岩溶地区桥梁桩基施工、监控及质量控制

岩溶地区桥梁桩基施工、监控及质量控制长安大学2015年12月主要内容一岩溶的形成及特征二岩溶地基的稳定性评价三岩溶地区桥梁桩基础四岩溶地区桥梁桩基施工监测五岩溶地区桥梁桩基施工质量控制技术第一部分岩溶的形成及特征岩溶又名喀斯特（Karst），是水对可溶性岩石（石灰岩、白云岩、碳酸盐岩、石膏等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生沟槽、裂隙、洞穴、地表陷穴等现象的总称。1.1岩溶的形成岩溶形成与发育的条件有：可溶性岩层的存在、地下水活动、潮湿气候、地质构造与地形等，其中可溶性岩层的存在和地下水活动是岩溶形成的最主要条件。（1）可溶性岩层的存在可溶性岩层是岩溶形成的物质基础，而且本身要能透水（如存在裂隙），当受到地下水（岩溶水）的溶蚀时，形成岩溶现象。（2）地下水活动第一部分岩溶的形成及特征岩溶发育必须要具有侵蚀性的、处于不断流动状态的地下水活动，这样水增大溶解碳酸钙的能力，使岩溶发育较快。当富含CO2的大气降水和地表水渗入地下后，不断替换原有水质，保持地下水侵蚀力，加速岩溶的发展。（3）潮湿气候大气降水丰富，气候潮湿的地区，地下水经常得到地表水的补给，加速了岩溶的发育。（4）地质构造具有裂隙的背斜顶部和向斜轴部、断层破碎带、岩层接触面以及构造裂隙分布等地带，由于地下水沿裂隙流动，使这些地带利于岩溶发生和发育。（5）地形地形的起伏影响着地下水的补给量与流速，陡峻的坡地，地下水的补给量少，地表径流大，岩溶的地表形态较发育；平缓地带，地下水补给量多，流速稍缓，但侵蚀作用强烈，有利于岩溶的发育。1.2岩溶的特征岩溶地区有地表形态和地下形态特征（图1-1）。图1-1岩溶形态剖面示意1-石芽、石林；2-溶蚀洼地；3-漏斗；4-落水洞；5-溶沟、溶槽；6-溶洞；7-暗河；8-溶蚀裂隙；9-钟乳石第一部分岩溶的形成及特征第一部分岩溶的形成及特征（1）地表形态①溶沟、溶槽和石芽、石林地表水沿可溶性岩层表面的裂隙流动，进行溶蚀、冲蚀、使岩层表面形成一些大小不同的沟槽，分别称为溶沟和溶槽；溶沟、溶槽进一步发展后，沟槽间的石脊遭受切割破坏，残留着顶尖下粗的锥状柱体，称为石芽；石芽林立则称石林。②漏斗、落水洞、竖井由于水侵蚀作用，岩层塌陷成碗碟状或倒锥状的地貌形态，称为漏斗；而在溶蚀作用和机械侵蚀作用下，形成地表水能流向地下暗河或溶洞的通道，称为落水洞；不起地表水流入地下的通道作用者称为竖井。③溶蚀洼地、坡立谷由于溶蚀作用而形成的面积为数平立公里或数十平方公里的盆状洼地，第一部分岩溶的形成及特征称为溶蚀洼地；面积较大（数十或百余平方公里）四周边缘陡峭而谷底平坦的封闭洼地称为坡立谷。（2）地下形态①溶蚀裂隙水在岩层裂隙中运动被溶蚀作用所扩大的裂隙。②溶洞、暗河、石钟乳、石笋地下水在流动过程中，对岩石以溶蚀作用为主，间有冲蚀、潜蚀和塌陷作用而造成的地下洞穴，称为溶洞。含有CaCO3的水从洞顶滴下来时水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体，久而久之，在洞顶自上而下形成的长条形悬挂物，称为钟乳石；由于含碳酸的水不断滴到一处，碳酸钙发生沉淀，洞底自下而上形成的竹笋状突起，称为石笋；由于上下进一步沉淀的结果，石钟乳和石笋连接起来成为“顶天立地”的柱体，称为石柱。在溶洞中经常有流量较大的水流形成地下河，称为暗河。第一部分岩溶的形成及特征1.3岩溶的发育分布规律岩溶的发育及分布规律主要影响因素包括岩石类型、水流活动、节理裂隙及断裂带情况、地壳活动等。（1）岩石类型可溶性岩层由于成分、形成条件和组织结构等不同，岩溶的发育分布也不一致。一般情况下，质纯层厚的石灰岩中，岩溶发育形态齐全，规模较大；含泥质或其他杂质（镁、硅、铝等）及薄层的岩层，岩溶发育较弱。在岩盐、石膏中岩溶发育较快；石灰岩、白云岩、大理岩、泥灰岩中依次发育较慢。（2）水流活动在岩石裸露的分水岭和地形陡峻斜坡地带，地表径流大，水以表面侵蚀为主，溶沟、溶槽、石芽等发育。