多种勘察方法在乌江特大桥主墩勘探中的应用

焦 建

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

随着科学技术的飞速发展，各种建筑物也相继拔地而起，在建筑过程中，岩土工程勘察有着非常重要的作用。目前，岩土工程勘察也有了很大的发展，在岩土勘察中，有多种方法和手段，主要有工程地质调绘、钻探、坑探和取样、物探、原位测试和室内试验等，其他像遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球卫星定位系统(GPS)即“3S”技术的引进以及地质雷达和地球物理层成像技术(CT)的应用也在工程地质勘察中逐步使用。而在具体的工程地质勘察过程中，选择合理的勘察方法，对于查明构造物的地质情况十分重要[1]。

1 概况

乌江是贵州第一大河，根据工程要求，要在此处修建一座主跨为320m的特大桥，因此，主墩的勘察是重中之重。桥位位于尚嵇镇的楠木渡大桥下游，由北往南沿山坡垂直横跨乌江，桥位区为中低山侵蚀、剥蚀地貌，乌江两岸地形起伏大，地面高程为600～840m，地面相对高差为240m，地势陡峭，北桥台上部自然边坡稍缓，中下部近于直立，南桥台江岸边坡几乎垂直。植被发育，地表溶蚀现象发育，可见溶沟、溶槽、溶洞等溶蚀现象。乌江常年流水，跨桥区水深约8～30m，水流随季节变化，水流湍急。主要介绍乌江特大桥南岸主墩工程地质勘察情况。

2 工程地质调绘情况

该桥处于黔中东西构造带、川黔经向构造带和新华夏系隆起带交接复合地带。构造形迹主要为经向构造、北东向构造体系。乌江特大桥位于楠木渡背斜褶皱，核部地层为寒武系娄山关群(ε2-3ls)白云岩，乌江发育于该褶皱背斜核部，区域地质图如图1。

图1 乌江特大桥区域地质图

根据地质调查情况，区内主要断裂构造如下：

(1)F1乌江构造带：为一推测构造断裂带，主要沿乌江峡谷展布，控制了乌江峡谷形态和两岸地形地貌。

(2)F2断层：通过物探及地质调查，该断层在该桥位区通过，影响宽度5～10m，与路线交角60°，走向西北，倾向东南，倾角70～80°。岸坡出露点距线位约142m，对岸坡稳定无重大影响。

(3)F3强溶蚀区：位于主桥墩山包后沟谷部位，该部位岩溶发育强烈，中风化岩体呈破碎-较破碎状态，物探揭示该区域存在狭长状低阻区。

该桥岩性主要为白云岩，经现场野外调查，统计乌江两岸的10多个露头点综合分析，发现乌江两侧岩层产状变化较大，岩层走向以NE为主，层理C： 140°～220°∠10～20°；层厚14～20cm，为中厚层结构，为贯通性结构面，张开度1～3mm,泥质胶结，结合程度一般。测区内有两组节理裂隙，倾角较陡，J1：0°～20°∠80～85°；J2：70°～90°∠80～85°。两组裂隙呈“X”状交叉，两组裂隙交角为70°左右切割岩体，乌江两岸两组节理的贯通情况不一致，北岸侧J1和J2为闭合型裂隙，裂隙不贯通，节理面无充填。南岸侧J1和J2为张开型裂隙，张开度为1～3mm，泥质充填，结合程度一般，由于受乌江断裂的影响，一些层理面曾经产生过滑动，产生滑动的那些层岩石的节理是贯通的，未产生滑动的那些层岩石节理裂隙是不贯通的，反应到钻孔中即岩芯破碎的层次为节理裂隙贯通的，岩芯完整的地层为节理裂隙不贯通的。对测点附近岩石进行节理统计，做节理裂隙玫瑰花图，详见图2、图3[2]。

图2 主要节理裂隙分布图

图3 主要节理裂隙赤平投影图

经分析，遵义岸为顺向缓倾，贵阳岸为反向反倾。层理C与J1组合对南岸不利，层理C与J2组合对北岸不利。总体分析岩层产状有利于南岸的稳定，虽有不利节理组合，但整体稳定，山体的中下部特别是临近乌江临水处有溶洞分布，但规模不大。

3 钻探情况

为了查明乌江特大桥的地形地貌情况，能够更好地从整体上把握分析，利用遥感技术，采用小型直升飞机为工作平台，对乌江特大桥的地形地貌进行影像分析，以便更直观地对该桥位区进行观测。

通过对乌江特大桥主墩的调查，该桥主墩岩性主要为寒武系娄山关组的白云岩，由于时代久远，且受到地质构造的影响，该白云岩节理裂隙十分发育，现场可见岩石被切割成菱形，岩石十分破碎。见图4。

图4 乌江特大桥主墩破碎的中风化白云岩

乌江特大桥南北的两个桥台位于乌江两岸，由于受楠木渡背斜的影响，两冀岩层挤压核部岩体使得核部岩层节理裂隙发育，岩层破碎，岩性主要为白云岩，由于白云岩为结晶结构(细晶结构)，原生垂直节理发育，在构造的作用下加剧节理发展，造成岩体更破碎，加剧了岩体的风化速度，深部岩层均受到不同程度的影响，由于构造的作用使深部岩体强烈风化，节理裂隙发育，该主墩处的岩体可用手折断，裂面多被粘土充填，岩体断面呈为斜面或剧齿状。

