暖水川大橋工程地質分析評價

邊秀英 劉荷用

2004年投資建設的國道109線北京至拉薩大飯鋪至東勝段高速公路Ⅱ合同段暖水川大橋位于內蒙古鄂爾多斯市準格爾旗暖水鎮暖水川。地理坐標:X=377938.96 m～377837.75 m;Y=471536.74 m～471018.95 m。里程樁號:K712+406～K712+934，橋長 528.00 m，橋面寬24.50 m。

勘察的目的是查明橋位區地質構造、地層巖性、不良地質現象的分布及工程地質特性。通過本次勘察對橋位區邊坡地基穩定性，不良地質的危害程度和地下水對地基的影響程度作出評價。對構造物結構和基礎類型作出分析評價。

1 勘察方法

主要采用了工程地質調查、鉆探、原位測試及采樣分析化驗等綜合手段，對橋位區進行詳細工程地質勘察。

1.1 地表工程地質測繪

1∶2000工程地質測繪調查了橋位及其附近地形、地貌特征，地表出露的地層及其巖性、成因、時代和分布。測繪面積0.33 km2;1∶500 實測縱斷面 1 條 0.828 km;1∶200 實測橫斷面10條0.60 km。

1.2 鉆探、取樣測試

主要沿橋位中軸線及橋墩中線布置，共布置了10個勘察鉆孔，探井13個。采用DPP-100型鉆機進行鉆探工作，鉆孔口徑108mm。根據規范采取土、巖、水樣進行室內試驗。

1.3 原位測試、地面物探

在粉細砂地層進行標貫試驗13次。在礫砂地層中及全風化砂巖地層中進行圓錐動力觸探試驗9個孔，2.8 m。地面物探儀器采用DZD-6A直流電法儀，縱向測3條，2.595 km，采用單孔法進行波速測試3個孔，93.6 m。

2 工程地質條件

2.1 氣象

橋位區屬典型的大陸性半干旱氣候，冬季嚴寒，夏季干熱，冬春多風沙。年平均降水在292.7mm左右，主要集中在7月份～8月份。年蒸發量達2314mm，大大超過年降雨量。冬季凍土深度最深 1.5 m ～1.6 m。

2.2 地形地貌、地質構造

橋位區屬鄂爾多斯波狀高原地貌，微地貌為構造剝蝕丘陵河谷地貌。大飯鋪岸為堆積岸，地形較緩，自然坡度角小于8°，橋臺處地形平緩;東勝岸為沖刷岸，地形較陡(邊坡高3 m～5 m)，自然坡度角為35°～65°，橋臺處地形平緩;河道開闊，河床寬134 m～161 m，河床的上、下游較寬，地形起伏不大，相對高差9.10 m。

橋位區地質構造位于華北地臺鄂爾多斯臺向斜東北部，無不良深部地質構造。測區基巖平緩，基本呈水平狀態，局部略微傾向南西，傾角2°～5°。垂直節理不發育。

2.3 地層結構

根據地表工程地質測繪及鉆探成果表明:橋位區被第四系沖洪積砂土()和河相沉積砂土)覆蓋，下伏基巖為侏羅系中統直羅組(J2z)的砂巖夾泥巖。砂巖主要由石英、長石、云母等礦物組成，粗粒結構，巨厚層狀構造，鈣泥質膠結;泥巖主要由粘土礦物組成，泥質結構，厚層塊狀構造。

依據鉆孔地層巖性，結合動探試驗與波速測試等原位測試成果，劃分巖層風化界線。全風化帶砂巖巖芯多呈碎塊狀、顆粒狀，泥巖多呈土狀、碎塊狀，手捏易散，巖質很軟，厚度0.8 m～6.7 m。強風化帶砂巖巖芯多呈碎塊～粉砂狀，少數呈短柱狀，厚度為2.2 m～13.6 m;泥巖多呈碎塊 ～ 短柱狀，揭露厚度為 0.9 m ～8.8 m。手不易捏碎，巖質較軟，屬易軟化的極軟巖。弱風化帶砂巖巖芯呈短柱狀～長柱狀，局部呈碎塊狀、顆粒狀，為機械破碎，巖質較硬。該層分布廣，鉆探揭露厚度為2.90 m～32.06 m。屬易軟化的極軟巖。泥巖呈短～長短柱狀，巖石強度較高，質較硬，鉆孔揭露厚度2.5 m。