在地形平缓地带，地表水易下渗，地表、第一部分岩溶的形成及特征地下岩溶形态一般均较发育，多漏斗、竖井、落水洞、溶洞以及溶蚀洼地；当岩层层面平行于水流流向时，岩溶易发育；垂直于水流流向，不易发育。（3）节理裂隙、断裂带在节理裂隙的交叉处或密集带，以及沿断裂带岩溶显著发育。沿断裂带常分布的漏斗、竖井、落水洞以及溶洞、暗河等。一般情况下，正断层处岩溶发育，逆断层处较弱；褶皱轴部一般岩溶较发育。单斜地层，岩溶一般顺层面发育。在不对称褶曲中，陡的一翼较发育；产状陡倾的岩层，一般岩溶发育较强烈；缓倾的岩层，当上覆或下伏有非可溶性岩层时，岩溶发育较弱；岩层的接触面或不整合面岩溶发育。（4）地壳活动地壳强烈上升地区，侵蚀基准面相对下降，下切作用强烈，岩溶以垂直方向发育为主；处于下降地区，原来垂直发育的岩溶可能增加了水平发育，使岩溶更加复杂；处于相对稳定的地区，岩溶以水平发育为主。第二部分岩溶地基的稳定性评价岩溶地基的稳定性评价，分建设场地的稳定性评价和建筑地基的稳定性评价两部分。2.1建设场地的稳定性评价这是指可行性研究和初勘阶段的地区性评价。着重研究建设场地形成岩溶的岩性和水的运动规律，并结合地区的地貌、地质构造、岩溶发育过程以及岩溶形态的分布等进行综合分析，在较大的拟建范围内，按岩溶发育程度在平面上划出对建设物稳定性不同影响的地段，用来作为选择建设场地、总图布置的依据。下列地段属于建设不利的地段：（1）有浅层、处于极限平衡状态的洞体或溶洞群，洞径大、顶板破碎且可见变形迹象，洞底有新近塌落物等。（2）地表水沿土中裂隙下渗或地下水自然升降变化使上覆土层被冲蚀，形成成片或成带土洞塌陷。第二部分岩溶地基的稳定性评价（3）有规模较大的浅层隐伏岩溶如漏斗、洼地、槽谷中充填软弱土体或地面出现明显变形现象。（4）有覆盖土地段内，降水工程的降落漏斗中最低动水位高于基岩面的范围。（5）岩溶通道排水不畅或上涌导致暂时淹没。2.2建设地基的稳定性评价这是在地基基础设计的详勘阶段，针对具体建设物下及其附近对稳定性有影响的个体岩溶形态进行评价。天然溶洞稳定性分级表（表2-1）可供评价洞体稳定性时参考。第二部分岩溶地基的稳定性评价天然溶洞稳定性分级表表2-1注：评价时对各因素需综合考虑，如条件不完全符合某一等级或好坏交叉时，可按地层岩性、地质构造和洞体表面特征等三项主要因素来评定。等级因素地层岩性地质构造地下水及支洞、暗河洞体表面特征洞底堆积物条件稳定厚层至巨厚层灰岩、无软弱夹层，层面胶结好无褶皱、断层。裂隙不发育，仅有1～2组较明显裂隙，裂隙呈闭合状或胶结好。未形成临空不稳切割体洞内很少滴水，四周支洞少，洞内无暗河通过洞顶、侧壁均有钙壳、溶蚀窝状面，洞体表面较平整，无危岩和近斯崩塌痕迹洞底平坦，表层堆积物为粘性土或钙质胶结层，不含块石基本稳定厚层至中厚层灰岩，层面有一定程度的胶结有小型断层、褶皱。一般有2～3组连接性差的裂隙，形成的临空切割体少断层中有季节性地下水活动。四周支洞较少，暗河易于查明、处理洞顶有钙壳、溶蚀窝状面，有少量钟乳石、灰华物、无近期崩塌痕迹，有少量危岩洞底平坦，表层堆积物中有少量块石，或有古崩塌体稳定性差中厚层夹薄层灰岩，层面胶结差断层发育。有3组以上的裂隙，且胶结差。形成较多的临空切割体顶板、断层中常有地下活动。四周支洞较多，暗河分布较复杂，不易查明、处理洞顶钙壳和窝状溶蚀面少，钟乳石多，侧壁有含泥质较多的灰华物分布，局布地段有危岩和近斯崩塌痕迹有近期崩塌堆积物，有大量块石不稳定薄层至中厚层灰岩，其较弱夹层。层面胶结差断层很发育。裂隙在4组以上，呈张开状，充水夹泥，形成大量的临空切割体洞内、断层中漏水严重，四周大小支洞多，暗河分布复杂，难于查明、处理危岩和近期崩塌痕迹多，钟乳石、石笋、石柱等林立丛生，灰华物大面积分布洞底为暗河或大量近期崩塌物天然溶洞稳定性分级表表2-1第三部分岩溶地区桥梁桩基础岩溶地区桥梁桩基础岩溶地区桥梁钻（冲）孔灌注桩岩溶地区桥梁人工挖孔桩岩溶地区桥梁预应力管桩第四部分岩溶地区桥梁桩基施工监测监测内容监测方法监测控制指标建筑物及公用设施在施工开始前，在施工区域旁的房屋布置沉降测点，并读取初始值，后期根据地下水位变化情况，必要时进行动态监测。