福州市金山大橋(主橋)巖土工程勘察(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 福州市金山大橋（主橋）巖土工程勘察陳 坤 松 （福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 ）Geotechnical Investigation of Jinshan Bridge in FuzhouChen Kunsong(Fuzhou Planning Design & Research Institute, )【提要】 基于對(duì)金山大橋（主橋）的詳細(xì)勘察，對(duì)卵石層和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的精確測(cè)試和評(píng)價(jià)，建議大部分橋墩采用卵石層為樁端持力層，主跨橋墩采用強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為樁端持力層的基礎(chǔ)方案，使樁長(zhǎng)大幅度縮短，為設(shè)計(jì)和施工采納，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。【關(guān)鍵詞】 勘探手段 巖土層特征 持力

2、層選擇 【Abstract】Based on in-situ testing and exploring during detailed geotechnical investigation of Jinshan Bridge in Fuzhou, this paper preferred gravels as bearing layer for piles of most piers, and heavily-weathered granite for great main piers, which sharply shortened most piles of original desig

3、n and brought great economical cut-down during later design and construction. 【Keywords】 exploratory method properties of stratums determination of bearing stratum1 前 言福州金山大橋（閩江六橋）位于福州市區(qū)西部，距三縣洲大橋3.32 km處。該橋北（港）起工業(yè)路，沿祥坂路向南（港）跨越閩江，接金山新區(qū)金山大道。大橋全長(zhǎng)1332 m，其中主橋長(zhǎng)790 m，單孔最大跨徑110 m，一般跨徑40 60 m，為特大型橋梁, 橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為

4、城市I級(jí)主干道。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)最大單樁承載力18000 KN 。市政工程勘察復(fù)雜程度為類(lèi)。2 勘察概況 金山大橋（主橋）勘察分三個(gè)階段執(zhí)行。2.1 工程可行性研究階段 于1996年11月進(jìn)行，歷時(shí)半個(gè)月。目的是對(duì)擬建橋址的穩(wěn)定性和適宜性等作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。在收集、分析己有資料的基礎(chǔ)上，為不影響水面交通盡快提交成果,決定在閩江兩岸各施工一個(gè)機(jī)械鉆孔，深度進(jìn)入中 - 微風(fēng)化巖5 m，實(shí)際孔深達(dá)71 m和62 m 。同時(shí)利用物探手段，邀請(qǐng)福建省建筑設(shè)計(jì)院采用當(dāng)時(shí)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的sws - 2型多波列數(shù)字圖像工程勘察與測(cè)試系統(tǒng)，沿橋位過(guò)江中軸線進(jìn)行水上地震勘察。根據(jù)連續(xù)采集到的彈性脈沖波沿水

5、下介質(zhì)傳播在不同的介質(zhì)面上產(chǎn)生的反射信號(hào)， 經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)處理,反映在測(cè)線彩色剖面圖中對(duì)應(yīng)的基巖面的同相軸連續(xù)無(wú)突變,結(jié)合鉆探資料，初步判定擬建橋位河床下，無(wú)隱伏斷層等構(gòu)造痕跡。對(duì)擬建橋位主要持力層及其產(chǎn)出狀態(tài)，有了初步了解。2.2 初步勘察階段 于1998年6月開(kāi)始，歷時(shí)兩個(gè)月?？辈鞎r(shí)，正值閩江洪水期，水量大、水流急。根據(jù)擴(kuò)初設(shè)計(jì)的任務(wù)要求及場(chǎng)地條件，確定避開(kāi)主航道，在水陸洲及鄰近的非主跨墩位置，施工了9個(gè)鉆孔，深度穿透卵石層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖1 3 m，個(gè)別鉆孔進(jìn)入中風(fēng)化基巖1 m許，實(shí)際孔深52 71 m 。勘探手段著重原位測(cè)試工作，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和重型重力觸探測(cè)試，重點(diǎn)查明主要持力層卵石層的產(chǎn)

6、出狀態(tài)、均勻性、密實(shí)性及變化規(guī)律等。金山大橋?qū)俚卣鹆叶葹?度區(qū)的特大型橋梁，在初勘階段，需要對(duì)擬建橋梁的地震安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，此項(xiàng)工作委托福建省地震地質(zhì)工程勘察院進(jìn)行。根據(jù)區(qū)域調(diào)查資料，結(jié)合鉆探原位測(cè)試資料及物探成果，提供了金山大橋抗震設(shè)防及計(jì)算指標(biāo)參數(shù)。初步勘察基本查明了橋址處的地質(zhì)構(gòu)造，地層結(jié)構(gòu)以及巖土工程特性等。2.3 詳細(xì)勘察階段 于1999年2月至5月進(jìn)行，歷時(shí)3個(gè)月。根據(jù)施工場(chǎng)地的實(shí)際條件和先期勘察成果，并滿足施工圖設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求，確定在施工單位進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)于擬建橋梁墩位處，搭設(shè)施工平臺(tái)時(shí)展開(kāi)，鉆孔布設(shè)僅需滿足每個(gè)橋墩有一個(gè)鉆孔控制即可。深度要求，一般橋墩鉆孔仍以控制卵石層產(chǎn)出厚度為

