一般发育在岩面，充填粘土或为土洞，一般较为稳定，在地下水位急剧变化的情况下才可能发生地面塌陷且塌陷范围较小。20#2属于该区。（3）稳定区：为未见岩溶类型，本次勘察分布在14#5、14#7、19a#4桩基，岩溶不发育。
7.3岩溶分类
本次勘察对桥位桩基进行岩溶分类，分布按照场地、岩溶复杂程度进行分类，一般分为以下四类：（1）山塘陡坎岩溶：该岩溶类型主要分布在3#～9#右幅靠外桩基，该类桩基濒临鱼塘（原为采石场），桩基岩溶受流动岩溶地下水等因素影响，岩溶较发育～极发育，且桩基位于基岩凌空面，有滑移的可能性，建议设计对桩基进行稳定性验算。（2）复杂岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在9#3、9#4、9#5、20#1桩基，具有多层串珠状溶洞、且溶洞大小不一、局部洞高较高且溶蚀裂隙发育，岩芯破碎。（3）简单岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在20#2桩基，溶洞洞高较小且一般位于岩面一带发育，穿透后岩溶不发育，岩石完整。（4）未见岩溶类型：该类岩溶本次勘察主要分布在14#5、14#7、19a#4桩基，一般岩石完整，未见岩溶发育。
8探讨
（1）对隐伏岩溶复杂地段工程采用物探与钻探手段结合的综合勘察方案，能直观有效地提供岩溶发育的三维发育情况，同时有针对性地对极其发育的地段桩基进一步采取勘察手段：管波、钻探、CT等手段；（2）对于已成桩基持力层的完整性以及桩基的完整性也能探明，能对岩溶的预处理提供指导，不但对施工设计有指导意义，对施工后技术质量也有一定指导意义。（3）由于勘察手段适用范围有一定的局限性，本文在于引导采用综合勘察方法解决复杂工程问题，其不一定适用所有隐伏岩溶工程勘察。
参考文献
[1]中交第一公路勘察设计研究院有限公司 公路工程物探规程（JTG/T C22-2009）[S] 北京：人民交通出版社2009-03-01.
[2]中华人民共和国地质矿产部 电阻率测深法技术规程（DZ/T 0072-93）[S] 北京：中国标准出版社1993-05-18.
[3]中交第一公路勘察设计研究院有限公司 公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）[S] 北京：人民交通出版社 2011-11.
[4]饶其荣 李学文 粤湘高速公路博罗至深圳段A2合同段凤岗立交高架桥岩溶专项勘察物探报告[R] 广东省地质物探工程勘察院 2011.07.
[5]粤湘高速公路博罗至深圳段A2合同段 第9合同段 工程地质勘察报告 [R] 广东省公路勘察规划设计院股份有限公司 2012.02.