實(shí)例探析橋梁工程地質(zhì)勘察方法

杜 巍

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 北京 102600）

1 工程概況

某跨江橋梁工程處于長(zhǎng)江中游，整個(gè)工程長(zhǎng)度為 2560m，主橋采用102+200+508+200+102m 的雙塔三索面斜拉橋，該部分總長(zhǎng)度為1112m。斜拉索以扇形為主要布置形式，以鋼桁架作為加勁梁形式。該橋設(shè)計(jì)為雙層橋面，下層規(guī)劃為鐵路，上層規(guī)劃為公路。

2 橋梁工程地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容與特點(diǎn)

2.1 可行性研究勘察

在橋梁工程地質(zhì)可行性研究勘察期間，勘察人員需要先充分收集和整理橋梁工程相關(guān)的各種勘測(cè)資料，然后根據(jù)分析與研究結(jié)果，進(jìn)一步勘察對(duì)橋址選擇方面有較大影響的特殊巖層以及不良地質(zhì)等各種相關(guān)指標(biāo)因素[1]。

2.2 初步設(shè)計(jì)勘察

在橋梁工程地質(zhì)初步勘察期間，勘察人員需要對(duì)可行性研究勘察中擬建的橋址區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)對(duì)比選擇，收集更為精確的地質(zhì)條件相關(guān)資料信息，再次驗(yàn)證橋址選擇的科學(xué)性與合理性，有效對(duì)比各套橋梁選址方案，并進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。在認(rèn)真核對(duì)和整理橋址相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，初步形成勘察文件，以作為橋梁工程建設(shè)方案設(shè)計(jì)工作的地質(zhì)方面的參考依據(jù)。

2.3 詳細(xì)地質(zhì)勘察

在橋梁工程詳細(xì)地質(zhì)勘察期間，勘察人員要從工程整體出發(fā)，進(jìn)一步細(xì)化工程地質(zhì)勘察工作，詳細(xì)勘察橋梁工程施工建設(shè)區(qū)域的各個(gè)具體部分的地質(zhì)條件。在初步確定橋梁工程建設(shè)區(qū)域的基礎(chǔ)上，制定工程各個(gè)部分區(qū)域勘察計(jì)劃，并采用相應(yīng)探測(cè)與勘察技術(shù)，全面、精確地獲取橋梁工程具體地質(zhì)數(shù)據(jù)信息。

3 橋梁工程地質(zhì)勘查方法

3.1 平面測(cè)量與高程測(cè)量

（1）在平面測(cè)量方面，選用深中通道獨(dú)立坐標(biāo)系作為基本平面坐標(biāo)。在高程測(cè)量方面，以國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為高程控制基準(zhǔn)，同時(shí)通過(guò)水位傳遞法來(lái)測(cè)量水域孔口的高程。

（2）在進(jìn)行鉆探過(guò)程中，勘察人員要實(shí)時(shí)關(guān)注水位變化情況，第一時(shí)間修正鉆進(jìn)深度，同時(shí)將不同土層的標(biāo)高精確計(jì)算出來(lái)，以便于在取樣或原位測(cè)試過(guò)程中，合理控制相應(yīng)高程，并確保高程精度＜10cm。

（3）在進(jìn)行鉆探作業(yè)前，合理測(cè)量與記錄各鉆探工具，水深測(cè)量與平片測(cè)量、高程測(cè)量同步進(jìn)行，以確保每次鉆探進(jìn)尺測(cè)量的準(zhǔn)確性。勘察人員要在每天的鉆探測(cè)量工作結(jié)束后，對(duì)放孔與收孔記錄進(jìn)行有效整理，并及時(shí)記錄各項(xiàng)檢驗(yàn)與比測(cè)結(jié)果。

3.2 地質(zhì)鉆探

（1）鉆孔作業(yè)：勘察人員可通過(guò)回旋鉆進(jìn)、全孔段取芯、套管以及泥漿護(hù)壁的方式進(jìn)行鉆孔鉆進(jìn)，使用110mm 巖芯管采取上部覆蓋層和基巖段的土芯和巖芯，根據(jù)相關(guān)要求以孔徑成孔方式對(duì)需測(cè)試水文地質(zhì)的部位進(jìn)行鉆孔，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的原位測(cè)試與取樣工作[2]。

（2）合理設(shè)計(jì)孔深：積極與橋梁設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)溝通，根據(jù)橋梁的載荷應(yīng)力要求，在充分研究區(qū)域地質(zhì)資料和其他既有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上計(jì)算樁長(zhǎng)，最終確定鉆孔深度。嚴(yán)格進(jìn)行各項(xiàng)鉆孔與終孔作業(yè)，如果孔內(nèi)巖性發(fā)生異常變化，工作人員要第一時(shí)間報(bào)知業(yè)主方和監(jiān)理方，以便于將特殊巖性鉆孔終孔條件確定下來(lái)。

（3）嚴(yán)格控制鉆探質(zhì)量：嚴(yán)格按照規(guī)范和技術(shù)要求進(jìn)行鉆探，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視和旁站檢查。

