某大桥工程地质勘察说明.docx

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某大桥工程地质勘察说明

某大桥工程地质勘察说明

1、前言

1.1工程概况

受某单位的委托，我院承担了某大桥初步设计阶段工程地质勘察任务。

接受任务后，地勘组于2011年10月进入现场进行外业勘察工作，期间受黄河洪水、下游水库蓄水等的影响，至2012年8月完成全部外业勘察工作，历时10个月有余。

拟建桥梁中心里程为K30+572，为200m矮塔斜拉结构，桥梁全长1850m。

1.2勘察目的与任务

本次勘察为初步勘察阶段，其目的是查明桥梁建设场地的工程地质条件，并对场地及地基稳定性作出评价，为桥梁初步设计提供详细的工地质资料。

具体任务如下：

①查明地貌的成因、类型、形态特征、河流及沟谷岸坡的稳定状况和地震动参数；

②查明地质构造的类型、性质、规模、形态特征、产状及其与桥位的关系，断裂构造的破碎带宽度、物质组成、胶结程度及活动性；

③查明覆盖层厚度、土质类型、分布范围、地层结构、含水状态、胶结程度和密实度；

④查明基岩的埋深、起伏形态、岩性及其组合情况、岩石的风化程度和节理裂隙发育程度；

⑤查明地基岩土的物理力学性质及承载力；

⑥查明特殊岩土和不良地质的类型、分布及性质；

⑦查明地表水和地下水的类型、分布、水质，并判定环境水的腐蚀性；

⑧查明水下地形的起伏形态、冲刷和淤积情况以及河床的稳定性；

⑨基础开挖对周围环境可能产生的不利影响。

1.3勘察依据

勘察所遵循的规范及技术标准有：

①《公路工程地质勘察规范》（JTGC20—2011）；

②《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）；

③《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01—2008）；

④《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004）；

⑤《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）；

⑥《公路土工试验规程》（JTGE40—2007）；

⑦《运宝黄河大桥地勘事先指导书》。

1.4勘察方法

根据项目区工程地质特点，本次勘察采用以工程地质调绘及钻探、挖探等勘探手段为主，结合原位测试、室内试验的综合勘察方法对该桥梁建设场地工程地质条件进行勘察。

具体的布置与实施情况如表1.4所列。

勘察手段、方法一览表表1.4

序号

勘察手段和方法

目的

1

工程地质调绘

查明区域地质条件及桥址区工程地质条件。

2

钻探

用于查明岩土层的厚度、状态、风化程度、地下水埋藏情况，进行原位测试，并为土

工试验提供样品，对评价地基稳定性起主导作用。

3

挖探

用于查明湿陷性黄土的分布厚度，为湿陷性试验提供样品，判定黄土湿陷类型及地基湿陷等级。

工试验提供样品

4

原位测试

确定碎石土、砂土的密实度及承载力。

5

室内岩土试验

确定各岩土层的物理力学性质

6

水质分析

判定地表水及地下水的化学类型及对混凝土的腐蚀性

7

坐标、高程测量

测量钻孔、探井和不同岩土层分界的高程和坐标。

8

拍照

反映地质构造、工程地质条件及工点的岩芯照片

1.5勘察工作量布置原则

依据设计方提供的拟建构筑物类型及设计要求，经仔细分析研究，按勘察区内地形地貌类别特征及工程地质特点，按照《公路工程地质勘察规范》JTGC20-2011的要求布置勘探工作量。

①对拟建桥梁建设场地进行1:

2000工程地质调绘。

②依据《公路工程地质勘察规范》JTGC20-2011中的相关规定，钻孔沿桥梁两侧按墩台位置布设；湿陷性黄土以挖探为主。

③钻孔开孔直径为110mm，终孔直径不小于91mm，所有钻孔均按技术性钻孔取样并进行原位测试工作，取样间距及进行原位测试间距一般为1.5～2.0m，变层加取；在探井中10m以上每1.0m取原状土样1组，10m以下每1.5m取原状土样1组；地表水及地下水，则各取水样1组。

