暖水川大桥工程地质分析评价

2011-06-14边秀英刘荷用

山西建筑 2011年24期

边秀英刘荷用

2004年投资建设的国道109线北京至拉萨大饭铺至东胜段高速公路Ⅱ合同段暖水川大桥位于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗暖水镇暖水川。地理坐标:X=377938.96 m～377837.75 m;Y=471536.74 m～471018.95 m。里程桩号:K712+406～K712+934，桥长 528.00 m，桥面宽24.50 m。

勘察的目的是查明桥位区地质构造、地层岩性、不良地质现象的分布及工程地质特性。通过本次勘察对桥位区边坡地基稳定性，不良地质的危害程度和地下水对地基的影响程度作出评价。对构造物结构和基础类型作出分析评价。

1 勘察方法

主要采用了工程地质调查、钻探、原位测试及采样分析化验等综合手段，对桥位区进行详细工程地质勘察。

1.1 地表工程地质测绘

1∶2000工程地质测绘调查了桥位及其附近地形、地貌特征，地表出露的地层及其岩性、成因、时代和分布。测绘面积0.33 km2;1∶500 实测纵断面 1 条 0.828 km;1∶200 实测横断面10条0.60 km。

1.2 钻探、取样测试

主要沿桥位中轴线及桥墩中线布置，共布置了10个勘察钻孔，探井13个。采用DPP-100型钻机进行钻探工作，钻孔口径108mm。根据规范采取土、岩、水样进行室内试验。

1.3 原位测试、地面物探

在粉细砂地层进行标贯试验13次。在砾砂地层中及全风化砂岩地层中进行圆锥动力触探试验9个孔，2.8 m。地面物探仪器采用DZD-6A直流电法仪，纵向测3条，2.595 km，采用单孔法进行波速测试3个孔，93.6 m。

2 工程地质条件

2.1 气象

桥位区属典型的大陆性半干旱气候，冬季严寒，夏季干热，冬春多风沙。年平均降水在292.7mm左右，主要集中在7月份～8月份。年蒸发量达2314mm，大大超过年降雨量。冬季冻土深度最深 1.5 m ～1.6 m。

2.2 地形地貌、地质构造

桥位区属鄂尔多斯波状高原地貌，微地貌为构造剥蚀丘陵河谷地貌。大饭铺岸为堆积岸，地形较缓，自然坡度角小于8°，桥台处地形平缓;东胜岸为冲刷岸，地形较陡(边坡高3 m～5 m)，自然坡度角为35°～65°，桥台处地形平缓;河道开阔，河床宽134 m～161 m，河床的上、下游较宽，地形起伏不大，相对高差9.10 m。

桥位区地质构造位于华北地台鄂尔多斯台向斜东北部，无不良深部地质构造。测区基岩平缓，基本呈水平状态，局部略微倾向南西，倾角2°～5°。垂直节理不发育。

2.3 地层结构

根据地表工程地质测绘及钻探成果表明:桥位区被第四系冲洪积砂土()和河相沉积砂土)覆盖，下伏基岩为侏罗系中统直罗组(J2z)的砂岩夹泥岩。砂岩主要由石英、长石、云母等矿物组成，粗粒结构，巨厚层状构造，钙泥质胶结;泥岩主要由粘土矿物组成，泥质结构，厚层块状构造。

依据钻孔地层岩性，结合动探试验与波速测试等原位测试成果，划分岩层风化界线。全风化带砂岩岩芯多呈碎块状、颗粒状，泥岩多呈土状、碎块状，手捏易散，岩质很软，厚度0.8 m～6.7 m。强风化带砂岩岩芯多呈碎块～粉砂状，少数呈短柱状，厚度为2.2 m～13.6 m;泥岩多呈碎块～短柱状，揭露厚度为 0.9 m ～8.8 m。手不易捏碎，岩质较软，属易软化的极软岩。弱风化带砂岩岩芯呈短柱状～长柱状，局部呈碎块状、颗粒状，为机械破碎，岩质较硬。该层分布广，钻探揭露厚度为2.90 m～32.06 m。属易软化的极软岩。泥岩呈短～长短柱状，岩石强度较高，质较硬，钻孔揭露厚度2.5 m。

