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第十二章道路和桥梁岩土工程勘察 一 概述 1 线型工程 线形是指道路中线的空间位置 线形是由平 纵 横组成 而路线在平面和纵面上均由直线和曲线所组成 2 结构组成1 路基 行车部分的基础 横断面是由行车道 路肩 路缘带 边坡 截水沟 边沟和碎落台等组成 2 路面 是用各种坚硬材料分层铺筑于路基顶面的结构物 铺筑路面常用的材料有 沥青 水泥 碎石 粘土 砂 石灰及其他工业废渣等 3 排水结构物 纵向排水和横向排水 纵向排水系统有 边沟 截水沟和排水沟等 横向排水系统有 桥梁 涵洞 路拱 过水路面 透水路堤和渡水槽等 4 公路特殊结构物 有 隧道 悬出路台 防石廊 挡土墙等 5 防护工程 有 护坡 碎落台 填石路堤 反压护道 导流堤 坡面防护等 12 1路 路基 岩土工程勘察 12 1路 路基 岩土工程勘察 2 在山区线路中 崩塌 滑坡 泥石流等不良地质现象都是道路的主要威胁 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 两种线路的结构都是由三类建筑物所组成 第一类为路基工程 第二类为桥隧工程 如桥梁 隧道 涵洞等 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道路路基包括路堤 路堑和半路堤 半路堑式等 路基的主要工程地质问题是 1 路基边坡稳定性问题 2 路基基底稳定性问题 3 道路冻害问题 4 天然建筑材料问题 三 路线选择工程地质论证 一个重要的因素 也是控制性的路线选择是由多种因素决定的 地质条件是其中的因素 选线三步骤 1 全面布局 主要解决路线基本走向 2 逐段安排 解决局部路线方案 3 具体定线 定出中线最终位置 分山岭区与平原区进行研究1 山岭区 1 沿河线 是山区选线优先考虑的方案 但在深切的峡谷区 如两岸张裂隙发育 高陡的山坡处于极限平衡状态时 采用沿河线则应慎重考虑 沿河线路线布局的主要问题是 路线选择走河流的哪一岸 路线放在什么高度 在什么地点跨河 路线选择走河流的哪一岸 应结合河谷的地貌 地质条件进行分析比较 路线宜选择在有山麓缓坡 较低阶地可利用的一岸 尽可能避让大段的悬崖峭壁 在积雪和严寒地区 路线宜尽可能选择在阳坡一岸 在顺向谷中 路线应注意选择在基岩山坡较稳定 不良地质现象较少的一岸 不能避免沿断裂谷布线时 应仔细比较两岸出露岩层的岩性 产状和裂隙情况 选择相对有利的一岸 在山地河谷中 常常会遇到崩塌 滑坡 泥石流 雪崩等不良地质现象 如两岸皆有 应通过详细调查分析 选择比较有利的一岸 如规模大 危害重且不易防治时 则应考虑避让 跨河到对岸避让时 还应考虑上述不良地质现象可能冲击对岸的范围 在强震区的沿河线 更应注意避让悬崖峭壁以及大型不良地质现象地段 避免沿断裂破碎带布线并努力争取地质地貌条件对抗震有利的河岸 沿河线的线位高低 应根据河岸的地质地貌条件以及河流的水流情况来考虑 在顺向谷中 路线应注意选择在基岩山坡较稳定 不良地质现象较少的一岸 在单斜谷中 如为软弱岩层或有软弱夹层时 一般应选择在岩层倾向背向山坡的一岸 图14 1 如为坚硬岩层时 则应结合地貌考虑 选择较为有利的一岸 跨河到对岸避让时 还应考虑上述不良地质现象可能冲击对岸的范围 图14 2 2 越岭线越岭线布局的主要问题是 垭口选择 过岭标高选择 展线山坡选择 越岭方案可分路堑与隧道两种 应结合山岭的地形 地质和气候条件考虑选择哪种方案过岭 可以考虑隧道方案 采用较短隧道可以大大缩短路线长度 改善路线标准时 在高寒山区采用隧道可以避免或大大减轻冰 雪灾害时 地面崩塌 滑坡等不良地质现象较发育时 对于路堑过岭方案 选择标高最低的垭口和适宜展线的山坡是非常重要的 对于隧道过岭方案 应选择可以用较低标高和较短隧道通过的垭口 路堑方案工程地质问题 1 垭口选择垭口是越岭线的控制点 在符合路线基本走向的前提下 要全面考虑垭口的标高 地形地质条件和展线条件来选择 通常应选择标高较低的垭口 特别是在积雪 结冰地区 