包西鐵路黃河特大橋綜合勘察方法運用

蔡雙樂

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

包西鐵路黃河特大橋綜合勘察方法運用

蔡雙樂

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

新建鐵路包西通道是國家路網“八縱八橫”主骨架包柳南北鐵路大通道北段,是內蒙古鄂爾多斯地區和陜西神木地區煤炭外運的重要通道;是蒙西、陜北地區對外客貨交流的重要交通線路之一。包西鐵路控制性工程黃河特大橋勘察充分發揮了綜合勘探的技術優勢,采用多種手段相互驗證,大大提高了勘察的效率,且克服了單一方法造成的偏差,提高了判定準確性。取得了節省勘探量、提高勘察精度的效果。

黃河特大橋 綜合勘察 運用

1　概況

新建鐵路包西通道是國家路網“八縱八橫”主骨架包柳南北鐵路大通道北段，是內蒙古鄂爾多斯地區和陜西神木地區煤炭外運的重要通道;是蒙西、陜北地區對外客貨交流的重要交通線路之一。包西鐵路黃河特大橋工程是內蒙段黃河上單跨最大鐵路橋梁。橋梁總投資37530萬元，計劃工期19個月，是包西鐵路北段包頭至鄂爾多斯段的控制工程。

包西鐵路黃河特大橋處于黃河沖積平原上，可選擇橋位較多;本區地處華北斷塊的河套斷陷帶，新構造運動強烈;第四系覆蓋層厚度大于300m，沖洪積層相變明顯，地層條件復雜，鉆探工作量大，各類參數獲取、統計、分析工作量大，難度很高。因此，應采用綜合勘察方法[1]，充分利用遙感技術進行地質測繪，合理應用鉆探、物探、觸探、挖深等各種勘探方法，結合室內試驗，通過密切配合，綜合分析各資料，才能達到提高地質勘察質量和效益的目的。

2　遙感調查

采用了陸地衛星ETM圖像、SPOT圖像及航空相片等不同層次多時相的遙感圖像，對收集的衛星圖象進行了數字鑲嵌處理、不同分辨率圖象的融合以及為了提高對區域構造線形影像的識別性，采用了線形增強技術，對山前斷裂及平原區隱伏斷裂的解譯發揮了重要作用(如圖1)。通過判釋分析區域地質、水文等條件，在眾多的橋址方案中選擇了活動斷裂影響較小、河道相對順直、堤岸穩定、水文條件較好的麻池鎮橋位，避開了罕臺川流沙和昆都侖川洪水的影響，有效減少了后期勘察及鐵路運營的投資及安全風險。

3　物探

橋址區地處黃河河谷，巖土體的空同分布和是否存在活動斷裂，決定著橋址區主要工程地質問題，為了查明橋址區的剖面結構，采用瞬態瑞利波勘探、高密度電阻率法勘探、超長波探測三種物探手段，對橋址區進行了物探工作。

3.1瞬態瑞利波法勘探

圖1　近場區遙感地質解譯圖

面波資料的處理采用北京華水物探研究所開發的SWS-2型面波儀[2]進行，首先對野外采集的記錄進行頻率—速度分析，隨后選取面波記錄時間窗口，計算出f-k變換色譜圖，再利用光標在f-k交換色譜圖上選取最大能量譜的頻率—速度點，計算出測試點的頻散曲線，再對頻散曲線進行曲線擬合，反演出各層速度、厚度，制出頻散曲線成果圖。

為了了解橋址剖面的地質結構，將單點頻散曲線成果圖的層厚、速度按照記錄點對應在測線上的相應位置杯到剖面圖上，繪制出地質解釋剖面圖。本次對在工程場地布設的8個地震鉆孔進行了剪切波速現場測試，測試深度單孔法分別為72.0m和40.0m，面波法測試深度大于80.0m。(如圖2)

由圖2可知，橋址區為典型的河床相地層，透鏡體發育。

3.2高密度電法勘探

本次野外測試采用重慶奔騰數控技術研究所生產的WDJD－2多功能數字直流激電儀和WDZJ－1多路電極轉換器所構成的WGMD－1高密度電阻率測量系統。本次在場址黃河兩側布設了2條高密度電法測線A～A′、B～B′，長度均為2100m，總長度4200m。