采用水准仪对建筑物进行沉降观测。根据建筑物的型式结合建筑物重要等级参照《建筑变形测量规范（JGJ8-2007）》确定其允许值。地下水位地下水位监测在岩溶发育地段利用地质钻孔设置地下水位观测孔，监测全线水位变化情况。采用水位变化率与水位变化双指标控制。水位变化设为3m，水位变化率根据汛期和非汛期分别设置为1m/天和0.5m/天。路基路基水平位移监测采用钻孔倾斜仪进行观测。管顶水平位移量每昼夜不大于5mm。坝体坝体水平位移监测采用钻孔倾斜仪进行观测，采用水准仪对坝体进行沉降观测。水平位移速率不超过4mm/天，垂直沉降速率不超过10mm/天。高耸建筑物在电塔、水塔、烟囱等底部布置沉降测点，采用水准仪对沉降进行观测。根据建筑物形式结合建筑物重要等级参照《建筑变形测量规范(JGJ8-2007)》确定其允许值。岩溶地区桥梁桩基施工监测内容如表4-1所示岩溶地区桥梁桩基施工监测表4-1如图4-1如图4-2如图4-34.1护筒振设施工的监测（1）监测内容护筒振设施工中需对周边的建筑物、地下水位、路基及水库进行监测。其中，建筑物进行沉降监测；地下水位进行水位变化监测；路基进行测斜监测；水库坝体进行沉降和水平位移监测。（2）监测范围监测范围按照不同情况（正常情况、异常情况、危险情况）进行分类。在钢护筒振设施工过程中，正常情况下应对其周边100m范围内的监测点（包括建筑物沉降点、路基测斜点、地下水位监测点等）进行监测。异常情况下，（如遇到土洞）则对150m范围内的监测点进行测试，并适当提高监测频率。当出现危险情况时，则应对各监测点进行24小时实时监测，监测范围第四部分岩溶地区桥梁桩基施工监测扩大到200m范围，地下水位监测点的范围应加大至300m范围，同时应对200m范围内的建筑物进行沉降监测。直至各监测点沉降、水位变化逐渐趋于稳定后，监测频率、监测范围恢复至正常监测范围、频率。4.2覆盖层成孔施工监测（1）监测内容对周边的路基、建筑物及地下水进行监测。路基对测斜点进行监测，并配合人工巡查；建筑物沉降测点进行监测；地下水位变化进行监测；水库坝体沉降及水平位移测点进行监测。（2）监测范围监测范围按不同情况（正常情况、异常情况、危险情况）进行分类。正常情况下对100m范围内监测点进行测试。异常情况下（如出现漏浆现象）第四部分岩溶地区桥梁桩基施工监测对150m范围内的监测点进行测试，并适当提高监测频率。当覆盖层流动变化过快，测斜管测试水平位移每昼夜大于5mm时，则应对各监测点进行24小时实时监测，监测范围扩大到200m范围，地下水位监测点的范围应加大至300m范围，同时应对200m范围内的建筑物进行沉降监测。直至各监测点沉降、水位变化逐渐趋于稳定后，监测频率、监测范围恢复至正常监测范围、频率。4.3岩层成孔施工监测（1）监测内容对桩基周边的地下水位、建筑物及路基进行监测，建筑物在有必要的情况下（如出现漏浆现象）进行沉降监测。地下水位变化进行监测；建筑物对沉降进行监测；路基监测以人工巡查为主。第四部分岩溶地区桥梁桩基施工监测（2）监测范围监测范围按照不同情况（正常情况、异常情况、危险情况）进行分类。正常情况下对100m范围内监测点进行测试。异常情况下（如出现漏浆时）对150m范围内的监测点进行测试，并适当提高监测频率。当施工桩基周围的水位出现较大变化时，则应对各监测点进行24小时实时监测，监测范围扩大到200m范围，地下水位监测点的范围应加大至300m范围，同时应对200m范围内的建筑物进行沉降监测。直至各监测点沉降、水位变化逐渐趋于稳定后，监测频率、监测范围恢复至正常监测范围、频率。4.4清孔过程中监测（1）监测内容清孔过程中需对桩基周边的地下水位、建筑物及路基进行监测。第四部分岩溶地区桥梁桩基施工监测（2）监测范围正常情况下，对其周边100m范围内监测点