更应注意选择低垭口 以减少冰 雪灾害 对宽厚的垭口 只宜采用浅挖低填方案 过岭标高基本上就是垭口标高 对瘠薄的垭口 常常采用深挖方式 以降低过岭标高 缩短展线长度 这时就要特别注意垭口的地质条件 断层破碎带型垭口 对深挖特别不利 由单斜岩层构成的垭口 如为页岩 砂页岩互层 片岩 千枚岩等易风化 易滑动的岩层组成时 对深挖也常常是很不利的 2 展线山坡山坡线是越岭线的主要组成部分 选择垭口的同时 必须注意两侧山坡展线条件的好坏 评价山坡的展线条件 主要看山坡的坡度 断面形式和地质构造 山坡的切割情况 以及有无不良地质现象等 坡度平缓而又少切割的山坡有利于展线 山坡岩层的岩性和地质构造对于路基稳定有极大影响 2 平原区地面水特征是首先应考虑的因素 地下水特征也是应该仔细考虑的重要因素 在有风沙流 风吹雪的地区 要注意路线走向与风向的关系 确定适宜的路基高度 选择适宜的路基横断面 以避免或减轻道路的沙埋 雪阻灾害 在大河河口 河网湖区 沿海平原 凹陷平原等地区 常常会遇到淤泥 泥炭等软弱地基的问题 在广阔的大平原内 砂 石等筑路材料往往是很缺乏的 对于强震区应特别注意以下几点 1 路线应尽量避开地势低洼 地基软弱的地带 选择地势较高 排水较好 地下水位较深 地基内无软弱层 粉细砂和软粘土 的地带通过 同时注意路基排水 路基压实等工作 以避免严重的喷水冒砂 并减轻路基开裂 下沉等震害 2 不应沿河岸 水渠布线 不得已时 应远离河岸 水渠 以防强震时河岸滑移危害路基 并避免严重的喷水冒砂 3 对于铁路和重要公路 应尽量避免沿发震断层两侧危险地带布线 无法绕避时则应垂直于发震断裂通过 四 道路岩土工程勘察道路岩土工程勘察 包括新建道路与改建道路的勘察工作 均应按照规定的设计程序分阶段进行 常用的设计阶段与步骤是 踏勘 初察与详察 图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 如图所示 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 一 道路岩土工程勘察的工作内容1 路线岩土工程勘察在踏勘 初察 详察各阶段 与路线 桥梁 隧道专业人员密切配合 查明各条路线方案的主要工程地质条件 选择地质条件相对良好的路线方案 在地形 地质条件复杂的地段 确定路线的合理布设 以减少灾害 2 特殊地质 不良地质地区 地段 的岩土工程勘察特殊地质地段及不良地质现象 诸如盐渍土 多年冻土 岩溶 沼泽 风沙 积雪 滑坡 崩塌 泥石流等 往往影响路线方案的选择 路线的布设与构造物的设计 在踏勘 初察 详察各阶段均应作为重点 进行逐步深人的勘察 查明其类型 规模 性质 发生原因 发展趋势和危害程度 提出绕越根据或处理措施 3 路基路面岩土工程勘察在初察 详察阶段 根据选定的路线方案和确定的路线位置 对中线两侧一定范围的地带 进行详细的工程地质勘察 为路基路面的设计和施工提供工程 地质 水文及水文地质方面的依据 4 桥渡岩土工程勘察桥渡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 5 隧道岩土工程勘察通常包括两项内容 一是隧道方案与位置的选择 二是隧道洞口与洞身的勘察 前者 除几个隧道位置的比较方案外 有时还包括隧道与展线或明挖的比较 后者是对选定的方案进行详细的工程地质勘察 为隧道的设计和施工提供所需要的地质资料 6 筑路材料勘察修建道路需要大量的筑路材料 其中绝大部分都是就地取材 特别是像石料厂砾石 砂 粘土 水等天然材料更是如此 二 道路岩土工程勘察的主要方法道路岩土工程勘察方法 主要有研究既有资料 调查与测绘 勘探 试验与监测等几方面 1 研究既有资料收集的资料一般应包括以下几个方面的内容 1 区域地质资料 2 地形 地貌资料 3 区域水文地质资料 4 物理地质作用和现象 5 地震资料 6 气象资料 7 其他有关资料 如气候 水文 植被 土壤等 8 工程经验 2 调查与测绘调查与测绘是工程地质勘察的主要方法 1 工程地质调查 工程地质调查主要是采用野外观察和访问群众的方法 