某大型橋梁災后加固擴建工程的詳細勘察

崔 軍，宋明健

(1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080;2.中國十九冶集團有限公司，四川 成都 610031)

1 工程概況

某擬加固擴建大橋，位于“5·12”大地震重災區(qū)汶川縣縣城內(nèi)。原大橋全長122 m，為雙車道雙人行道設計，橋面寬9.0m，左右側人行道加護欄寬各約1.0m，大橋左岸延伸100m有余，與縣城南區(qū)主街道岷江路和東街路相交，大橋右岸直接與大橋路和沿右岸分布的213國道組成十字路口，交通位置如圖1所示。

圖1 大橋橋位交通圖

因大橋連接縣城南、北岸中心地帶，交通流量大，而最初設計的規(guī)模幾乎不能滿足日益增加的行人通車需要，且“5·12”地震期間，橋體各處均有不同程度的損傷。故廣州市對口支援汶川縣威州鎮(zhèn)前線工作組，會同廣州市市政工程設計院、廣州市廣園市政建設有限公司等單位決定對該大橋進行加固加寬處理。規(guī)劃后的新大橋，橋面長度和橋位中軸線位置保持不變，僅在現(xiàn)有橋位橋面上下游輪廓線的基礎上，向大橋兩側各加寬4.0m，竣工后的新大橋橋面寬度變?yōu)?車道17 m。

2 區(qū)域氣象及地質構造特征

2.1 地形及地層

工程區(qū)域地處龍門山系和邛崍山系之間，為高山峽谷地區(qū)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育比較完整，其中奧陶系、志留系地層大部缺失，小范圍有出露。場區(qū)主要為第四系殘坡積、崩坡積物(Q4el+dl)、第四系沖洪積(Q4al+pl)，第四系更新統(tǒng)冰漬層(Qp)覆蓋。下伏基巖為泥盆系月里寨群(Dyl)。

2.2 氣象及水文

大橋所在區(qū)域盛夏受太平洋暖流高壓控制，冬季受西北高原冷氣流的影響。夏短無酷暑，冬長無嚴寒，春秋溫和，作物生長期長的氣候特點。多年平均降水量為1190.9mm，南部和北部地區(qū)降水量差異很大，由南至北遞減。

場區(qū)地表水主要為岷江河，岷江河床寬約120m，河床坡比約2%～4%，河水由東北方向經(jīng)橋位后向南西方向流出，對左岸沖刷作用較大，受降雨以及上游水電站放水影響，河面水位日變化較為頻繁。

場區(qū)地下水類型主要有第四系堆積層中的孔隙潛水和基巖中的裂隙水，基巖中裂隙水埋藏深，勘察中未揭露。

2.3 地質構造

場區(qū)位于龍門山斷裂帶，地質構造復雜。元古代中期地殼發(fā)生“晉寧運動”，使大渡河畔固結陸殼基底“黃水河群”發(fā)生強烈褶皺和斷裂，伴隨大量巖漿侵入，巖層遭受變質破碎、移位、卷曲。古生代寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀地殼發(fā)生“興凱”、“古浪”、“祁連”、“天山”、“伊寧”等幾次強烈的運動，使龍門山華夏系構造的九頂山華夏構造基本定型。伴隨的巖漿活動形成褶皺、斷裂帶上的各種巖漿巖體。由于受構造及斷層的影響，巖體普遍破碎。

2.4 新構造運動

區(qū)內(nèi)新構造運動主要表現(xiàn)為區(qū)域性地殼急劇上升并伴隨斷裂活動，在上升中有短暫間歇，上升幅度隨時間推移遞減。區(qū)域地處九頂山華夏系構造帶，青川～茂汶斷裂帶、北川～映秀斷裂帶呈北東－南西方向斜穿全境，影響寬度13～32 km，約占境內(nèi)面積的三分之二。

區(qū)內(nèi)地震活動較為頻繁。根據(jù)年代和震中范圍和震級統(tǒng)計;1952年以前，區(qū)域內(nèi)有記載的歷史地震30次;1952年至1984年2.5級以上的地震46次，2.5級以下的132次。在300 km以內(nèi)波及到區(qū)域范圍內(nèi)4級以上的地震60次。地震臺測得1級以下的地震次數(shù)更為繁多。