该桥最开始钻探时采用的是普通钻具和岩芯管，由于岩石破碎，取得的岩芯采取率较低，且对于岩石的真实情况，难以反映，后改用单动双管岩芯管，单动双管的内管在钻进时基本不转动，避免了钻具振动、摆动和摩擦对岩芯的破坏作用，因而岩芯完整度和纯洁性都有更大提高。

通过岩芯对比可以明显的发现，在钻探过程中，采用普通岩芯管，白云岩岩芯采取率低，岩芯呈砂状，岩石形态难以辨别，且容易发生埋钻，出现地质事故；采用双管单动钻具，白云岩岩芯采取率高，岩芯基本保持完整，岩石节理裂隙等形态接近原状，对于工程地质勘察人员较易辨别，但是成本较高。

4 物探情况

针对乌江特大桥主墩的地质情况，物探主要采用了高密度电法以及瞬变电磁法。物探高密度电阻率法仪器使用重庆奔腾数控技术研究所研制生产的WGMD-2高密度电阻率测量系统，瞬变电磁法仪器使用重庆奔腾数控技术研究所研制生产的WTEM-1Q/GPS浅部瞬变电磁勘探系统。所取得的成果如图5～图7。

图5 乌江特大桥主墩高密度电法解译图

图6 乌江特大桥主墩瞬变电磁法解译图

图7 乌江特大桥主墩瞬变电磁法不同深度的解译图

根据高密度电法、视电阻率联合剖面法和瞬变电磁法，该大桥主墩物探工作综合解释结果：剖面主墩上部深度为高密度电法出现低阻异常，推测为岩石破碎带。瞬变电磁法在断面图上部出现低阻异常带和低阻异常圈，推测该异常处为溶洞。经钻探验证，钻孔钻探过程中不同深度揭露有溶洞，其它部位岩芯明显破碎。说明主墩附近岩石被溶蚀，钻探资料与物探基本相符。

5 室内试验情况

通过现场地质调查，该桥主墩白云岩表层覆盖层较少，基岩基本出露，然而钻探过程中存在该岩石不成芯，岩石裂隙发育，性脆，无法进行单轴饱和抗压强度试验。针对乌江特大桥主墩的地质情况，采取代表性的岩芯进行抗压强度试验，并根据试验结果对地层进行详细划分。

现场通过对采取的一百多个试验样品进行统计分析，并对现场的岩芯破坏试验进行记录分析，结果显示，对于上部较为完整的试件，岩石微裂隙密集发育，胶结差，抗压试验后，岩石沿裂隙局部掉块，破坏方式为剪切破坏，剪切与轴向呈30～35°角，岩石抗压强度较低，对于不太完整的岩石，岩石表面微裂隙密集发育，抗压试验后，岩石沿裂隙裂开，钙质胶结差，破坏方式为张裂破坏，岩石抗压强度低。对于下部相对较为完整的岩石，试件完整，微裂隙密集发育，胶结差，沿裂隙局部掉块，破坏方式为剪切破坏[3]。

通过试验结果以及其他地质资料，把该桥主墩的岩石划分为二层：

(1)中风化白云岩(破碎)：灰白色，岩芯呈碎块状及块状，局部夹个别短柱状，短柱一般约为10～80mm，碎块约为20～80mm，结晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙很发育，裂面多被溶蚀，层理面夹5～50mm不等的棕红色粘土矿物质，裂面多呈锯齿状，岩体破碎,手折可断，岩体被切割成碎石状，钻进平稳，速度1.0m/h。[fa0]=600kPa，qik=170kPa。该层的试验指标为，干燥单轴抗压强度值为20.87MPa，饱和单轴抗压强度值为23.13MPa。

(2)中风化白云岩(较完整)：灰白色，岩芯呈短柱、柱状、碎块状，短柱一般约为40～80mm，柱状约为80～650mm，碎块约为40～80mm，结晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩体被切割成岩块，钻进平稳，速度1.2m/h。[fa0]=1200kPa，qik=240kPa。该层的试验指标为，干燥单轴抗压强度值为26.13MPa，饱和单轴抗压强度值为35.94MPa。

6 结论和建议

在乌江特大桥主墩的工程勘察中，通过工程地质调绘查明了主墩的岩性以及层理和节理裂隙发育情况，通过遥感影像较为直接、形象地观测桥位区的地形地貌，通过物探(高密度电法和瞬变电磁法)和钻探(采用双管单动岩芯管)查明了白云岩的形态和特征，通过室内试验方法以及岩石的破坏形式查明了中风化白云岩的特性，为该桥的设计提供了工程地质依据。

该桥主墩的地基承载力基本容许值[fa0]和桩侧摩阻力标准值qik根据各土层土工实验指标、原位标贯及动力触探测试击数、结合地基土层的岩性特征、埋深条件、以及岩石单轴饱和抗压强度标准值、岩体完整程度、岩溶发育程度、RQD值以及岩芯采取率等综合给定。由于该桥白云岩岩性节理裂隙发育，性脆，部分指标可能有失偏颇，难以反应真实的情况，建议有条件时，现场进行载荷试验，以便查明白云岩的地基承载力，以便为设计提供可靠的设计依据，并与其他指标进行比对。