郑州至开封高速勘察设计说明书

郑开高速公路勘察设计总说明郑开高速公路勘察设计总说明 1 前言前言 1.1 工程概况工程概况 郑州至开封城市高速项目是联系省会郑州市与开封市之间的重要纽带，是推动郑汴一体化 的切入工程，也是实施河南省政府关于区域性中心城市带动战略，加强中原经济隆起带发展重 大战略部署的有效措施，也将有力推动我国中部地区崛起战略目标的实现。 项目起点位于郑州市金水东路与郑州市规划的东四环相交处，向东下穿京港澳高速公路， 经水寨北、岗里南，大韩庄北后向南稍偏，经套庄北，沿 S223 向东南 行 经徐家营到达辛 店镇，下穿 环高速 。路线全长 2.540 公里，总体走向近东西向。 1.2 目的与任务目的与任务 本次勘察设计属施工图设计阶段工程地质勘察设计，是在初步设计阶段工程地质勘察的基 础上，进一步收集研究地质、地震、水文、岩土等资料，为确定公路路线、工程构造物的位置 及编制施工图设计文件，提供地质依据和工程地质资料。主要任务是： 1.2.1 在初勘的基础上，进一步查明公路工程建筑场地的工程地质条件，最终确定公路路 线和构造物的布设位置。 1.2.2 进一步查明构造物场地的地质构造、工程地质及水文地质条件，为工程和基础设计、 施工提供必需的地质参数。 1.2.3 在初步设计地质勘察资料的基础上，进行综合地质勘察，对路线及桥位处进行工程 地质调查或测绘、物探、钻探、原位测试等，进一步查明对工程场地的位置起控制作用的不良 地质、特殊性岩土的分布范围、性质，评价对工程的危害程度，提出治理对策的措施和建议， 提供防治设计的地质资料和地质参数。 1.2.4 查明公路工程建筑场地的地震基本烈度，并对公路工程建筑物场地按设计需要进行 场地烈度或地震安全性评价。 1.2.5 提供编制施工图设计文件所需的地质资料。 1.3 执行的主要规范、规程和规定执行的主要规范、规程和规定 本次勘察执行的主要规范和规程有： 公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98） ； 公路桥位勘测设计规范 （JTJ062-91） ； 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85） ； 公路路基设计规范（JTG D30-2004）； 公路软土路基路堤设计与施工技术规范 （JTJ017-96） ； 公路工程抗震设计规范 （JTJ004-89） ； 公路土工试验规程 （JTJ051-93） ； 岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） ； 建筑抗震设计规范 （GB50011-2001） ； 设计院下达的本项目的项目计划及技术规定和勘察工作量任务表。 1.4 工作方法及工作量完成情况工作方法及工作量完成情况 根据院下达的技术要求和工作量任务表，本次勘察设计包括路线工程地质勘察、桥位工程 地质勘察和路基工程地质勘探及设计。本次工程场地勘察主要运用工程场地地质调绘、麻花钻 浅层钻探、挖探、轻型静力触探、地质钻探取样、孔内标准贯入试验和室内试验等综合方法。 内业数据用华宁工程勘察软件包编制处理。完成的工作量详见下表： 工程地质勘察完成工作量一览表工程地质勘察完成工作量一览表 勘探类型数 量（个）总进尺（米） 螺纹钻、浅探点28.0 静 探12123.2 钻 探21436.0 路线地质调查勘探点（数量）面积（平方公里） 300.3 标准贯入试验（次）静载试验点（个） 原位测试 19910 原状样（个）扰动样（个） 取 样 282 2 岩土体工程性质评价方法岩土体工程性质评价方法 2.1 岩土工程分类及定名原则岩土工程分类及定名原则 本次勘察遵照公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）、公路土工试验规程 （JTJ051-93），按照公路工程岩土的工程分类原则，确定路、桥基地基土及特殊土的类别及其 名称。