橋梁工程巖土工程勘察技術(shù)研究

向選德

(銅仁市公路勘察設(shè)計(jì)院)

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橋梁工程巖土工程勘察技術(shù)研究

向選德

(銅仁市公路勘察設(shè)計(jì)院)

橋梁是正橋、引橋等工程組成的，正橋是兩岸橋臺(tái)之間的主體結(jié)構(gòu)，橋墩均深入河床中，引橋連接正橋和公路原線，屬于附屬工程。主要是根據(jù)工程實(shí)例，主要研究橋梁工程巖土工程勘察技術(shù)，在新灘大橋巖土工程勘察實(shí)踐基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁工程巖土工程勘察技術(shù)措施進(jìn)行了詳細(xì)討論，對(duì)橋梁工程巖土勘察工作的有效開展和技術(shù)手段進(jìn)行了研究。

橋梁；巖土工程；勘察；技術(shù)；新灘大橋

1 橋梁工程巖土勘察工作的開展

1.1 橋址選擇工程地質(zhì)論證

(1)河床情況

選擇橋址需要選擇河床寬度較小、河道平整，河槽變化平穩(wěn)、水量變化幅度比較平緩，兩岸變化高并且施工比較方便的位置，盡量避免遷移性強(qiáng)，存在強(qiáng)烈沖刷、淤積改道頻繁的河道以及活動(dòng)性大的河灣和大支流匯合位置。

(2)基層地質(zhì)情況

選擇覆蓋層厚度小，河床基底堅(jiān)硬完整的橋址。如果覆蓋層厚度過大，可以選擇無漫灘相、淤泥相、泥炭的地段，避開尖滅層發(fā)育的非均質(zhì)土層地區(qū)。

(3)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

選擇橋址需要選擇區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定性良好，地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷裂不發(fā)育的位置，要求橋線方向需要垂直于主要構(gòu)造線，同時(shí)要注意不能將橋墩以及橋臺(tái)防止在斷層破碎帶以及褶皺線上，尤其要避開高地震基本烈度區(qū)和活動(dòng)斷裂帶以及主斷裂帶。

不能選擇滑坡、巖溶、可液化土層等地質(zhì)不良地帶。

(4)盡量選擇可單孔跨越的橋址

山區(qū)峽谷河流選擇橋址應(yīng)該盡量能夠使橋梁能夠單孔跨越，一些寬度很大的深切河谷可選擇一些兩岸地勢(shì)低的位置通過，要注意兩岸巖石是否完整堅(jiān)硬，通過降低橋臺(tái)高度來降低工程造價(jià)，降低施工難度。

1.2 橋梁巖土工程勘探技術(shù)手段

(1)鉆探

鉆探最常見的主要有回轉(zhuǎn)鉆探、振動(dòng)鉆探、沖擊鉆探以及沖洗鉆探四種，最常見的是回轉(zhuǎn)鉆探。鉆探孔徑需要能夠滿足采樣和抽水試驗(yàn)要求，將孔深度設(shè)定為入目層以下3～5 m，深度量測(cè)精度要高于±5 cm。巖土采取率淤泥不能低于80%，同時(shí)注意保證巖石和粘土完整。破碎的巖石沙子等至少要占65%，同時(shí)將取樣鉆探重點(diǎn)放在滑動(dòng)帶和軟弱夾層中，使用雙芯管連續(xù)取心，如果需要確定巖石質(zhì)量指標(biāo)，則需要選擇雙層芯管以及金剛石鉆頭。根據(jù)勘察參數(shù)要求，進(jìn)行巖石、土壤、水、原位測(cè)試，應(yīng)力層取樣、原位測(cè)試以及主要土層原狀圖樣和原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)不少于6件套。

(2)井探、槽探、洞探

很多時(shí)候鉆探不能對(duì)地下情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，包括故障、隧道、大壩以及地下洞室群等，這些時(shí)候可以使用井探、槽探、洞探等方法。

(3)地探

工程地探是一種原位測(cè)試手段，能夠準(zhǔn)確測(cè)定巖石波速以及動(dòng)態(tài)彈性模量、電阻爐和土壤腐蝕金屬等參數(shù)。

1.3 橋梁巖土工程勘察工作關(guān)鍵點(diǎn)

(1)初步設(shè)計(jì)

