摘要：各项建设工程在设计、施工之前必须按基本建设程序进行工程地质勘察，工程地质勘察应查明建设工程地区的工程地质条件，为线路方案选择、各类建筑物设计、特殊岩土处理、不良地质整治、环境保护和水土保持方案的制定及合理确定施工方法等提供可靠依据。工程钻探是工程地质勘察中最能直观、准确地查明工程场区工程地质、水文条件及地质构造、不良地质现象等环境地质条件的有效手段之一。本文介绍了南河川渭河特大桥桥址区的概况及其地质构造与地层岩性，并对工程场区隐伏正断层f8作了详细介绍。重点对桥址所在的场地土、场地类别及桥址地基土地震液化和湿陷性黄土等场地特征作出评价，讨论了工程场区勘察中遇到的难点及应对措施，并提出了设计和施工中需要注意的问题和处理措施。
关键词：断层；钻头胎体；地震液化；自重湿陷
Abstract:This paper introduces the Nanhe River Weihe super bridge site survey and geological structure and lithology, and the engineering field of concealed faults of F8are introduced in detail. Focus on the bridge site where soil, site classification and site earthquake liquefaction of foundation soil and collapsible loess site features to evaluate, discussed project field survey and the difficulties in and countermeasures, and puts forward some design and construction problems need attention and treatment measures.
Key word：Fault Bit matrix Earthquake liquefaction Self weight collapsibility
中图分类号：U452.1+1文献标识码：B文章编号：
1、概 况
南河川渭河特大桥是新建铁路宝鸡至兰州客运专线的重要节点工程，该节点区域地质条件较为复杂，是全线中勘察难度较大、难点相对较多的地段。大桥起迄里程为DK780+042.01～DK782+288.71，全长2246.7m。
桥址处为渭河河谷地带，两侧均为高山。 DK780+100～DK781+350区段位于宽谷阶地区，地形平缓，最大相对高差约为10m，DK781+350～DK782+250区段为基岩峡谷地貌，地形陡峻，相对高差达到30m。渭河在此处蜿蜒曲折，河道宽度变化较大。本桥在此处两跨渭河，1号桥中心线与水流斜交角度约35°，2号桥中心线与水流基本正交。本桥跨在DK780+484～DK780+494及DK782+173～DK782+183处跨越麦甘县级公路，该路宽约7.5m，为沥青路面，道路弯曲，沿渭河走行。在DK781+270及DK781+495处跨通向秦安县的道路，路宽约7m。在DK781+310附近跨越既有陇海线南河川站，既有车站为四股道高架车站，轨面高程约为+1133.259，孔跨行式为4（6～32+2～24）m简支梁桥，既有铁路桥下游为4～56m公路拱桥。
2、勘察方法及主要目的任务
2.1勘察方法
根据该区段地层特点及工程类型，采用钻探、物探相结合的综合勘察手段，并采用土（岩石）样开展室内土工试验，整理并综合分析评价各方法获取的信息，查明该段的工程地质条件。
2.2勘察目的、任务
在调查搜集区域地质资料的基础上，根据桥位桥型方案，有针对性地进行工程地质勘察，查明桥址区的工程地质条件，为大桥初步设计、施工图设计及施工提供详细、准确的地质资料。
其主要任务是：
（1）查明桥址区水文、地层岩性、地质构造、工程地质条件、水文地质条件、不良地质现象、地震效应等环境地质条件。详细查明F8断层的情况及影响范围。
（2）详细探明桥梁墩台基础范围内岩土类型、分布特征、基岩风化程度、构造以及各岩性界面埋藏深度等地质要素。
（3）查明桥址区的水文地质条件，评价环境水对混凝土的侵蚀性。
（4）测试岩土的物理力学指标，进行综合分析及定量评价，尤其是黄土的湿陷性，提供设计所需的岩土设计参数。
（5）划分场地土类型和场地类别，对场地地基的地震效应进行评价。
（6）综合分析桥址岩土工程地质条件，提出设计、施工过程应注意的事项及合理化建议。
3、地质构造与地层岩性
