10公路工程地质勘察

10公路工程地质勘察内容摘要：

对于特殊地质条件及专门性工程，根据各自的特殊需要，绘制相应的专门图件等。 公路路基工程地质勘察 公路路基包括路堑、路堤等，路基的主要工程地质问题是：路基边坡稳定性问题；路基基底稳定性问题；公路冻害问题以及天然建筑材料问题等。 一、公路选线的工程地质论证 公路是线性建筑 物，在数百甚至数千公里的路线上常遇到各式各样的工程地质问题。 如公路沿线山高谷深，地质复杂，不良地质现象发育，或道路要穿过大溶洞和暗河等，这些均说明了在选线中重视工程地质条件的必要性，只有根据地质环境的具体条件才能选出技术可靠而又经济合理的路线。 在选线中，工程地质工作的主要任务是查明各比较路线方案沿线的工程地质条件。 在满足设计规范要求的前提下，经过技术经济比较，选出最优方案。 路线一经选定，对今后的运营则带来长期而深远的影响，一旦发现问题而改线，即使局部改线，都会造成很大的浪费。 因此，选线的任务是繁重的，技术 上 是复杂的，必须全面而慎重地考虑。 路线的基本类型及其特点如 下 ： （ 1）沿河线 其优点是坡度缓，路线顺直，工程简易，挖方少，施工方便。 但在平原河谷选线常遇有低地沼泽、洪水危害；而丘陵河谷的坡度大，阶地常不连续，河流冲刷路基，泥石流淹埋路线，遇支流时需修较大桥梁。 山区河谷，弯曲陡峭，阶地不发育，开挖方量大，不良地质现象发育，桥隧工程 量 大。 （ 2） 山 脊线 其优点是地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。 但山脊宽度小，不便于工程布置和施工。 有时地形不平，地质条件复杂。 若山脊全为土体组成，则需外运道渣，更严重的是 取水困难。 （ 3） 山坡线 其最大优点是可以选任意路线坡度，路基多采用半填半挖，但路线曲折，土石方量大，不良地质现象发育，桥隧工程多。 （ 4） 越岭线 其最大优点是能通过巨大山脉，降低坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的 垭 口通过。 如图 102 所示，为工程地质选线的实例。 其路线 A、 B 两点间共有三个基本选线方案， I方案需修两座桥梁和一座长隧洞，路线虽短，但隧洞施工困难，不经济； II 方案需修一座短隧洞，但西段为不良物理地质现象发育地区，整治困难，维修费用大，也不经济； III 方案为跨河 走对岸线，需修两座桥梁，比修一座隧洞容易，但也不经济。 综合上述三个方案的优点，从工程地质观点提出较优的第 IV 方案：把河湾过于弯曲地段取直，改移河道，取消西段两座桥梁而改用路堤通过，使路线既平直，又避开物理地质现象发育地段，而东段则联接 II 方案的沿河路线。 此方案的路线虽稍长，但工程条件较好，维修费用少，施工方便，长远来看还是经济的，故为最优方案。 图 102 工程地质选线实例略图 1 滑坡群； 2 崩塌区； 3 泥石流堆积区； 4 沼泽带； 5 路线方案 二、公路路基 的主要工程地质问题 1．路基边坡稳定性问题 路基边坡包括天然边坡，傍山路线的半填半挖路基边坡以及深路堑的人工边坡等。 具有一定的坡度和高度的边坡在重力作用下，其内部应力状态也不断变化。 当剪应力大于岩土体的强度时，边坡即发生不同形式的变化和破坏。 其破坏形式主要表现为滑坡、崩塌和错落。 土质边坡的变形主要决定于土的矿物成分，特别是亲水性强的粘土矿物及其含量，除受地质、水文地质和自然因素影响外，施工方法是否正确也有很大关系。 岩质边坡的变形主要决定于岩体中各种软弱结构面的性状及其组合关系，它们对边坡的变形起着控制作用。 只有同时具备临空面、滑动面和切割面三个基本条件，岩质边坡的变形才有发生的可能。 由于开挖路堑形成的人工边坡，加大 了 边坡的陡度和高度，使边坡的边界条件发生变化，破坏了自然边坡原有应力状态，进一步影响边坡岩土体的稳定性。 另一方面路堑边坡不仅可能产生工程滑坡，而且在一定条件下，还能引起 古 滑坡复活。 由于古滑坡发生时间长，在各种外营力的长期作用下，其外表形迹早已被改造成平缓的边坡地形，很难被发现，若不注意观测，当施工开挖形成滑动的临空面时，就可能造成边坡失稳。 2．路基基底稳定性问题 一般路堤和高填路堤对路基基底要求 要有足够的承载力，基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软土层或软弱结构面的性质与产状等，它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。 此外，水文地质条件也是促使基底不稳定的因素。 