巖土工程勘察設(shè)計(jì)階段的工作主要是進(jìn)行橋線比較方案范圍內(nèi)一般工程地質(zhì)條件，同時(shí)開展橋線方案范圍內(nèi)關(guān)鍵性巖土工程問題和不良地質(zhì)作用深部情況調(diào)查，進(jìn)行不同橋線方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性比較。

(2)橋基勘查

①鉆孔布置

布置鉆孔需要在橋位工程地質(zhì)勘查以及測(cè)繪工作配合下開展，減少盲目性。初步設(shè)計(jì)階段設(shè)置3～5個(gè)鉆孔，技術(shù)設(shè)計(jì)階段，鉆孔數(shù)至少要多于墩臺(tái)數(shù)，使用沉井基礎(chǔ)或者基礎(chǔ)傾斜、鋸齒狀基巖上需要適當(dāng)增加輔助鉆孔，工程地質(zhì)情況比較復(fù)雜可在同一個(gè)橋墩位置多設(shè)置幾個(gè)鉆孔。

②鉆孔深度確定

確定鉆孔深度需要考慮河床地質(zhì)條件、基礎(chǔ)地質(zhì)類型和基底埋深等情況。河床地質(zhì)條件則主要有河床底層結(jié)構(gòu)、基巖埋深以及地質(zhì)承載力和可能沖刷深度等影響因素，基礎(chǔ)類型則決定鉆孔的挖、深井和樁基形式，遭遇基巖，需要額外鉆入基層風(fēng)化層大概1～3 m左右，山區(qū)河流鉆探工作需要注意這個(gè)問題。

③操作規(guī)程

為了有效控制鉆探工程質(zhì)量，在勘查過程中需要按照操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程進(jìn)行取樣、鑒別和記錄，每隔1 m深度取一次樣，每次變層都需要進(jìn)行采樣。為了保證樣品盡量維持原樣，要選擇合適的鉆頭和鉆進(jìn)方式。施工過程中還要注意做好使用記錄，詳細(xì)記錄鉆進(jìn)過程使用的鉆具、進(jìn)尺、取樣以及鉆進(jìn)感覺，并且鑒別過程需要和調(diào)查測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，防止重大錯(cuò)誤出現(xiàn)。

2 新灘大橋巖土工程勘察實(shí)踐研究

2.1 工程概況

新灘大橋位于銅仁市碧江區(qū)清水塘至和平公路K3+868.562～K3+998.562處，橫跨小江河，距和平鄉(xiāng)政府約12.0 km，距銅仁市區(qū)約6.0 km，已通公路，交通條件較好。新灘大橋?yàn)橐蛔陆蛄?，是清水塘至和平公路工程的控制性工程，橋面設(shè)計(jì)高程243.801～243.405 m，設(shè)計(jì)縱坡-0.3%，橋梁全長130.0 m，橋面寬10.0 m(凈7.5 m(行車道)+2×1.0 m(人行道)+2×0.25 m(欄桿))，設(shè)計(jì)速度：20 km/h，設(shè)計(jì)汽車荷載：公路-Ⅰ級(jí)；人群荷載：3.0 kN/m2；橋下通航等級(jí)：不通航。上部采用: 4～30 m預(yù)應(yīng)力T梁，下部采用：橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋(墩)臺(tái)均為樁基礎(chǔ)。受碧江區(qū)農(nóng)村公路管理局的委托，貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院承擔(dān)了銅仁市2015年危橋改造工程碧江區(qū)新灘大橋的工程地質(zhì)勘察工作。

2.2 區(qū)域地理地質(zhì)環(huán)境

(1)區(qū)域地質(zhì)概況

工程區(qū)大地構(gòu)造位置屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華南褶皺帶的過渡地帶，以北東向及南東向雁列式構(gòu)造為主，構(gòu)成境內(nèi)基本構(gòu)造格架。褶皺構(gòu)造以復(fù)式背、向斜為主，具有窄向斜寬背斜組成較典型的隔擋式褶皺組合特征，區(qū)內(nèi)褶皺斷裂普遍發(fā)育，其展布方向基本一致。查(1∶20萬)區(qū)域地質(zhì)圖，斷裂主要發(fā)育在背斜核部，少量分布在向斜構(gòu)造中，橋位區(qū)內(nèi)無斷層通過。

(2)巖體風(fēng)化

巖體風(fēng)化受巖性、地形、構(gòu)造等因素的控制。經(jīng)調(diào)查，橋位區(qū)基巖主要為砂質(zhì)泥巖，巖質(zhì)較軟，橋位區(qū)岸小褶皺較發(fā)育,局部見構(gòu)造裂隙，但間距較大，可視為不發(fā)育。表層巖體較破碎，其余中風(fēng)化，局部沿裂面強(qiáng)風(fēng)化。

