關于轉體橋工程地質勘察方法的研究
——以龍巖市工業東路延伸段工程為例

梅德明

(南昌鐵路勘測設計院有限責任公司，江西 南昌 330002)

不同于普通橋梁，轉體橋的施工是指將橋梁結構在非設計軸線位置施工成形后，通過轉體就位的一種施工方法[1,2]。本文結合轉體橋的特點，以龍巖市工業東路延伸段(K0+580～K0+880)工程中K0+515～K0+728.5段轉體橋為例，對轉體橋工程地質勘察中的注意事項進行了總結，為今后轉體橋的工程地質勘察提供借鑒。

1 擬建工程及地質條件簡述

1.1 工程概述

龍巖市工業東路延伸段工程位于龍巖市東北部。工業東路延伸段道路呈東西走向，西起東興路，東止于東寶路(S203省道)，道路規劃為城市主干路，全長1.35 km。其中K0+515～K0+728.5段分兩幅上跨既有鐵路，左幅跨度布置為：(2～70) m轉體T構+(2～35) m預應力砼連續箱梁；右幅跨度布置為：(2～35) m預應力砼連續箱梁+(2～70) m轉體T構，承臺施工基坑開挖最大深度6.4 m，設計單樁豎向承載力6 500 kN。擬建工程位置如圖1所示。

圖1 勘探點平面布置示意圖

1.2 地形地貌

擬建場地屬構造剝蝕丘陵山脊斜坡地貌與河流沖洪積階地地貌交匯區?？辈炱陂g場地地面標高320.10～379.10 m。

1.3 區域地質構造

場地處于華夏地塊(Ⅳ-51)中的南武夷晚古生代拗陷區(Ⅳ-51(2))大田—龍巖凹陷帶(Ⅳ-51(2)d)南側，屬閩西新構造活動帶中的相對穩定地塊。區域斷裂構造和地震活動較微弱，地質構造較穩定，地殼的穩定性應屬基本穩定區，較適宜工程的建設。

1.4 地層巖性

場地在鉆探深度范圍內巖土層分布情況：上部為第四系人工填土層(Q4ml)的雜填土①1、素填土①2、素填土(壓實)①3；沖洪積成因(Q4al-pl)的卵石②1、粉質黏土②2、含卵石粉質黏土③、中粗砂④；下部為二疊系下統童子巖組(P1t)強風化泥質粉砂巖⑦、碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1、下伏二疊系棲霞組灰巖。

1.5 地下水

場地地下水類型主要為包氣帶水、潛水孔隙水及潛水裂隙水。包氣帶水主要賦存于填土層中，水量較??；潛水孔隙水主要賦存于卵石②1、粉質黏土②2、含卵石粉質黏土③、中粗砂④等第四系地層中，水量豐富；潛水裂隙水主要賦存于泥質粉砂巖風化層中，水量較小。地下水主要由大氣降水及場地外圍地表水的側向徑流補給，并通過蒸發及徑流等方式排泄。

1.6 場地穩定性與適宜性評價

擬建場地周邊地形起伏較大，場地地面標高與擬建橋梁標高相差較大，部分地段將形成深路塹邊坡，屬對建筑抗震不利地段，為穩定性差場地，工程建設適宜性差。經對場地采取適當的工程措施(對路塹邊坡采取專項的設計、支護)和選用適宜的巖土層作為橋梁的持力層后，場地基本穩定，基本適宜本工程的建設。

1.7 工程地質評價

擬建立交橋建議選用樁基礎，根據巖土層的分布情況，建議以碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1作為樁端持力層。由于跨越3條鐵路，樁基施工周期較長，沖孔灌注樁施工可能引起鐵路的過量沉降變形，影響營運安全，因此樁型建議采用對周邊環境影響較小的鉆(旋挖)孔灌注樁。設計樁徑為1 800 mm，樁長預計35～40 m，具體樁長應通過計算確定。

