暖水川大橋工程地質(zhì)分析評價(jià)

邊秀英 劉荷用

2004年投資建設(shè)的國道109線北京至拉薩大飯鋪至東勝段高速公路Ⅱ合同段暖水川大橋位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗暖水鎮(zhèn)暖水川。地理坐標(biāo):X=377938.96 m～377837.75 m;Y=471536.74 m～471018.95 m。里程樁號:K712+406～K712+934，橋長 528.00 m，橋面寬24.50 m。

勘察的目的是查明橋位區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布及工程地質(zhì)特性。通過本次勘察對橋位區(qū)邊坡地基穩(wěn)定性，不良地質(zhì)的危害程度和地下水對地基的影響程度作出評價(jià)。對構(gòu)造物結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)類型作出分析評價(jià)。

1 勘察方法

主要采用了工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探、原位測試及采樣分析化驗(yàn)等綜合手段，對橋位區(qū)進(jìn)行詳細(xì)工程地質(zhì)勘察。

1.1 地表工程地質(zhì)測繪

1∶2000工程地質(zhì)測繪調(diào)查了橋位及其附近地形、地貌特征，地表出露的地層及其巖性、成因、時(shí)代和分布。測繪面積0.33 km2;1∶500 實(shí)測縱斷面 1 條 0.828 km;1∶200 實(shí)測橫斷面10條0.60 km。

1.2 鉆探、取樣測試

主要沿橋位中軸線及橋墩中線布置，共布置了10個(gè)勘察鉆孔，探井13個(gè)。采用DPP-100型鉆機(jī)進(jìn)行鉆探工作，鉆孔口徑108mm。根據(jù)規(guī)范采取土、巖、水樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

1.3 原位測試、地面物探

在粉細(xì)砂地層進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)13次。在礫砂地層中及全風(fēng)化砂巖地層中進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)9個(gè)孔，2.8 m。地面物探儀器采用DZD-6A直流電法儀，縱向測3條，2.595 km，采用單孔法進(jìn)行波速測試3個(gè)孔，93.6 m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 氣象

橋位區(qū)屬典型的大陸性半干旱氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季干熱，冬春多風(fēng)沙。年平均降水在292.7mm左右，主要集中在7月份～8月份。年蒸發(fā)量達(dá)2314mm，大大超過年降雨量。冬季凍土深度最深 1.5 m ～1.6 m。

2.2 地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造

橋位區(qū)屬鄂爾多斯波狀高原地貌，微地貌為構(gòu)造剝蝕丘陵河谷地貌。大飯鋪岸為堆積岸，地形較緩，自然坡度角小于8°，橋臺處地形平緩;東勝岸為沖刷岸，地形較陡(邊坡高3 m～5 m)，自然坡度角為35°～65°，橋臺處地形平緩;河道開闊，河床寬134 m～161 m，河床的上、下游較寬，地形起伏不大，相對高差9.10 m。

橋位區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于華北地臺鄂爾多斯臺向斜東北部，無不良深部地質(zhì)構(gòu)造。測區(qū)基巖平緩，基本呈水平狀態(tài)，局部略微傾向南西，傾角2°～5°。垂直節(jié)理不發(fā)育。

2.3 地層結(jié)構(gòu)

根據(jù)地表工程地質(zhì)測繪及鉆探成果表明:橋位區(qū)被第四系沖洪積砂土()和河相沉積砂土)覆蓋，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)的砂巖夾泥巖。砂巖主要由石英、長石、云母等礦物組成，粗粒結(jié)構(gòu)，巨厚層狀構(gòu)造，鈣泥質(zhì)膠結(jié);泥巖主要由粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層塊狀構(gòu)造。

依據(jù)鉆孔地層巖性，結(jié)合動(dòng)探試驗(yàn)與波速測試等原位測試成果，劃分巖層風(fēng)化界線。全風(fēng)化帶砂巖巖芯多呈碎塊狀、顆粒狀，泥巖多呈土狀、碎塊狀，手捏易散，巖質(zhì)很軟，厚度0.8 m～6.7 m。強(qiáng)風(fēng)化帶砂巖巖芯多呈碎塊～粉砂狀，少數(shù)呈短柱狀，厚度為2.2 m～13.6 m;泥巖多呈碎塊 ～ 短柱狀，揭露厚度為 0.9 m ～8.8 m。手不易捏碎，巖質(zhì)較軟，屬易軟化的極軟巖。弱風(fēng)化帶砂巖巖芯呈短柱狀～長柱狀，局部呈碎塊狀、顆粒狀，為機(jī)械破碎，巖質(zhì)較硬。該層分布廣，鉆探揭露厚度為2.90 m～32.06 m。屬易軟化的極軟巖。泥巖呈短～長短柱狀，巖石強(qiáng)度較高，質(zhì)較硬，鉆孔揭露厚度2.5 m。