(3)不良地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及鉆孔巖芯觀察，橋位兩側(cè)不存在高邊坡，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)擬建工程無影響，工程區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程區(qū)場(chǎng)地整體穩(wěn)定。

2.3 巖土試驗(yàn)成果的統(tǒng)計(jì)與整理

根據(jù)巖(土)體物理力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)成果，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40-2007)附錄A試驗(yàn)成果的分析整理方法進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。正常使用極限狀態(tài)計(jì)算需要的和評(píng)價(jià)巖(土)體性狀需要的巖土參數(shù)應(yīng)采用平均值，承載力極限狀態(tài)計(jì)算需要的巖(土)參數(shù)保證值采用保證率平均值(保證值)。

由統(tǒng)計(jì)成果知：砂質(zhì)泥巖天然單軸抗壓強(qiáng)度值為25.01 MPa，風(fēng)化系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.6換算為飽和單軸抗壓強(qiáng)度值為15.0 MPa，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)查得場(chǎng)地內(nèi)鈣質(zhì)砂質(zhì)泥巖為較軟巖石，巖石的容許承載力[fa0]根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)查得為：砂質(zhì)泥巖為1 500 kPa。

2.4 橋臺(tái)橋墩工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

(1)橋臺(tái)

橋臺(tái)位于銅仁岸斜坡上，地面高程約244.56～245.07 m，根據(jù)鉆孔zk0-1、zk0-2揭示， 覆蓋層為第四系殘坡積碎石土，下伏巖體為下古生界寒武系下統(tǒng)杷榔組一段(∈1P1)砂質(zhì)泥巖。鉆孔揭示，覆蓋層厚約3.20 m，覆蓋層相應(yīng)下限高程為241.36 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚約3.3～3.9 m，相應(yīng)下限高程為238.06～238.07 m，下部中風(fēng)化巖體較完整，巖芯多呈短柱狀或碎塊狀。鉆孔揭示地下水埋藏較深對(duì)基礎(chǔ)影響較小。

在施工過程中應(yīng)及時(shí)封閉基坑，如采用人工開挖施工，建議采用混凝土從上至下逐段護(hù)壁?；A(chǔ)基坑開挖過程中部分存在約7.5 m基坑邊坡，由于場(chǎng)地上覆的第四系土層厚度較大，碎石土在降雨作用下也易發(fā)生基坑邊坡失穩(wěn)。由于場(chǎng)區(qū)四周均具備放坡條件，建議對(duì)基坑邊坡進(jìn)行放坡處理，上覆土層坡比按1∶1.25放坡，巖質(zhì)坡比按1∶0.75放坡，并對(duì)坡面采用噴射混凝土護(hù)面處理。

(2)橋墩

橋墩位于小江河上，水深約1.5～2.2 m，地面高程約223.74～224.24 m，根據(jù)鉆孔zk1-1、zk1-2揭示，覆蓋層為基本缺失，巖體為下古生界寒武系下統(tǒng)杷榔組一段(∈1P1)砂質(zhì)泥巖。鉆孔揭示，強(qiáng)風(fēng)化層厚約1.80～2.10 m，相應(yīng)下限高程為221.94～223.74 m，下部中風(fēng)化巖體較完整，巖芯多呈短柱狀或碎塊狀。鉆孔揭示地下水埋藏較淺對(duì)基礎(chǔ)影響較大。

建議橋墩基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)擬用樁徑為1.8 m, 樁端應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖體長度不小于3倍樁徑，結(jié)合基巖情況定為6.00 m，基底高程約為216.00 m，持力層埋深約8.0 m，詳見圖P-01和P-02，巖性為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，單軸極限抗壓(飽和)強(qiáng)度為15.0 MPa。

[1] 馮俊.工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)選用的探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012,(22).

[2] 金敏,張?zhí)K,李志剛.巖土工程勘察技術(shù)應(yīng)用探究[J].巖土勘察，2011.

[3] 陶忠平.復(fù)雜地形地質(zhì)條件巖土工程勘察實(shí)踐與探索[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012.

2015-03-26

向選德(1982-)，男，貴州銅仁人，中級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)勘察方面的工作。

U445

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1008-3383(2015)11-0109-02