道路和桥梁工程地质勘察.ppt

第二节 道路和桥梁工程地质勘察 道路是陆地交通运输的干线，由公路和铁路共同组成运输网络，其中铁道运输量占首位，是国民经济的动脉，在我国的政治、经济、国防上发挥着巨大作用。 桥梁是道路跨越河流、山谷或不良地质现象发育地段而修建的构筑物，是线路的重要组成部份，随着线路地质复杂程度的增加，桥梁的数量与规模在线路中的比重越来越大，它是道路选线时考虑的重要因素之一。,一 道路(路基)工程地质勘察 (一)、概述 公路与铁路在结构上虽各有其特点，但二者却有 许多相似之处： (1)它们都是线型工程，往往要穿过许多地质条件复 杂的地区和不同的地貌单元，使道路的结构复杂 化； (2)在山区线路中，塌方，滑波，泥石流等不良地质 现象都是它们的主要威胁，而地形条件又是制约线 路的纵向坡度和曲率半径的重要因素。,(3)两种线路的结构部是由三类建筑物所组成： 第一类为路基工程，它是线路的主体建筑物(包括路 堤和路堑)； 第二类为桥隧工程(如桥梁，隧道，涵洞等)，它们 是为了使线路跨越河流，深谷，不良的地质和水又 地质地段，穿越高山峻岭或使线路从河、湖、海底 以下通过等； 第三类是防护建筑物(如明硐，挡土墙，护坡，排水 盲沟等)。,(二)、路基主要工程地质问题 铁路路基包括路堤、路堑和半路堤半路堑式等。 在平原地区修建铁路路基比较简单工程地质问题较 少，但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修 建铁路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或 深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，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，道路冻害问题以及天然建筑 材料问题等。,1、路基边坡稳定性问题 路基边坡包括天然边坡，旁山线路的半填半挖路 基边坡以及深路堑的人工边坡等。 任何边坡都具有一定坡度和高度，在重力作用 下，边坡岩土体均处于一定的应力状态，在河流的 冲刷或工程的影响下，随着边坡高度的增长和坡度 的加大，其中应力状态也不断增强。当剪应力大于 岩土体的强度时，边坡即发生不同形式的变形与做 坏。其破坏形式主要表现为滑坡，崩塌和错落。,边坡稳定性分析 边坡稳定性分析必须建立在正确的地质分析基 础上，首先要求对地质环境充分了解，找出滑坡发 生演变的主导因素，确定滑坡的边界条件，正确选 取计算参数；然后选择适用的计算公式，按力学分 析法进行计算，评定边坡的稳定性。 在一定条件下，也可采用工程地质类比法进行 边坡稳定性分析，此法主要是把已有边坡的设计经 验应用于工程地质条件、斜坡类型及其模式等相似 的新边坡，通过类比，对边坡的稳定性进行评价， 最终确定其坡角和坡高。,不稳定边坡的治理 原则是以防为主，及时根治。 防的含义包括线路绕避规模较大而难以整治的斜 坡地段；消除或改变促使边坡稳定性恶化的主导因 素，防止发生危害性较大的破坏。 常用的治理措施有： (1)修筑锚杆挡墙，成排设置抗滑桩，抗滑明洞等支挡性建筑物； (2)对于规模小的滑体或不良的地质体可全部清除，但对规模大的滑坡，则主要采用上部刷方、下部填方(所谓“削头补足”的办法)来减缓坡度、增加斜坡的稳定性，或者改变边坡结构，降低坡高；,(3)修筑天沟，侧沟，盲沟，支撑渗沟及堵塞滑坡裂 缝等，防止地表水和地下水渗入滑体内，避免岩土 因受湿而抗滑力进一步降低； (4)有时在边坡表面上，局部或全部片用灰浆或沥青 进行抹面，喷射水泥砂浆，修筑浆砌片石或混凝土 护坡，采用骨架支撑式护坡及种植草皮等，以防止 大气降水对边坡面的冲刷和岩石风化； (5)有些情况下可采用掺砂翻夯，硅化法，焙烧法等 土质改良方法，提高土体的力学强度，使边坡达到 稳定。,2、路基基底稳定性问题 路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主 要表现形式为滑移，挤出和塌陷。 一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足 够的承载力。 基底土的变形性质和变形量的大小主要决定于基 底土的力学性质、基底面的倾斜程度，软层或软弱 结构面的性质与产状等。此外，水文地质条件也是 促进基底不稳定的因素，它往往使基底发生巨大的 塑性变形而造成路基的破坏。