综合地质勘察方法在埃塞俄比亚铁路Kench特大桥工程中的应用

2016-10-14李昶

铁道勘察 2016年4期

关键词：岩土断层勘探

李　昶

(南昌铁路勘测设计院有限责任公司，江西南昌　330002)

综合地质勘察方法在埃塞俄比亚铁路Kench特大桥工程中的应用

李昶

(南昌铁路勘测设计院有限责任公司，江西南昌330002)

埃塞俄比亚铁路MIESO-DAWANLE段所遇断层总体走向NNE，断层所处地形地貌复杂，岩土类型多样，且断层的分布及特征影响线路及相关工程的设计。以Kench特大桥工程的勘察工作为例，采用综合地质勘察方法查明地层岩性、断层分布及特征，为铁路工程设计及施工提供可靠的地质依据。

综合地质勘察方法断层特大桥

1　概述

埃塞俄比亚位于东非大裂谷区域，是地壳活动的活跃地带，以断层、火山为主的地质构造异常发育，断层以羽状断裂为主。埃塞俄比亚铁路所遇断层多为埃塞俄比亚大裂谷的次生断层，总体走向NNE，在一些地段断层相互切割使地层成块状分布，断层的走向及发育程度影响线路及相关工程的设计。采用综合地质勘察方法查明地层岩性、断层分布特征，为铁路工程设计及施工提供可靠的地质依据。

2　工程地质概况

2.1工程概况

埃塞俄比亚铁路MIESO-DAWANLE段线路全长206km，设计时速120km。拟建Kench特大桥起讫里程为DK137+495.30～DK138+097.66，特大桥中心里程DK137+797，桥长602.36m，桥孔跨类型为18-32后张法预应力混凝土梁。

2.2地形地貌

桥址所处地貌为河流冲洪积平原和剥蚀丘陵两个地貌单元。河流冲洪积平原：地形平坦，植被沿河床两侧呈条带状发育，以浓密、带尖刺的灌木丛为主，地面高程介于1 018～1 020m之间。剥蚀丘陵：地形有所起伏，坡缓峰圆，自然坡度5°～10°，坡脚侏罗系灰岩出露，地面高程介于1 020～1 025m之间。

2.3地层简述及水文地质特征

桥址处地层由新到老为第四系更新统冲洪积层砂土及黏性土、第三系砂质泥岩和侏罗系灰岩。桥址跨越Kench河，地表水不发育，雨季流量较大，河水易暴涨暴落。

3　综合地质勘察方法

主要采用地质调绘、物探和钻探等方法进行勘察。

3.1地质调绘

在收集《1∶25万德雷达瓦地质图(GeologicalMapofDiredawa)》、《1∶200万埃塞俄比亚地质图(GeologicalMapofEthiopia)》等区域地质资料的基础上，对桥址范围内地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质、特殊岩土的分布及工程地质特性做初步调查。调查结果：桥址区岩性主要为侏罗纪灰岩(丘坡坡脚出露)、第三系砂质泥岩及第四系覆盖层，有一断层沿河流方向发育(见图1)，无不良地质作用。

图1　线路工程地质

3.2物探

地球物理方法均是利用介质的物性差异进行勘探，由于所利用介质的物理性质不同，从而形成不同的地球物理勘探方法。根据物理场的特性和理论原理，地球物理方法可归纳为平面和体积勘探两类，浅层地震法归属于平面(即射线平面)勘探范畴，而电法归属于体积勘探范畴。本次工作将地震勘探和电法勘探相结合，以此来提高物探工作的解释精度。本次地震勘探采用Miniseis24综合工程探测仪，电法勘探采用WDJD-4多功能数字直流激电仪。本次综合物探完成的工作量见表1，综合物探测线布置见图2。

