包西鐵路黃河特大橋綜合勘察方法運(yùn)用

【摘 要】新建鐵路包西通道是國(guó)家路網(wǎng)“八縱八橫”主骨架包柳南北鐵路大通道北段，是內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)和陜西神木地區(qū)煤炭外運(yùn)的重要通道；是蒙西、陜北地區(qū)對(duì)外客貨交流的重要交通線路之一。包西鐵路控制性工程黃河特大橋勘察充分發(fā)揮了綜合勘探的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用多種手段相互驗(yàn)證，大大提高了勘察的效率，且克服了單一方法造成的偏差，提高了判定準(zhǔn)確性。取得了節(jié)省勘探量、提高勘察精度的效果。

【關(guān)鍵詞】黃河特大橋 綜合勘察 運(yùn)用

1 概況

新建鐵路包西通道是國(guó)家路網(wǎng)“八縱八橫”主骨架包柳南北鐵路大通道北段，是內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)和陜西神木地區(qū)煤炭外運(yùn)的重要通道；是蒙西、陜北地區(qū)對(duì)外客貨交流的重要交通線路之一。包西鐵路黃河特大橋工程是內(nèi)蒙段黃河上單跨最大鐵路橋梁。橋梁總投資37530萬(wàn)元，計(jì)劃工期19個(gè)月，是包西鐵路北段包頭至鄂爾多斯段的控制工程。

包西鐵路黃河特大橋處于黃河沖積平原上，可選擇橋位較多；本區(qū)地處華北斷塊的河套斷陷帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈；第四系覆蓋層厚度大于300m，沖洪積層相變明顯，地層條件復(fù)雜，鉆探工作量大，各類參數(shù)獲取、統(tǒng)計(jì)、分析工作量大，難度很高。因此，應(yīng)采用綜合勘察方法[1]，充分利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪，合理應(yīng)用鉆探、物探、觸探、挖深等各種勘探方法，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)密切配合，綜合分析各資料，才能達(dá)到提高地質(zhì)勘察質(zhì)量和效益的目的。

2 遙感調(diào)查

采用了陸地衛(wèi)星ETM圖像、SPOT圖像及航空相片等不同層次多時(shí)相的遙感圖像，對(duì)收集的衛(wèi)星圖象進(jìn)行了數(shù)字鑲嵌處理、不同分辨率圖象的融合以及為了提高對(duì)區(qū)域構(gòu)造線形影像的識(shí)別性，采用了線形增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)山前斷裂及平原區(qū)隱伏斷裂的解譯發(fā)揮了重要作用（如圖1）。通過(guò)判釋分析區(qū)域地質(zhì)、水文等條件，在眾多的橋址方案中選擇了活動(dòng)斷裂影響較小、河道相對(duì)順直、堤岸穩(wěn)定、水文條件較好的麻池鎮(zhèn)橋位，避開了罕臺(tái)川流沙和昆都侖川洪水的影響，有效減少了后期勘察及鐵路運(yùn)營(yíng)的投資及安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 物探

橋址區(qū)地處黃河河谷，巖土體的空同分布和是否存在活動(dòng)斷裂，決定著橋址區(qū)主要工程地質(zhì)問(wèn)題，為了查明橋址區(qū)的剖面結(jié)構(gòu)，采用瞬態(tài)瑞利波勘探、高密度電阻率法勘探、超長(zhǎng)波探測(cè)三種物探手段，對(duì)橋址區(qū)進(jìn)行了物探工作。

3.1瞬態(tài)瑞利波法勘探

面波資料的處理采用北京華水物探研究所開發(fā)的SWS-2型面波儀[2]進(jìn)行，首先對(duì)野外采集的記錄進(jìn)行頻率—速度分析，隨后選取面波記錄時(shí)間窗口，計(jì)算出f-k變換色譜圖，再利用光標(biāo)在f-k交換色譜圖上選取最大能量譜的頻率—速度點(diǎn)，計(jì)算出測(cè)試點(diǎn)的頻散曲線，再對(duì)頻散曲線進(jìn)行曲線擬合，反演出各層速度、厚度，制出頻散曲線成果圖。

為了了解橋址剖面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，將單點(diǎn)頻散曲線成果圖的層厚、速度按照記錄點(diǎn)對(duì)應(yīng)在測(cè)線上的相應(yīng)位置杯到剖面圖上，繪制出地質(zhì)解釋剖面圖。本次對(duì)在工程場(chǎng)地布設(shè)的8個(gè)地震鉆孔進(jìn)行了剪切波速現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試深度單孔法分別為72.0m和40.0m，面波法測(cè)試深度大于80.0 m。（如圖2）

圖2瞬態(tài)瑞利波法剖面及地質(zhì)解釋圖

由圖2可知，橋址區(qū)為典型的河床相地層，透鏡體發(fā)育。

3.2高密度電法勘探

本次野外測(cè)試采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD-2多功能數(shù)字直流激電儀和WDZJ-1多路電極轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成的WGMD-1高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。本次在場(chǎng)址黃河兩側(cè)布設(shè)了2條高密度電法測(cè)線A～A′、B～B′，長(zhǎng)度均為2100m，總長(zhǎng)度4200m。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)必要處理，獲得A～A′、B～B′高密度電法剖面圖（如圖3）。由剖面圖可知，斷面電阻率水平電性層連續(xù)、穩(wěn)定，未見(jiàn)斷裂跡象。從兩條剖面50—70米深度電性層的變化來(lái)看，電阻率值小于20Ω·m的電性層的變化有北深南淺的變化趨勢(shì)與呼包斷陷盆地北深南淺的變化趨勢(shì)相同。根據(jù)該剖面各地層連續(xù)穩(wěn)定未見(jiàn)斷錯(cuò)跡象，因此確定該場(chǎng)地在南北方向的剖面上無(wú)斷裂通過(guò)。

