關(guān)于轉(zhuǎn)體橋工程地質(zhì)勘察方法的研究
——以龍巖市工業(yè)東路延伸段工程為例

梅德明

(南昌鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330002)

不同于普通橋梁，轉(zhuǎn)體橋的施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置施工成形后，通過(guò)轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法[1,2]。本文結(jié)合轉(zhuǎn)體橋的特點(diǎn)，以龍巖市工業(yè)東路延伸段(K0+580～K0+880)工程中K0+515～K0+728.5段轉(zhuǎn)體橋?yàn)槔瑢?duì)轉(zhuǎn)體橋工程地質(zhì)勘察中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，為今后轉(zhuǎn)體橋的工程地質(zhì)勘察提供借鑒。

1 擬建工程及地質(zhì)條件簡(jiǎn)述

1.1 工程概述

龍巖市工業(yè)東路延伸段工程位于龍巖市東北部。工業(yè)東路延伸段道路呈東西走向，西起東興路，東止于東寶路(S203省道)，道路規(guī)劃為城市主干路，全長(zhǎng)1.35 km。其中K0+515～K0+728.5段分兩幅上跨既有鐵路，左幅跨度布置為：(2～70) m轉(zhuǎn)體T構(gòu)+(2～35) m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁；右幅跨度布置為：(2～35) m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁+(2～70) m轉(zhuǎn)體T構(gòu)，承臺(tái)施工基坑開挖最大深度6.4 m，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力6 500 kN。擬建工程位置如圖1所示。

圖1 勘探點(diǎn)平面布置示意圖

1.2 地形地貌

擬建場(chǎng)地屬構(gòu)造剝蝕丘陵山脊斜坡地貌與河流沖洪積階地地貌交匯區(qū)?？辈炱陂g場(chǎng)地地面標(biāo)高320.10～379.10 m。

1.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)地處于華夏地塊(Ⅳ-51)中的南武夷晚古生代拗陷區(qū)(Ⅳ-51(2))大田—龍巖凹陷帶(Ⅳ-51(2)d)南側(cè)，屬閩西新構(gòu)造活動(dòng)帶中的相對(duì)穩(wěn)定地塊。區(qū)域斷裂構(gòu)造和地震活動(dòng)較微弱，地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定，地殼的穩(wěn)定性應(yīng)屬基本穩(wěn)定區(qū)，較適宜工程的建設(shè)。

1.4 地層巖性

場(chǎng)地在鉆探深度范圍內(nèi)巖土層分布情況：上部為第四系人工填土層(Q4ml)的雜填土①1、素填土①2、素填土(壓實(shí))①3；沖洪積成因(Q4al-pl)的卵石②1、粉質(zhì)黏土②2、含卵石粉質(zhì)黏土③、中粗砂④；下部為二疊系下統(tǒng)童子巖組(P1t)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑦、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1、下伏二疊系棲霞組灰?guī)r。

1.5 地下水

場(chǎng)地地下水類型主要為包氣帶水、潛水孔隙水及潛水裂隙水。包氣帶水主要賦存于填土層中，水量較??；潛水孔隙水主要賦存于卵石②1、粉質(zhì)黏土②2、含卵石粉質(zhì)黏土③、中粗砂④等第四系地層中，水量豐富；潛水裂隙水主要賦存于泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化層中，水量較小。地下水主要由大氣降水及場(chǎng)地外圍地表水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，并通過(guò)蒸發(fā)及徑流等方式排泄。

1.6 場(chǎng)地穩(wěn)定性與適宜性評(píng)價(jià)

擬建場(chǎng)地周邊地形起伏較大，場(chǎng)地地面標(biāo)高與擬建橋梁標(biāo)高相差較大，部分地段將形成深路塹邊坡，屬對(duì)建筑抗震不利地段，為穩(wěn)定性差場(chǎng)地，工程建設(shè)適宜性差。經(jīng)對(duì)場(chǎng)地采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?對(duì)路塹邊坡采取專項(xiàng)的設(shè)計(jì)、支護(hù))和選用適宜的巖土層作為橋梁的持力層后，場(chǎng)地基本穩(wěn)定，基本適宜本工程的建設(shè)。

1.7 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

擬建立交橋建議選用樁基礎(chǔ)，根據(jù)巖土層的分布情況，建議以碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1作為樁端持力層。由于跨越3條鐵路，樁基施工周期較長(zhǎng)，沖孔灌注樁施工可能引起鐵路的過(guò)量沉降變形，影響營(yíng)運(yùn)安全，因此樁型建議采用對(duì)周邊環(huán)境影響較小的鉆(旋挖)孔灌注樁。設(shè)計(jì)樁徑為1 800 mm，樁長(zhǎng)預(yù)計(jì)35～40 m，具體樁長(zhǎng)應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1層中，主要為NE-NNE、NW-NNW向，相互交切，將巖層切割成菱形狀的塊體。巖層產(chǎn)狀介于108°～111°∠10°～13°。據(jù)場(chǎng)地出露的巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測(cè)量，巖石結(jié)構(gòu)面延伸具方向性，產(chǎn)狀部分為外傾，主要裂隙有如下幾組： 241°∠38°、152°∠61°、142°∠62°、145°∠20°、165°∠44°，裂隙間距總體均小于0.5 m，分布有外傾結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面延展50～100 m，未閉合狀態(tài)，無(wú)充填，整體呈舒緩波狀，未見有水滲出，結(jié)合程度一般，邊坡面大致傾向250°，傾角58°。

