地質綜合分析在錨碇勘察中的應用

楊躍 李友龍

摘 要：文章通過地質鉆探、地質調繪、壓水試驗分析基巖裂隙類型，通過裂隙調查，繪制赤平投影，分析隧道錨開挖邊坡穩定性，對基巖面及中風化面，根據鉆探揭露地層繪制立體基巖面圖，綜合分析南錨碇地質情況。

關鍵詞：地質調繪;節理裂隙;玫瑰畫圖;壓水試驗;赤平投影;立體基巖面圖

中圖分類號：U433 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）08-104-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.052

隧洞開挖深度約63.8m（左洞）、53.8m（右洞），其中前錨室長度25m（左洞）、15m（右洞），錨塞體長度35m，后錨室長度3.8m。洞底最大單洞斷面尺寸為18×20m，頂拱半徑9m，左右隧洞最小凈距10m，開挖底板標高約213m，錨體中線呈45°夾角，開挖深度內以粉質黏土、強風化砂巖、強風化砂質泥巖及中風化砂巖為主，需切坡開挖。

1 地形地貌

南錨碇區屬于構造剝蝕河流侵蝕丘陵地貌，里程K10+218.9～K10+340。地面高程237.2m～272.8m，斜坡向西北長江傾斜。山脊東西地面坡度較陡，角度為25°～30°，最大52°，在橋軸線臨江傾角88°。

2 地層巖性

通過鉆探揭露地層自上而下分別為第四系（Q4el+dl）黏性土，侏羅系（J2s）泥巖及粉砂巖。

粉質黏土：黃、紅褐色，可塑狀，稍有光滑，干強度中等、韌性中等，表層0.5m內含植物根系。

強風化粉砂質泥巖：紅褐色，巖性主要由石英、黏土礦物（高嶺石、蒙脫石等）組成，巖芯較完整，呈柱狀及長柱狀，節長6cm～20cm。

中風化粉砂質泥巖：褐紅色，巖性主要由石英、黏土礦物（高嶺石、蒙脫石等）組成，巖芯較完整，呈長柱狀，節長10cm～72cm，基巖裂隙較發育，遇水容易崩解，RQD=75%～92%。聲波速度Vp=3 521m/s，巖體完整指標Kv=0.62～0.91。

強風化粉砂巖：灰色，堅硬，主要由粉砂碎屑組成的沉積巖，巖芯局部較破碎，呈碎塊狀，多呈短柱狀，裂隙較發育。

中等風化粉砂巖：灰色，堅硬，主要由粉砂碎屑組成的沉積巖，巖芯較完整，柱狀，節長5cm～50cm。聲波速度Vp=3 396m/s，Kv=0.24～0.78。

3 節理裂隙

第1組：裂隙281～356°∠56～89°，裂隙面比較平直，近地表裂隙多張開，隙寬1cm～30cm，少量黏土類黏土礦物（高嶺石、蒙脫石等）充填。近地表裂隙多張開，中等風化面往下漸至閉合，結合程度較一般，其結構面屬于軟弱結構面，且是卸荷裂隙，發育于中等風化粉砂巖中。臨江面發育，貫通性較好，卸荷帶寬度一般2m～20m，結構面屬于軟弱結構面[1-2]。

第2組：裂隙產狀48～85°∠47～89°，寬1cm～15cm，少量黏土礦物（高嶺石、蒙脫石等）充填，近地表裂隙多張開，中等風化面往下漸至閉合。延伸約1m～4m。裂隙結合程度一般，結構面屬于軟弱結構面，發育于中等風化粉砂巖中。

4 水文試驗

在錨碇區鉆孔中進行了壓水試驗，鉆孔壓水試驗自上而下用單栓塞分段隔離進行，用專門的止水球設備把試驗段隔離出來，然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水，水通過孔壁周圍的裂隙向巖體內滲透，最終滲透的水量會趨于一個穩定值[3]。逐漸升壓至最大壓力值后，如果該段試驗的透水率q<1Lu，停止降壓[4-5]。試驗資料整理包括校核原始記錄、繪制曲線并確定類型和計算試段透水率。試段透水率以Lu（呂榮）表示，1Lu的定義為當試段壓力為1MPa時，每米試段的壓入流量為1L/min。

