关于转体桥工程地质勘察方法的研究<br/>——以龙岩市工业东路延伸段工程为例

关于转体桥工程地质勘察方法的研究
——以龙岩市工业东路延伸段工程为例

2022-07-05梅德明

资源信息与工程 2022年3期

梅德明

(南昌铁路勘测设计院有限责任公司，江西南昌 330002)

不同于普通桥梁，转体桥的施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置施工成形后，通过转体就位的一种施工方法[1,2]。本文结合转体桥的特点，以龙岩市工业东路延伸段(K0+580～K0+880)工程中K0+515～K0+728.5段转体桥为例，对转体桥工程地质勘察中的注意事项进行了总结，为今后转体桥的工程地质勘察提供借鉴。

1 拟建工程及地质条件简述

1.1 工程概述

龙岩市工业东路延伸段工程位于龙岩市东北部。工业东路延伸段道路呈东西走向，西起东兴路，东止于东宝路(S203省道)，道路规划为城市主干路，全长1.35 km。其中K0+515～K0+728.5段分两幅上跨既有铁路，左幅跨度布置为：(2～70) m转体T构+(2～35) m预应力砼连续箱梁；右幅跨度布置为：(2～35) m预应力砼连续箱梁+(2～70) m转体T构，承台施工基坑开挖最大深度6.4 m，设计单桩竖向承载力6 500 kN。拟建工程位置如图1所示。

图1 勘探点平面布置示意图

1.2 地形地貌

拟建场地属构造剥蚀丘陵山脊斜坡地貌与河流冲洪积阶地地貌交汇区。勘察期间场地地面标高320.10～379.10 m。

1.3 区域地质构造

场地处于华夏地块(Ⅳ-51)中的南武夷晚古生代拗陷区(Ⅳ-51(2))大田—龙岩凹陷带(Ⅳ-51(2)d)南侧，属闽西新构造活动带中的相对稳定地块。区域断裂构造和地震活动较微弱，地质构造较稳定，地壳的稳定性应属基本稳定区，较适宜工程的建设。

1.4 地层岩性

场地在钻探深度范围内岩土层分布情况：上部为第四系人工填土层(Q4ml)的杂填土①1、素填土①2、素填土(压实)①3；冲洪积成因(Q4al-pl)的卵石②1、粉质黏土②2、含卵石粉质黏土③、中粗砂④；下部为二叠系下统童子岩组(P1t)强风化泥质粉砂岩⑦、碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1、下伏二叠系栖霞组灰岩。

1.5 地下水

场地地下水类型主要为包气带水、潜水孔隙水及潜水裂隙水。包气带水主要赋存于填土层中，水量较小；潜水孔隙水主要赋存于卵石②1、粉质黏土②2、含卵石粉质黏土③、中粗砂④等第四系地层中，水量丰富；潜水裂隙水主要赋存于泥质粉砂岩风化层中，水量较小。地下水主要由大气降水及场地外围地表水的侧向径流补给，并通过蒸发及径流等方式排泄。

1.6 场地稳定性与适宜性评价

拟建场地周边地形起伏较大，场地地面标高与拟建桥梁标高相差较大，部分地段将形成深路堑边坡，属对建筑抗震不利地段，为稳定性差场地，工程建设适宜性差。经对场地采取适当的工程措施(对路堑边坡采取专项的设计、支护)和选用适宜的岩土层作为桥梁的持力层后，场地基本稳定，基本适宜本工程的建设。

1.7 工程地质评价

拟建立交桥建议选用桩基础，根据岩土层的分布情况，建议以碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1作为桩端持力层。由于跨越3条铁路，桩基施工周期较长，冲孔灌注桩施工可能引起铁路的过量沉降变形，影响营运安全，因此桩型建议采用对周边环境影响较小的钻(旋挖)孔灌注桩。设计桩径为1 800 mm，桩长预计35～40 m，具体桩长应通过计算确定。

场区内岩层节理裂隙较发育，主要发育在碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1层中，主要为NE-NNE、NW-NNW向，相互交切，将岩层切割成菱形状的块体。岩层产状介于108°～111°∠10°～13°。据场地出露的岩体结构面产状测量，岩石结构面延伸具方向性，产状部分为外倾，主要裂隙有如下几组： 241°∠38°、152°∠61°、142°∠62°、145°∠20°、165°∠44°，裂隙间距总体均小于0.5 m，分布有外倾结构面。结构面延展50～100 m，未闭合状态，无充填，整体呈舒缓波状，未见有水渗出，结合程度一般，边坡面大致倾向250°，倾角58°。

边坡开挖后，坡面主要为碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1，局部地段的上部为杂填土①1。杂填土①1抗剪强度低，自稳能力差，自重固结尚未完成，稳定性较差；碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1裂隙较发育，裂隙多呈压性闭合或半闭合，局部微张状，延伸性较差，产状多为外倾或斜交，将岩体切割成楔形体或方块体、菱块体，易对边坡稳定产生不利的影响。

裂隙L1倾向与坡面倾向相近，夹角约为9°，倾角为38°，小于坡角，为外倾结构面(图2)。该边坡稳定性主要受裂隙面结构强度控制，如结构面上抗滑力大于下滑力，边坡会沿其发生平面滑动破坏。受裂隙及层面切割，会发生局部崩塌、坡面掉块现象，边坡欠稳定。