需要时可配合适量的勘探和试验工作 2 工程地质测绘 地形 地貌 地层 岩性 地质构造 第四纪地质 地表水及地下水 特殊地质 不良地质 3勘探 勘探是岩土工程勘察的重要方法 是获取深部地质资料必不可少的手段 道路岩土工程勘探的方法有坑探 钻探 地球物理勘探等几类 4 试验 试验是岩土工程勘察的重要环节 是对岩土工程性质进行定量评价的必不可少的方法 是解决某些复杂的工程地质问题的主要途径 工程地质试验可分为室内试验与野外试验两种 5 监测 12 2桥梁岩土工程勘察 一 概述 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 地质条件是选择桥梁结构的主要依据 桥梁的分类 一 按用途分桥梁按用途可分为 公路桥 铁路桥 公铁两用桥 农桥 运水桥 或渡槽 其他专用桥等 二 按跨径分桥梁按跨径可分为 特大 大 中 小桥 当8m L 30m或5m 20m时 称为小桥 当30m L 100m或20m 40m时 称为中桥 当L 100m或 40m时 称为大桥 当L 500m或 100m时 称为特大桥 三 按主要承重结构所用材料分桥梁按主要承重结构所用材料可分为 木桥 钢桥 圬工桥 钢筋混凝土桥 预应力混凝土桥等 四 按结构体系分桥梁按结构体系可分为 梁式桥 拱式桥 刚架桥 悬索桥 斜拉桥以及各种组合式桥等 五 按上部结构的行车道位置分桥梁按上部结构的行车道位置可分为 上承式 中承式和下承式等 六 按跨越障碍物的性质分桥梁按跨越障碍物的性质可分为 跨河桥 跨线桥 跨越深谷桥 高架桥 栈桥等 七 其他种类桥梁的其他种类除固定式桥外 还有开启桥 浮桥 漫水桥等 卢浦大桥卢浦大桥是世界第一的特大型钢拱桥 该桥钢拱座边长19米 宽5 5米 高7米 分成每件60吨的钢结构逐一吊装 然后拼焊成整体 全桥共有四只拱座 是整座桥的受力核心部位 将承受3 5万吨全钢结构的主桥重量 青州闽江大桥双塔双索面复合斜拉桥 主桥有5跨 最大跨径为605米 主桥共有168根无粘结镀锌高强钢铰线编成的斜拉索 江阴长江大桥江阴长江公司大桥主跨1385米 主塔高193米 主缆直径86 6厘米 长2200米 居悬索桥世界第四 国内第一 杨浦大桥上海杨浦大桥主桥安装工程 1993年4月建成 全漂浮体系双塔双索面迭合梁斜拉桥 主桥全长1176米 主跨602米 南浦大桥上海南浦大桥主桥安装工程 1991年6月建成 全漂浮体系双塔双索面迭合梁斜拉桥 主桥全长846米 主跨423米 徐浦大桥上海徐浦大桥主桥安装工程 1997年建成 双塔双索面混合型结构斜拉桥 主桥全长994米 主跨590米 鹤洞大桥广州鹤洞大桥 1998年1月 双塔双索面斜拉桥主桥长648米 主跨360米 海河斜拉桥桥长2593米 宽23米 主塔高达168米 总投资5 9亿元 银川市丽兴路一号矮塔斜拉桥 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 地基强度不一 岩土体软弱或软硬不均等现象 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 2 桥台的偏心受压问题产生原因 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 工程实践中常采用材料力学中的偏心受力公式来计算矩形平面的桥基 尤其是桥台基底的总压力 3 桥墩台地基的冲刷问题 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于规定的数值 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 桥梁的设计仅包括初步设计和技术设计两个阶段 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 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 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