3.3 樣品采集

勘察施工過(guò)程中，進(jìn)行原狀土、擾動(dòng)土等土樣以及巖石試樣、水樣的采集。對(duì)軟土層、黏性土層、砂土層、碎石類(lèi)土層等，每隔2.0m 左右，采取一份土樣。如果存在土層變化情況，要第一時(shí)間取樣。在軟土層土樣采集過(guò)程中，工作人員可利用敞口直徑＞75mm 的薄壁取土器進(jìn)行壓入式采集。對(duì)于普通黏性土以及粉土，工作人員可利用開(kāi)口直徑為100mm 左右的活塞式厚壁取土器，采用重錘少擊法進(jìn)行土樣采集。對(duì)于砂性土層，工作人員可采用巖芯管與標(biāo)貫擾動(dòng)樣采集。對(duì)于碎石類(lèi)土擾動(dòng)樣可采用巖芯管進(jìn)行取樣。巖石樣6 節(jié)（每節(jié)長(zhǎng)度＞15cm）/組，采用透明膠帶及時(shí)密封。水樣：2 桶/組（一桶2.5L，另一桶0.25L，并加2～3g 大理石粉），并用石蠟封口。

3.4 地質(zhì)實(shí)驗(yàn)

（1）標(biāo)注貫入試驗(yàn)。在技術(shù)性控制孔中，工作人員應(yīng)對(duì)砂土、粉土、風(fēng)化巖等進(jìn)行標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)。通常情況下，標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)間距控制在1.75m 左右，最大間隔應(yīng)控制在3m 之內(nèi)。當(dāng)貫入器打進(jìn)土層15cm 時(shí)，工作人員要開(kāi)始對(duì)后續(xù)每打入10cm所需錘擊數(shù)進(jìn)行記錄，并將連續(xù)打入30cm 所用錘擊數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。如果進(jìn)行50 次錘擊后，貫入深度還沒(méi)有達(dá)到30cm，就將實(shí)際貫入深度記錄下來(lái)，同時(shí)停止貫穿實(shí)驗(yàn)。

（2）圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)?？辈烊藛T需要在碎石土或風(fēng)化巖層中開(kāi)展圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，以判斷碎塊狀風(fēng)化巖的風(fēng)化程度以及碎石土密實(shí)度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)碎石土與風(fēng)化巖的承載力等力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行估算。在試驗(yàn)開(kāi)始之前，工作人員可采用泥漿或套管護(hù)壁，通過(guò)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式進(jìn)行鉆探。若地層密實(shí)度還沒(méi)有達(dá)到10cm就已進(jìn)行50 次錘擊的情況下，工作人員可停止試驗(yàn)，并將擊入深度與錘擊數(shù)量記錄下來(lái)。

（3）旁壓試驗(yàn)。工作人員將旁壓器沿豎直方向置入土中，然后通過(guò)旁壓器的擴(kuò)展功能，向周邊土體均衡施加橫向應(yīng)力，當(dāng)土體出現(xiàn)變形后，對(duì)其壓力以及徑向變形等進(jìn)行合理測(cè)定，為土體變形模量計(jì)算提供參考依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行承載力試驗(yàn)。當(dāng)鉆探到需測(cè)試深度時(shí)，工作人員應(yīng)停鉆并開(kāi)展旁壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束之后，再繼續(xù)鉆探，然后再試驗(yàn)，并以此類(lèi)推。

（4）十字板剪切試驗(yàn)。工作人員可利用靜探微機(jī)，針對(duì)橋梁工程區(qū)域上部覆蓋層內(nèi)的軟土，開(kāi)展原位不排水抗剪強(qiáng)度測(cè)試，以及重塑土不排水抗剪強(qiáng)度測(cè)試。

（5）抽水試驗(yàn)。工作人員可根據(jù)錨定區(qū)含水層的滲透系數(shù)及其影響面積，從地層實(shí)際狀況出發(fā)，合理選擇抽水試驗(yàn)方式。具體可采用水文鉆探孔形式，通過(guò)分段止水與抽水，將整井水徹底穩(wěn)定流完，在此過(guò)程中要對(duì)各含水層進(jìn)行三次降深操作。

（6）波速測(cè)試試驗(yàn)。物探剪切波速測(cè)試在鉆孔中完成，一般采取單孔檢層法測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)間距1m。剪切波速測(cè)試鉆孔應(yīng)進(jìn)行護(hù)壁并保證垂直度符合要求。

4 橋梁工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及不良地質(zhì)防治

（1）橋梁工程建設(shè)場(chǎng)地的穩(wěn)定性

該跨江橋梁工程建設(shè)區(qū)域的覆蓋層厚度存在較大差異，玄武巖風(fēng)化程度較高，存在中風(fēng)化破碎現(xiàn)象，而煤系地層中的巖層具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。從整體來(lái)看，橋梁建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，還需將樁孔加強(qiáng)，可以進(jìn)行橋梁工程建設(shè)。

（2）根據(jù)巖土工程特點(diǎn)確定持力層

因?yàn)楦采w層不具備充足的承載能力，同時(shí)巖土強(qiáng)風(fēng)化層厚度不夠均衡，不能為橋梁基礎(chǔ)提供足夠支持?；?guī)r層風(fēng)化層與中風(fēng)化層的厚度都比較大，承載能力相對(duì)較強(qiáng)，所以可作為橋梁地基的持力層。

（3）不良地質(zhì)處理

對(duì)于橋梁建設(shè)區(qū)域存在的淺埋溶洞，還需采取揭穿處理措施。要最大程度地增加深埋溶洞的頂板厚度，將其厚度控制在5m 以上，并大于洞高或洞跨。對(duì)于樁孔方面的設(shè)計(jì)，要進(jìn)行精確計(jì)算，在達(dá)到橋梁工程設(shè)計(jì)要求后，方能進(jìn)行下基。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)勘察是橋梁工程建設(shè)前期不可或缺的工作環(huán)節(jié)，因此，通過(guò)合理方法勘察橋梁工程地質(zhì)，對(duì)確保橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定性、提高橋梁工程建設(shè)質(zhì)量等方面，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。