場區內巖層節理裂隙較發育，主要發育在碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1層中，主要為NE-NNE、NW-NNW向，相互交切，將巖層切割成菱形狀的塊體。巖層產狀介于108°～111°∠10°～13°。據場地出露的巖體結構面產狀測量，巖石結構面延伸具方向性，產狀部分為外傾，主要裂隙有如下幾組： 241°∠38°、152°∠61°、142°∠62°、145°∠20°、165°∠44°，裂隙間距總體均小于0.5 m，分布有外傾結構面。結構面延展50～100 m，未閉合狀態，無充填，整體呈舒緩波狀，未見有水滲出，結合程度一般，邊坡面大致傾向250°，傾角58°。

邊坡開挖后，坡面主要為碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1，局部地段的上部為雜填土①1。雜填土①1抗剪強度低，自穩能力差，自重固結尚未完成，穩定性較差；碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1裂隙較發育，裂隙多呈壓性閉合或半閉合，局部微張狀，延伸性較差，產狀多為外傾或斜交，將巖體切割成楔形體或方塊體、菱塊體，易對邊坡穩定產生不利的影響。

裂隙L1傾向與坡面傾向相近，夾角約為9°，傾角為38°，小于坡角，為外傾結構面(圖2)。該邊坡穩定性主要受裂隙面結構強度控制，如結構面上抗滑力大于下滑力，邊坡會沿其發生平面滑動破壞。受裂隙及層面切割，會發生局部崩塌、坡面掉塊現象，邊坡欠穩定。

圖2 赤平投影分析圖

該邊坡長度約45 m，高18～32 m，坡底標高約326.50 m，坡頂標高約360.00 m，現狀邊坡坡度20°～55°。邊坡體主要分布碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1，建議優化平面布置，調整豎向設計，消化部分高差，按推薦坡率進行邊坡設計。建議采用坡率法+人字形骨架+護面墻或預應力錨索框架梁+擋墻進行邊坡支護設計，選用碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1做錨固段和擋墻持力層。

1.8 場地地質條件可能對工程造成的風險分析

挖方段出露的殘積土及風化巖層遇水易軟化，邊坡在施工時和工程建成后，雨季時可能引發小型滑坡、崩塌地質災害，影響安全；工程建設時開挖與堆填的土方若不平衡，剩余土方可能造成次生地質災害；場地及鄰近地區全新世以來未見活動斷裂，區域構造穩定性較好，但在地震作用下，可能產生邊坡滑塌；基坑開挖深度范圍內均為第四系松散層，開挖深度較大，可能使基坑變形或基坑失穩，危及施工人員及設備安全；轉體邊坡開挖地段，可能導致落石侵入既有鐵路范圍。

2 勘察注意事項

2.1 資料收集

勘察前應收集各方面地質資料，包括區域地質資料、水文地質資料及鄰近工程地質資料，了解場地巖土層分布情況，因為場地巖土層分布情況直接關系到勘察的布孔原則及終孔原則，最終影響勘察的工作量。對場地有特殊影響的基巖地區，應重點查明是否發育不良地質或特殊性巖土，如可溶巖地區的巖溶發育情況、風化差異大的巖石是否存在孤石等，這些都直接關系到勘察工作量的布置。橋梁工程下伏基巖的性質還直接影響其樁型的選擇。

區域地質圖及K0+000～K0+580段地質資料顯示，場地下伏基巖為二疊系下統童子巖組泥質粉砂巖(P1t)及棲霞組灰巖(P1q)，且灰巖中發育有巖溶。故制定勘察大綱時采用逐樁布孔的原則，確定樁基范圍是否分布灰巖，如為灰巖，則鉆孔深度至預計樁端以下完整基巖中5～10 m，在該深度范圍內遇巖溶洞穴時，應在洞穴底板穩定基巖內再鉆進3～5 m[3]；如樁基范圍為泥質粉砂巖，則鉆孔深度至預計樁端以下3～5 m。對于轉體橋主跨，則根據設計提供的勘察要求確定孔深。

