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，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37530萬元，計劃工期19個月，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、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相的遙感圖像，對收集的衛(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區(qū)域構(gòu)造線形影像的識別性，采用了線形增強(qiáng)技術(shù)，對山前斷裂及平原區(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斷裂影響較小、河道相對順直、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)營的投資及安全風(fēng)險。

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斷裂，決定著橋址區(qū)主要工程地質(zhì)問題，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、超長波探測三種物探手段，對橋址區(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間窗口，計算出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)，計算出測試點(diǎn)的頻散曲線，再對頻散曲線進(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)對應(yīng)在測線上的相應(yīng)位置杯到剖面圖上，繪制出地質(zhì)解釋剖面圖。本次對在工程場地布設(shè)的8個地震鉆孔進(jìn)行了剪切波速現(xiàn)場測試，測試深度單孔法分別為72.0m和40.0m，面波法測試深度大于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高密度電阻率測量系統(tǒng)。本次在場址黃河兩側(cè)布設(shè)了2條高密度電法測線A～A′、B～B′，長度均為2100m，總長度4200m。

實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)過必要處理，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，未見斷裂跡象。從兩條剖面50—70米深度電性層的變化來看，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與呼包斷陷盆地北深南淺的變化趨勢相同。根據(jù)該剖面各地層連續(xù)穩(wěn)定未見斷錯跡象，因此確定該場地在南北方向的剖面上無斷裂通過。

3.3超長電磁波法勘探

超長電磁波法在實(shí)際探測工作中，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，并探測已知鉆孔的超長電磁波頻譜曲線，如果探測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，說明探測結(jié)果是可信的。從已知鉆孔的頻譜曲線，可知工作區(qū)不同時代地層的頻譜曲線特征，這樣，在進(jìn)行其他測點(diǎn)探測時可與之對比，從而對測量剖面進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋。在本次勘探中對已知的麻池斷裂[3]進(jìn)行探測，根據(jù)探測成果，對比橋址處超長電磁波資料（如圖4）情況，推測0—300m范圍內(nèi)地層連續(xù)穩(wěn)定無斷裂通過。

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 超長電磁波法剖面及地質(zhì)解釋圖

4 工程地質(zhì)鉆探、原位測試、試驗(yàn)

在平面測繪成果、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個鉆孔，主跨孔深95m，邊跨孔深55m。同時，進(jìn)行巖土取樣、原位試驗(yàn)等工作。根據(jù)鉆探成果，結(jié)合原位測試、試驗(yàn)資料分析，綜合各種測試試驗(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 場地土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

巖土編號 巖土名稱 巖土施工工程分級 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)場地土剪切波速測試結(jié)果，計算得到工程場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，工程場地覆蓋層厚度均大于50m，屬于≥5檔。按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）》，綜合以上2個條件進(jìn)行判定，工程場地土為中軟，建筑場地類別為Ⅲ類。

根據(jù)黃河大橋工程場地鉆孔標(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，南岸地下水對混凝土具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級為H1-H2級。工程地質(zhì)條件一般。

6 結(jié)語

通過綜合勘探，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，工程近場區(qū)具有中強(qiáng)地震發(fā)生的構(gòu)造條件，加之場區(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]中華人民共和國鐵道部.TB 10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，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]國家地震局鄂爾多斯周緣活動斷裂系課題組.鄂爾多斯周緣活動斷裂系[M]北京：地震出版社，1988.

作者簡介：蔡雙樂（1981—），男，工程師，2004年6月畢業(yè)于中國地質(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)計咨詢集團(tuán)有限公司，主要從事巖土勘察及路基設(shè)計工作。