實測數據經過必要處理，獲得A～A′、B～B′高密度電法剖面圖(如圖3)。由剖面圖可知，斷面電阻率水平電性層連續、穩定，未見斷裂跡象。從兩條剖面50—70米深度電性層的變化來看，電阻率值小于20Ω·m的電性層的變化有北深南淺的變化趨勢與呼包斷陷盆地北深南淺的變化趨勢相同。根據該剖面各地層連續穩定未見斷錯跡象，因此確定該場地在南北方向的剖面上無斷裂通過。

3.3超長電磁波法勘探

超長電磁波法在實際探測工作中，應收集工作區或與工作區有相似地質條件的地區已知鉆孔資料，并探測已知鉆孔的超長電磁波頻譜曲線，如果探測到的頻譜曲線所顯示的界面與鉆孔實際存在的主要地質界面深度一致，說明探測結果是可信的。從已知鉆孔的頻譜曲線，可知工作區不同時代地層的頻譜曲線特征，這樣，在進行其他測點探測時可與之對比，從而對測量剖面進行合理的地質解釋。在本次勘探中對已知的麻池斷裂[3]進行探測，根據探測成果，對比橋址處超長電磁波資料(如圖4)情況，推測0—300m范圍內地層連續穩定無斷裂通過。

經物探資料分析，橋址區未有工程影響范圍的斷裂構造，地層連續穩定，為典型的河床相地層，透鏡體發育。

4　工程地質鉆探、原位測試、試驗

圖2　瞬態瑞利波法剖面及地質解釋圖

在平面測繪成果、工程地質物探成果的指導下，為查明和驗證勘探深度范圍內的巖土體空間分布、巖體完整程度、構造、地下水位及其他工程特征，在黃河兩側沿黃河特大橋方向逐墩(主跨)或隔墩(邊跨)布設了76個鉆孔，主跨孔深95m，邊跨孔深55m。同時，進行巖土取樣、原位試驗等工作。根據鉆探成果，結合原位測試、試驗資料分析，綜合各種測試試驗成果，得到橋址區各巖土體物理力學指標。如表1。

表1　場地土主要物理力學性質指標統計表

圖3　高密度電法視電阻率剖面及地質解釋剖面圖

圖4　超長電磁波法剖面及地質解釋圖

根據場地土剪切波速測試結果，計算得到工程場地土層的平均等效剪切波速為176.7m/s屬于250≥Vse＞140檔;根據巖土工程勘察資料，工程場地覆蓋層厚度均大于50m，屬于≥5檔。按照《建筑抗震設計規范(GB50011-2010)》，綜合以上2個條件進行判定，工程場地土為中軟，建筑場地類別為Ⅲ類。

根據黃河大橋工程場地鉆孔標貫擊數結合靜力觸探資料進行了液化判定，可知液化深度北淺南深，黃河河道南岸最大液化深度可達14.25米。

5　場地工程地質條件

綜合各勘探成果，橋址區未發現斷裂構造，北岸存在松軟土層，地下水位以下埋深20m以內的飽和粉土、粉細砂層為液化土層，未發現巖溶、滑坡、崩塌、膨脹土等不良地質現象，地下水發育，南岸地下水對混凝土具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H1-H2級。工程地質條件一般。

6　結語

通過綜合勘探，基本查明了橋址區工程地質特征，為橋梁設計提供了較為準確的地層參數。另一方面，在橋址區未發現斷裂構造，也未發現滑坡、崩塌、膨脹土等不良地質現象，但受區域地質構造的影響，工程近場區具有中強地震發生的構造條件，加之場區軟弱土層、液化土層發育，為軟土震陷和砂土液化等場地地質災害的發生提供了必要的物質條件。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10012—2007鐵路工程地質勘察規范[S].北京:中國鐵道出版社,2007．

[2]劉云棱王振爾瞬態面波法的數據采集處理系統及應用實例[J].物探與化探,1996.20(1).

[3]國家地震局鄂爾多斯周緣活動斷裂系課題組.鄂爾多斯周緣活動斷裂系[M]北京:地震出版社,1988.

蔡雙樂(1981—),男,工程師,2OO4年6月畢業于中國地質大學(北京)土木工程專業,大學本科,2OO4年7月就職于中鐵工程設計咨詢集團有限公司,主要從事巖土勘察及路基設計工作。