以厚强风化层作某高架桥地基持力层可靠性的探讨

王子红 王 勇

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司 贵州贵阳 550081）

引言

地质勘察工作是开展设计施工工作的先决条件，它能够让设计施工人员及时了解与掌握施工现场的地质条件，查明施工过程中影响地质的不良因素，对出现的因素，制定相应的解决措施，以便保障建筑工程的施工过程得以顺利进行。对于某些强风化层较厚的工程项目，为充分发挥地基潜力，考虑强风化层作为基础持力层的可能性，就必须通过勘察手段进行严格、充分的论证。

1 工程概况

某工程项目属于市区“三环十六射”骨干路网系统中的重要线路组成部分，对于实现中心城区、片区之间便捷联系起到了至关重要的作用。

该道路规划红线宽度30～40m，采用机动车双向六车道规模，两侧布置人行道。全线共设置立交4座、桥梁7座（含立交主线桥）、隧道3座，人行天桥3座，掉头匝道1座，涵洞22道（路线12道，立交10道）。

其中，拟建的1#高架桥分双幅桥设计，全长270.96m。桥梁结构物荷载：城-A 级，设计速度，城市快速路：60km/h。主桥左右幅：（3×30）+（3×30）+（3×30）m简支变连续小箱梁。桥面起点高程为1106.8m，讫点高程为1119.8m，基础埋深为2.5倍桩径，桥梁下部结构综合考虑场区地质情况、地方建设经验和施工条件等因素，拟采用人工挖孔桩基础或扩大基础。

2 工程地质条件

通过地质地表调查以及钻探取样，初步了解了本项目的地质构造以及岩土工程特性，后辅以SSP山地技术进一步验证了该复杂地形的工程地质条件，得到以下勘察结果。

2.1 地质构造

拟建的高架桥位于地质构造较复杂地带。下伏基岩为泥盆系碳酸盐岩和粉砂岩系；场区地层产状为倾向 220°～240°，倾角 26°～35°。受向斜构造及断层影响，岩层节理较发育，泥质等充填，岩体较破碎。主要发育的两组节理面产状为：110°∠60°，密度 2～5 条/m；250°∠35°，密度 3～6 条/m。

2.2 岩土工程特征

为了能较准确的了解场地覆盖层厚度及岩土工程类别、岩溶发育位置及规模，分布和延伸情况，采用钻探、结合高密度电法勘探和SSP山地地震勘探作为本次勘察的主要手段，并结合对钻探孔进行声波测试、室内试验，综合判断岩土的工程特性。覆盖层与基岩工程特性如下：

素填土：杂色，上部0～6m结构松散，中、下部为稍密至中密，由块石（以灰岩块石为主，粒径0.2～2m）、碎石、粘土夹少量建筑垃圾（碎砖、混凝土块、灰渣）及生活垃圾构成，堆填时间约10年左右，厚度大并变化大（2～24m）。力学性质差，易垮塌。

粘土：黄褐色、灰色，土质不均，含角砾等，湿，可塑状。厚度：0～2m。分布局限，力学性质差。

碎石土：黄褐色，由碎石（含量约45%）、块石（含量约35%）、粉土等组成，块、碎母岩为石英砂岩，岩质极硬，结构松散，易垮塌。厚度：0～3.5m，力学性质较差。

强风化粉砂岩：灰黄色、浅灰，薄至中厚层状，局部为石英砂岩或泥灰岩，节理、隐裂隙、裂隙发育，岩体极破碎，岩芯呈碎块状、砂土状。岩石强度受裂隙影响大，裂隙发育、强度低；岩石软，结构松散，力学性差。RQD值0%。岩体基本质量等级为Ⅴ级，厚约7m。

中风化粉砂岩：灰黄色、深灰、灰绿色，薄～中厚层状，粉砂岩是构成场地基岩的主要主组成部分，局部为石英砂岩或泥灰岩，偶夹泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，岩芯呈砂状、少量角砾状、碎石状等，RQD值0%，岩体波速试验平均波速为3303m/s岩体的纵波速测试最高值4728m/s作为完整岩块的波速代表值，完整性指数0.48，岩体较破碎，岩石饱和抗压强度标准值为15.8MPa，岩石力学强度较高，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