表1　综合物探完成工作量

图2　综合物探测线布置示意

根据Kench特大桥处电法和地震勘查的野外数据整理，得到该地段的电法ρs平面等值线图和地震推测纵断面图(如图3和图4所示)。

图3　Kench特大桥ρs平面等值线

图4　Kench特大桥地震推测纵断面

由图3可知，在DK137+660～DK137+700之间可能存在一个断层，断层走向大致EW向，和中线成60°左右夹角；再由图4可以得出，该断层倾向NE向，视倾角70°左右(与中线在水平面上投影)，为一正断层，破碎带范围10m左右。

3.3钻探

在物探测试过程中，发现在钻孔ZD-Ⅳ-039与ZD-Ⅳ-040之间物性存在异常，同时两孔的部分岩芯比较破碎，可能存在断层，因此第二次进入现场在ZD-Ⅳ-039与ZD-Ⅳ-040之间、ZD-Ⅳ-040与ZD-Ⅳ-041之间进行了补勘，增加了ZD-Ⅳ-039-1与ZD-Ⅳ-040-1两个钻孔。钻探揭示地层如下。

(1)第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)

2-1 砾砂，灰黄色，稍密，局部松散，砂质较纯，干燥-稍湿，层厚0～5m，岩土施工工程分级为I级松土，分布于河床。

(2)第四系更新统冲洪积层(Q3al+pl)

③1粉质黏土，灰褐、褐黄色，硬塑，局部坚硬，含砾卵石，层厚0～13.2m，具弱膨胀性，岩土施工工程分级为Ⅱ级普通土。

③1-2砾砂，灰黄、灰白色，中密，稍湿，砂质不纯，偶夹细圆砾，层厚0～7.6m，岩土施工工程分级为I级松土。

③2粉质黏土，灰黄、浅黄色，坚硬，局部含砂量大，偶夹砾石，层厚0～10.7m，岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土。

(3)第三系(N)

⑦2-1全风化砂质泥岩，灰黄、褐黄色，岩芯呈砂土状，偶夹岩块，厚0～4.8m，岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土。

⑦2-2强风化砂质泥岩，紫红色，节理、裂隙发育，胶结较差，岩芯破碎，多呈碎块状，少量柱状，局部为砂土状，锤击易碎，厚0～7.30m，岩土施工工程分级为Ⅳ级软石，单轴饱和抗压强度Rc平均值为1.25MPa。

⑦2-3弱风化砂质泥岩，紫红色，泥铁质胶结，中厚层构造，岩芯较破碎，节理裂隙较发育，岩芯多呈柱状，节长一般为100～30cm，最大揭示厚度8.1m，岩土施工工程分级为Ⅳ级软石，Rc平均值为6.3MPa。

(4)侏罗系(Jh)

⑨1全风化灰岩，灰白色、灰黄色，岩芯呈砂土状，少量碎砾状，厚0～3.3m，岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土。

⑨2强风化灰岩，青灰色，呈土夹角砾、碎块，饼状，少量短柱状，节长多为7～10cm，厚0～7.1m，岩土施工工程分级为Ⅳ级软石。

⑨3弱风化灰岩，青灰色，隐晶质结构，中厚层构造，岩石结构致密坚硬，岩体较破碎，节理裂隙较发育，裂隙大部分闭合，由方解石充填，岩芯多呈柱状，节长多为5～20cm，少量碎块状，最大揭示厚度11.9m，岩土施工工程分级为Ⅴ级次坚石，Rc平均值为37MPa。

4　勘察成果

采用各种勘探手段查明桥址区地层岩性及不良地质的分布，绘制桥梁工程地质纵断面图，桥址区部分工程地质纵断面见图5。通过对比分析，在DK137+681.50及DK137+714.20处补孔进行验证分析，从钻孔情况来看，ZD-Ⅳ-039、ZD-Ⅳ-039-1孔部分岩芯风化强烈、破碎，呈角砾状、碎屑状，块间多为方解石所重新充填胶结，挤压擦痕较为明显；在钻孔ZD-Ⅳ-039-1中，深度28.5～29.0m处可见明显的断层泥，其上下岩芯均比较破碎，部分成碎石状。经综合判定，此断层属张性断裂，该断层倾向NE向，视倾角约70°，破碎带宽度约5～10m。