林 翔

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350001)

福州市洪塘大橋改建工程為連接福州市倉(cāng)山區(qū)與閩侯縣上街大學(xué)城的重要交通樞紐。新建橋梁寬度32.75 m，長(zhǎng)度1 710 m，主橋采用兩跨獨(dú)塔鋼箱梁自錨式懸索橋，主跨跨徑150 m。引橋段采用鋼筋混凝土小箱梁。此外，包括立交匝道、2座過(guò)街人行天橋。大橋東岸位于福州市妙峰山麓，跨越烏龍江河床，西岸位于閩侯上街沖海積平原。場(chǎng)地綜合地質(zhì)調(diào)查在區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，以1∶2 000地形圖為手圖，通過(guò)穿越與追索相結(jié)合的方法，開(kāi)展基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)等綜合調(diào)查；針對(duì)主線橋、匝道引橋、人行橋及一般路基、邊坡及擋墻布設(shè)勘探鉆孔點(diǎn)[1]，對(duì)特大橋的主橋的每個(gè)墩臺(tái)勘探點(diǎn)不少于2個(gè)，對(duì)其他橋梁采取逐墩臺(tái)布置勘探點(diǎn)。完成各類(lèi)鉆孔285個(gè)，所有鉆孔均作為原位測(cè)試孔，取樣孔占50%以上；各類(lèi)鉆孔終孔驗(yàn)收和水位觀測(cè)完成后，均采用黏土球分層回填夯實(shí)封孔處理。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)概況

圖1 福州擬建洪塘大橋地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map of proposed Hongtang bridge in Fuzhou city1—第四系全新統(tǒng)長(zhǎng)樂(lè)組沖積層；2—第四系全新統(tǒng)長(zhǎng)樂(lè)組沖海積層；3—侏羅系上統(tǒng)南園組第三段熔結(jié)凝灰?guī)r；4—侏羅系上統(tǒng)南園組第二段凝灰熔巖；5—燕山晚期鉀長(zhǎng)花崗巖；6—燕山晚期花崗斑巖；7—燕山晚期鉀長(zhǎng)石英斑巖；8—正長(zhǎng)斑巖；9—斷層；10—擬建洪塘大橋

橋址分布地層主要為第四系人工填土層、沖積土層、沖海積土層、坡積土層、殘積土層?；讕r層為燕山晚期侵入的花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖及后期輝綠巖脈等。在花崗巖體內(nèi)見(jiàn)有晚侏羅世南園組火山巖俘虜體。橋址未見(jiàn)明顯構(gòu)造跡象，但桐口-洪山橋隱伏斷裂[注]福建省區(qū)域地質(zhì)測(cè)量調(diào)查大隊(duì)，1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，1981。在橋址東側(cè)約2.0 km處近垂直于主橋走向通過(guò)(圖1)。 受斷裂構(gòu)造影響，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，東橋臺(tái)邊坡區(qū)測(cè)得裂隙主要有4組，走向主要為北北西向，其次為北東向，節(jié)理裂隙面呈平整、閉合狀，局部微張，寬度1～3 mm，見(jiàn)有風(fēng)化黏土礦物，裂隙長(zhǎng)度一般大于2 m，間距5～50 cm，傾角一般大于50°，力學(xué)性質(zhì)以壓扭性為主。

1.2 巖土層特征

場(chǎng)地巖土層自上而下分布特征如下描述(圖2)。

①填土：分布于橋頭兩端的路基地段，雜色，松散-稍密，稍濕，以黏性土及碎石為主，堆填時(shí)間大于10 a，已基本完成自重固結(jié)。厚度0.60～21.40 m。

②中砂：灰色、灰黃色，松散-稍密，局部呈中密狀，濕-飽和，成分以石英、長(zhǎng)石顆粒為主，局部夾有礫卵石層或過(guò)渡為粗砂層，分選性較好。標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)5～15，平均擊數(shù)11.21。局部夾厚度0.60～2.80 m淤泥或淤泥質(zhì)黏土。中砂厚度3.80～20.80 m，層底高程-24.60～5.72 m。

③-1淤泥、③-2淤泥質(zhì)黏土：分布于橋址兩側(cè)，與中砂層呈相變過(guò)渡關(guān)系?；疑?、深灰色，飽和，流塑-軟塑，黏性強(qiáng)，質(zhì)較純，切面光滑，局部含少量砂，含腐殖質(zhì)，屬高壓縮性土，力學(xué)強(qiáng)度低。局部夾有粉質(zhì)黏土、中砂、卵石層。厚度1.80～26.40 m，層底高程-40.06～4.29 m。