,路基基底处理 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 和水文地质条件进行稳定性分析，若不稳定时可 选用下列措施进行处理： (1)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； (2)在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道 (3)把基底软弱土层部份换填或在其上加垫层； (4)采用砂井(桩)排除软土中的水份，提高其强度； (5)架桥通过或改线绕避等。,3 道路冻害问题 道路冻害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和路基土强度发生极大 改变，危害道路的安全和正常使用,4、建筑材料问题 路基工程需要天然建筑材料的种类较多，包括道 渣，土料，片石，砂和碎石等。 在数量上需要量较大，而且要求各种建材产地沿 线两侧零散分布，但在山区修筑高路堤时常遇土料 缺乏； 在平原区和软岩山区，常常找不到强度符合要求 的护坡片石和道渣等， 寻找符合要求的天然建材有时成为铁路选线的关 键性问题，常常被迫采用高桥代替高路堤的设计方 案，甚至“移线就土”，提高线路的造价。,（三）、铁路选线的工程地质论证 铁道线路是线状工程，在数百甚至数千公 里的线路上常遇到各式各样的工程地质问 题，如成昆路沿线山高谷深，川大流急，地 质复杂，不良物理地质现象发育，有地质“博 物馆”之称。 在选线中重视工程地质条件是非常重要和 必要的，只有根据地质环境的具体条件才能 选出技术可能而又经济合理的线路。,在选线中工程地质的主要任务是查明各比 较线路方案沿线的工程地质条件，在满足国 家规定的必经控制点和铁道工程设计规范要 求标准的前提下，经过技术经济比较，选出 最优方案。 线路一经选定，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，必需 全面而慎重地考虑。,工程地质工作的具体任务是： (1)查清地质、地貌条件及动力地质现象等，阐明其 演变规律，为各方案的比较提供依据； (2)对严重影响线路安全而数量多、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。但对技术落实可行，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，绝不盲目绕避； (3)沿线各种天然建筑材料的质量符合要求，储量充 足，开采和运输条件合适，满足就地取材的要求； (4)水源丰富，分布适宜，能符合机车用水的要求。,线路的基本类型及其特点： (1)河谷线，其优点是坡度缓，线路顺直，工程简易，挖方少，施工方便，取水易。但在平原河谷选线常遇有低地沼泽，洪水为害；而丘陵河谷，坡度大，阶地常不连续，河流冲刷路基、泥石流淹埋线路，遇支流时需修较大桥梁。 (2)山脊线，其优点是地形平坦，尤其是高原面和古夷平面最适宜，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线路坡度，路基多采用半填半挖，但线路曲折，土石方量大，物理地质现象发育，桥隧工程多，配车站困难。 (4)越岭线，其最大优点是能通过巨大山脉，降低线路坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，桥隧相连，物理地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。 (5)跨谷线，需造桥跨过河谷或山谷，其优点是缩短线路和降低坡度，但工程量大，费用高，需选择河面窄，河道顺直，两常岩体稳定的地方通过。,工程地质选线实冽略图 1一滑境群2一崩塌区3一泥石流堆积区 4一沼泽带5一线路方案1、2,线路A。B两点问共有三个基本选线方案；“1”方案需修 两座桥梁和一座长隧洞方案，线路虽短，但隧洞施工困难， 不经济；“2”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；3”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“4”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，使线路既平直，又避开不良 物理地质发育地段，而东段则联接“2”方案的沿河路线 此方案的路线虽稍长，但工程地质条件较好，维修费用 少，施工方便，长远来看还是经济的，故为最优方案。