桥址区地处祁吕贺兰山字型构造体系前弧与秦岭纬向构造体系的复合部位，受陇西旋卷构造体系和渭河谷地隐伏断裂带的影响，该区地质构造非常复杂，断裂、褶皱十分发育。
天水市地跨三个大地构造单元，即北祁连――北秦岭加里东褶皱带、中秦岭海西褶皱带和南秦岭印支褶皱带。出现7个构造体系，其中秦岭纬向构造体系、祁吕贺山字型构造体系和东北向构造体系形成较早，构造行迹波及范围广而强烈，构成全市构造格架，并影响其他构造体系的成生和发展，使境内构造景观较为复杂，同时也控制岩带和矿带的空间展布。
从渭河两岸露头（见下图），可推测在桥址区 DK781+240附近有隐伏正断层f8通过，断层产状为EW/68°S，位于寒武系片麻岩中，主要为构造角砾，断层宽度约为20m。构造角砾由长石、石英颗粒和片麻岩碎块重新胶结而成，胶结差，岩芯呈块状或短柱状，岩质极软，轻击易碎。
图1 正断层f8露头
由本次地质钻探揭露岩层可知，上第三系（N1）泥岩、砂岩面较平整，无明显构造运动错动形迹。即上第三系（N1）泥岩、砂岩是在该断层形成稳定后，在下降盘低洼处沉积而成，故推测隐伏正断层f8形成时间在上第三系（N1）以前，为不活动性断层，对工程影响较小。
覆盖层主要为第四纪覆盖式风成黄土及全新世河流相新近沉积的地层（Q4）圆砾土、砂土、粉质黏土，第四系上更新统（Q3）主要为分布于斜坡地表的砂质黄土层（Q3 eol3）；基岩为上第三系（N1）泥岩（N1Ms）及寒武系片麻岩（∈Gn）、构造角砾岩（Fb）等。
4、水文地质特征
4.1 地下水类型及其特征
根据本次钻孔揭露，桥址区地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，分布于渭河一级阶地及河漫滩。第四系孔隙潜水赋存于全新统冲积圆砾土的孔隙中，水量较丰富；基岩裂隙水赋存于片麻岩裂隙中，与孔隙水相连通，水量较小。勘测期间测得桥位区地下水稳定水位埋深0.5～14.3m，高程1107.49～1114.68米，地下水位与渭河紧密相关，随渭河水位升降而变化。
地下水的补给方式主要接受大气降水及渭河水补给，由一级阶地前缘（临江处）向后缘方向迳流。地下水的排泄，主要是泄入临区水位较低的地下水及人工开采点两种方式。
4.2 地表水类型及其特征
桥址区地表水主要为渭河，河水流量季节性变化大，枯水期几乎断流，丰水期流量剧增，引发山洪。
4.3 环境水的腐蚀性
本次勘察共取了7组地表水和地下水进行了水质分析：在1号桥位渭河左、右侧各采取1组地表水样，在2号桥位渭河中取1组地表水样，共3组地表水；在桥位的南、北两岸各取1组地下水样，在河滩区取2组地下水样，共4组地下水。根据水质分析报告，依据《铁路工程地质勘察规范》( TB10012-2007J124-2007) 附录F“环境水、土对混凝土侵蚀性的判定标准”判定，地下水对混凝土具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1。（详见表1）。
5、特殊性岩土
桥址区特殊土主要为湿陷性黄土和膨胀岩。
第四系上更新统（Q3）砂质黄土③1主要分布在桥位0#墩～1#墩段，一般厚度10～15m，根据《铁路工程特殊岩土勘察规程》（TB 100038-2001）综合评定，桥址区上覆砂质黄土③1为湿陷性黄土，地层湿陷类型为自重湿陷性（详见表2）。
黄土湿陷性计算表 表2
膨胀性泥岩主要分布在既有陇海线南侧550米区段（DZK13～DZK22），呈层状连续分布， DZK4钻孔附近以透镜体状存在于砂岩中。根据《铁路工程特殊岩土勘察规程》（TB 100038-2001J 126-2001）膨胀岩的室内试验判定指标（当自由膨胀率FS、膨胀力PP、饱和吸水率 ωSA有2项及以上复合标准时，在室内可判断为膨胀岩）综合评定，桥址区上第三系泥岩不属于膨胀岩。
6、勘察难点与措施
该工程勘察难点主要有卵砾石层厚度大且局部间夹漂石、基岩面起伏大、基岩风化差异大、岩石硬度大及岩体破碎等。
DZK9钻孔揭露卵砾石层厚度31.8m，层间夹多个200mm以上漂石。因工程场区基岩破碎，钻进时漏浆严重，故到达基岩面之前需跟管钻进，并需大口径开孔（110mm以上），遇到漂石后再逐步变径钻进，并追加跟进口径较小套管。否则将出现塌孔、卡埋钻具等事故。
寒武系片麻岩（∈Gn）硬度大且岩体破碎，正确选择硬度合适的钻头、胎体及钻进时给予适当的压力是勘察成功与否的关键。
7、场地特征与评价
7.1岩土工程地质特征与评价
本次勘探结果表明，拟建桥址区渭河Ⅰ号桥主河槽覆盖层主要为细圆砾土，Ⅱ号桥河槽为细圆砾土夹粗圆砾土 透镜体；渭河两岸覆盖层主要为细、粗圆砾土，局部夹厚度不等的粉、细、中、粗、砾砂薄层或透镜体，主要为河流相冲洪积物；下伏基岩主要为寒武系片麻岩（∈Gn）系列，在DZK2及DZK12～DZK24区段揭露厚度不等的上第三系泥岩夹砂岩（ NMs+Ss）。