如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，或在其下方开挖取土或在其上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形；也有因基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形。 路基基底若为软粘土、淤泥、泥炭、 粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质进行稳定性分析。 若不稳定时，可选用下列措施进行处理：放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基底压力小于岩土体的容许承载力；在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道；把基底软弱土层部分换填或在其上加垫层；采用砂井（桩）排除软土中的水分，提高其强度；架桥通过或改线绕避等。 3．公路冻害问题 它包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆，结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀，使路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和 正常使用。 根据地下水的补给情况，公路冻胀的类型可分为表面冻胀和深源冻胀。 前者是在地下水埋深较大地区，其冻胀量一般为 30 一 40mm，最大达 60mm。 其主要原因是路基结构不合理或养护不周，致使道 路 排水不良造成。 深源冻胀多发生在冻结深度大于地下水埋深或毛细管水带接近地表水的地区，地下水补给丰富，水分迁移强烈，其冻胀量较大，一般为 200 一 400mm，最大达 600mm。 公路的冻害具有季节性，冬季在负气温长期作用下，使土中水分重新分布，形成平行于冻结界面的数层冻层，局部尚有冻透镜体，因而使土体积增大（约 9%）而产生路 基隆起现象；春季地表面冰层融化较早，下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，在外荷作用下，路基出现翻浆现象。 防止公路冻害的措施有：铺设毛细割断层，以断绝水源；把粉粘粒含量较高的冻胀性土换为粒粗、分散的砂砾石抗冻胀性土；采用纵横盲沟和竖井，排除地表水，降低地下水位，减小路基土的含水量；提高路基标高；修筑隔热层，防止冻结路基深处发展等。 4．建筑材料问题 路基 工 程需要的天然建筑材料不仅种类较多，而且数量较大， 同 时要求各种材料产地沿线两侧零散分布。 这些材料品质的好坏和运输距离的远近，直 接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。 三、公路路基工程地质勘察的基本内容 与路线、桥梁和隧道专业人员密切配合，查清路线上的地质、地貌条件以及动力地质现象，阐明其演变规律，明确各条路线方案的主要工程地质条件，为各方案的比较提供依据。 在地形、地质条件复杂的地段，确定路线的合理布设，以减少失误。 ，诸如盐渍土、多年冻土 、 岩溶、沼泽、积雪、滑坡、崩塌、泥石流等，往往影响路线方案的选择、路线的布设和构造物的设计。 因此应重点查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程 度。 对严重影响路线安全而数量多、整治困难的各种工程地质问题，如发展中的暗河岩溶区、深层滑坡地段、深层沼泽、有沉陷的深源冻胀地段等，一般均以绕避为原则 ,但对技术切实 可 行，可彻底整治而费用不高，对今后运营无后患的地段，应合理通过，绝不盲目避绕。 3．充分发掘、改造和利用沿线的一切就地材料，满足就地取材的要求。 当就近材料不能满足要求时，则应由近及远扩大调查范围，以求得足够数量的品质优良、适宜开采和运输方便的筑路材料产地。 四、公路路基工程地质勘察的要点 在可行性研究阶段的工程地质勘察工作是收集资料、现场核对和概略 了解地质条件，为此着重介绍初步勘察阶段和详细勘察阶段的工作内 容。 （一）初步勘察阶段 本勘察阶段的基本任务主要是对已确定的路线范围内所有路线摆动方案进行勘察对比。 确定路线在不同地段的基本走向，并以比选和稳定路线为中心，全面查明路线最优方案沿线的工程地质条件。 工程地质测绘是这一阶段中的一项重要手段，勘察范围沿路线两侧各宽 150 ~200m。 测绘比例尺是 1:50000~1:202000，勘探工作主要用于查明重大而复杂的关键性工程地质问题与不良地质现象。 （二）详细勘察阶段 是根据已批准的初步设计文件中所确定的 修建原则、设计方案、技术要求等资料，对各种类型的工程建筑物（桥、隧、站场等）位置有针对性地进行详细的工程地质勘察。 