邊坡開挖后，坡面主要為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1，局部地段的上部為雜填土①1。雜填土①1抗剪強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，自重固結(jié)尚未完成，穩(wěn)定性較差；碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1裂隙較發(fā)育，裂隙多呈壓性閉合或半閉合，局部微張狀，延伸性較差，產(chǎn)狀多為外傾或斜交，將巖體切割成楔形體或方塊體、菱塊體，易對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。

裂隙L1傾向與坡面傾向相近，夾角約為9°，傾角為38°，小于坡角，為外傾結(jié)構(gòu)面(圖2)。該邊坡穩(wěn)定性主要受裂隙面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制，如結(jié)構(gòu)面上抗滑力大于下滑力，邊坡會(huì)沿其發(fā)生平面滑動(dòng)破壞。受裂隙及層面切割，會(huì)發(fā)生局部崩塌、坡面掉塊現(xiàn)象，邊坡欠穩(wěn)定。

圖2 赤平投影分析圖

該邊坡長(zhǎng)度約45 m，高18～32 m，坡底標(biāo)高約326.50 m，坡頂標(biāo)高約360.00 m，現(xiàn)狀邊坡坡度20°～55°。邊坡體主要分布碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1，建議優(yōu)化平面布置，調(diào)整豎向設(shè)計(jì)，消化部分高差，按推薦坡率進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)。建議采用坡率法+人字形骨架+護(hù)面墻或預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+擋墻進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，選用碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1做錨固段和擋墻持力層。

1.8 場(chǎng)地地質(zhì)條件可能對(duì)工程造成的風(fēng)險(xiǎn)分析

挖方段出露的殘積土及風(fēng)化巖層遇水易軟化，邊坡在施工時(shí)和工程建成后，雨季時(shí)可能引發(fā)小型滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害，影響安全；工程建設(shè)時(shí)開挖與堆填的土方若不平衡，剩余土方可能造成次生地質(zhì)災(zāi)害；場(chǎng)地及鄰近地區(qū)全新世以來(lái)未見活動(dòng)斷裂，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，但在地震作用下，可能產(chǎn)生邊坡滑塌；基坑開挖深度范圍內(nèi)均為第四系松散層，開挖深度較大，可能使基坑變形或基坑失穩(wěn)，危及施工人員及設(shè)備安全；轉(zhuǎn)體邊坡開挖地段，可能導(dǎo)致落石侵入既有鐵路范圍。

2 勘察注意事項(xiàng)

2.1 資料收集

勘察前應(yīng)收集各方面地質(zhì)資料，包括區(qū)域地質(zhì)資料、水文地質(zhì)資料及鄰近工程地質(zhì)資料，了解場(chǎng)地巖土層分布情況，因?yàn)閳?chǎng)地巖土層分布情況直接關(guān)系到勘察的布孔原則及終孔原則，最終影響勘察的工作量。對(duì)場(chǎng)地有特殊影響的基巖地區(qū)，應(yīng)重點(diǎn)查明是否發(fā)育不良地質(zhì)或特殊性巖土，如可溶巖地區(qū)的巖溶發(fā)育情況、風(fēng)化差異大的巖石是否存在孤石等，這些都直接關(guān)系到勘察工作量的布置。橋梁工程下伏基巖的性質(zhì)還直接影響其樁型的選擇。

區(qū)域地質(zhì)圖及K0+000～K0+580段地質(zhì)資料顯示，場(chǎng)地下伏基巖為二疊系下統(tǒng)童子巖組泥質(zhì)粉砂巖(P1t)及棲霞組灰?guī)r(P1q)，且灰?guī)r中發(fā)育有巖溶。故制定勘察大綱時(shí)采用逐樁布孔的原則，確定樁基范圍是否分布灰?guī)r，如為灰?guī)r，則鉆孔深度至預(yù)計(jì)樁端以下完整基巖中5～10 m，在該深度范圍內(nèi)遇巖溶洞穴時(shí)，應(yīng)在洞穴底板穩(wěn)定基巖內(nèi)再鉆進(jìn)3～5 m[3]；如樁基范圍為泥質(zhì)粉砂巖，則鉆孔深度至預(yù)計(jì)樁端以下3～5 m。對(duì)于轉(zhuǎn)體橋主跨，則根據(jù)設(shè)計(jì)提供的勘察要求確定孔深。