桥基地基土分层原则主要根据工程场地地基岩土名称、地质年代、埋藏分布及其工程性 质进行划分。 路基岩土按公路土工试验规程 （JTJ051-93）的分类标准进行划分，并根据岩土组成和 物理力学性质的差异划分成若干路段，分段进行岩土工程描述与评价。 2.2 岩土物理力学指标统计方法及岩土参数确定岩土物理力学指标统计方法及岩土参数确定 地基土物理力学指标，按构造物进行统计分析，对每个构造物只施工 1 个钻孔的场地，一 般不进行地基土物理力学指标统计，直接按试验报告进行分层评价。对施工 2 个以上钻孔的大 中桥和特殊路基工点均视为单独工点分别统计各岩土层物理力学指标，统计方法是各岩土层均 给出最大值、最小值和平均值，指标统计按二倍均方差进行样本极值取舍，对建议值的采用原 则是：大于或等于 6 个样本的采用指标的标准值； 岩土参数的标准值，其取值 k f msk ff 式中 岩土参数的平均值 m f 统计修正系数 s 对于值的计算采用简化公式 s ) 678 . 4 704 . 1 (1 2 nn s 式中 指标的变异系数 指标的样本数 n 对 W 、e、Sr、 Il等岩土参数，从安全方面考虑，取值时，公式中选用了“+”号； 对 C、Es、N63.5等岩土参数，从安全方面考虑，取值时，公式中选用了“”号 小于 6 个样本的对 W 、e、Sr、 Il等参数取最大平均值，对 C、Es、N63.5等参 数取最小平均值，其余取一般算术平均值。 2.3 岩土设计参数的确定岩土设计参数的确定 岩土工程设计参数主要是地基岩土层容许承载力0和钻孔桩桩周土的极限摩阻力 i。0和 i 的确定是依据原位测试数据和土工试验数据，按照公路桥涵地基与基础设计 规范（JTJ024-85）查表。并对上部第四系全新统土层及新近沉积土层在考虑地区经验、标贯 击数等因素后酌情进行了修正。对全新统软弱土及饱和砂性土土层应考虑地区经验和土样的吸 水和失水效应的影响因素。 本次静力触探对地基土承载力的确定基本采用地区及以下经验公式： 亚砂土： r = 0.036Ps44.8 （ kPa ）； 亚粘土、粘土： r = 150lgPs355 （ kPa ）； 砂土： r = 0.02Ps+59.5 （ kPa ）； Ps 单桥探头的贯入阻力，约等于 1.1qc； qc双桥探头的锥尖阻力。 依据上述公式计算，并考虑夹层土层类型及性质、土层地质时代和地区经验酌情进行了必 要的折减后确定容许承载力0值。 3 区域自然地理及地质概况区域自然地理及地质概况 3.1 地形地貌地形地貌 本项目全线位于郑州市、开封市境内。路区处于中原腹地，黄河中下游，北临黄河。由 于历史上黄河多次泛滥，河道变迁，形成黄河冲积扇形平原洼区，该区从郑州北郊邙山头起， 沿京广路至市区，再东南与中牟卢医庙、黄店联线以东以北，为东北平原洼区。 纵观全貌，项目所经地区属于黄河冲积平原区，地面标高 69.1996.60 米。东北部为黄河 泛滥平原，地面平坦开阔，局部低洼。总体地势西南高，东北低。开封境内地势平坦，局部低 洼。沿贾鲁河由西北向东南倾斜，坡度约为千分之二。其间沿淤泥河、贾鲁河、运粮河等处地 势较低洼。因黄河历次改道泛滥和其后的风积作用，贺岗至秫米店一带风积沙丘和坡状砂地广 布，经多年整治，多以夷平或固定。 路段在广阔的黄河冲积平原区，零星分布着一些碟形洼地和湖泊。