图2 赤平投影分析图

该边坡长度约45 m，高18～32 m，坡底标高约326.50 m，坡顶标高约360.00 m，现状边坡坡度20°～55°。边坡体主要分布碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1，建议优化平面布置，调整竖向设计，消化部分高差，按推荐坡率进行边坡设计。建议采用坡率法+人字形骨架+护面墙或预应力锚索框架梁+挡墙进行边坡支护设计，选用碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1做锚固段和挡墙持力层。

1.8 场地地质条件可能对工程造成的风险分析

挖方段出露的残积土及风化岩层遇水易软化，边坡在施工时和工程建成后，雨季时可能引发小型滑坡、崩塌地质灾害，影响安全；工程建设时开挖与堆填的土方若不平衡，剩余土方可能造成次生地质灾害；场地及邻近地区全新世以来未见活动断裂，区域构造稳定性较好，但在地震作用下，可能产生边坡滑塌；基坑开挖深度范围内均为第四系松散层，开挖深度较大，可能使基坑变形或基坑失稳，危及施工人员及设备安全；转体边坡开挖地段，可能导致落石侵入既有铁路范围。

2 勘察注意事项

2.1 资料收集

勘察前应收集各方面地质资料，包括区域地质资料、水文地质资料及邻近工程地质资料，了解场地岩土层分布情况，因为场地岩土层分布情况直接关系到勘察的布孔原则及终孔原则，最终影响勘察的工作量。对场地有特殊影响的基岩地区，应重点查明是否发育不良地质或特殊性岩土，如可溶岩地区的岩溶发育情况、风化差异大的岩石是否存在孤石等，这些都直接关系到勘察工作量的布置。桥梁工程下伏基岩的性质还直接影响其桩型的选择。

区域地质图及K0+000～K0+580段地质资料显示，场地下伏基岩为二叠系下统童子岩组泥质粉砂岩(P1t)及栖霞组灰岩(P1q)，且灰岩中发育有岩溶。故制定勘察大纲时采用逐桩布孔的原则，确定桩基范围是否分布灰岩，如为灰岩，则钻孔深度至预计桩端以下完整基岩中5～10 m，在该深度范围内遇岩溶洞穴时，应在洞穴底板稳定基岩内再钻进3～5 m[3]；如桩基范围为泥质粉砂岩，则钻孔深度至预计桩端以下3～5 m。对于转体桥主跨，则根据设计提供的勘察要求确定孔深。

2.2 工程地质调绘

工程地质调绘工作的先期成果对后期勘探工作量的布置和设计以及工程地质条件的掌握具有针对性的指导作用，工程地质调绘是山区公路和市政道路最为基础和首选的勘察方法[4]，对于评价区域地质的稳定性、特殊性岩土和不良地质的规模、分布规律、形成机制及其影响，以及评价地形地貌对工程的影响具有至关重要的作用。

本工程重点对转体边坡的各种结构面进行了调查，包括其产状、延展情况、闭合状态、充填情况、结合程度以及是否有水渗出等，为边坡稳定性分析及支护方案提供了可靠依据。

2.3 外业钻探时工作量的调整及其原则

考虑到拟建桥梁桩基础范围可能为灰岩，本工程的勘察大纲采用逐桩布孔的原则进行。在实际钻探中发现，本段桥梁下伏基岩为泥质粉砂岩，且个别钻孔钻至70 m均为碎块状强风化泥质粉砂岩，未见中风化泥质粉砂岩也未见灰岩，故在外业时对桩基的桩长按摩擦桩进行了估算，估算时按设计桩径为1.8 m考虑，预估桩长预计35～40 m。勘察时根据估算后的桩长对终孔深度进行了及时调整。由于勘察深度范围内未揭示灰岩，故在钻孔数量及钻孔深度上结合场地地层变化进行了相应核减。本次在旋转桥墩下桩基布设钻孔6个，在主跨桥墩下桩基(非旋转桥墩)布设钻孔2个，以满足规范及设计要求。

2.4 工程施工时衍生的边坡勘察问题

转体桥工程地质勘察应注意后期施工时所衍生出的工程地质问题，这也是勘察时应重点查明的问题。因为转体桥的特性，在完成上部结构的施工后需对其进行旋转，在旋转范围内如自然山体过高，则需对山体进行削坡，此时边坡的稳定性及防护直接影响到桥梁的安全性，因此需对边坡进行专项勘察。

本工程右幅7#墩桥梁转体过程中与现有山体冲突，为满足转体端部及底部所需净空要求，需要对桥台左侧山体进行开挖，同时右幅7#墩位于现状边坡面以下，为满足右幅7#墩和8#桥台的施工要求，需要对承台进行放坡开挖，形成高18～32 m的挖方边坡，边坡类型为岩土组合或岩质边坡。为查明该边坡的稳定性，本次勘察对该边坡横向及纵向布设了4条勘探线共11个钻孔，转体边坡代表性剖面示意图如图3。该边坡岩土层基本为碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1，岩体破碎，建议采用坡率法+人字形骨架+护面墙或预应力锚索框架梁+挡墙进行边坡支护设计，选用碎块状强风化泥质粉砂岩⑧1做锚固段和挡墙持力层。