3 水文地質條件

橋區地表水、地下水均以不同形式存在，水量較豐富，且遍及橋區每個橋墩臺處。暖水川地表水系主要為一條由北向南流經橋位區中部的常年流水河流。初勘期間流量約為1555 t/d。詳勘期間其流量約為3674 t/d。其水流量明顯受季節控制和影響，主要由上游溪溝、地下水匯集和溪溝兩側的水田排放補給。橋位區地下水較豐富，地下水類型主要有三種，為松散土層孔隙水、基巖風化裂隙水與層狀基巖承壓水。1)松散土層孔隙水:含水層主要呈條帶狀分布在溝谷中。潛水位埋藏淺，多小于0.50 m。部分地段水位自流，高出地表0.40 m～0.70 m，流量約為480 m3/d～590 m3/d。2)基巖風化裂隙水:主要分布在侏羅系(J2)砂巖的全風化與強風化裂隙中，無統一水位。3)層狀基巖承壓水:主要分布在溝谷內位于沖洪積層之下的侏羅系(J2)粗砂巖、中粗砂巖及裂隙中。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 工程地質分析評價

4.1 橋位區現狀穩定性、適宜性評價

通過地表工程地質調繪表明:橋位區內地勢開闊，地形較平坦，未發現斷層、滑坡、泥石流、崩塌等不良地質作用，整個橋位區現狀穩定，適宜建大橋。

4.2 岸坡穩定性分析評價

?號～?號橋墩臺位置地形坡度較緩，自然坡度角小于8°。覆蓋層(砂土)厚度1.1 m～5.4 m，較薄。場地現狀穩定。?號橋臺東部15 m～20 m處有一坡度角為35°～65°、高約5 m的土質邊坡，砂土層厚5 m～6 m;土質邊坡未見下沉、開裂等不良現象，現狀穩定;下伏基巖面較平緩，微向西南傾;從地表調查結果，現狀穩定。

5 橋基礎形式及持力層的選擇

5.1 地基持力層的選擇

經工程地質測繪及鉆探揭露，場地主要出露的地層由第四系沖洪積、河積砂土及侏羅系中統直羅組的砂巖、泥巖組成。第四系砂土成分不均，厚度較薄且變化大，承載力較低，不宜作為持力層。全風化基巖軟硬不均，厚度薄，不宜作持力層。強風化基巖厚度較大，但巖體破碎，力學性質、均勻性較差，不宜作基礎持力層。弱風化基巖厚度大，其整體性、均一性好，強度高，是橋墩臺基礎理想的持力層。各墩臺地層容許承載力和抗壓強度建議值如下:?號～?號墩臺容許承載力均為900kPa，?號～③號墩臺抗壓強度1820kPa，④號～⑤號墩臺抗壓強度2180kPa，⑥號～⑧號墩臺抗壓強度2070kPa，⑨號～?號墩臺抗壓強度2180kPa。

5.2 橋梁基礎形式的選擇

該橋跨度較大，橋位區地形平緩，地勢起伏不大，場地地面高差8 m，橋墩高度大。橋位地段地層簡單，第四系覆蓋層較薄，全風化與強風化巖層埋藏淺、厚度大，弱風化巖層巖質較硬、埋藏深度較大。河床內常年有地表水流，地下巖土層富存地下水且具承壓性，水位埋藏較淺，水量較豐富，施工中對水泥砂漿會產生稀釋作用。且中部強風化巖層厚度大，層底深度達40.40 m～45.70 m。

根據以上條件，不利于墩(臺)基坑大開挖，建議④墩～⑦墩臺采用摩擦樁、其他墩臺可采用端承樁。據上部荷載對樁端巖層承載力的要求，可選用弱風化巖層作為樁端持力層。

6 結語

經勘察，查明了橋位區巖土結構及物理力學性質、水文地質條件和不良地質現象，在鉆探范圍內未發現斷層、滑坡、泥石流、地下采空區等不良地質現象，故橋位區整體現狀穩定，可建大橋。

7 建議

各巖石層物理力學參數、樁基設計參數建議值見表1。

表1 巖土物理力學參數建議值

［1］ JTJ 064-98，公路工程地質勘察規范［S］.

［2］ 朱明忠，邊秀英.109國道暖水川大橋工程地質勘察報告［R］.鄂爾多斯:鄂爾多斯市地質工程勘察有限責任公司，2004.

［3］ 內蒙古一0四地質隊.內蒙古準格爾旗水文地質普查報告(1∶20 萬)［R］.1978.