3 勘察方案和手段

为查明场地工程地质问题，本次勘察工作以钻探为主，辅以SSP山地地震技术和岩石地基静载试验等方法，多方面、多角度进行了系统论证，同时结合周边已建工程的施工经验，综合分析研究桥梁工程地质条件。

3.1 地表地质调查

通过工程地质测绘（1：1000），了解桥址区的地形、地貌特点、构造概况、地层分布及特征、岩层产状、岩溶、水文地质情况、不良地质作用及当地建筑经验，为勘察施工提供指导依据，调查工作量0.2km2。

通过水文地质测绘（1：1000），了解桥址区内地下水类型、地下水位、主要含水层和隔水层的分布，特别是岩溶区的地表水体、泉（井）点的分布特征，调查工作量约0.2km2。

3.2 钻探及取样

本次勘察钻探土层采用无水冲击取芯钻进，岩层采用清水金刚石回转取芯钻进工艺进行。结合场地工程环境条件、拟建工程特点及规范要求，左右幅0#桥台、10#桥台布置钻孔28个（7个/墩），左右幅1#墩～12#桥墩布置钻孔64个（4个/墩），共布置钻孔92个。钻孔深度根据设计要求以钻至完整基岩下15.00m为准，单孔深度为22.8～39.7m不等。详勘取岩样10件，做饱和抗压试验和岩块声波测试。

3.3 SSP山地地震物探

SSP山地地震技术是为地形地质条件复杂的山区和水中地震勘探而设计的。该方法支持地震散射、反射、折射、面波、CT等地震采集。SSP散射地震剖面是一种新地震数据处理技术，适用于复杂地形与地质条件下地震勘探资料处理，研究地层、断裂构造、采空区、岩溶、孤石、软弱结构面等精细地质结构。山地可用拖曳式检波器串，免插，适合山区岩土条件，施工快捷。

以层状模型为基础的反射地震技术难以适应山区等复杂的地质地形条件，SSP技术作为反射地震的升级版，它是以非均匀地质模型为基础，以地震散射理论为指导，兼容处理散射波与反射波，重建地质结构图像与波速分布图像。与传统的反射地震技术相比其分辨率提高一个数量级。传统的反射地震数据处理技术最求的目标是时域偏移图像，主要反映地质界面形态特征，而SSP技术的处理目标除了地质界面形态图像之外，还包括地层的波速分布图像，而后者对于工程目的来说往往更为重要。特别是对于断裂构造、破碎带、松散层、采空区、岩溶的勘查，都与低速异常有关。

SSP山地地震技术的数据处理结果体现在波速分布图像和地质界面偏移图像中。前者主要反应地质介质的力学性状的分布，即弹性模量高低、密实性、完整性等介质的力学性状；后者主要反应地质结构的形态特征，包括界面空间展布、产状及界面两侧波阻抗的变化的特征。在地质工程研究中两者都十分重要。地层的划分、构造变性特征的分析主要依靠地质界面图像提供的信息，介质的力学强度、破碎程度、稳定性等评价主要依靠波速图的信息。特别是对于采空区的勘查、工程地质病害诊断、边坡稳定性评价等项目中，勘查的目标是寻找低速异常的位置，波速图像更为有效。

综上所述，SSP技术具有分辨率高、图像直观、可靠性好的特点，适合复杂地质地形条件下的精细地质勘查。

4 岩石地基荷载试验

据工程地质条件勘察结果及现场剖面，试验场地上覆土层为素填土、黏土、碎石土、强风化粉砂岩、中风化粉砂岩。由于强风化层较厚，为充分发挥地基潜力，考虑强风化层作为基础持力层的可能性，基于此对场地强风化及中风化岩石进行了现场原位静载荷试验。