④卵石：雜色，飽和，中密-密實(shí)，動(dòng)探實(shí)測(cè)擊數(shù)11～48擊，平均23.52擊。卵石粒徑為2～8 cm，呈亞圓-渾圓狀，成分主要由中風(fēng)化花崗巖、凝灰?guī)r組成，級(jí)配良好，分選性較好，厚度1.00～37.30 m，層底高程-56.92～-25.63 m。

⑤殘坡積粉質(zhì)黏土：褐黃-灰黃色，稍濕，可塑-硬塑，以黏粉粒為主，干強(qiáng)度中等，土質(zhì)細(xì)膩，韌性高，局部含有少量碎石、礫石等，層底高程4.85～52.49 m。

⑥全風(fēng)化花崗巖：灰黃色、褐黃色，巖體極破碎，呈散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈土狀，手捏易散，泡水易軟化、崩解，強(qiáng)度低。該層厚度變化較大，層頂埋深2.60～54.10 m，層頂標(biāo)高-41.14～20.27 m。

⑦強(qiáng)風(fēng)化巖體：包括強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化灰綠巖，以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主。該層厚度變化較大，層厚一般為0.40～27.30 m，層頂埋深0～60.40 m，層頂標(biāo)高-57.90～52.49 m。

⑧中風(fēng)化巖體：包括中風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r、中風(fēng)化輝綠巖，以中風(fēng)化花崗巖為主。巖體風(fēng)化裂隙發(fā)育，RQD為30%～60%，TCR大于90%，屬較堅(jiān)硬巖，巖體質(zhì)量等級(jí)屬Ⅲ級(jí)。該層厚度變化較大，層厚0.50～8.60 m，層頂埋深0.60～79.10 m，層頂標(biāo)高-74.79～50.49 m。

⑨微風(fēng)化巖體：鉆孔中揭露的巖性與中風(fēng)化巖體層相對(duì)應(yīng)。節(jié)理裂隙不發(fā)育，RQD為50%～80%，TCR大于90%，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)屬Ⅱ級(jí)，未揭穿。

1.3 巖土層物理力學(xué)特征

巖土體主要物理力學(xué)指標(biāo)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]有關(guān)要求進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，異常值剔除采用正負(fù)三倍標(biāo)準(zhǔn)差法。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，除個(gè)別指標(biāo)由于土層自身的不均勻性，離散較大(δ>0.3)外，大部分指標(biāo)的變異系數(shù)小于0.3。

根據(jù)室內(nèi)巖、土試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫等結(jié)果，并結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定巖土設(shè)計(jì)參數(shù)(表1)。其中重度(γ)、壓縮模量(Es)、變形模量(Eo)、巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度(R)為平均值；抗剪強(qiáng)度(Ck、φk)為標(biāo)準(zhǔn)值。

1.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

1.4.1 楔形體

擬建橋址東側(cè)妙峰山麓，巖石裸露。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查邊坡巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，有4組主要節(jié)理。①產(chǎn)狀45°∠30°，長(zhǎng)1.5～2.0 m，間距3～15 cm,節(jié)理裂隙面平整、閉合狀，局部微張；②產(chǎn)狀155°∠55°，長(zhǎng)大于3.0 m，間距5～20 cm,呈密集帶，寬0.6 m，節(jié)理裂隙面平整、閉合狀，局部張開(kāi)寬度1～3 mm；③產(chǎn)狀63°∠86°，長(zhǎng)大于2.0 m，間距5～15 cm,節(jié)理裂隙面平整、閉合狀，局部張開(kāi)寬度3～5 mm；④產(chǎn)狀305°∠60°，長(zhǎng)大于3.0 m，間距20～50 cm，節(jié)理裂隙面平整、閉合狀，局部張開(kāi)寬度1～3 mm，見(jiàn)有風(fēng)化黏土礦物。其中①②組節(jié)理成共軛節(jié)理，加上③組近于垂直節(jié)理相互作用、交切形成楔形巖體，④組與邊坡傾向基本一致的節(jié)理的疊加，構(gòu)成影響邊坡穩(wěn)定的楔形體[3]。