3 水文地质条件

桥区地表水、地下水均以不同形式存在，水量较丰富，且遍及桥区每个桥墩台处。暖水川地表水系主要为一条由北向南流经桥位区中部的常年流水河流。初勘期间流量约为1555 t/d。详勘期间其流量约为3674 t/d。其水流量明显受季节控制和影响，主要由上游溪沟、地下水汇集和溪沟两侧的水田排放补给。桥位区地下水较丰富，地下水类型主要有三种，为松散土层孔隙水、基岩风化裂隙水与层状基岩承压水。1)松散土层孔隙水:含水层主要呈条带状分布在沟谷中。潜水位埋藏浅，多小于0.50 m。部分地段水位自流，高出地表0.40 m～0.70 m，流量约为480 m3/d～590 m3/d。2)基岩风化裂隙水:主要分布在侏罗系(J2)砂岩的全风化与强风化裂隙中，无统一水位。3)层状基岩承压水:主要分布在沟谷内位于冲洪积层之下的侏罗系(J2)粗砂岩、中粗砂岩及裂隙中。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 工程地质分析评价

4.1 桥位区现状稳定性、适宜性评价

通过地表工程地质调绘表明:桥位区内地势开阔，地形较平坦，未发现断层、滑坡、泥石流、崩塌等不良地质作用，整个桥位区现状稳定，适宜建大桥。

4.2 岸坡稳定性分析评价

⓪号～⑫号桥墩台位置地形坡度较缓，自然坡度角小于8°。覆盖层(砂土)厚度1.1 m～5.4 m，较薄。场地现状稳定。⑬号桥台东部15 m～20 m处有一坡度角为35°～65°、高约5 m的土质边坡，砂土层厚5 m～6 m;土质边坡未见下沉、开裂等不良现象，现状稳定;下伏基岩面较平缓，微向西南倾;从地表调查结果，现状稳定。

5 桥基础形式及持力层的选择

5.1 地基持力层的选择

经工程地质测绘及钻探揭露，场地主要出露的地层由第四系冲洪积、河积砂土及侏罗系中统直罗组的砂岩、泥岩组成。第四系砂土成分不均，厚度较薄且变化大，承载力较低，不宜作为持力层。全风化基岩软硬不均，厚度薄，不宜作持力层。强风化基岩厚度较大，但岩体破碎，力学性质、均匀性较差，不宜作基础持力层。弱风化基岩厚度大，其整体性、均一性好，强度高，是桥墩台基础理想的持力层。各墩台地层容许承载力和抗压强度建议值如下:⓪号～⑬号墩台容许承载力均为900kPa，⓪号～③号墩台抗压强度1820kPa，④号～⑤号墩台抗压强度2180kPa，⑥号～⑧号墩台抗压强度2070kPa，⑨号～⑬号墩台抗压强度2180kPa。

5.2 桥梁基础形式的选择

该桥跨度较大，桥位区地形平缓，地势起伏不大，场地地面高差8 m，桥墩高度大。桥位地段地层简单，第四系覆盖层较薄，全风化与强风化岩层埋藏浅、厚度大，弱风化岩层岩质较硬、埋藏深度较大。河床内常年有地表水流，地下岩土层富存地下水且具承压性，水位埋藏较浅，水量较丰富，施工中对水泥砂浆会产生稀释作用。且中部强风化岩层厚度大，层底深度达40.40 m～45.70 m。

根据以上条件，不利于墩(台)基坑大开挖，建议④墩～⑦墩台采用摩擦桩、其他墩台可采用端承桩。据上部荷载对桩端岩层承载力的要求，可选用弱风化岩层作为桩端持力层。