岩土工程勘察之道路和桥梁.doc

第十四章 道路和桥梁
14.1 路(路基)岩土工程勘察
一、概 述
公路与铁路在结构上相同点：(1) 都是线型工程(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(见表14－1和表14－2) (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)。公路与铁路的工程地质问题大体相似，但铁路比公路对地质和地形的要求更高。
二、主要工程地质问题
(一)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。路线方案有大方案与小方案之分，大方案是指影响全局的路线方案，一般是属于选择路线基本走向的问题；小方案是指局部性的路线方案，一般是属于线位方案。
下面分山岭区与平原区两种情况进行研究
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：①路线选择走河流的哪一岸；②路线放在什么高度；③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 。
(2)越岭线：越岭线布局的主要问题是：①垭口选择；②过岭标高选择；③展线山坡选择。这三者是相互联系、相互影响的，不能孤立的考虑，而应当综合考虑。
越岭方案可分路堑与隧道两种。选择哪种方案过岭，应结合山岭的地形、地质和气候条件考虑。
下列情况可以考虑隧道方案：①采用较短隧道可以大大缩短路线长度、改善路线标准时；②在高寒山区采用隧道可以避免或大大减轻冰、雪灾害时；③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。
路堑方案的一些工程地质问题
(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。
对于强震区还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。
(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、道路岩土工程勘察
道路岩土工程勘察的任务是运用工程地质学的理论和方法，去认识道路通过地带的工程地质条件，为道路的设计和施工提供依据和指导.
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。
(一)道路岩土工程勘察的工作内容
1)路线岩土工程勘察
2)特殊地质、不良地质地区(地段)的岩土工程勘察
3)路基路面岩土工程勘察
4)桥渡岩土工程勘察
5)隧道岩土工程勘察
6)筑路材料勘察
(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
上述资料，应包括政府和生产、科研、教学等部门所出的一切有参考价值的地质图、文献、调查报告等。当勘察地区面积较大以及地形、地质条件比较复杂时，应特别注意收集利用既有的航空照片和卫星照片。
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
工程地质测绘基本内容如下：
①地形、地貌；②地层、岩性；③地质构造；④第四纪地质；⑤地表水及地下水；⑥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
14.2桥梁岩土工程勘察
14.2.1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。
14.2.2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
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表14-3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。

14.2.3桥梁岩土工程勘察要点
桥梁是道路建筑的附属建筑物，除特大型或重要桥梁外，一般不单独编制设计任务书，而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。
14.2.4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，地形稍宽一些，适当降低桥台的高度，降低造价，减少施工的困难。
14.2.5桥基勘察中应注意的问题
桥基工程地质勘察的任务是为桥梁墩台设计提供地质资料。方法是在调查与测绘的基础上进行勘探工作。勘察的结果应提出：①桥位处的河床地质断面图；②钻孔柱状断面图与钻探记录；③水、土的化验与试验资料。
桥基工程地质勘察应注意的主要问题有:
1)钻孔布设
钻孔布设应在桥位工程地质调查与测绘的基础上进。钻孔数量取决于：①设计阶段；②桥位地质条件；③拟采用的基础类型。
2)钻孔深度
钻孔深度取决于河床地质条件、基础类型与基底埋深:
3)操作规程

主要参考书
1、中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001），2002年1月10日发布，2002年3月1日实施。中国建筑工业出版社，2002 北京。
2、高等学校教材《专门工程地质学》（张咸恭、李智毅、郑达辉、李曰国编）。地质出版社，1988年版，1997年印刷。
3、《工程地质勘察》（张倬元主编）。地质出版社。
4、《岩土工程勘察设计手册》（林宗元主编）。辽宁科学技术出版社，1996。
5、《工程地质手册》（第三版）（常士镖主编）。中国建筑工业出版社，1992。