2018年注冊巖土工程師巖土工程勘察講義：橋梁巖土工程勘察

　　第二節(jié) 橋梁巖土工程勘察

　　一、概述

　　當(dāng)?shù)缆房缭胶恿�、山谷或與其他交通線路交叉時(shí)，為了道路的暢通和安全，往往要修橋梁。它是道路建筑工程中的重要組成部分。如我國成昆鐵路全長1 083km，就有大、中橋梁800多座，共長約80km。橋梁技術(shù)在解放后的鐵道建設(shè)中得到迅速發(fā)展，無論在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、施工、規(guī)模與速度等方面已走在世界先進(jìn)的行列。我國自行設(shè)計(jì)與施工的南京長江大橋，采用裝配式鋼筋混凝土薄壁管柱作為墩臺(tái)基礎(chǔ)，它不僅因水上施工而不受洪水限制，改善施工條件，提高工作效率，降低成本，保證施工質(zhì)量，而且跨度較大，每孔的跨度為157m，具有顯著的優(yōu)越性;大跨度鋼筋混凝土拱橋詹東線丹河一號(hào)大橋，其跨度為88m;近年來我國在長江干流上新建大橋十余座，單跨一千多米，這都說明建國以來我國橋梁建筑的技術(shù)水平。

　　橋梁是由正橋、引橋和導(dǎo)流等工程組成，正橋是主體，位于河兩岸橋臺(tái)之間，橋墩均位于河中。引橋是連接正橋與原線的建筑物，常位于河漫灘或階地之上，它可以是高路堤或橋梁;導(dǎo)流建筑包括護(hù)岸、護(hù)坡、導(dǎo)流堤和丁壩等，是保護(hù)橋梁等各種建筑物的穩(wěn)定，不受河流沖刷破壞的附屬工程。

　　按橋梁結(jié)構(gòu)可分為梁橋、拱橋和鋼架橋等，而跨越間歇性水流、無水的山澗或干谷等地段的橋梁，均稱為旱橋。不同類型的橋梁，對地質(zhì)有不同的要求。當(dāng)梁橋?yàn)殪o定結(jié)構(gòu)時(shí)，各橋孔是獨(dú)立的，相互之間沒有聯(lián)系，對地質(zhì)條件的適應(yīng)范圍較廣;拱橋受力時(shí)，在拱腳處產(chǎn)生垂直和向外的水平力，因此，對拱腳處地基的地質(zhì)條件要求較高，最好建在堅(jiān)硬而完整的基巖上。所以，地質(zhì)條件是選擇橋梁結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。

　　二、橋梁建筑工程地質(zhì)研究

　　(一)橋墩臺(tái)主要工程地質(zhì)問題

　　橋墩臺(tái)主要工程地質(zhì)問題包括橋墩臺(tái)地基穩(wěn)定性、橋臺(tái)的偏心受壓及橋墩臺(tái)地基的沖刷問題等，分述于下：

　　1、橋墩臺(tái)地基穩(wěn)定性問題

　　橋墩臺(tái)地基穩(wěn)定性主要取決于墩臺(tái)地基中巖土體的允許承載力，它是橋梁設(shè)計(jì)中最重要的力學(xué)數(shù)據(jù)之一，它對選擇橋梁的基礎(chǔ)和確定橋梁的結(jié)構(gòu)型式起決定性作用，影響造價(jià)極大，是一項(xiàng)關(guān)鍵性的資料。

　　雖然橋墩臺(tái)的基底面積不大，但經(jīng)常遇到地基強(qiáng)度不一，巖土體軟弱或軟硬不均等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋基的穩(wěn)定性。在溪谷溝床、河流階地、古河灣及古老洪積扇等處修建橋墩臺(tái)時(shí)，往往遇到強(qiáng)度很低的飽水淤泥和其他軟土層，也有時(shí)遇到較大的斷層破碎帶，近期活動(dòng)的斷裂，或基巖面高低不平，風(fēng)化深槽，軟弱夾層，囊狀風(fēng)化帶，軟硬懸殊的界面或深埋的古滑坡等地段，均能使橋墩臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生過大沉降或不均勻下沉，甚至造成整體滑動(dòng)，不可忽視。