1.6本次勘察完成的实物工作量

本次勘察共完成工程地质调绘面积1.05km2；共完成钻孔12个，孔深77.4～99.86m，总进尺1034.61m；探井1个，井深20.3m；共进行标准贯入试验100次，重型动力触探试验18次；共采取原状土试样222组，扰动试样281件，水样3组，试样均送试验室进行了测试。

通过以上工作，详细查明了该桥梁建设场地的工程地质条件，可以满足初步设计之需要。

1.7室内资料整理

（1）勘探点编号

本次勘察首先对各类勘探点分别采用不同的代号来表示，如：

钻孔为ZK、探井为TJ，其次按照里程从小到大的顺序进行排序。

如：

ZK1号钻孔，“ZK”代表钻孔，“1”代表第一个钻孔。

（2）岩土定名

本次勘察全线所有岩土均按《公路工程地质勘察规范》（JTGC20—2011）中的相关规定统一定名。

（3）岩土层物理力学指标统计方法

本次勘察对全线所有构筑物建设场地的岩土层物理力学指标均分别进行了分层和单孔统计，对样本个数小于6的指标，工程地质勘察报告中提供了最大值、最小值及平均值；对于样本个数大于或等于6的指标，工程地质勘察报告中均提供了最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数和标准值。

并且为了便于设计使用，将单孔统计平均值标注于《钻孔柱状图》。

根据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20—2011）中的相关规定，按下列要求进行统计：

①岩土参数按下列公式计算平均值fm和标准差σ：

fm=

σ=

式中fi—岩土参数测试值；

N—同类地质条件和同层位测试数据个数。

②岩土参数的变异系数δ按下式确定：

δ=

③岩土参数的标准值应按下式确定：

fk=ψ·fm

ψ=1±

式中fk—岩土参数标准值；

ψ—统计修正系数，正负号按不利组合考虑。

（4）承载力基本容许值和桩侧土摩阻力标准值的取值原则

本次勘察所取原状土样均按不同的试验要求进行物理力学性质试验，其中压缩试验按土质采用常规压缩和双线法压缩，剪切试验采用快剪及固结快剪试验；扰动土样均进行颗粒分析试验。

本次勘察在室内试验、原位测试成果的基础上结合野外原始记录和当地建筑经验，一般地基土根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）中的相关规定对其进行评价，确定承载力基本容许值[fa0]和桩侧土摩阻力标准值qik。

对湿陷性黄土的[fa0]、qik值，本次勘察依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004）中的有关条款取值。

