包西铁路黄河特大桥综合勘察方法运用

【摘 要】新建铁路包西通道是国家路网“八纵八横”主骨架包柳南北铁路大通道北段，是内蒙古鄂尔多斯地区和陕西神木地区煤炭外运的重要通道；是蒙西、陕北地区对外客货交流的重要交通线路之一。包西铁路控制性工程黄河特大桥勘察充分发挥了综合勘探的技术优势，采用多种手段相互验证，大大提高了勘察的效率，且克服了单一方法造成的偏差，提高了判定准确性。取得了节省勘探量、提高勘察精度的效果。

【关键词】黄河特大桥 综合勘察 运用

1 概况

新建铁路包西通道是国家路网“八纵八横”主骨架包柳南北铁路大通道北段，是内蒙古鄂尔多斯地区和陕西神木地区煤炭外运的重要通道；是蒙西、陕北地区对外客货交流的重要交通线路之一。包西铁路黄河特大桥工程是内蒙段黄河上单跨最大铁路桥梁。桥梁总投资37530万元，计划工期19个月，是包西铁路北段包头至鄂尔多斯段的控制工程。

包西铁路黄河特大桥处于黄河冲积平原上，可选择桥位较多；本区地处华北断块的河套断陷带，新构造运动强烈；第四系覆盖层厚度大于300m，冲洪积层相变明显，地层条件复杂，钻探工作量大，各类参数获取、统计、分析工作量大，难度很高。因此，应采用综合勘察方法[1]，充分利用遥感技术进行地质测绘，合理应用钻探、物探、触探、挖深等各种勘探方法，结合室内试验，通过密切配合，综合分析各资料，才能达到提高地质勘察质量和效益的目的。

2 遥感调查

采用了陆地卫星ETM图像、SPOT图像及航空相片等不同层次多时相的遥感图像，对收集的卫星图象进行了数字镶嵌处理、不同分辨率图象的融合以及为了提高对区域构造线形影像的识别性，采用了线形增强技术，对山前断裂及平原区隐伏断裂的解译发挥了重要作用（如图1）。通过判释分析区域地质、水文等条件，在众多的桥址方案中选择了活动断裂影响较小、河道相对顺直、堤岸稳定、水文条件较好的麻池镇桥位，避开了罕台川流沙和昆都仑川洪水的影响，有效减少了后期勘察及铁路运营的投资及安全风险。

3 物探

桥址区地处黄河河谷，岩土体的空同分布和是否存在活动断裂，决定着桥址区主要工程地质问题，为了查明桥址区的剖面结构，采用瞬态瑞利波勘探、高密度电阻率法勘探、超长波探测三种物探手段，对桥址区进行了物探工作。

3.1瞬态瑞利波法勘探

面波资料的处理采用北京华水物探研究所开发的SWS-2型面波仪[2]进行，首先对野外采集的记录进行频率—速度分析，随后选取面波记录时间窗口，计算出f-k变换色谱图，再利用光标在f-k交换色谱图上选取最大能量谱的频率—速度点，计算出测试点的频散曲线，再对频散曲线进行曲线拟合，反演出各层速度、厚度，制出频散曲线成果图。

为了了解桥址剖面的地质结构，将单点频散曲线成果图的层厚、速度按照记录点对应在测线上的相应位置杯到剖面图上，绘制出地质解释剖面图。本次对在工程场地布设的8个地震钻孔进行了剪切波速现场测试，测试深度单孔法分别为72.0m和40.0m，面波法测试深度大于80.0 m。（如图2）

图2瞬态瑞利波法剖面及地质解释图

由图2可知，桥址区为典型的河床相地层，透镜体发育。

3.2高密度电法勘探

本次野外测试采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-2多功能数字直流激电仪和WDZJ-1多路电极转换器所构成的WGMD-1高密度电阻率测量系统。本次在场址黄河两侧布设了2条高密度电法测线A～A′、B～B′，长度均为2100m，总长度4200m。

实测数据经过必要处理，获得A～A′、B～B′高密度电法剖面图（如图3）。由剖面图可知，断面电阻率水平电性层连续、稳定，未见断裂迹象。从两条剖面50—70米深度电性层的变化来看，电阻率值小于20Ω·m的电性层的变化有北深南浅的变化趋势与呼包断陷盆地北深南浅的变化趋势相同。根据该剖面各地层连续稳定未见断错迹象，因此确定该场地在南北方向的剖面上无断裂通过。

