2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：桥梁岩土工程勘察

2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：桥梁岩土工程勘察

　　第二节 桥梁岩土工程勘察

　　一、概述

　　当道路跨越河流、山谷或与其他交通线路交叉时，为了道路的畅通和安全，往往要修桥梁。它是道路建筑工程中的重要组成部分。如我国成昆铁路全长1 083km，就有大、中桥梁800多座，共长约80km。桥梁技术在解放后的铁道建设中得到迅速发展，无论在技术标准、设计、施工、规模与速度等方面已走在世界先进的行列。我国自行设计与施工的南京长江大桥，采用装配式钢筋混凝土薄壁管柱作为墩台基础，它不仅因水上施工而不受洪水限制，改善施工条件，提高工作效率，降低成本，保证施工质量，而且跨度较大，每孔的跨度为157m，具有显著的优越性;大跨度钢筋混凝土拱桥詹东线丹河一号大桥，其跨度为88m;近年来我国在长江干流上新建大桥十余座，单跨一千多米，这都说明建国以来我国桥梁建筑的技术水平。

　　桥梁是由正桥、引桥和导流等工程组成，正桥是主体，位于河两岸桥台之间，桥墩均位于河中。引桥是连接正桥与原线的建筑物，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。

　　按桥梁结构可分为梁桥、拱桥和钢架桥等，而跨越间歇性水流、无水的山涧或干谷等地段的桥梁，均称为旱桥。不同类型的桥梁，对地质有不同的要求。当梁桥为静定结构时，各桥孔是独立的，相互之间没有联系，对地质条件的适应范围较广;拱桥受力时，在拱脚处产生垂直和向外的水平力，因此，对拱脚处地基的地质条件要求较高，最好建在坚硬而完整的基岩上。所以，地质条件是选择桥梁结构的主要依据。

　　二、桥梁建筑工程地质研究

　　(一)桥墩台主要工程地质问题

　　桥墩台主要工程地质问题包括桥墩台地基稳定性、桥台的偏心受压及桥墩台地基的冲刷问题等，分述于下：

　　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的允许承载力，它是桥梁设计中最重要的力学数据之一，它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构型式起决定性作用，影响造价极大，是一项关键性的资料。

　　虽然桥墩台的基底面积不大，但经常遇到地基强度不一，岩土体软弱或软硬不均等现象，严重影响桥基的稳定性。在溪谷沟床、河流阶地、古河湾及古老洪积扇等处修建桥墩台时，往往遇到强度很低的饱水淤泥和其他软土层，也有时遇到较大的断层破碎带，近期活动的断裂，或基岩面高低不平，风化深槽，软弱夹层，囊状风化带，软硬悬殊的界面或深埋的古滑坡等地段，均能使桥墩台基础产生过大沉降或不均匀下沉，甚至造成整体滑动，不可忽视。

　　桥墩台地基为土基时，其允许承载力的计算方法和基本原理与大型工业民用建筑物地基是相同的，但是超静定结构的大跨度桥梁，对不均匀沉降特别敏感，故其地基允许承载力必须取保守值;而岩质地基允许承载力主要决定于岩体的力学性质、结构特征以及水文地质条件，一般按铁路工程技术规范规定，根据岩石强度、节理间距、节理发育程度等来确定地基的允许承载力。但对断层、软弱夹层及易溶岩等，则应通过室内试验及现场原位测试等慎重确定，对风化残积层按碎石类土确定地基的允许承载力。

　　2、桥台的偏心受压问题

　　桥台除了承受垂直压力外，还承受到岸坡的侧向主动土压力，在有滑坡的情况下，还受到滑坡的水平推力，使桥台基底总是处在偏心荷载状态下;桥墩的偏心荷载，主要是由于列车在桥梁上行驶突然中断而产生的，对桥墩台的稳定性影响很大，必须慎重考虑。

　　3、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小，局部增大了河水流速，改变了流态，对桥基产生强烈冲刷，有时可把河床中的松散沉积物局部或全部冲走，使桥墩台基础直接受到流水冲刷，威胁桥墩台的安全，因此，桥墩台基础的埋深，除决定于持力层的埋深与性质外，还应满足下列要求：

　　(1)在无冲刷处，除坚硬岩石地基外，应埋置在地面以下不小于1m处。

　　(2)在有冲刷处，应埋置在墩台附近最大冲刷线以下不小规定的数值。

　　(3)基础建于抗冲刷较差的岩石上(如页岩、泥岩、千枚岩和泥砾岩等)，应适当加深。

　　三、桥梁岩土工程勘察要点

　　桥梁是道路建筑的附属建筑物，除特大型或重要桥梁外，一般不单独编制设计任务书，而桥梁的设计仅包括初步设计和技术设计两个阶段，且只有当道路初步设计被批准之后，才编制桥梁初步设计，对于工程规模较小而工程地质条件又简单的桥梁，其工程地质勘察工作可在一个阶段完成。