,（四）、地质条件不良地段的选线原则及防护措施 1、泥石流地区选线原则是： (1)对泥石流集中地区特别是严重的地段，应尽量绕避； (2)当受其它条件限制而必须跨越时，应根据泥石流的特性，选择受影响较小的部位(如泥石流上游的搬运带或搬运带与沉积带交界处)，以大跨高桥、明洞或隧道通过。 泥石流的防护措施 最好是植树造林，加强水土保持，减少水士流失，但此法需经一定时期后才能见效，故常配以修建多级拦挡冲积物的坝(坝高一般小于5 m)，以降低泥石流的速度，使其所携带的大量固体物质在坝前沉积下来，以免冲毁或淹埋铁道线路,2、岩溶地区 岩溶给铁路建设带来的工程地质问题主要是岩溶 水大量涌入隧道或桥墩基坑和浸泡路基；岩溶洞穴 常造成路基塌陷和影响隧道围岩及基坑边坡的稳定 性。 岩溶区的选线原则： (1)尽可能将线路选择在较难溶解的岩层(如泥灰岩，矽质灰岩等)上通过； (2)在无难溶岩的岩溶发育区，尽量选择地表覆盖厚度大，岩溶洞穴已被充填或岩溶发育比较微弱的地段，以最短线路通过。,。,(3)尽可能避开构造破碎带，断层，强烈发育的裂隙 密集带，岩溶水交替条件良好而岩溶强烈发育地 带。否则，应使线路与主要构造线呈大角度相交； 或在断层的下盘、岩层倾向与河谷斜坡方向相反的 地带通过； (4)应避开可溶岩层与非可溶岩层的接触带，特别是 与不透水层的接触带，以及低地，盆地和低台地等 岩溶易发育地带，应把线路选在陷穴极少而小的分 水岭和高台地上 (5)当线路跨越暗河，而线路标高低于暗河标高 时，最好用高桥跨越暗河出口处。当线路标高高于 暗河标高时，线路可在暗河上面通过。当线路标高 接近暗河标高时，应从暗河出口处下游选择稳定地 区通过；或将暗河顶板炸开设桥涵通过。,3、沼泽地区 沼泽地区淤泥类土的地基承载力较小，路堤通常 修建在高压缩性的淤泥或泥炭之上这些软弱土层在 路堤的自重压力和机车动荷载共同作用下，必然产 生强烈压缩，甚至向路堤两侧流动，出现被挤出和 隆起现象，其结果导致路堤下沉甚至沉没于泥沼之 中。 沼泽地区铁路选线的原则： 首先在保证安全的条件下，通过经济比较，然后 决定线路是否采用穿越或绕避方案。当堆积物由含 水高而厚度大的松软淤泥组成，或是坚硬底板坡度 较大的沼泽时以绕避为宜。,4、风沙地区 风沙地区铁道建筑的主要工程地质问题是流动 沙丘掩埋道路和路堤的凤蚀问题。 风沙地区铁道选线原则： （1）.应尽量绕避流动砂丘，把线路选在固定和 半固定的沙丘地区； （2）线路方向应与该地区主导风向平行或交 角尽可能小，避免垂直。线路应少弯； （3）线路应以填方为主，减少挖方，避免不 填不挖。而且线路应接近防风砂材料产地。 (4)路堤的风蚀量与路堤高度，填料和夯实程度 以及风力(风速、风向)等条件有关。 (5).大风口不设站，车站应布置在风沙较轻地 区，站房与住宅均设在背风一侧；以防积沙。,五、道路工程地质勘察要点 道路工程地质勘察阶段与其工程设计阶段 是相配合的，相应地可以分为草测，初测， 定测三个阶段。一般缺少施工阶段的工程地 质勘察工作，主要决定于线路所通过该地区 工程地质条件的复杂程度。在地形地质复杂 的山区，施工阶段尚有工程地质勘察工作； 反之，则勘察阶段可适当减少,(一)草测阶段工程地质勘察要点 草测阶段的工程地质勘察目的是根据国家指定兴 建铁路的起讫点和必经地区，配合规划设计，解决 大的线路方案的选择问题。 工程地质勘察的基本任务是充分利用已收集的地 质资料，进行工程地质测绘工作，其测绘面积为沿 各可能方案线路两侧2.55km的狭长范围内进行，比例尺一般为l：50000一l：100000。 重点研究跨越大分水岭处，长隧道，跨越大河和 大规模不良地质现象等各关键性地段的工程地质条 件，并提供有关地震，天然建筑材料和供水水源等 战略性地质资料. 最终从工程地质观点选出几个较好的比较方案 线，为编写设计意见书提供地质资料,2、初测阶段工程地质勘察要点 初测阶段工程地质勘察的目的与设计部门共同 选出一条技术可能而经济合理的最优线路方案、为 线路的初步设计提供可靠的地质依据。 本勘察阶段的基本任务主要是对已确定线路范 围内所有线路方案进行勘察对比，确定线路在不同 地段的基本走法，并以线路为中心，全面查明线路 最优方案中沿线工程地质情况，对线路方案起控制 作用的重大而复杂工点或地段，进行较详细的工程 地质勘察，提供编制初步设计所需的全部工程地质 资料,3、定测阶段工程地质勘察要点 定测阶段工程地质勘察的目的是根据已批准的初 步设计，对各种类型的工程建筑物(桥，隧，站场等) 位置进行详细的工程地质勘察，为编制铁路施工技 术设计提供工程地质依据。 主要任务是查明与各类建筑物有关的工程地质条 件及存在的主要工程地质问题。从而提供建筑物定 型设计所需的工程地质资料及有关数据和参数。此 外，对线路局部改善地段，亦需要查明其工程