摘要：各項建設工程在設計、施工之前必須按基本建設程序進行工程地質勘察，工程地質勘察應查明建設工程地區的工程地質條件，為線路方案選擇、各類建筑物設計、特殊巖土處理、不良地質整治、環境保護和水土保持方案的制定及合理確定施工方法等提供可靠依據。工程鉆探是工程地質勘察中最能直觀、準確地查明工程場區工程地質、水文條件及地質構造、不良地質現象等環境地質條件的有效手段之一。本文介紹了南河川渭河特大橋橋址區的概況及其地質構造與地層巖性，并對工程場區隱伏正斷層f8作了詳細介紹。重點對橋址所在的場地土、場地類別及橋址地基土地震液化和濕陷性黃土等場地特征作出評價，討論了工程場區勘察中遇到的難點及應對措施，并提出了設計和施工中需要注意的問題和處理措施。

　　關鍵詞：斷層,鉆頭胎體,地震液化,自重濕陷

　　1、概 況

　　南河川渭河特大橋是新建鐵路寶雞至蘭州客運專線的重要節點工程，該節點區域地質條件較為復雜，是全線中勘察難度較大、難點相對較多的地段。大橋起迄里程為DK780+042.01～DK782+288.71，全長2246.7m。

　　橋址處為渭河河谷地帶，兩側均為高山。 DK780+100～DK781+350區段位于寬谷階地區，地形平緩，最大相對高差約為10m，DK781+350～DK782+250區段為基巖峽谷地貌，地形陡峻，相對高差達到30m。渭河在此處蜿蜒曲折，河道寬度變化較大。本橋在此處兩跨渭河，1號橋中心線與水流斜交角度約35°，2號橋中心線與水流基本正交。本橋跨在DK780+484～DK780+494及DK782+173～DK782+183處跨越麥甘縣級公路，該路寬約7.5m，為瀝青路面，道路彎曲，沿渭河走行。在DK781+270及DK781+495處跨通向秦安縣的道路，路寬約7m。在DK781+310附近跨越既有隴海線南河川站，既有車站為四股道高架車站，軌面高程約為+1133.259，孔跨行式為4(6～32+2～24)m簡支梁橋，既有鐵路橋下游為4～56m公路拱橋。

　　2、勘察方法及主要目的任務

　　2.1勘察方法

　　根據該區段地層特點及工程類型，采用鉆探、物探相結合的綜合勘察手段，并采用土(巖石)樣開展室內土工試驗，整理并綜合分析評價各方法獲取的信息，查明該段的工程地質條件。

　　2.2勘察目的、任務

　　在調查搜集區域地質資料的基礎上，根據橋位橋型方案，有針對性地進行工程地質勘察，查明橋址區的工程地質條件，為大橋初步設計、施工圖設計及施工提供詳細、準確的地質資料。

　　其主要任務是：

　　(1)查明橋址區水文、地層巖性、地質構造、工程地質條件、水文地質條件、不良地質現象、地震效應等環境地質條件。詳細查明F8斷層的情況及影響范圍。

　　(2)詳細探明橋梁墩臺基礎范圍內巖土類型、分布特征、基巖風化程度、構造以及各巖性界面埋藏深度等地質要素。

　　(3)查明橋址區的水文地質條件，評價環境水對混凝土的侵蝕性。

　　(4)測試巖土的物理力學指標，進行綜合分析及定量評價，尤其是黃土的濕陷性，提供設計所需的巖土設計參數。

　　(5)劃分場地土類型和場地類別，對場地地基的地震效應進行評價。

　　(6)綜合分析橋址巖土工程地質條件，提出設計、施工過程應注意的事項及合理化建議。

　　3、地質構造與地層巖性

　　橋址區地處祁呂賀蘭山字型構造體系前弧與秦嶺緯向構造體系的復合部位，受隴西旋卷構造體系和渭河谷地隱伏斷裂帶的影響，該區地質構造非常復雜，斷裂、褶皺十分發育。

　　天水市地跨三個大地構造單元，即北祁連——北秦嶺加里東褶皺帶、中秦嶺海西褶皺帶和南秦嶺印支褶皺帶。出現7個構造體系，其中秦嶺緯向構造體系、祁呂賀山字型構造體系和東北向構造體系形成較早，構造行跡波及范圍廣而強烈，構成全市構造格架，并影響其他構造體系的成生和發展，使境內構造景觀較為復雜，同時也控制巖帶和礦帶的空間展布。

　　從渭河兩岸露頭(見下圖)，可推測在橋址區 DK781+240附近有隱伏正斷層f8通過，斷層產狀為EW/68°S，位于寒武系片麻巖中，主要為構造角礫，斷層寬度約為20m。構造角礫由長石、石英顆粒和片麻巖碎塊重新膠結而成，膠結差，巖芯呈塊狀或短柱狀，巖質極軟，輕擊易碎。