3 水文地質(zhì)條件

橋區(qū)地表水、地下水均以不同形式存在，水量較豐富，且遍及橋區(qū)每個(gè)橋墩臺處。暖水川地表水系主要為一條由北向南流經(jīng)橋位區(qū)中部的常年流水河流。初勘期間流量約為1555 t/d。詳勘期間其流量約為3674 t/d。其水流量明顯受季節(jié)控制和影響，主要由上游溪溝、地下水匯集和溪溝兩側(cè)的水田排放補(bǔ)給。橋位區(qū)地下水較豐富，地下水類型主要有三種，為松散土層孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水與層狀基巖承壓水。1)松散土層孔隙水:含水層主要呈條帶狀分布在溝谷中。潛水位埋藏淺，多小于0.50 m。部分地段水位自流，高出地表0.40 m～0.70 m，流量約為480 m3/d～590 m3/d。2)基巖風(fēng)化裂隙水:主要分布在侏羅系(J2)砂巖的全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化裂隙中，無統(tǒng)一水位。3)層狀基巖承壓水:主要分布在溝谷內(nèi)位于沖洪積層之下的侏羅系(J2)粗砂巖、中粗砂巖及裂隙中。K712+650～K712+900地下水自流，一般高出地表0.30 m ～0.70 m，自流量480 m3/d～590 m3/d。

4 工程地質(zhì)分析評價(jià)

4.1 橋位區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定性、適宜性評價(jià)

通過地表工程地質(zhì)調(diào)繪表明:橋位區(qū)內(nèi)地勢開闊，地形較平坦，未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)作用，整個(gè)橋位區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定，適宜建大橋。

4.2 岸坡穩(wěn)定性分析評價(jià)

?號～?號橋墩臺位置地形坡度較緩，自然坡度角小于8°。覆蓋層(砂土)厚度1.1 m～5.4 m，較薄。場地現(xiàn)狀穩(wěn)定。?號橋臺東部15 m～20 m處有一坡度角為35°～65°、高約5 m的土質(zhì)邊坡，砂土層厚5 m～6 m;土質(zhì)邊坡未見下沉、開裂等不良現(xiàn)象，現(xiàn)狀穩(wěn)定;下伏基巖面較平緩，微向西南傾;從地表調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)狀穩(wěn)定。

5 橋基礎(chǔ)形式及持力層的選擇

5.1 地基持力層的選擇

經(jīng)工程地質(zhì)測繪及鉆探揭露，場地主要出露的地層由第四系沖洪積、河積砂土及侏羅系中統(tǒng)直羅組的砂巖、泥巖組成。第四系砂土成分不均，厚度較薄且變化大，承載力較低，不宜作為持力層。全風(fēng)化基巖軟硬不均，厚度薄，不宜作持力層。強(qiáng)風(fēng)化基巖厚度較大，但巖體破碎，力學(xué)性質(zhì)、均勻性較差，不宜作基礎(chǔ)持力層。弱風(fēng)化基巖厚度大，其整體性、均一性好，強(qiáng)度高，是橋墩臺基礎(chǔ)理想的持力層。各墩臺地層容許承載力和抗壓強(qiáng)度建議值如下:?號～?號墩臺容許承載力均為900kPa，?號～③號墩臺抗壓強(qiáng)度1820kPa，④號～⑤號墩臺抗壓強(qiáng)度2180kPa，⑥號～⑧號墩臺抗壓強(qiáng)度2070kPa，⑨號～?號墩臺抗壓強(qiáng)度2180kPa。

5.2 橋梁基礎(chǔ)形式的選擇

該橋跨度較大，橋位區(qū)地形平緩，地勢起伏不大，場地地面高差8 m，橋墩高度大。橋位地段地層簡單，第四系覆蓋層較薄，全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化巖層埋藏淺、厚度大，弱風(fēng)化巖層巖質(zhì)較硬、埋藏深度較大。河床內(nèi)常年有地表水流，地下巖土層富存地下水且具承壓性，水位埋藏較淺，水量較豐富，施工中對水泥砂漿會產(chǎn)生稀釋作用。且中部強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度大，層底深度達(dá)40.40 m～45.70 m。

根據(jù)以上條件，不利于墩(臺)基坑大開挖，建議④墩～⑦墩臺采用摩擦樁、其他墩臺可采用端承樁。據(jù)上部荷載對樁端巖層承載力的要求，可選用弱風(fēng)化巖層作為樁端持力層。

6 結(jié)語

經(jīng)勘察，查明了橋位區(qū)巖土結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)現(xiàn)象，在鉆探范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、泥石流、地下采空區(qū)等不良地質(zhì)現(xiàn)象，故橋位區(qū)整體現(xiàn)狀穩(wěn)定，可建大橋。

7 建議

各巖石層物理力學(xué)參數(shù)、樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值見表1。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值

［1］ JTJ 064-98，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］ 朱明忠，邊秀英.109國道暖水川大橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.鄂爾多斯:鄂爾多斯市地質(zhì)工程勘察有限責(zé)任公司，2004.

［3］ 內(nèi)蒙古一0四地質(zhì)隊(duì).內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗水文地質(zhì)普查報(bào)告(1∶20 萬)［R］.1978.