1.4.2 風(fēng)化殘留體

擬建主線橋鉆孔QCK16、QXK75、QXK77、QXK93、QXK95，在全風(fēng)化花崗巖層中揭露有中風(fēng)化花崗巖殘留體，厚度1.20～6.90 m；EN匝道鉆孔ENXK3、DFD匝道鉆孔DFDCK4、人行天橋鉆孔TQ-ZK23揭露有厚度1.20～2.00 m的中風(fēng)化花崗巖殘留體。其余鉆孔未揭露，但不排除勘探孔之間分布有風(fēng)化殘留體的可能性。弱風(fēng)化花崗巖殘留體在勘察場(chǎng)地面上分布沒(méi)有顯著的規(guī)律性，以孤立存在為特點(diǎn)；垂向上以單體出現(xiàn)，未見(jiàn)有相鄰風(fēng)化殘留體出現(xiàn)；其體積大小也各異，但直徑一般小于2 m，個(gè)別達(dá)6 m。風(fēng)化殘留體成因與巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在地下水的作用下的差異風(fēng)化作用有關(guān)。風(fēng)化殘留體的存在可能造成巖體風(fēng)化界面可靠埋深的誤判[4]。

表1 巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)建議值

注：帶*號(hào)的為經(jīng)驗(yàn)值。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.1 抗震評(píng)價(jià)

2.1.1 抗震場(chǎng)地類(lèi)別劃分

根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[5]，橋址場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地地表下20 m深度內(nèi)分布土層為人工填土、中砂、淤泥、淤泥質(zhì)土等，據(jù)實(shí)測(cè)剪切波速計(jì)算場(chǎng)地等效剪切波速180 m/s,場(chǎng)地類(lèi)別為III類(lèi)，特征周期為0.55 s。

2.1.2 軟土震陷

根據(jù)鉆孔揭露情況，擬建工程軟弱土(淤泥、淤泥質(zhì)土)除邊坡區(qū)外大部分路段都有，揭露厚度1.60～30.00 m、1.10～23.40 m，實(shí)測(cè)剪切波速值大于90 m/s，根據(jù)規(guī)范，擬建工程在7度地震時(shí)可不考慮震陷影響。

2.1.3 砂層液化

在擬建場(chǎng)地地面下20 m范圍內(nèi)可能液化土層主要分布有中砂，依據(jù)選取的11個(gè)鉆孔的標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果，采用交通工程標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法[6]，對(duì)中砂層進(jìn)行初步液化判別，其中1孔不液化；5孔輕微液化，液化指數(shù)0.10～5.86；5孔中等液化，液化指數(shù)6.59～13.00；無(wú)嚴(yán)重液化。依據(jù)判定在7度地震時(shí)，中砂層會(huì)產(chǎn)生輕微-中等液化；按最不利因素考慮，綜合評(píng)定擬建場(chǎng)地中砂層在7度地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生中等液化。

擬建場(chǎng)地中等液化分布范圍為主線橋K0+410至終點(diǎn)，WSK0+000～WSK0+160，TQSK0+000～TQSK0+130，TQNK0+210至終點(diǎn)，SW0+200至終點(diǎn)及NW匝道全部。

2.2 橋梁工程巖土條件分析與評(píng)價(jià)

2.2.1 基礎(chǔ)型式與持力層建議

由于洪塘大橋荷載較大，而且場(chǎng)地上部土層工程力學(xué)強(qiáng)度低，且局部分布有軟土及液化砂層，不具備天然地基條件。場(chǎng)地局部區(qū)段砂礫卵石厚度較大，最厚達(dá)38.0 m，層底埋深達(dá)56.10 m，其中下部可作為擬建橋梁樁基持力層，但由于只是中部小范圍分布，其他均采用中風(fēng)化層作為樁基持力層，易引起較大的差異沉降。橋基選擇中，中-微風(fēng)化巖力學(xué)強(qiáng)度較高，為不可壓縮層，可滿(mǎn)足橋基設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和變形要求，樁基穩(wěn)定性好。因此，建議各橋墩、橋臺(tái)采用沖孔灌注樁，以中、微風(fēng)化花崗巖或熔結(jié)凝灰?guī)r做為樁端持力層的端承樁方案。中微風(fēng)化花崗巖巖面起伏較大，局部全風(fēng)化花崗巖巖體中存在中風(fēng)化殘留體，可能造成中風(fēng)化界面誤判，建議施工階段加強(qiáng)地質(zhì)驗(yàn)槽。