　　橋墩臺(tái)地基為土基時(shí)，其允許承載力的計(jì)算方法和基本原理與大型工業(yè)民用建筑物地基是相同的，但是超靜定結(jié)構(gòu)的大跨度橋梁，對不均勻沉降特別敏感，故其地基允許承載力必須取保守值;而巖質(zhì)地基允許承載力主要決定于巖體的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征以及水文地質(zhì)條件，一般按鐵路工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定，根據(jù)巖石強(qiáng)度、節(jié)理間距、節(jié)理發(fā)育程度等來確定地基的允許承載力。但對斷層、軟弱夾層及易溶巖等，則應(yīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場原位測試等慎重確定，對風(fēng)化殘積層按碎石類土確定地基的允許承載力。

　　2、橋臺(tái)的偏心受壓問題

　　橋臺(tái)除了承受垂直壓力外，還承受到岸坡的側(cè)向主動(dòng)土壓力，在有滑坡的情況下，還受到滑坡的水平推力，使橋臺(tái)基底總是處在偏心荷載狀態(tài)下;橋墩的偏心荷載，主要是由于列車在橋梁上行駛突然中斷而產(chǎn)生的，對橋墩臺(tái)的穩(wěn)定性影響很大，必須慎重考慮。

　　3、橋墩臺(tái)地基的沖刷問題

　　橋墩和橋臺(tái)的修建，使原來的河槽過水?dāng)嗝鏈p小，局部增大了河水流速，改變了流態(tài)，對橋基產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷，有時(shí)可把河床中的松散沉積物局部或全部沖走，使橋墩臺(tái)基礎(chǔ)直接受到流水沖刷，威脅橋墩臺(tái)的安全，因此，橋墩臺(tái)基礎(chǔ)的埋深，除決定于持力層的埋深與性質(zhì)外，還應(yīng)滿足下列要求：

　　(1)在無沖刷處，除堅(jiān)硬巖石地基外，應(yīng)埋置在地面以下不小于1m處。

　　(2)在有沖刷處，應(yīng)埋置在墩臺(tái)附近最大沖刷線以下不小規(guī)定的數(shù)值。

　　(3)基礎(chǔ)建于抗沖刷較差的巖石上(如頁巖、泥巖、千枚巖和泥礫巖等)，應(yīng)適當(dāng)加深。

　　三、橋梁巖土工程勘察要點(diǎn)

　　橋梁是道路建筑的附屬建筑物，除特大型或重要橋梁外，一般不單獨(dú)編制設(shè)計(jì)任務(wù)書，而橋梁的設(shè)計(jì)僅包括初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，且只有當(dāng)?shù)缆烦醪皆O(shè)計(jì)被批準(zhǔn)之后，才編制橋梁初步設(shè)計(jì)，對于工程規(guī)模較小而工程地質(zhì)條件又簡單的橋梁，其工程地質(zhì)勘察工作可在一個(gè)階段完成。

　　(一)初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)

　　初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察任務(wù)是在幾條橋線比較方案范圍內(nèi)，全面查明各橋線方案的一般工程地質(zhì)條件，并著重對橋線方案起控制作用的重大復(fù)雜地段進(jìn)行詳細(xì)勘察，特別是對其中關(guān)鍵性工程地質(zhì)問題與不良地質(zhì)現(xiàn)象的深部情況加以深入剖析，從技術(shù)可能性和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行綜合對比，為選擇一條最優(yōu)的橋線方案提供重要的工程地質(zhì)依據(jù)。

　　(二)技術(shù)設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)

　　技術(shù)設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察任務(wù)是在已選的最優(yōu)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大量進(jìn)行鉆探、試驗(yàn)和原位測試工作，著重查明個(gè)別墩基特殊的工程地質(zhì)條件和局部地段存在的嚴(yán)重工程地質(zhì)問題，為橋線選擇基礎(chǔ)類型及其最佳位置以及施工方法等提供必要的工程地質(zhì)資料。

　　四、橋址選擇工程地質(zhì)論證

　　橋址的選擇應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和使用觀點(diǎn)出發(fā)，使橋址與線路互相協(xié)調(diào)配合，尤其是在城市中選擇鐵路與公路兩用大橋的橋址時(shí)，除考慮河谷水文、工程地質(zhì)條件外，尚要考慮市區(qū)內(nèi)的交通特點(diǎn)，線路要服從于橋址，而橋址的選擇一般要考慮下列幾個(gè)方面的問題：

　　(1)橋址應(yīng)選在河床較窄、河道順直、河槽變遷不大、水流平穩(wěn)、兩岸地勢較高而穩(wěn)定、施工方便的地方。避免選在具有遷移性(強(qiáng)烈沖刷的、淤積的、經(jīng)常改道的)河床，活動(dòng)性大河灣，大砂洲或大支流匯合處。