4.1 静载试验方法

（1）试验选用直径为30cm的圆形刚性承压板进行试验。

（2）测量系统的初始稳定读数观测：加压前，每隔10min读数一次，连续3次不变时开始试验。

（3）加载方式：采用分级维持荷载、沉降相对稳定法单循环加载，荷载逐级递增直至破坏。

（4）荷载分级：按预估设计荷载的1/12，逐级递增，至压力无法继续向上施加时终止加载。

（5）沉降量测读：加载后按每间隔10min测读一次沉降量。

（6）稳定标准：当连续三次读数之差均不大于0.01mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

（7）终止加载条件：当出现下列情况之一时即可终止加载：①在某一级荷载下，24h内沉降速率有增大的趋势。②压力加不上或勉强加上而不能保持稳定。③若限于加载能力，荷载也应加到不少于设计要求的两倍。

4.2 试验结果及分析

在强风化基岩和中风化基岩各选取三个试验点，分别为1号、2号、3号、4号、5号、6号试验点。

（1）强风化基岩

有机溶剂的相对分子质量、挥发度、组分种类、操作温度、气体进口浓度以及气速都会对活性炭的吸附容量产生影响。

1号试验点加载至5000kPa后，由于本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍试验终止。取终止加载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为4643kPa，比例荷载为4643kPa。取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即1548kPa。

2号试验点加载至4715kPa后，限于加载能力而终止试验。取前一级荷载为极限荷载，即极限荷载≥4715kPa，比例荷载≥4715kPa。取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即≥1572kPa。

3号试验点加载至4950kPa，由于本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍试验终止。取终止加载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为4500kPa，比例荷载为4500kPa，取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即1500kPa。

（2）中风化基岩

4号试验点加载至6550kPa后，由于本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍试验终止。取终止加载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为5600kPa，比例荷载为1870kPa。取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即1867kPa。

5号试验点加载至6000kPa后，限于加载能力而终止试验。取前一级荷载为极限荷载，即极限荷载≥5550kPa，比例荷载≥1900kPa。取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即≥1850kPa。

6号试验点加载至7000kPa，由于本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍试验终止。取终止加载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为5700kPa，比例荷载为2000kPa，取极限荷载的1/3为该试验点承载力特征值。即1900kPa。

经过分析计算，各测点试验结果见表1。

经过现场载荷试验，强风化岩石地基承载力特征值为1500～1572kPa，变形模量为65.4～89.0MPa。中风化岩石地基承载力特征值取1850～1900kPa。

表1 某1#高架桥岩石地基载荷试验成果表

强风化岩石地基承载力特征值取1500kPa，变形模量为65.4～89.0MPa；中风化岩石地基承载力特征值取1850kPa。由于强风化与中风化承载力特征值差异不大，且强风化层承载能力及变形要求均满足大桥设计要求，建议采用强风化层作为桥基持力层。

试验结果是在特定的层位及其原有的状态、结构条件下做出的，若条件相同，可采用本次试验所提的承载力特征值。若条件不同，应由勘察、设计人员结合岩层的风化程度及其它地质结构特征。综合评价地基承载力特征值。

5 小结

（1）基于钻探、孔内声波测试、室内试验、高密度电法物探、地表地质调查、SSP山地地震物探等多方法、多手段分别从点、线、面探明了横向及纵向的地质构成及空间分布，尤其是采用SSP山地地震技术从面上查清了强风化层厚度，为选择强风化层作为地基持力层提供了有力支撑。

（2）SSP山地地震技术具有分辨率高、图像直观、可靠性好的特点，适合复杂地质地形条件下的精细地质勘查。

（3）通过综合手段勘察特别是原位载荷试验结果，强风化岩石地基承载力特征值取1500kPa（比同类地层工程经验值800kPa大大提高），变形模量为65.4～89.0MPa，承载能力及变形要求均满足大桥设计要求，且厚度大，可作大桥基础持力层。

（4）中风化与强风化相比承载力提高不大，且经高密度电法、特别是省内率先采用的SSP山地地震技术物探发现，强风化层普遍厚7m，其强度和变形均满足大桥基础对持力层的要求。如采用中风化层作地基持力层，基础断面并没有有效减少，且基础深度均普遍增加了7m。比选后遂决定科学、大胆地采用强风化粉砂岩（局部泥灰岩或石英砂岩）为桥基持力层，与常规采用的下伏中风化岩层作持力层相比大大地节省了基础造价和工期。

[1]《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（2009年版）[S].2009.

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[5]阎 瑞.探究岩土工程勘察的常见问题及解决策略[J].建筑知识.2017（15）.

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