2、自然地理概况

2.1地理位置

桥址区位于山西省芮城县陌南镇柳湾村南约800m与河南省灵宝市大王镇老城村北约2500m之间的黄河河谷，河岸两侧均有沿黄路在桥址区通过，交通较为便利。

2.2气象

项目区属大陆性半干旱半湿润季风气候，春季多风少雨干旱，夏季酷热。

降雨多集中在7月～9月，占全年降雨量的51.6％。

据芮城气象站1971年～2000年30年的资料统计，各气象要素详见表2.3。

多年平均气温为12.9℃，极端最高气温40.3℃，极端最低气温-18.7℃。

多年平均地温14.9℃，极端最高地温69.7℃，极端最低地温-22.7℃。

多年平均降水量504.3mm，最大日降水量为124.3mm。

多年平均蒸发量1973.1mm。

多年平均风速为2.7m/s，最大风速达28m/s。

土壤最大冻结深度为38cm，一般11月底封冻，翌年2月下旬解冻。

芮城气象站1971年～2000年气象要素统计表表2.2

项目

单位

资料

年数

月份

全年

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

气温

平均气温

0.1℃

30

-17

17

72

142

194

243

260

248

195

133

59

-2

129

极端最高

0.1℃

30

168

235

277

351

382

397

403

394

385

322

247

205

403

极端最低

0.1℃

30

-187

-159

-112

-48

-1

86

134

122

31

-55

-130

-182

-187

空气湿度

平均水气压

0.1HPA

30

32

39

60

98

140

177

239

232

167

109

65

38

116

平均相对湿度

％

30

62

58

61

62

64

62

73

75

75

72

70

64

66

云

平均总云量

0.1成

30

50

60

68

66

66

66

65

60

64

58

50

45

60

晴天日数

0.1天

30

95

56

44

44

47

38

41

58

58

74

93

111

761

阴天日数

0.1天

30

90

107

147

134

136

130

126

111

136

122

96

79

1414

降水

各月降水量

0.1mm

30

44

63

203

376

503

554

977

834

789

467

190

44

5043

最大日降水量

0.1mm

30

81

169

285

326

506

555

681

748

1243

573

308

103

1243

出现日期

10

27

29

10

21

9

31

20

1

12

7

12

1/9

出现年份

1989

1997

1979

1973

1998

1971

1982

1976

1972

1987

1971

1989

1972

≧0.1毫米日数

0.1天

30

33

35

54

76

80

88

104

96

97

84

51

24

822

≧10.0毫米日数

0.1天

30

0

1

4

14

17

19

33

29

25

16

5

1

163

≧25.0毫米日数

0.1天

30

0

0

1

2

5

5

14

8

8

3

1

0

45

≧50.0毫米日数

0.1天

30

0

0

0

0

0

0

2

1

1

0

0

0

5

蒸发量

0.1mm

30

577

872

1468

2032

2404

2887

2627

2367

1665

1360

886

587

19731

风

平均风速

0.1m/s

30

23

32

34

32

26

25

26

27

22

23

25

23

27

最大风速

0.1m/s

21

140

150

180

187

280

150

157

160

157

173

150

170

280

风向

2G

W

NNW

NNW

NNW

WSW

W

WSW

W

NNW

NNW

NNW

NNW

日期

8

16

8

2

21

6

13

25

7

9

11

年份

1983

1983

1982

1982

1982

1990

1994

1994

1981

1982

1980

1982

大风日数

0.1天

30

9

13

16

21

11

8

6

4

2

7

7

7

111

最多风向

30

ENEC

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

ENE

频率

30

15,27

21

26

21

18

20

25

26

21,24

17,25

15,24

13,27

20

地温

平均地温

0.1℃

30

-15

25

88

169

233

281

300

285

219

144

63

-2

149

极端最高

0.1℃

30

275

381

483

642

648

697

681

664

609

498

380

267

697

极端最低

0.1℃

30

-227

-172

-140

-125

-30

29

115

100

12

-79

-136

-200

-227

最大冻土深度

cm

30

0

0

0

3

11

28

38

37

8

0

0

0

38

最大积雪深度

cm

30

0

0

0

0

4

10

10

7

10

5

0

0

10

日照时数

0.1时

30

1560

1483

1680

2037

2309

2238

2276

2238

1773

1707

1617

1633

22550

2.3水文

项目区属于黄河流域黄河水系，区内地表水系主要由黄河及黄河一级支流弘农涧河组成，现对其水文条件分述如下：

（1）黄河

黄河是我国的第二大河，发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓海拔4500m的约古宗列盆地，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9省去（区），在山东垦利县注入渤海。

干流河道全长5464km，流域面积79.5万km2。

内蒙古托克托县河口镇以上为黄河上游，河口镇至河南郑州桃花峪为黄河中游，自桃花峪以下为黄河下游。

黄河干流在山西按照河流形态可分为老牛湾～禹门口、禹门口～潼关、潼关～三门峡、三门峡大坝以下～垣曲马蹄窝4段。

项目区位于潼关～三门峡段，黄河水位受三门峡水库调度运行情况控制。

潼关至项目区的支沟来水较小，因此，本次勘察以潼关断面的水沙条件作为项目区的水沙条件。

潼关站多年平均来水来沙量分别为330.4亿m3、9.41亿t。

其中非汛期来水来沙量分别为155.0亿m3、1.77亿t，占年来水来沙量的46.9%、18.8%；汛期来水来沙量分别为175.3亿m3、7.64亿t，占年来水来沙量的53.1%、81.2%。