3.3超長(zhǎng)電磁波法勘探

超長(zhǎng)電磁波法在實(shí)際探測(cè)工作中，應(yīng)收集工作區(qū)或與工作區(qū)有相似地質(zhì)條件的地區(qū)已知鉆孔資料，并探測(cè)已知鉆孔的超長(zhǎng)電磁波頻譜曲線，如果探測(cè)到的頻譜曲線所顯示的界面與鉆孔實(shí)際存在的主要地質(zhì)界面深度一致，說(shuō)明探測(cè)結(jié)果是可信的。從已知鉆孔的頻譜曲線，可知工作區(qū)不同時(shí)代地層的頻譜曲線特征，這樣，在進(jìn)行其他測(cè)點(diǎn)探測(cè)時(shí)可與之對(duì)比，從而對(duì)測(cè)量剖面進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋。在本次勘探中對(duì)已知的麻池?cái)嗔裑3]進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)成果，對(duì)比橋址處超長(zhǎng)電磁波資料（如圖4）情況，推測(cè)0—300m范圍內(nèi)地層連續(xù)穩(wěn)定無(wú)斷裂通過(guò)。

經(jīng)物探資料分析，橋址區(qū)未有工程影響范圍的斷裂構(gòu)造，地層連續(xù)穩(wěn)定，為典型的河床相地層，透鏡體發(fā)育。

圖3 高密度電法視電阻率剖面及地質(zhì)解釋剖面圖

圖4 超長(zhǎng)電磁波法剖面及地質(zhì)解釋圖

4 工程地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試、試驗(yàn)

在平面測(cè)繪成果、工程地質(zhì)物探成果的指導(dǎo)下，為查明和驗(yàn)證勘探深度范圍內(nèi)的巖土體空間分布、巖體完整程度、構(gòu)造、地下水位及其他工程特征，在黃河兩側(cè)沿黃河特大橋方向逐墩（主跨）或隔墩（邊跨）布設(shè)了76個(gè)鉆孔，主跨孔深95m，邊跨孔深55m。同時(shí)，進(jìn)行巖土取樣、原位試驗(yàn)等工作。根據(jù)鉆探成果，結(jié)合原位測(cè)試、試驗(yàn)資料分析，綜合各種測(cè)試試驗(yàn)成果，得到橋址區(qū)各巖土體物理力學(xué)指標(biāo)。如表1。

表1 場(chǎng)地土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

巖土編號(hào) 巖土名稱 巖土施工工程分級(jí) φq Cq 壓縮模量 基本承載力

（度）（快剪） （kPa）（快剪） Es（MPa） （KPa）

1 粉砂 Ⅰ 2.6 60

1-2 粉土 Ⅰ 16.7 27.3 2.6 60

2 粉質(zhì)黏土 Ⅱ 5.9 25.3 4.0 100

3 細(xì)砂 Ⅱ 9.0 120

4 粗砂 Ⅱ 15.0 220

4-1 粉質(zhì)黏土 Ⅱ 5.1 140

5 粉質(zhì)黏土 Ⅱ 8.4 37.3 6.9 180

5-1 粗砂 Ⅱ 14.0 200

6 細(xì)砂 Ⅱ 16.5 240

6-1 粉質(zhì)黏土 Ⅱ 6.9 180

6-2 粗砂 Ⅱ 18.5 260

7 粗砂 Ⅱ 28.0 350

7-1 粉質(zhì)黏土 Ⅱ 10.5 34.2 7.7 200

8 細(xì)砂 Ⅱ 20.0 280

根據(jù)場(chǎng)地土剪切波速測(cè)試結(jié)果，計(jì)算得到工程場(chǎng)地土層的平均等效剪切波速為176.7m/s屬于250≥Vse>140檔；根據(jù)巖土工程勘察資料，工程場(chǎng)地覆蓋層厚度均大于50m，屬于≥5檔。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）》，綜合以上2個(gè)條件進(jìn)行判定，工程場(chǎng)地土為中軟，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

根據(jù)黃河大橋工程場(chǎng)地鉆孔標(biāo)貫擊數(shù)結(jié)合靜力觸探資料進(jìn)行了液化判定，可知液化深度北淺南深，黃河河道南岸最大液化深度可達(dá)14.25米。

5 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

綜合各勘探成果，橋址區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，北岸存在松軟土層，地下水位以下埋深20m以內(nèi)的飽和粉土、粉細(xì)砂層為液化土層，未發(fā)現(xiàn)巖溶、滑坡、崩塌、膨脹土等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地下水發(fā)育，南岸地下水對(duì)混凝土具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為H1-H2級(jí)。工程地質(zhì)條件一般。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)綜合勘探，基本查明了橋址區(qū)工程地質(zhì)特征，為橋梁設(shè)計(jì)提供了較為準(zhǔn)確的地層參數(shù)。另一方面，在橋址區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，也未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、膨脹土等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的影響，工程近場(chǎng)區(qū)具有中強(qiáng)地震發(fā)生的構(gòu)造條件，加之場(chǎng)區(qū)軟弱土層、液化土層發(fā)育，為軟土震陷和砂土液化等場(chǎng)地地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了必要的物質(zhì)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[2]劉云棱 王振爾 瞬態(tài)面波法的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)例[J].物探與化探，1996.20（1）.

[3]國(guó)家地震局鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系課題組.鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系[M]北京：地震出版社，1988.

作者簡(jiǎn)介：蔡雙樂(lè)（1981—），男，工程師，2004年6月畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土木工程專業(yè)，大學(xué)本科，2004年7月就職于中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，主要從事巖土勘察及路基設(shè)計(jì)工作。