2.2 工程地質(zhì)調(diào)繪

工程地質(zhì)調(diào)繪工作的先期成果對(duì)后期勘探工作量的布置和設(shè)計(jì)以及工程地質(zhì)條件的掌握具有針對(duì)性的指導(dǎo)作用，工程地質(zhì)調(diào)繪是山區(qū)公路和市政道路最為基礎(chǔ)和首選的勘察方法[4]，對(duì)于評(píng)價(jià)區(qū)域地質(zhì)的穩(wěn)定性、特殊性巖土和不良地質(zhì)的規(guī)模、分布規(guī)律、形成機(jī)制及其影響，以及評(píng)價(jià)地形地貌對(duì)工程的影響具有至關(guān)重要的作用。

本工程重點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)體邊坡的各種結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了調(diào)查，包括其產(chǎn)狀、延展情況、閉合狀態(tài)、充填情況、結(jié)合程度以及是否有水滲出等，為邊坡穩(wěn)定性分析及支護(hù)方案提供了可靠依據(jù)。

2.3 外業(yè)鉆探時(shí)工作量的調(diào)整及其原則

考慮到擬建橋梁樁基礎(chǔ)范圍可能為灰?guī)r，本工程的勘察大綱采用逐樁布孔的原則進(jìn)行。在實(shí)際鉆探中發(fā)現(xiàn)，本段橋梁下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖，且個(gè)別鉆孔鉆至70 m均為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，未見中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖也未見灰?guī)r，故在外業(yè)時(shí)對(duì)樁基的樁長(zhǎng)按摩擦樁進(jìn)行了估算，估算時(shí)按設(shè)計(jì)樁徑為1.8 m考慮，預(yù)估樁長(zhǎng)預(yù)計(jì)35～40 m。勘察時(shí)根據(jù)估算后的樁長(zhǎng)對(duì)終孔深度進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整。由于勘察深度范圍內(nèi)未揭示灰?guī)r，故在鉆孔數(shù)量及鉆孔深度上結(jié)合場(chǎng)地地層變化進(jìn)行了相應(yīng)核減。本次在旋轉(zhuǎn)橋墩下樁基布設(shè)鉆孔6個(gè)，在主跨橋墩下樁基(非旋轉(zhuǎn)橋墩)布設(shè)鉆孔2個(gè)，以滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

2.4 工程施工時(shí)衍生的邊坡勘察問(wèn)題

轉(zhuǎn)體橋工程地質(zhì)勘察應(yīng)注意后期施工時(shí)所衍生出的工程地質(zhì)問(wèn)題，這也是勘察時(shí)應(yīng)重點(diǎn)查明的問(wèn)題。因?yàn)檗D(zhuǎn)體橋的特性，在完成上部結(jié)構(gòu)的施工后需對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)如自然山體過(guò)高，則需對(duì)山體進(jìn)行削坡，此時(shí)邊坡的穩(wěn)定性及防護(hù)直接影響到橋梁的安全性，因此需對(duì)邊坡進(jìn)行專項(xiàng)勘察。

本工程右幅7#墩橋梁轉(zhuǎn)體過(guò)程中與現(xiàn)有山體沖突，為滿足轉(zhuǎn)體端部及底部所需凈空要求，需要對(duì)橋臺(tái)左側(cè)山體進(jìn)行開挖，同時(shí)右幅7#墩位于現(xiàn)狀邊坡面以下，為滿足右幅7#墩和8#橋臺(tái)的施工要求，需要對(duì)承臺(tái)進(jìn)行放坡開挖，形成高18～32 m的挖方邊坡，邊坡類型為巖土組合或巖質(zhì)邊坡。為查明該邊坡的穩(wěn)定性，本次勘察對(duì)該邊坡橫向及縱向布設(shè)了4條勘探線共11個(gè)鉆孔，轉(zhuǎn)體邊坡代表性剖面示意圖如圖3。該邊坡巖土層基本為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1，巖體破碎，建議采用坡率法+人字形骨架+護(hù)面墻或預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+擋墻進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，選用碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1做錨固段和擋墻持力層。

圖3 轉(zhuǎn)體邊坡剖面示意圖

3 結(jié) 論

(1)龍巖市工業(yè)東路延伸段勘察外業(yè)前，場(chǎng)地下伏為二疊系下統(tǒng)童子巖組泥質(zhì)粉砂巖(P1t)及棲霞組灰?guī)r(P1q)，且灰?guī)r中發(fā)育有巖溶。布置工作量時(shí)采用逐樁布孔的原則，并對(duì)不同巖性確定了不同的終孔原則。

(2)龍巖市工業(yè)東路延伸段勘察前期對(duì)轉(zhuǎn)體邊坡的各結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了調(diào)查，繪制了赤平投影圖，綜合分析該邊坡欠穩(wěn)定。

(3)龍巖市工業(yè)東路延伸段勘察時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體過(guò)程中衍生的邊坡進(jìn)行了專項(xiàng)勘察，邊坡巖性基本為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑧1，建議采用坡率法+人字形骨架+護(hù)面墻或預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+擋墻進(jìn)行邊坡支護(hù)。