3.3超长电磁波法勘探

超长电磁波法在实际探测工作中，应收集工作区或与工作区有相似地质条件的地区已知钻孔资料，并探测已知钻孔的超长电磁波频谱曲线，如果探测到的频谱曲线所显示的界面与钻孔实际存在的主要地质界面深度一致，说明探测结果是可信的。从已知钻孔的频谱曲线，可知工作区不同时代地层的频谱曲线特征，这样，在进行其他测点探测时可与之对比，从而对测量剖面进行合理的地质解释。在本次勘探中对已知的麻池断裂[3]进行探测，根据探测成果，对比桥址处超长电磁波资料（如图4）情况，推测0—300m范围内地层连续稳定无断裂通过。

经物探资料分析，桥址区未有工程影响范围的断裂构造，地层连续稳定，为典型的河床相地层，透镜体发育。

图3 高密度电法视电阻率剖面及地质解释剖面图

图4 超长电磁波法剖面及地质解释图

4 工程地质钻探、原位测试、试验

在平面测绘成果、工程地质物探成果的指导下，为查明和验证勘探深度范围内的岩土体空间分布、岩体完整程度、构造、地下水位及其他工程特征，在黄河两侧沿黄河特大桥方向逐墩（主跨）或隔墩（边跨）布设了76个钻孔，主跨孔深95m，边跨孔深55m。同时，进行岩土取样、原位试验等工作。根据钻探成果，结合原位测试、试验资料分析，综合各种测试试验成果，得到桥址区各岩土体物理力学指标。如表1。

表1 场地土主要物理力学性质指标统计表

岩土编号 岩土名称 岩土施工工程分级 φq Cq 压缩模量 基本承载力

（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 粉质黏土 Ⅱ 5.9 25.3 4.0 100

3 细砂 Ⅱ 9.0 120

4 粗砂 Ⅱ 15.0 220

4-1 粉质黏土 Ⅱ 5.1 140

5 粉质黏土 Ⅱ 8.4 37.3 6.9 180

5-1 粗砂 Ⅱ 14.0 200

6 细砂 Ⅱ 16.5 240

6-1 粉质黏土 Ⅱ 6.9 180

6-2 粗砂 Ⅱ 18.5 260

7 粗砂 Ⅱ 28.0 350

7-1 粉质黏土 Ⅱ 10.5 34.2 7.7 200

8 细砂 Ⅱ 20.0 280

根据场地土剪切波速测试结果，计算得到工程场地土层的平均等效剪切波速为176.7m/s属于250≥Vse>140档；根据岩土工程勘察资料，工程场地覆盖层厚度均大于50m，属于≥5档。按照《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》，综合以上2个条件进行判定，工程场地土为中软，建筑场地类别为Ⅲ类。

根据黄河大桥工程场地钻孔标贯击数结合静力触探资料进行了液化判定，可知液化深度北浅南深，黄河河道南岸最大液化深度可达14.25米。

5 场地工程地质条件

综合各勘探成果，桥址区未发现断裂构造，北岸存在松软土层，地下水位以下埋深20m以内的饱和粉土、粉细砂层为液化土层，未发现岩溶、滑坡、崩塌、膨胀土等不良地质现象，地下水发育，南岸地下水对混凝土具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1-H2级。工程地质条件一般。

6 结语

通过综合勘探，基本查明了桥址区工程地质特征，为桥梁设计提供了较为准确的地层参数。另一方面，在桥址区未发现断裂构造，也未发现滑坡、崩塌、膨胀土等不良地质现象，但受区域地质构造的影响，工程近场区具有中强地震发生的构造条件，加之场区软弱土层、液化土层发育，为软土震陷和砂土液化等场地地质灾害的发生提供了必要的物质条件。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.TB 10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[2]刘云棱 王振尔 瞬态面波法的数据采集处理系统及应用实例[J].物探与化探，1996.20（1）.

[3]国家地震局鄂尔多斯周缘活动断裂系课题组.鄂尔多斯周缘活动断裂系[M]北京：地震出版社，1988.

作者简介：蔡双乐（1981—），男，工程师，2004年6月毕业于中国地质大学（北京）土木工程专业，大学本科，2004年7月就职于中铁工程设计咨询集团有限公司，主要从事岩土勘察及路基设计工作。