这些洼地与湖泊的形成， 一部分是河流泛滥淤积滞水而成，一部分是过去的河漫滩，湖泊及古河道的遗迹。由于冲击扇 地形低凹，水流成放射状的分散细流，部分地方流水冲刷作用较弱形成堆积，部分地方水流冲 刷较强，形成零星分布的洼地或湖泊。所以，在分布上大多数沿西北东南向冲积而成。 3.2 气象、水文气象、水文 项目区位居中纬，地处内陆之中，处于北亚热带向暖温带过渡带，属北温带大陆性季风气 候，四季分明。春季温暖干燥，夏季炎热多雨，秋季天气多变，冬季寒冷多风。形成了冷暖适 宜，雨热同期，干冷同季，气象灾害频繁的气候特征。 郑州市年平均气温 14.2，一月份气温最低，月平均气温为-0.2-0.4；七月份气温最 高，月平均气温 27左右。极端最高气温 40.5，极端最低气温-17。年平均降水量为 640 毫 米，雨水多集中在 69 月份，占全年降雨量的 50%以上，平均初霜日在 11 月上旬，终霜日在 次年 3 月中下旬，全年无霜期 217 天。地面最大冻土深度 20 厘米。夏季多东南风，冬季多西 北风，平均风速在 3.0 米/秒左右。 项目区处于淮河流域，项目区主要河流有贾鲁河、七里河、运粮河、金水河、淤泥河、东 风渠等。 3.3 地层岩性地层岩性 项目区处于黄河冲积平原，表层均为第四系地层所覆盖。根据区域地质资料，第四系地层 厚度大于 400 米，新生代地层大于 1000 米，下部前新生代地层较齐全。与本项目有关的岩土 介质主要是第四系地层，其岩性特征分述如下： 3.3.1 第四系全新统（Q4al） 全新统主要沉积了一套冲积相的物质，其总的岩性特征为一套灰黄色、黄褐色、灰色亚砂 土、亚粘土夹厚层粉细砂、含砾中细砂，一般以上细下粗的二元结构韵律为特征，呈疏松状结 构，据水平层理构造，富含分散钙和少量钙核。 沿贾鲁河两侧，为 1938 年黄河决口黄河南泛沉积而成。其岩性为黄褐色、灰黄色亚砂土、 亚粘土，黄色、灰黄色粉细砂，下部为黄色、黄褐色粉细砂夹中细砂，二元结构明显。沿黄淮 流域地表多分布新近沉积物。 3.3.2 第四系上更新统（Q3 al+pl） 中牟及开封为 0.10g、地震动反应谱特征周期为 0.40s。按照地震动峰值加速度与地震基本 烈度对照表，相当于地震基本烈度度。 依有关规定，本项目应进行专门地震安全性评价，其设防烈度应以该报告为准。 3.4 区域稳定性评价区域稳定性评价 综上所述，项目区有关的断裂挽近期活动较弱，区域历史地震对项目的影响小。按照地震 动峰值加速度与地震基本烈度对照表，地震基本烈度度，项目区抗震设防烈度为 7 度。 鉴于上述并根据历史地震重演原则和构造类比原则，以及潜在震源区内地震活动参数与地 震危险性分析，考虑到地震烈度衰减等因素，并结合地下水埋藏条件，土层粒度组分，可认为 该项目区位处于次稳定域。 3.5 水文地质条件水文地质条件 项目区域内地下水主要由降水入渗为主，其次为河渠侧渗及灌溉回归水补给，及储存于岩 类孔隙之中的重力水。本区地下水类型简单，属第四系松散岩类孔隙水。根据地下水的埋藏条 件，水理性质和水理特征，项目区地下水可分为如下类型： 3.5.1 浅层水（潜水）：浅层水系指 40m 深度内含水层中的水，黄河冲积平原一般为全 新统黄河冲积层，测区西部条形岗地为上更新统冲积和洪积层。(上述不同地区，不同时代的含 水层，均埋藏在 40m 深度内，统称第一含水层组)。砂层顶板为弱透水的亚砂土、亚粘土互层， 主要含水层埋深浅者 2m，深者达 20 余 m一般 1020m，直接受大气降水、河、渠水渗入补 给，排泄主要为蒸发和人工开采。地下水动态变化受季节性影响明显，为典型的渗入一蒸发、 开采型和渗入一开采型，以及渗入、迳流一蒸发、开采型。