最终确定公路路线和构造物的布设位置，查明构造物地基的地质构造、工程地质及水文地质条件，准确提供工程和基础设计、施 工 必须的地质参数。 桥梁工程地质勘察 大、中桥桥位多是路线布设的控制点，桥位变动会使一定范围内的路线也随之变动。 因此桥梁工程地质勘察一般应包括两项内容：首先应对各比较方案进行调查，配合路线、桥梁专业人员，选择地质条件比较好的桥位；然后再对选定的桥位进行详细的工程地质勘察，为桥梁 及其附属工程的设计和施工提供所需要的地质资料。 影响桥位的选择的因素有路线方向、水文地质条件与工程地质条件等。 工程地质条件是评价桥位好坏的重要指标之一。 一、桥梁工程地质问题 桥梁是公路建筑工程中的重要组成部分，由正桥、引桥和导流等工程组成。 正桥是主体，位于河岸桥台之间，桥墩均位于河中。 引桥是连接正桥与路线的建筑物，常位于河漫滩或阶地之 上 ，它可以是高路堤或桥梁。 导流建筑物，包括护岸、护坡、导流堤和丁坝等，是保护桥梁等各种建筑物的稳定，不受河流冲刷破坏的附属工程。 桥梁按结构可分为梁桥、拱桥和钢架桥等。 不同类型的 桥梁，对地基有不同的要求，所以工程地质条件是选择桥梁结构的主要依据，包括以下两方面的主要工程地质问题。 1．桥墩台地基稳定性问题 桥墩台地基稳定性主要取决于墩台地基中岩土体承载力的大小。 它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构形式起决定作用。 当桥梁为静定结构时，由于各桥孔是独立的，相互之间没有联系，对工程地质条件的适应范围较广。 但对超静定结构的桥梁，对各桥墩台之间的不均匀沉降特别敏感，故取用其地基容许承载力时应予慎重考虑。 岩质地基容许承载力的确定取决于岩体的力学性质及水文地质条件等，应通过室内试验和原位测试等综合 判定。 2．桥墩台地基的冲刷问题 桥墩和桥台的修建，使原来的河槽过水断面减少，局部增大了河水流速，改变了流态，对桥基产生强烈冲刷，威胁桥墩台的安全。 因此，桥墩台基础的埋深，除决定于持力层的部位外还应满足以下要求。 (1)桥位应尽可能选在河道顺直，水流集中，河床稳定的地段。 以保护桥梁在使用期间不受河流强烈冲刷的破坏或由于河流改道而失去作用。 (2)桥位应选择在岸坡稳定，地基条件良好，无严重不良地质现象的地段，以保证桥梁和引道的稳定，减低工程造价。 (3)桥位应尽可能避开顺河方向及平行桥梁轴线方向的大断裂带，尤 其不可在未胶结的断裂破碎带和具有活动可能的断裂带上建桥。 (4)在无冲刷处，除了坚硬岩石地基外，应埋置在地面以下不小于 lm。 在有冲刷处，应埋置在墩台附近最大冲刷线以下（埋深不小于表 102 中规定的数值）；基础建于抗冲刷较差的岩石（如页岩、泥岩、千枚岩等），应适当加深。 表 102 墩台基础在最大冲刷线 以下的最小埋深 净冲刷深度（ m） 〈 3 》 3 》 8 》 15 》 20 在最大冲刷线以下的最小埋深 一般桥梁 特大桥及其他重要桥梁 设计流量 验算流量 按设计流量所列值再增加 1/2 二、桥梁工程地质勘察要点 （一）初步勘察 在 工 程地质勘察资料可行性研究的基础 上 ，初步查明场地地基的地质条件，即对桥位处进行工程地质调 查 或测绘、物探、钻探、原位测试，进一步查明工程地质条件的优劣。 特别应查明与桥位方案或桥型方案比选有关的主要工程地质问题。 对一般地区的桥位选择应查明两个方面的内容：一是地形、地貌、地物等方面对桥位选择的制约内容；二是工程地质条件对桥位选择的制约对特殊地质地区的桥位选择，应针对泥石流、岩溶、滑坡、沼泽、黄土等特殊地 区的特点认真研究比选，而不要盲目避绕。 工程地质测绘比例尺用 1:500~1： 10000，调查范围包括桥轴线纵向的河床和两岸谷坡或阶地（约500~1000m），以及横向河流上、下游各 200~500m 在此阶段中，应对各桥位方案进行工程地质勘察，并对与建桥的适宜性和稳定性有关的工程地质条件作出结论性评价，对工程地质条件复杂的特大桥和中桥，必要时增加技术设计阶段勘察，还应包括环境介质对混凝土腐蚀的评价。 钻孔一般沿桥轴线或其两侧布置，原则 上 应布置在与工程地质有关的地点，并考虑到地貌和构造单元。 其钻孔数量与深度参照 表 103 确定。 表 103 初勘桥位钻孔数量与深度表 桥梁按跨径分类 工程地质条件简单 工程地质条件复杂 孔数（个） 孔深（ m） 孔数（个） 孔深（ m） 中桥 2~3 8~12 3~4 20~35 大桥 3~5 10~35 5~7 35~50 特大桥 5~7 20~40 7~10 40~120 注 ：①表 中 所列数值是参考值，工作中应根据实 际情况 确定； ②河床中钻孔深度是以河床面高程控制，河岸处孔深应按地面确定； ③ 表中孔深，地基承载力小时取大值，大时取小值 （二）详细勘察阶段 在。