2.2 工程地質調繪

工程地質調繪工作的先期成果對后期勘探工作量的布置和設計以及工程地質條件的掌握具有針對性的指導作用，工程地質調繪是山區公路和市政道路最為基礎和首選的勘察方法[4]，對于評價區域地質的穩定性、特殊性巖土和不良地質的規模、分布規律、形成機制及其影響，以及評價地形地貌對工程的影響具有至關重要的作用。

本工程重點對轉體邊坡的各種結構面進行了調查，包括其產狀、延展情況、閉合狀態、充填情況、結合程度以及是否有水滲出等，為邊坡穩定性分析及支護方案提供了可靠依據。

2.3 外業鉆探時工作量的調整及其原則

考慮到擬建橋梁樁基礎范圍可能為灰巖，本工程的勘察大綱采用逐樁布孔的原則進行。在實際鉆探中發現，本段橋梁下伏基巖為泥質粉砂巖，且個別鉆孔鉆至70 m均為碎塊狀強風化泥質粉砂巖，未見中風化泥質粉砂巖也未見灰巖，故在外業時對樁基的樁長按摩擦樁進行了估算，估算時按設計樁徑為1.8 m考慮，預估樁長預計35～40 m?？辈鞎r根據估算后的樁長對終孔深度進行了及時調整。由于勘察深度范圍內未揭示灰巖，故在鉆孔數量及鉆孔深度上結合場地地層變化進行了相應核減。本次在旋轉橋墩下樁基布設鉆孔6個，在主跨橋墩下樁基(非旋轉橋墩)布設鉆孔2個，以滿足規范及設計要求。

2.4 工程施工時衍生的邊坡勘察問題

轉體橋工程地質勘察應注意后期施工時所衍生出的工程地質問題，這也是勘察時應重點查明的問題。因為轉體橋的特性，在完成上部結構的施工后需對其進行旋轉，在旋轉范圍內如自然山體過高，則需對山體進行削坡，此時邊坡的穩定性及防護直接影響到橋梁的安全性，因此需對邊坡進行專項勘察。

本工程右幅7#墩橋梁轉體過程中與現有山體沖突，為滿足轉體端部及底部所需凈空要求，需要對橋臺左側山體進行開挖，同時右幅7#墩位于現狀邊坡面以下，為滿足右幅7#墩和8#橋臺的施工要求，需要對承臺進行放坡開挖，形成高18～32 m的挖方邊坡，邊坡類型為巖土組合或巖質邊坡。為查明該邊坡的穩定性，本次勘察對該邊坡橫向及縱向布設了4條勘探線共11個鉆孔，轉體邊坡代表性剖面示意圖如圖3。該邊坡巖土層基本為碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1，巖體破碎，建議采用坡率法+人字形骨架+護面墻或預應力錨索框架梁+擋墻進行邊坡支護設計，選用碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1做錨固段和擋墻持力層。

圖3 轉體邊坡剖面示意圖

3 結 論

(1)龍巖市工業東路延伸段勘察外業前，場地下伏為二疊系下統童子巖組泥質粉砂巖(P1t)及棲霞組灰巖(P1q)，且灰巖中發育有巖溶。布置工作量時采用逐樁布孔的原則，并對不同巖性確定了不同的終孔原則。

(2)龍巖市工業東路延伸段勘察前期對轉體邊坡的各結構面進行了調查，繪制了赤平投影圖，綜合分析該邊坡欠穩定。

(3)龍巖市工業東路延伸段勘察時對轉體橋轉體過程中衍生的邊坡進行了專項勘察，邊坡巖性基本為碎塊狀強風化泥質粉砂巖⑧1，建議采用坡率法+人字形骨架+護面墻或預應力錨索框架梁+擋墻進行邊坡支護。