　　由本次地質鉆探揭露巖層可知，上第三系(N1)泥巖、砂巖面較平整，無明顯構造運動錯動形跡。即上第三系(N1)泥巖、砂巖是在該斷層形成穩定后，在下降盤低洼處沉積而成，故推測隱伏正斷層f8形成時間在上第三系(N1)以前，為不活動性斷層，對工程影響較小。

　　覆蓋層主要為第四紀覆蓋式風成黃土及全新世河流相新近沉積的地層(Q4)圓礫土、砂土、粉質黏土，第四系上更新統(Q3)主要為分布于斜坡地表的砂質黃土層(Q3 eol3);基巖為上第三系(N1)泥巖(N1Ms)及寒武系片麻巖(∈Gn)、構造角礫巖(Fb)等。

　　4、水文地質特征

　　4.1 地下水類型及其特征

　　根據本次鉆孔揭露，橋址區地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，分布于渭河一級階地及河漫灘。第四系孔隙潛水賦存于全新統沖積圓礫土的孔隙中，水量較豐富;基巖裂隙水賦存于片麻巖裂隙中，與孔隙水相連通，水量較小。勘測期間測得橋位區地下水穩定水位埋深0.5～14.3m，高程1107.49～1114.68米，地下水位與渭河緊密相關，隨渭河水位升降而變化。

　　地下水的補給方式主要接受大氣降水及渭河水補給，由一級階地前緣(臨江處)向后緣方向逕流。地下水的排泄，主要是泄入臨區水位較低的地下水及人工開采點兩種方式。

　　4.2 地表水類型及其特征

　　橋址區地表水主要為渭河，河水流量季節性變化大，枯水期幾乎斷流，豐水期流量劇增，引發山洪。

　　4.3 環境水的腐蝕性

　　本次勘察共取了7組地表水和地下水進行了水質分析：在1號橋位渭河左、右側各采取1組地表水樣，在2號橋位渭河中取1組地表水樣，共3組地表水;在橋位的南、北兩岸各取1組地下水樣，在河灘區取2組地下水樣，共4組地下水。根據水質分析報告，依據《鐵路工程地質勘察規范》( TB10012-2007 J124-2007) 附錄F“環境水、土對混凝土侵蝕性的判定標準”判定，地下水對混凝土具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H1。(詳見表1)。

　　5、特殊性巖土

　　橋址區特殊土主要為濕陷性黃土和膨脹巖。

　　第四系上更新統(Q3)砂質黃土③1主要分布在橋位0#墩～1#墩段，一般厚度10～15m，根據《鐵路工程特殊巖土勘察規程》(TB 100038-2001)綜合評定，橋址區上覆砂質黃土③1為濕陷性黃土，地層濕陷類型為自重濕陷性(詳見表2)。

　　膨脹性泥巖主要分布在既有隴海線南側550米區段(DZK13～DZK22)，呈層狀連續分布， DZK4鉆孔附近以透鏡體狀存在于砂巖中。根據《鐵路工程特殊巖土勘察規程》(TB 100038-2001J 126-2001)膨脹巖的室內試驗判定指標(當自由膨脹率FS、膨脹力PP、飽和吸水率 ωSA有2項及以上復合標準時，在室內可判斷為膨脹巖)綜合評定，橋址區上第三系泥巖不屬于膨脹巖。

　　6、勘察難點與措施

　　該工程勘察難點主要有卵礫石層厚度大且局部間夾漂石、基巖面起伏大、基巖風化差異大、巖石硬度大及巖體破碎等。

　　DZK9鉆孔揭露卵礫石層厚度31.8m，層間夾多個200mm以上漂石。因工程場區基巖破碎，鉆進時漏漿嚴重，故到達基巖面之前需跟管鉆進，并需大口徑開孔(110mm以上)，遇到漂石后再逐步變徑鉆進，并追加跟進口徑較小套管。否則將出現塌孔、卡埋鉆具等事故。

　　寒武系片麻巖(∈Gn)硬度大且巖體破碎，正確選擇硬度合適的鉆頭、胎體及鉆進時給予適當的壓力是勘察成功與否的關鍵。

　　7、場地特征與評價

　　7.1巖土工程地質特征與評價

　　本次勘探結果表明，擬建橋址區渭河Ⅰ號橋主河槽覆蓋層主要為細圓礫土，Ⅱ號橋河槽為細圓礫土夾粗圓礫土透鏡體;渭河兩岸覆蓋層主要為細、粗圓礫土，局部夾厚度不等的粉、細、中、粗、礫砂薄層或透鏡體，主要為河流相沖洪積物;下伏基巖主要為寒武系片麻巖(∈Gn)系列，在DZK2及DZK12～DZK24區段揭露厚度不等的上第三系泥巖夾砂巖( NMs+Ss)。