根據本次壓水試驗，南岸索塔區根據SZK20號鉆孔強風化巖為透水層，中風化巖層為微透水層—不透水層。

根據本次壓水試驗，試驗P-Q曲線呈現4種曲線類型：

A層流型：升壓曲線為通過坐標原點的直線，降壓曲線與升壓曲線基本吻合。解釋：滲流狀態為層流。整個試驗期間，裂隙狀態沒有發生變化。

B紊流型：升壓曲線為凸向Q軸的曲線，降壓曲線與升壓曲線基本吻合。解釋：滲流狀態為紊流。整個試驗期間，裂隙狀態沒有發生變化。

D沖蝕型：升壓曲線為大體上凸向P軸的曲線，降壓曲線與升壓曲線不重合。解釋：在試驗壓力下，巖體滲透性增大，流量顯著增大。

E充填型：升壓曲線為直線或凸向Q軸的曲線，降壓曲線與升壓曲線不重合。解釋：在試驗壓力作用下，裂隙狀態產生變化，滲透性減小，當裂隙被水充滿后，流量逐漸減小，甚至趨近于零。

5 巖質邊坡赤平投影

對南錨碇影響基坑穩定的主要因素分析為，巖體內結構面及其組合，基坑巖質邊坡赤平投影如圖1所示。

小樁號側邊坡：為逆向坡，邊坡無外傾結構面，裂隙及裂隙組合對斜坡影響小，邊坡穩定性主要受巖體強度控制，建議基坑開挖強風化巖為1：0.75，中風化巖為1：0.50，并分級放坡。

大樁號側邊坡：為順向坡，裂隙L1與L2組合交線產狀272°∠84°，放坡開挖坡角應比組合交線傾角緩，建議基坑開挖強風化巖為1：0.75，中風化巖為1：0.50，并分級放坡。

左側邊坡：坡面與巖層面構成切向坡，邊坡無外傾結構面，裂隙及裂隙組合對斜坡影響小，邊坡穩定性主要受巖體強度控制，建議基坑開挖強風化巖為1：0.75，中風化巖為1：0.50，并分級放坡。

右側邊坡：坡面與巖層面構成切向坡，邊坡無外傾結構面，裂隙及裂隙組合對斜坡影響小，邊坡穩定性主要受巖體強度控制，建議基坑開挖強風化巖為1：0.75，中風化巖為1：0.50，并分級放坡。

6 巖面立體圖

根據鉆孔資料，基巖面及中風化巖面立體圖如圖2所示，該錨碇巖土層物理力學指標統計結果見土層、巖層物理力學指標統計表。

7 南錨碇巖土工程評價

南錨碇區屬于南岸丘陵崗地斜坡工程地質區，位于斜坡上，斜坡向西、北傾斜。地面坡度約33°，地面標高244.2m～255.13m。根據鉆探資料，表層0～2.8m深度范圍內為粉質黏土[6-7]，2.8m～19.1m為強風化砂巖、砂質泥巖，19.1m～29.7m、30.9m～38.3m、43.0m～49.0m，60.9m～77.1m為中風化砂巖，巖石單軸飽和抗壓強度?r=25.1MPa，巖石單軸天然抗壓強度?0=32.7MPa，容許承載力1 800kPa，基底摩擦系數0.55;29.7m～30.9m、38.3m～43.0m、49.0m～60.9m、60.9m～100.4m為中等風化粉砂質泥巖，中等風化粉砂質泥巖巖石單軸天然抗壓強度?0=14.30MPa，容許承載力1 000kPa，基底摩擦系數0.50;地層產狀345°∠4°，裂隙較發育，裂隙結合程度一般，地下水較貧乏。

8 結語

南錨碇區基巖為粉砂質泥巖和粉砂巖，基巖面稍有起伏，分布穩定，橋墩可采用嵌巖挖孔樁，選擇以標高203m～213m中風化砂巖作樁端持力層。

中等風化巖層通過壓水試驗揭露，為微透水層—不透水層，基巖段裂隙不發育，錨塞體底標高約204.70m，高于三峽蓄水最高洪水位為175m，所以南錨碇區水文地質條件較好。

錨碇采取隧道式錨，錨體嵌入基巖，借助基巖抵抗主攬拉力，由于泥巖強度較低，可采取相應的措施，如注漿、錨桿、加支柱等形式以增加結構強度，承臺以上墩柱較高，樁體嵌巖深度除滿足豎向承載力要求外，須對樁基整體穩定性和結構強度進行驗算。

參考文獻

[1] 化建新，鄭建國.工程地質手冊[M].第5版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] DL/T 5331-2005，水電水利工程鉆孔壓水試驗規程[S].北京：中華人民共和國國家發展改革委員會，2005.

[3] 楊躍.重慶萬州附馬長江大橋項目[R].淮安：江蘇省水文地質工程地質勘察院，2012.

[4] 袁代江.龍場渡槽出口側地錨系統布置及地質評價[J].黑龍江水利科技，2019，47（8）：108-110.

[5] 宋罡，湯華，袁從華，等.濤源金沙江大橋重力錨碇巖基原位試驗研究[J].建材世界，2019，40（2）：23-26.

[6] JTG C20-2011，公路工程地質勘察規范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2011.

[7] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2007.