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011－2001(2008年版)和《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306－2001)及其第1號修改單(2008年6月11日批準實施)。該地區(qū)地震基本烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.35 s。

3 橋位工程地質特征

3.1 橋位地形地貌

橋位區(qū)位于岷江河和雜谷腦河交匯處，屬中山溝谷地貌，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，山巒起伏。大橋所跨溝谷呈寬緩的“V”字形，溝床寬約400～700m，縱向上由東向西傾斜，谷底為岷江河床，河床寬約90～100m，大橋兩端山體群呈東西走向，且沿與岷江垂直的方向起伏增高，山體海拔高度在1800～2550m。橋位地形地貌如圖2所示。

3.2 場地巖土分布及其性質

據(jù)全斷面雙管回旋鉆探揭露，橋位區(qū)的地層主要為第四系沖洪積層

沖洪積層主要為密實程度不等的漂卵石地層，深灰色，濕～飽和，局部夾中粗砂，本次勘探中各鉆孔均有所揭露。根據(jù)漂卵石含量、充填情況、密實程度等，該層可分為中密卵石、密實卵石、中砂、圓礫、漂石等幾個亞層。

圖2 橋位處地形地貌

3.3 不良地質現(xiàn)象

橋位周圍的山體堅固，下覆巖土多為中密～密實的漂卵石，部分地段基巖出露，強度高且承載力大。山上植被不發(fā)育，除山腳附近的坡體較為陡峭外，其他部分的山體坡度較為平緩，且沿與岷江垂直的方向向外，山體經(jīng)多級緩沖平臺向外逐級增高，相對較為安全，不易形成長大的深層崩滑帶。零星出現(xiàn)的一些淺層滑裂帶，其崩滑體的影響范圍亦有限，多在坡腳5 m左右。左右側與橋位相鄰的為岷江一級階地，橋位距離山坡坡腳的最近距離約140.0m，相對較為平坦寬闊，且階地之上分別為汶川縣縣城的南北城區(qū)，這些淺表層滑移帶及其崩滑體不會對橋位區(qū)構成威脅的。

4 勘察等級的劃分

擬建工程為連接國道的大型橋梁，總長度超過100m，安全重要性等級為一級，區(qū)域地質復雜，場地及地基復雜程度等級為二級，依據(jù)《公路工程地質勘察規(guī)范》(JTJ 064－98)，巖土工程勘察等級為甲級。

5 勘察方法及完成工程量

根據(jù)橋位區(qū)的工程地質條件及擴建大橋的工程特性，本工程所使用的勘探方法主要為搜集相關資料、工程地質測繪、工程測量、鉆探、動力觸探、單孔波速測井試驗、室內(nèi)水土質分析試驗等。

全場共布置勘探鉆孔10個，其編號依次是ZK1～ZK10，其中控制性鉆孔4個，分別為 ZK2、ZK4、ZK9、ZK10。10個鉆孔沿原橋面上下游側輪廓線向外偏2 m布置成2排，排間距為13 m;每個橋墩位置對應布設鉆孔1個，因大橋右岸即為213國道，交通流量較大，為不影響通行，該位置地段上的勘探鉆孔ZK1、ZK6向岷江一側偏移約20m而布設于岷江河床上。

全場共采集土樣12組，巖樣2件，地表水水質檢分析試驗樣3組。

全場共對ZK5、ZK10兩個鉆孔進行了單孔波速測試。根據(jù)各鉆孔巖芯取樣所揭示的地層分布情況，ZK5、ZK10分別選擇了7個和5個測點。

6 場地工程地質條件評價

6.1 場地類別及地震效應分析

6.1.1 斷裂帶影響

場地左側距離橋位左岸約350m附近的位置，茂汶大斷裂的一分支從此處通過。

茂汶大斷裂隸屬龍門山大斷裂構造，屬于發(fā)震斷裂。但該斷裂為發(fā)震斷裂帶的分支，而非主發(fā)震斷裂，并且距離擬建橋位距離較遠，加之場地巖土工程特性較好等因素，綜合判定場區(qū)為抗震設防不利地段。

6.1.2 場地類別

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表1是對場區(qū)的單孔波速測試結果。從表1可以看出，場地的覆蓋層厚度大于5 m，等效剪切波速大于250m/s，本場地卓越周期約為0.21 s，故該場地類別為II類。