　　(一)初步设计阶段工程地质勘察要点

　　初步设计阶段工程地质勘察任务是在几条桥线比较方案范围内，全面查明各桥线方案的一般工程地质条件，并着重对桥线方案起控制作用的重大复杂地段进行详细勘察，特别是对其中关键性工程地质问题与不良地质现象的深部情况加以深入剖析，从技术可能性和经济合理性进行综合对比，为选择一条最优的桥线方案提供重要的工程地质依据。

　　(二)技术设计阶段工程地质勘察要点

　　技术设计阶段工程地质勘察任务是在已选的最优方案基础上，进一步大量进行钻探、试验和原位测试工作，着重查明个别墩基特殊的工程地质条件和局部地段存在的严重工程地质问题，为桥线选择基础类型及其最佳位置以及施工方法等提供必要的工程地质资料。

　　四、桥址选择工程地质论证

　　桥址的选择应从经济、技术和使用观点出发，使桥址与线路互相协调配合，尤其是在城市中选择铁路与公路两用大桥的桥址时，除考虑河谷水文、工程地质条件外，尚要考虑市区内的交通特点，线路要服从于桥址，而桥址的选择一般要考虑下列几个方面的问题：

　　(1)桥址应选在河床较窄、河道顺直、河槽变迁不大、水流平稳、两岸地势较高而稳定、施工方便的地方。避免选在具有迁移性(强烈冲刷的、淤积的、经常改道的)河床，活动性大河湾，大砂洲或大支流汇合处。

　　(2)选择覆盖层薄、河床基底为坚硬完整的岩体。若覆盖层太厚，应选在无漫滩相和牛轭湖相淤泥或泥炭的地段，避免选在尖灭层发育和非均质土层的地区。

　　(3)选择在区域稳定性条件较好、地质构造简单、断裂不发育的地段，桥线方向应与主要构造线垂直或大交角通过。桥墩和桥台尽量不置于断层破碎带和褶皱轴线上，特别在高地震基本烈度区，必须远离活动断裂和主断裂带。

　　(4)尽可能避开滑坡、岩溶、可液化土层等发育的地段。

　　(5)在山区峡谷河流选择桥址时，力争采用单孔跨越。在较宽的深切河谷，应选择两岸较低的地方通过，要求两岸岩质坚硬完整，地形稍宽一些，适当降低桥台的高度，降低造价，减少施工的困难。

　　五、桥基勘察中应注意的问题

　　桥基工程地质勘察的任务是为桥梁墩台设计提供地质资料。方法是在调查与测绘的基础上进行勘探工作。对于大、中桥，目前均采用以钻探为主，辅以物探的方法。这种综合的勘探方法，能够互相补充，可收到事半功倍的效果。勘察的结果应提出：①桥位处的河床地质断面图;②钻孔柱状断面图与钻探记录;③水、土的化验与试验资料。桥基工程地质勘察应注意的主要问题有：

　　1、钻孔布设

　　钻孔布设应在桥位工程地质调查与测绘的基础上进行，以避免盲目性。钻孔数量取决于：①设计阶段;②桥位地质条件;③拟采用的基础类型。在初步设计阶段，一般布设3～5个钻孔;在技术设计阶段，钻孔数应不少于墩台数。如采用沉井基础，或基础在倾斜、锯齿状的基岩面上时，应增加辅助钻孔，复杂时每一墩台需要4～5个钻孔。

　　钻孔一般布设在桥梁中心线上。为了避免钻穿具有承压水的岩层而引起基础施工困难，也可布设在墩台以外。为了解沿河床方向基岩面的倾斜情况，在桥梁的上下游可加设辅助钻孔。

　　2、钻孔深度

　　钻孔深度取决于河床地质条件、基础类型与基底埋深。河床地质条件包括：河床地层结构、基岩埋深、地基承载力、可能的冲刷深度等。基础类型要区分明挖、深井与桩基等。

　　如遇基岩，要求钻入基岩风化层1～3m。这一点在山区河流上尤应注意，以免把孤石错定为基岩。

　　3、操作规程

　　为保证钻探工作的质量，钻进过程中要认真对待取样、鉴别、记录这些环节。每隔1m深度应取样，每次变层要取样。为使样品尽可能保持原来状态，应注意选择钻头和钻进方法。记录要仔细，对所使用的钻具、进尺、取样以及钻进中的感觉等均应详细记录。在鉴别样品时，应与调查测绘结果对照，避免发生重大错误。

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