　　(2)選擇覆蓋層薄、河床基底為堅(jiān)硬完整的巖體。若覆蓋層太厚，應(yīng)選在無漫灘相和牛軛湖相淤泥或泥炭的地段，避免選在尖滅層發(fā)育和非均質(zhì)土層的地區(qū)。

　　(3)選擇在區(qū)域穩(wěn)定性條件較好、地質(zhì)構(gòu)造簡單、斷裂不發(fā)育的地段，橋線方向應(yīng)與主要構(gòu)造線垂直或大交角通過。橋墩和橋臺(tái)盡量不置于斷層破碎帶和褶皺軸線上，特別在高地震基本烈度區(qū)，必須遠(yuǎn)離活動(dòng)斷裂和主斷裂帶。

　　(4)盡可能避開滑坡、巖溶、可液化土層等發(fā)育的地段。

　　(5)在山區(qū)峽谷河流選擇橋址時(shí)，力爭采用單孔跨越。在較寬的深切河谷，應(yīng)選擇兩岸較低的地方通過，要求兩岸巖質(zhì)堅(jiān)硬完整，地形稍寬一些，適當(dāng)降低橋臺(tái)的高度，降低造價(jià)，減少施工的困難。

　　五、橋基勘察中應(yīng)注意的問題

　　橋基工程地質(zhì)勘察的任務(wù)是為橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料。方法是在調(diào)查與測繪的基礎(chǔ)上進(jìn)行勘探工作。對于大、中橋，目前均采用以鉆探為主，輔以物探的方法。這種綜合的勘探方法，能夠互相補(bǔ)充，可收到事半功倍的效果�？辈斓慕Y(jié)果應(yīng)提出：①橋位處的河床地質(zhì)斷面圖;②鉆孔柱狀斷面圖與鉆探記錄;③水、土的化驗(yàn)與試驗(yàn)資料。橋基工程地質(zhì)勘察應(yīng)注意的主要問題有：

　　1、鉆孔布設(shè)

　　鉆孔布設(shè)應(yīng)在橋位工程地質(zhì)調(diào)查與測繪的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以避免盲目性。鉆孔數(shù)量取決于：①設(shè)計(jì)階段;②橋位地質(zhì)條件;③擬采用的基礎(chǔ)類型。在初步設(shè)計(jì)階段，一般布設(shè)3～5個(gè)鉆孔;在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，鉆孔數(shù)應(yīng)不少于墩臺(tái)數(shù)。如采用沉井基礎(chǔ)，或基礎(chǔ)在傾斜、鋸齒狀的基巖面上時(shí)，應(yīng)增加輔助鉆孔，復(fù)雜時(shí)每一墩臺(tái)需要4～5個(gè)鉆孔。

　　鉆孔一般布設(shè)在橋梁中心線上。為了避免鉆穿具有承壓水的巖層而引起基礎(chǔ)施工困難，也可布設(shè)在墩臺(tái)以外。為了解沿河床方向基巖面的傾斜情況，在橋梁的上下游可加設(shè)輔助鉆孔。

　　2、鉆孔深度

　　鉆孔深度取決于河床地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型與基底埋深。河床地質(zhì)條件包括：河床地層結(jié)構(gòu)、基巖埋深、地基承載力、可能的沖刷深度等。基礎(chǔ)類型要區(qū)分明挖、深井與樁基等。

　　如遇基巖，要求鉆入基巖風(fēng)化層1～3m。這一點(diǎn)在山區(qū)河流上尤應(yīng)注意，以免把孤石錯(cuò)定為基巖。

　　3、操作規(guī)程

　　為保證鉆探工作的質(zhì)量，鉆進(jìn)過程中要認(rèn)真對待取樣、鑒別、記錄這些環(huán)節(jié)。每隔1m深度應(yīng)取樣，每次變層要取樣。為使樣品盡可能保持原來狀態(tài)，應(yīng)注意選擇鉆頭和鉆進(jìn)方法。記錄要仔細(xì)，對所使用的鉆具、進(jìn)尺、取樣以及鉆進(jìn)中的感覺等均應(yīng)詳細(xì)記錄。在鑒別樣品時(shí)，應(yīng)與調(diào)查測繪結(jié)果對照，避免發(fā)生重大錯(cuò)誤。

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