2.2.2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)福建省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[7]及公路橋函地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[8]，鉆(沖)孔灌注樁的樁側(cè)摩阻力及樁端承載力計(jì)算參數(shù)(表2)。場(chǎng)地內(nèi)中砂層在7度地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生中等液化。因此液化土的樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值及樁水平抗力均應(yīng)折減[9]，折減系數(shù)建議取1/3。

表2 鉆(沖)孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 引橋接線與匝道工程巖土條件分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)工程地質(zhì)鉆探資料并結(jié)合設(shè)計(jì)路面標(biāo)高，擬建橋梁兩端接線、匝道路基存在地表路基工程，其地基土以填土為主。地表路基層整體結(jié)構(gòu)疏密不均勻，厚度變化較大，地基均勻性差。

現(xiàn)有道路區(qū)域范圍內(nèi)填土經(jīng)車(chē)輛多年碾壓，一般已達(dá)密實(shí)狀，根據(jù)同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)，可以作為擬建路基天然地基持力層。

道路拓寬區(qū)域范圍內(nèi)填土層一般呈松散狀，局部稍密，不均勻，穩(wěn)定性差，不宜直接作為路基持力層。填土厚度較薄時(shí)，建議進(jìn)行換填處理；在主線K0+000～K0+300和東輔道DFD0+420～DFD0+500范圍內(nèi)雜填土厚度15～20 m，其下為淤泥層，最大厚度10 m，可采用水泥土攪拌樁、CFG樁或路堤樁進(jìn)行處理。

此外，東側(cè)橋頭拓寬區(qū)域存在高填土，局部填土高度為6～7 m，下伏為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等軟土，必要時(shí)需采取有效的地基處理措施如攪拌樁、CFG樁或路堤樁等進(jìn)行加固處理，以減少新老路基差異沉降[10]。

東輔道匝道下穿主線的車(chē)行箱涵地道總長(zhǎng)50 m，均為暗埋段箱涵。地道開(kāi)挖深度7.50～9.00 m，基底標(biāo)高12.38～13.83 m，寬度約15.00 m，單向縱坡，最低點(diǎn)位于地道外，地道內(nèi)部不設(shè)置泵房。地道中心線位于設(shè)計(jì)道路主線樁號(hào)K0+240處，基坑工程安全等級(jí)為二級(jí)。沿線地下管線雨水管、污水管等沿道路兩側(cè)雙排敷設(shè)，埋深3.00～4.50 m，屬明挖深埋，基坑工程安全等級(jí)為三級(jí)。

勘探資料顯示，地道、地下管線工程主要巖土工程地質(zhì)問(wèn)題為特殊性填土、軟弱土層淤泥對(duì)基坑穩(wěn)定性構(gòu)成影響。基坑表層特殊性填土于坑內(nèi)及外圍分布不均勻，處于松散-稍密狀，整體結(jié)構(gòu)疏密不均勻，厚度變化較大，地基均勻性差，欠壓實(shí)，固結(jié)程度和穩(wěn)定性也差；下伏為軟弱土層淤泥，高壓縮性土，厚度變化較大，地基均勻性一般，力學(xué)強(qiáng)度及工程性能差；基坑邊坡整體穩(wěn)定性差?？拥紫虏客翆右矠殡s填土，穩(wěn)定性相對(duì)較差，需進(jìn)行地基處理?；娱_(kāi)挖深度范圍內(nèi)水位標(biāo)高13.50～20.50 m，抗浮水位標(biāo)高取21.00 m?；娱_(kāi)挖時(shí)，在地下水作用下基坑邊坡會(huì)出現(xiàn)坑壁垮塌現(xiàn)象，將給基坑施工帶來(lái)不利影響，建議采取適當(dāng)?shù)膰o(hù)措施和降、排水措施。

地道工程因基坑兩側(cè)均為現(xiàn)有道路，不具備放坡條件，坑底下伏的中風(fēng)化基巖埋深變化大，界面起伏大，對(duì)地道工程差異沉降控制可能造成影響。建議地基處理采用高壓噴射注漿法[11]滿(mǎn)堂加固或其他有效方法。圍護(hù)措施建議采用排樁+止水帷幕+鋼支撐形式，止水帷幕建議采用旋噴樁。由于雜填土透水性較強(qiáng)，建議采用止水帷幕隔斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系。