　　兩岸階地表層砂質黃土、粉質黏土孔隙比大、具高壓縮性，工程性能差;上覆粉、細、中、粗砂，飽和、松散，為可液化土層，工程性能差，不能作為基礎持力層。兩岸階地揭露厚度相對較均勻的稍密～中密狀細圓礫土、粗圓礫土，工程性能較好，在滿足承載力和變形要求下，可作為明挖擴大基礎持力層。下伏全、強風化片麻巖及基巖表層泥巖夾砂巖，風化嚴重，工程性能差;下伏弱、微風化片麻巖及較新鮮泥巖、砂巖，巖體較完整，工程性能好，可作為樁基基礎持力層。

　　7.2場地穩定性評價

　　據以往研究資料及本次勘察揭示，橋址區無全新活動性斷裂通過，對工程場地的主要影響來自近場區較大中強震，最大影響烈度為Ⅷ度。

　　勘探資料表明：在勘探深度范圍內，沒有發現區域活動性大斷裂從橋址區通過。鉆孔揭露的斷層破碎帶為區域性斷裂的次一級斷裂，屬非全新活動斷裂，可不考慮對破碎帶采取專門的抗震措施，但應按不均勻地基進行設計、施工。

　　7.3地震效應評價

　　(1)地震烈度：根據國家質量技術監督局頒發的《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306—2001圖A1)及《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》(GB18306—2001圖B1)，橋址區地震動反映譜特征周期為0.40s，地震動峰值加速度值為0.30g，對應地震基本烈度為8度。本橋為特大型橋梁，橋梁設計時應根據地震安全性評價復核后的烈度及測定的設計地震動參數進行抗震設計。

　　7.4場地土及場地類別

　　橋址區場地屬多層場地土，大橋定測階段分別在橋址各區段進行了鉆孔剪切波速測試，其結果如表3所示。據《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111—2006)場地分類可以判定，橋址區場地屬于Ⅱ類場地。大橋抗震設計可根據各巖土層的剪切波速，結合土層性質、樁徑、嵌固深度等因素，綜合考慮確定土層的計算深度，劃分場地類別。

　　7.5場地抗震性能評價

　　DZK5以東、DZK11～DZK18及DZK38以西段上覆飽和、松散狀液化土層(②3細砂、②4中砂及②5粗砂)，為抗震不利地段，橋址區其余段地勢平坦、無液化土層和其他不良地質，為抗震有利地段。

　　7.6砂土液化

　　橋址區地震基本烈度為Ⅷ度，根據《鐵路工程地質黃土地區規則》(TB 10055-98)及《鐵路工程抗震設計規范》(GB 50111-2006)的規定，南北兩岸砂質黃土均在地下水位以上，為非飽和砂質黃土，可不考慮液化的影響。沿線揭露的土層②3細砂、②4中砂及②5粗砂在枯水季節為不飽和土，在豐水季節地下水位升高時為飽和土層，由標準貫入實驗法進行判定，橋址區上覆土層②3細砂、②4中砂及②5粗砂為飽和液化土層。

　　8、結束語

　　①擬建橋址區無全新世活動性斷裂通過，擬建場區不存在對橋梁工程有嚴重影響的不良地質問題，屬于適宜進行橋梁工程建設的場地。

　　② Ⅰ級階地局部上覆飽和、松散狀可液化土層，為抗震不利地段，橋址區地勢平坦，為抗震有利地段。天水地區峰值加速度為0.30g，與之對應橋址區地震基本烈度為Ⅷ度，特征周期分區為2區，地震動反應譜特征周期采用0.40s，場地類別為Ⅱ類。本橋為特大橋，是抗震重點工程,設計時應根據地震部門復核的烈度及測定的設計地震動參數進行抗震設計。

　　③橋址區分布的第四系全新統(Q4)沖積砂質黃土②2和第四系上更新統(Q3)砂質黃土③1具有自重濕陷性，自重濕陷等級為Ⅱ級，對樁基有負摩阻力作用，可采用強夯法等措施消除負摩阻力。

　　④鉆進時需大口徑開孔(110mm以上)，到達基巖面之前需跟管鉆進，遇到漂石后再逐步變徑鉆進，并追加跟進口徑較小套管。

　　⑤正確選擇硬度合適的鉆頭、胎體，鉆進時給予適當的機械壓力。

　　⑥在鉆孔樁施工時應加強泥漿配置;灌注混凝土前，需嚴格控制泥皮厚度及孔底沉渣厚度，保證樁的摩阻力和端阻力的正常發揮。

　　參 考文 獻

　　[1] 中華人民共和國鐵道部.《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111-2006). 中國計劃出版社 .

　　[2] 中華人民共和國鐵道部.《鐵路混凝土及砌石工程施工規范》(TBJ210-86).

　　[3] 中華人民共和國建設部.《巖土工程勘察規范》(GB50021—2001). 中國建筑工業出版社 .

　　[4] 《新建鐵路寶雞至蘭州客運專線南河川渭河特大橋定測工程地質報告) 》.