两岸阶地表层砂质黄土、粉质黏土孔隙比大、具高压缩性，工程性能差；上覆粉、细、中、粗砂，饱和、松散，为可液化土层，工程性能差，不能作为基础持力层。两岸阶地揭露厚度相对较均匀的稍密～中密状细圆砾土、粗圆砾土，工程性能较好，在满足承载力和变形要求下，可作为明挖扩大基础持力层。下伏全、强风化片麻岩及基岩表层泥岩夹砂岩，风化严重，工程性能差；下伏弱、微风化片麻岩及较新鲜泥岩、砂岩，岩体较完整，工程性能好，可作为桩基基础持力层。
7.2场地稳定性评价
据以往研究资料及本次勘察揭示，桥址区无全新活动性断裂通过，对工程场地的主要影响来自近场区较大中强震，最大影响烈度为Ⅷ度。
勘探资料表明：在勘探深度范围内，没有发现区域活动性大断裂从桥址区通过。钻孔揭露的断层破碎带为区域性断裂的次一级断裂，属非全新活动断裂，可不考虑对破碎带采取专门的抗震措施，但应按不均匀地基进行设计、施工。
7.3地震效应评价
（1）地震烈度：根据国家质量技术监督局颁发的《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306―2001图A1）及《中国地震动反应谱特征周期区划图》（GB18306―2001图B1），桥址区地震动反映谱特征周期为0.40s，地震动峰值加速度值为0.30g，对应地震基本烈度为8度。本桥为特大型桥梁，桥梁设计时应根据地震安全性评价复核后的烈度及测定的设计地震动参数进行抗震设计。
7.4场地土及场地类别
桥址区场地属多层场地土，大桥定测阶段分别在桥址各区段进行了钻孔剪切波速测试，其结果如表3所示。据《铁路工程抗震设计规范》(GB50111―2006)场地分类可以判定，桥址区场地属于Ⅱ类场地。大桥抗震设计可根据各岩土层的剪切波速，结合土层性质、桩径、嵌固深度等因素，综合考虑确定土层的计算深度，划分场地类别。
主要岩土层剪切波速一览表表3
7.5场地抗震性能评价
DZK5以东、DZK11～DZK18及DZK38以西段上覆饱和、松散状液化土层（②3细砂、②4中砂及②5粗砂），为抗震不利地段，桥址区其余段地势平坦、无液化土层和其他不良地质，为抗震有利地段。
7.6砂土液化
桥址区地震基本烈度为Ⅷ度，根据《铁路工程地质黄土地区规则》（TB 10055-98）及《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111-2006）的规定，南北两岸砂质黄土均在地下水位以上，为非饱和砂质黄土，可不考虑液化的影响。沿线揭露的土层②3细砂、②4中砂及②5粗砂在枯水季节为不饱和土，在丰水季节地下水位升高时为饱和土层，由标准贯入实验法进行判定，桥址区上覆土层②3细砂、②4中砂及②5粗砂为饱和液化土层。
8、结束语
①拟建桥址区无全新世活动性断裂通过，拟建场区不存在对桥梁工程有严重影响的不良地质问题，属于适宜进行桥梁工程建设的场地。
② Ⅰ级阶地局部上覆饱和、松散状可液化土层，为抗震不利地段，桥址区地势平坦，为抗震有利地段。天水地区峰值加速度为0.30g，与之对应桥址区地震基本烈度为Ⅷ度，特征周期分区为2区，地震动反应谱特征周期采用0.40s，场地类别为Ⅱ类。本桥为特大桥，是抗震重点工程,设计时应根据地震部门复核的烈度及测定的设计地震动参数进行抗震设计。
③桥址区分布的第四系全新统（Q4）冲积砂质黄土②2和第四系上更新统（Q3）砂质黄土③1具有自重湿陷性，自重湿陷等级为Ⅱ级，对桩基有负摩阻力作用，可采用强夯法等措施消除负摩阻力。
④钻进时需大口径开孔（110mm以上），到达基岩面之前需跟管钻进，遇到漂石后再逐步变径钻进，并追加跟进口径较小套管。
⑤正确选择硬度合适的钻头、胎体，钻进时给予适当的机械压力。
⑥在钻孔桩施工时应加强泥浆配置；灌注混凝土前，需严格控制泥皮厚度及孔底沉渣厚度，保证桩的摩阻力和端阻力的正常发挥。
参 考 文 献
[1] 中华人民共和国铁道部.《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006). 中国计划出版社 .
[2] 中华人民共和国铁道部.《铁路混凝土及砌石工程施工规范》(TBJ210-86).
[3] 中华人民共和国建设部.《岩土工程勘察规范》(GB50021―2001). 中国建筑工业出版社 .
[4] 《新建铁路宝鸡至兰州客运专线南河川渭河特大桥定测工程地质报告) 》.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。