管線基坑開(kāi)挖時(shí)，可采用放坡開(kāi)挖，放坡坡率據(jù)該地經(jīng)驗(yàn)可采用1∶1；如場(chǎng)地不能放坡時(shí)，可采用垂直開(kāi)挖，但應(yīng)做好基坑支護(hù)工作，可采用木樁或鋼板樁支護(hù)，確保基坑施工安全。

2.4 邊坡工程巖土條件分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高，福州側(cè)高架橋接線道路擴(kuò)寬路段為挖方段，開(kāi)挖邊坡高度為10～15 m，局部20 m, 邊坡分布主要有殘坡積砂(礫)質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中-微風(fēng)化花崗巖。邊坡工程主要巖土工程地質(zhì)問(wèn)題為殘坡積土層強(qiáng)降雨誘發(fā)崩塌滑坡、順坡結(jié)構(gòu)面巖體(塊)或不穩(wěn)定楔形體滑移、墜落等地質(zhì)災(zāi)害。該段建議進(jìn)行分臺(tái)階放坡開(kāi)挖，單階坡高取8 m，兩階間設(shè)2 m平臺(tái)。坡頂及兩側(cè)應(yīng)設(shè)截排水溝等防排水措施，殘坡積土層及全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化層采用拱形骨架植草防護(hù)，中、微風(fēng)化巖采用素噴混凝土防護(hù)。挖方邊坡坡率按照邊坡巖土層結(jié)構(gòu)的不同，建議采用如下邊坡工程坡率參數(shù)(表3)。

表3 挖方邊坡坡度建議值

3 地質(zhì)條件可能產(chǎn)生的工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(1)東側(cè)丘陵邊坡存在影響邊坡穩(wěn)定的順坡結(jié)構(gòu)面巖體(塊)或楔形巖塊體、孤石滑塌或墜落等地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)采取邊坡防治措施。

(2)橋墩臺(tái)基礎(chǔ)下部存在巖石風(fēng)化界面的花崗巖風(fēng)化殘留體(中-微風(fēng)化巖核)，在實(shí)際應(yīng)用中容易被誤判，影響橋墩臺(tái)基礎(chǔ)穩(wěn)定，應(yīng)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與判定，樁基穿越時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施。

(3)沖積中砂層在7度地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生中等液化，對(duì)接線與匝道路基穩(wěn)定不利，對(duì)樁梁樁基礎(chǔ)影響較小，設(shè)計(jì)施工應(yīng)考慮防范措施。

(4)下穿地道、地下管線埋設(shè)基坑施工時(shí)，側(cè)壁土層松散，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生基坑跨塌，地下水位以下會(huì)產(chǎn)生管涌、流砂、流泥(土)等現(xiàn)象，施工時(shí)應(yīng)采取有效的基坑防護(hù)與防治水措施。

(5)烏龍江航道通航頻率高、過(guò)往船只噸位高，排水量與動(dòng)水壓力大、潛蝕作用強(qiáng)，對(duì)橋墩基礎(chǔ)，特別是主塔墩基礎(chǔ)施工圍堰會(huì)產(chǎn)生基底與側(cè)壁沖刷、滲漏水淹沒(méi)施工場(chǎng)地等，對(duì)施工人員設(shè)備安全危害大，影響橋墩樁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量，危及橋墩基礎(chǔ)穩(wěn)定，應(yīng)采取切實(shí)有效的安全防護(hù)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

洪塘大橋場(chǎng)地因其所處位置地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖土勘察工作具有一定挑戰(zhàn)性。通過(guò)洪塘大橋場(chǎng)地巖土工程勘察，以及采取原狀土樣、巖樣和水樣進(jìn)行室內(nèi)分析測(cè)試的綜合分析并評(píng)價(jià)橋址場(chǎng)地巖土工程條件，提供了橋梁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)所需的巖土物理力學(xué)相關(guān)參數(shù)，為洪塘大橋改建工程施工圖設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的巖土工程資料。目前洪塘大橋設(shè)計(jì)采納了巖土工程勘察報(bào)告建議的基礎(chǔ)類(lèi)型與持力層方案，地基基礎(chǔ)工作已接近尾聲，橋梁樁基施工過(guò)程較順利，保證工程進(jìn)度和質(zhì)量要求。