最大年来水量为675亿m3（1964年），最小年来水量为158亿m3（2001年），最大年与最小年的比值为4.3倍；最大年来沙量为24.24亿t（1964年），最小年来沙量为3.22亿t（1987年），最大年与最小年的比值为7.5倍。

潼关至三门峡大坝库区的冲淤变化主要与入库水沙条件、枢纽泄流能力及水库的运用方式有关。

三门峡水库自1960年9月投入运用后，经历了蓄水拦沙、滞洪排沙和蓄清排浑运用三个时期。

1960年9月三门峡水库蓄水至2007年10月，潼关至三门峡大坝共淤积泥沙28.41亿m3，其中1973年11月至2007年10月，潼关至三门峡大坝淤积泥沙为2.02亿m3，库区基本达到冲淤平衡状态。

1960年9月三门峡水库蓄水至2007年10月，黄淤22断面～黄淤30断面共淤积泥沙10.79亿m3，占潼关以下库区淤积总量的38.0%。

其中蓄水拦沙期淤积量为13.41亿m3；滞洪排沙期库区冲刷3.10亿m3；蓄清排浑运用期库区淤积0.47亿m3，其中2002年11月～2007年10月冲刷0.27亿m3。

项目区位于黄淤26断面附近，本次勘察以黄淤26断面的测量数据考察桥位断面的河势演变状况。

黄淤26断面左岸滩地宽度变化范围139m～1382m，多年平均宽度为564m；右岸滩地宽度变化范围75m～1216m，多年平均宽度为694m。

黄淤26断面主槽宽度变化范围817m～207m，多年平均宽度为462m；黄淤26断面主槽深泓点摆动范围2110m～3376m，变幅为1266m。

从1974年～2007年套绘的黄淤26断面见图2.3-1，项目区河段河势套绘见图2.3-2。

图2.3-1黄淤26断面大断面套绘

影响河势变化的因素诸多，主要包括上游河势变化、来水来沙条件、河道整治工程及其他过河建筑物等。

通过对项目区河段的河势分析和芮灵黄河特大桥桥位上下断面的主槽变化分析，桥位断面上下游3km内河势的总体变化较小；实施东垆人工裁弯工程前，研究河段内的大禹渡至稠桑河段河势变化较大，裁弯工程后，研究河段内的河势变化较小。

从各个时期的资料分析，桥位断面附近的河势以受来水来沙变化影响为主，以上游河势变化、河道工程变化等的影响为次。

项目区河段属于游荡性河床，在目前不改变来水来沙的条件下，该河段的河势变化仍然维持现状情况，主槽左右摆动现象仍然有存在的可能。

图2.3-2项目区河段2000～2004年河势套汇图

黄河流域东西跨越23个经度，南北相隔10个纬度，地形和地貌相差悬殊，径流量变幅也较大，因此部分黄河干流和支流冬季都有程度不同的冰情现象出现。

主要的冰凌产生河段包括：

黄河沿至兰州河段、宁夏河段、内蒙河段、下游河段，其中在黄河上游刘家峡至盐锅峡河段，宁夏中宁县石空至枣园河段，黄河中游龙门至河曲河段，曾因严重的冰寒、冰坝壅水，造成过局部的凌洪灾害。