6.1.3 砂土液化

據(jù)鉆探揭露，粉砂層一般厚度為1.4～10.6 m，但其層位埋深在河床之下31.4～31.7 m之間，且為透水性較好的密實卵石層所包夾，可不考慮震動液化。

中砂層多以不連續(xù)的透鏡體存在，除ZK9在15.5～17.0m范圍內(nèi)存在1.5 m的較厚中砂層外，地下20m內(nèi)，僅ZK4、ZK5分別在地下19.4 m、13.0m左右尚存在0.4～0.6 m的薄砂層外，其他各鉆孔未揭露有中砂層。根據(jù)《公路工程抗震設計規(guī)范》(JTJ004－89)，地下水位深度為0時，埋深大于9 m的砂土層均可判為不液化，故ZK9、ZK4、ZK5所揭露的中砂層也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

6.1.4 次生地質災害效應

橋位處主要為沖洪積形成的河床和階地，鉆探揭露場區(qū)多為中密～密實的漂卵石，承載力高、強度大，階地之外的山體堅固穩(wěn)定，橋位左岸山坡盡管容易發(fā)生崩塌滑移，但該部分坡體距離橋位區(qū)較遠，坡體和橋位之間為民宅群和公路，而且橋位并不正好位于崩塌滑移體移動方向，故橋位周圍場地穩(wěn)定性較好，工程建設，即使受到地震作用，亦不易引起滑坡、崩塌、泥石流等次生災害。

6.2 水土腐蝕性評價

表2為室內(nèi)做出的腐蝕性判定實驗，根據(jù)室內(nèi)試驗結果和《公路工程地質勘察規(guī)范》JTJ064－98，橋位區(qū)地表地下水及場地土對混凝土無結晶類腐蝕、無分解類腐蝕、無結晶分解復合類腐蝕。

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6.3 地基土穩(wěn)定性評價

根據(jù)區(qū)域地質資料和鉆探揭露，基巖埋深較大，各鉆孔所揭露的地層基本為漂卵石層，漂卵石風化程度微弱，大部分接觸強度高，承載力大。個別鉆孔揭露的粉砂層、中粗砂等埋深較大，且不會發(fā)生震動液化。場區(qū)整體穩(wěn)定性較好。

6.4 巖土工程特性評價

場區(qū)內(nèi)的中砂、圓礫等巖土層，層位埋深不穩(wěn)定，厚度不均勻，力學性質較差，不能作為橋梁基礎持力層。

漂卵石層，大部分均勻接觸，層厚度大，鉆探揭露累計厚度在30m以上，分布廣，各鉆孔均有揭露，層位穩(wěn)定，各鉆孔揭露深度突變并不顯著，強度高，壓縮性低，變形小，是擬建橋梁基礎良好的持力層。

7 地基基礎方案評價

因第四系覆蓋層較大，很難將橋梁荷載直接作用在基巖上，但近50m范圍內(nèi)多為漂卵石，各鉆孔所揭露的漂卵石累計含量均在80%以上，累計厚度在30m以上，且漂卵石密實程度較高，故建議采用摩擦型樁基礎。

考慮到各鉆孔所揭露的漂卵石，沿深度向下密實度增加，且質地堅硬，也可考慮以摩擦作用為主、端承作用為輔的端承摩擦樁。選用該樁型時，樁的下臥持力層均要求作用在較為密實且層厚較大的漂卵石層上。

8 結論

擬建大橋位于九頂山華夏系構造帶上，區(qū)域內(nèi)地質構造復雜，地震活動較為頻繁。

該次勘察所用勘察手段較多，工作量較大，所取得的勘察成果較為全面，一定程度上反映了擬建橋區(qū)周圍的巖土特征。目前該大橋已順利完成施工并投入正常運營，施工期間所揭露的地層地質等特性和勘察報告結論基本一致。

［1］四川省廣漢地質工程勘察院.四川省5.12特大地震后汶川縣城規(guī)劃區(qū)地質災害危險性評估報告［R］.2008

［2］JTJ004－89公路工程抗震設計規(guī)范(1990版)［S］

［3］GB 50011－2001建筑抗震設計規(guī)范(2008年版)［S］

［4］GB 50021－2001巖土工程勘察規(guī)范［S］

［5］JGJ94－94建筑樁基技術規(guī)范(2008版)［S］