浅层水的富水程度取决于含水砂层 的厚度、粒度的粗细，可划分为水量丰富的和水量中等的两个区。 3.5.2 中深层水（承压水）：一般指埋藏于 40m 以下 350m 以内含水层的水。平原地区第 四纪各时代的含水层组齐全，中深层水包括上更新统含水层组(即第二含水层组)、中更新统上 部含水层组(即第三含水层组)及下更新统下部含水层组(即第四含水层组)。 3.5.3 深层水（承压水）：含裂隙孔隙水，水位埋深系指埋藏在第含水层(组)以下至 350380m 深度内的第、水层(组)中的地下水而言，各含水组的上部均有厚度不同的粘土、 粉质粘土隔水层，使水具有明显的承压性质，谓之“承压水” 。在勘察深度内， 项目区沿线地下水为黄河冲积层浅层水(潜水)，其水动力条件上部为亚砂土夹薄层粉细砂 潜水，富水性较弱。地下水水位埋深在 1.11.7 米左右，地势低洼多见湿地和沼泽地；下部为 砂层承压水，水头较高，富水性较强。地下水位随季节变化较大，受大气降水和河流补给，较 丰富。其水质类型为 HCO3-NaMg 型低矿化度淡水，水质良好，可不考虑地下水对构筑物混凝 土的侵蚀性。 4 主要工程地质问题及岩土工程评价主要工程地质问题及岩土工程评价 项目区位于黄河冲积平原，地形平坦开阔，局部微起伏。在项目区道路沿线走廊带勘探深 度内，土层结构简单，二元结构明显，均为第四系全新统冲积层（Q4al）及部分新近沉积层。 上部地层岩性主要以低液限粘土及低液限粉土为主，夹粉细砂、中细砂及多层厚薄不等的淤泥 质低液限粘土、淤泥质低液限粉土层及薄层透镜体，局部软弱夹层较厚。粘性土一般软塑流 塑状，砂性土一般松散及松散中密状。该层底板埋深一般在 6.711.4 米之间，地基土较软 弱，工程性质较差；其下部以粉细砂、中细砂为主，夹低液限粉土及低液限粘土薄层及透镜体， 砂性土一般松散中密状及中密密实状，粘性土一般软塑硬塑状，局部见流塑状，工程性 质一般。上部部分饱和亚砂土及饱和砂性土存在液化可能性，据分析计算，液化等级轻微。 5 结论与建议结论与建议 5.1 本项目区处于黄河冲积平原区，地形平坦开阔，局部微起伏。地表均为第四系全新统 地层所覆盖，上部地层以第四系全新统粘性土为主，夹松散粉细砂、中细砂及软弱土，工程性 质较差；下部地层以中密至密实砂性土夹粘性土为主，工程性质较好。场地地形简单，地貌单 一，地层结构为“上细下粗的二元结构” ，场地工程地质条件属简单类型。 5.2 与本项目有关的断裂近期活动较弱，依据国家标准中国地震动参数区划图 (GB18306-2001)、 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，项目所在区域抗震设防烈度为 7 度、 地震动峰值加速度黄河以南郑州市区为 0.15g，中牟及开封为 0.10g、地震动反应谱特征周期为 0.40s。按照地震动峰值加速度与地震基本烈度对照表，相当于地震基本烈度度。 从路区地层结构、地质构造及历史地震活动情况和地震烈度等综合评价，可认为路区属次 稳定区域。依有关规定，本项目应进行专门地震安全性评价，其设防烈度应以该报告为准。 5.3 鉴于路区存在软弱地基土及饱和亚砂土和饱和砂性土，应考虑地基处理及砂土液化势 分析评价问题。根据本项目区经验及相邻工程经验，经对项目区可液化土分析计算，上部地层 存在液化土层，液化等级轻微。主要分布于部分饱和亚砂土层及饱和松散粉细砂及中细砂层中， 分布不均匀，且多与非液化土层互层，对一般路基工程影响较小，对高路堤、结构物及地下工 程施工影响较大。桥梁灌注桩工程地基内有液化土层，应根据土层液化折减系数对液化土层的 承载力、侧摩阻力等力学指标予以折减。对于桥梁及其它重要