本项目位于黄河中游的三门峡库区内，基本不产生冰凌灾害，仅个别年份河面出现薄冰。

（2）弘农涧河

弘农涧河发源于灵宝市朱阳镇芋元村西，从函谷关北寨注入黄河，全长88公里，依据弘农涧河虢镇站实测资料，在1974年至1990年之间年平均径流量为1.32亿m3。

该河流在古代，有鸿胪涧、鸿关水、鸿胪水、洪溜涧河、弘农河之称。

战国时期称为门水河。

清代《读史方舆纪要》中说：

“弘农涧，在县治西。

会崤、渑诸水，北入于河。

”灵宝旧称弘农郡或弘农县，与弘农涧河有一定的历史渊源。

而今，朱阳镇人习惯把发源于伏牛山脉的朱阳镇芋元村西的小分支流南河，称为南弘农涧河；把发源于秦岭小山脉的朱阳镇老虎沟藏珠峪的小分支流西河，称为西弘农涧河，这两条河流在朱阳街的西头交汇在一起。

3、桥址工程地质条件

3.1地形地貌

据本次勘察成果，项目所经区段地貌受黄河流域控制。

桥址区黄河流向近NE，两岸的流水向黄河汇集，在漫长的内外动力地质作用下，形成陡峭的黄土崖坡地貌，黄土崖下为宽缓平坦的河床和漫滩等地貌，崖上主要为地势稍有起伏的Ⅱ级阶地，其上发育有黄土冲沟等微地貌单元。

桥址区地貌单元属黄河河谷区，微地貌单元主要有河床、河漫滩、Ⅰ～Ⅱ级阶地、黄土陡坎及斜坡。

区内黄河河道宽阔平缓，宽约360m，两侧河漫滩及Ⅰ～Ⅱ级阶地发育，河谷宽约2.5km，呈“U”字型。

桥址区大部分地段位于黄河河床、河漫滩及Ⅰ级阶地内，仅运城端桥台位于黄河Ⅱ级阶上，地形整体较平缓，地面高程介于309.90～356.61m之间，运城端桥台与河底相对高差约为47m，而灵宝端侧桥台区位于黄河Ⅰ级阶地上，地形较平缓。

区内地表植被稀少，以农作物及草丛为主。

图3.1桥址区全貌

3.2地层岩性

根据本次勘察成果，桥址区地层由第四系全新统（Q42al+pl）冲洪积物、（Q41al+pl）冲洪积物、上更新统（Q3al+pl）冲洪积物、中更新统（Q2al+pl）冲洪积物及下更新统（Q1l）湖积物构成。

具体分述如下：

（1）第四系全新统冲洪积物（Q42al+pl）

粉土：

在桥址区内分布于黄河及涧河河床、河漫滩，揭露厚度为11.3～14.5m，浅黄色，土质较均，含少量粉砂，结构疏松，饱和，稍密。

（2）第四系全新统冲洪积物（Q41al+pl）

粉土：

在桥址区内分布于Ⅰ级阶地表层，揭露厚度为4.0～21.4m，浅黄色，土质较均，含少量粉砂，结构疏松，稍湿，稍密。

细砂：

在桥址区内分布于Ⅰ级阶地粉土之下，分布不连续，揭露厚度为7.4～19.0m，深灰色，磨圆度较好，分选性较好，矿物成分以石英为主，一般粒径1.0～2.0mm，最大粒径5mm，其中粒径0.075～2.0mm颗粒约占总质量80%，充填粉土及粉砂，饱和，稍密。

卵石：

在桥址区内分布于河床、河漫滩及Ⅰ级阶地，揭露厚度为1.1～10.2m，杂色，磨圆度一般，分选性一般，母岩成分以砂岩及花岗岩为主，一般粒径30～50mm，最大粒径150mm，其中粒径大于20mm颗粒约占总质量70%，充填细砂，饱和，稍密。

（3）第四系上更新统冲洪积物（Q3al+pl）

湿陷性黄土（粉质黏土）：

在桥址区内分布于西岸Ⅱ级阶地，揭露厚度为16.1m，浅黄色，大孔隙发育，具垂直节理，土质较均，表层含少量植物根系，呈坚硬状态，具Ⅱ级自重湿陷性。

黄土（粉质黏土）：

在桥址区内分布于西岸Ⅱ级阶地，揭露厚度为14.8m，浅黄色，大孔隙发育，具垂直节理，土质较均，呈硬塑状态。

（4）第四系中更新统冲洪积物（Q2al+pl）

黄土（粉质黏土）：

在桥址区分布于西岸Ⅱ级阶地，揭露厚度为4.7m，棕黄色，小孔隙发育，具柱状节理，土质较均，含有少量小砾石，呈硬塑状态。

细砂：

在桥址区分布于西岸Ⅱ级阶地，揭露厚度为1.7m，深灰色，磨圆度较好，分选性较好，矿物成分以石英为主，一般粒径0.1～2.0mm，最大粒径5.0mm，其中粒径大于0.075mm的颗粒约占总质量90%，充填粉土及粉砂，稍湿，中密。

卵石：

在桥址区分布于西岸Ⅱ级阶地，揭露厚度1.7m，杂色，磨圆度一般，分选性一般，母岩成分以砂岩及花岗岩为主，一般粒径30～50mm，最大粒径150mm，其中粒径大于20mm颗粒约占总质量70%，充填细砂，稍湿，密实。

（5）第四系下更新统湖积物（Q1l）

粉质黏土：

在桥址区内均有分布，揭露厚度10.9～50.8m，灰绿色及棕黄色，土质较均，含少量小砾石，结构紧密，失水易开裂，硬塑。

细砂：

在桥址区内均有分布，揭露厚度10.2～51.8m，深灰色，磨圆度较好，分选性较好，矿物成分以石英为主，一般粒径1.0～2.0mm，最大粒径5.0mm，其中粒径大于0.075mm的颗粒约占总质量90%，充填粉土及粉砂，稍湿，密实。

各岩土层具体岩性特征、分布厚度、范围及分界面形态特征详见工程地质平面图、工程地质断面图及工程地质状图。

3.3地质构造

3.3.1区域地质构造

项目区位于华北断块区的西南缘，地处鄂尔多斯断块南部周缘活动断裂系中，为渭河断陷带的一部分，属灵宝断陷盆地，见图3.3.1（区域地质构造图）。

渭河断陷带界于北山、吕梁隆起与秦岭隆起之间，系断块陷落，总体上呈西深东浅。

由于断裂构造的发育，使渭河断陷带被切割成大小不等的小断块，而各断块间的差异运动，产生了相对隆起的断凸和沉降的断凹。

灵宝盆地为相对的断凹沉降带，南北两侧均以张性活动大断裂为界，南为华山山前活动大断裂与秦岭断褶系相邻、北为中条山南缘断裂与山西断隆相接；东西两端也是以活动性断裂为界，东为灵宝～三门峡断裂与豫皖断块的豫西断隆相接，西以潼关断裂与渭河断陷盆地相隔。

灵宝断陷盆地长97km左右，宽23km～30km，呈近东西向展布，新生代以来，总体以下降为主，沉积厚度大于3000m。

但至中更新世以来，盆地呈颤动性运动，黄河在该河段发育有三级嵌入式阶地。

图3.3.1区域地质构造图

3.3.2勘察区构造

桥址区内地表均由第四系堆积物覆盖，其分布厚度大，本次勘察未揭穿，地层主要由第四系全新统（Q42al+pl）粉土、第四系全新统（Q41al+pl）粉土、细砂、卵石、第四系上更新统冲洪积物（Q3al+pl）湿陷性黄土（粉质黏土）、黄土（粉质黏土）、第四系中更新统冲洪积物（Q2al+pl）黄土（粉质黏土）、细砂、卵石、第四系下更新统湖积物（Q1l）粉质黏土及细砂组成。

依据本次勘察成果，桥址区内未发现有褶皱、断层等地质构造存在，地质构造简单。

3.4新构造运动和地震

3.4.1新构造运动

新构造活动是从第三纪开始的地质构造活动。

项目区表现为中条山相对上升，芮城新裂陷相对下降。

现在，台塬区流水侵蚀加剧，沟谷深切百余米，呈“V”字型，河漫滩平坦开阔，第四纪泥炭层和人类历史文物深埋地下，均说