7、準(zhǔn)，對(duì)主航道兩側(cè)（亦即跨度為110 m的主跨），深度均要求進(jìn)入中風(fēng)化基巖3 m 。但由于在鉆進(jìn)穿越卵石層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖30余米時(shí)，尚未觸及中風(fēng)化巖，考慮到巨厚層的強(qiáng)風(fēng)化巖具備的相當(dāng)可觀的摩檫阻力，通過(guò)計(jì)算并經(jīng)設(shè)計(jì)同意決定終止鉆探，實(shí)際最大孔深86 m 。詳勘階段仍著重查明主要持力層卵石及風(fēng)化巖的產(chǎn)出特征，為橋墩臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)施工方案確定等提供工程地質(zhì)資料和計(jì)算參數(shù)，分析和評(píng)價(jià)地基強(qiáng)度和變形特征。3 橋址工程地質(zhì)背景分析3.1 區(qū)域地質(zhì)、地貌 金山大橋位于閩江下游，為福州第四紀(jì)斷陷盆地中編西部位。其大地構(gòu)造位置屬于武夷-戴云隆褶帶與臺(tái)灣海峽沉降帶之間的閩東火山斷拗帶。 二級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)t位于福鼎

8、 - 云屑斷陷帶北段。就其地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境而言， 本區(qū)為中生代以來(lái)，太平洋板塊與歐亞板塊俯沖 - 碰撞的構(gòu)造環(huán)境。據(jù)調(diào)查資料，橋址附近存在棋盤(pán)式斷裂構(gòu)造，但全新世以來(lái)，未見(jiàn)活動(dòng)跡象，橋址處未有斷裂構(gòu)造帶通過(guò)，區(qū)城構(gòu)造對(duì)建橋無(wú)不利影響。 金山大橋橋位處地勢(shì)平坦、開(kāi)闊，不存在邊坡效應(yīng)條件。該處河床總寬735 m，在距北岸（港）160 m處有一小河洲，河床呈不對(duì)稱心型復(fù)式斷面，主河汊為南汊，寬約510 m 。3.2 巖土層分布特征 擬建場(chǎng)地在自然地面下60 70 m深度范圍內(nèi)的土層，隸屬淤積及閩江第四系沖、洪積沉積物。主要由飽和粘性土、砂土、卵石等組成。具水平層位分布特點(diǎn)。根據(jù)地基土的成因、土層結(jié)構(gòu)及

9、土的物理力學(xué)性質(zhì)等綜合分析，巖土層自上而下簡(jiǎn)介如下： 雜填土：厚1.5 5.2 m，僅見(jiàn)于南北兩岸。 粉質(zhì)粘土：厚2.8 m，很濕，可塑，僅見(jiàn)于北岸。 淤泥：厚度6.1 m，飽和流塑，僅見(jiàn)于北岸。 中砂：厚度6.1 18.5 m，飽和稍密，局部夾淤泥，全場(chǎng)分布。 砂質(zhì)粘土：最大厚3.1 m，很濕、可塑，局部分布。 中砂：厚4.6 9.0 m，飽和、中密，僅見(jiàn)于北岸。 淤質(zhì)土：厚9.0 23.2 m，飽和、軟塑-流塑，局部夾粉細(xì)砂或粉質(zhì)粘土。全場(chǎng)分布。 砂質(zhì)粘土：厚1.4 m，很濕、可塑，僅見(jiàn)于北岸。 中砂：最大厚11.8 m，飽和、中密，主要分布于南北兩岸，河床下零星產(chǎn)出，變化大。 卵石：厚度

10、9.2 24.5 m，飽和、中密-密實(shí)，分布穩(wěn)定。未發(fā)現(xiàn)夾層,該層卵石成分以火成巖為主，一般粒徑3 15 cm，卵石含量上部30 % 40 %，下部50 % 60 %，動(dòng)探指標(biāo)為20 70擊/10 cm，局部有反彈。變形摸量,內(nèi)摩擦角,本層層面起伏不大，相鄰墩位鉆孔揭示起伏差不超過(guò)3 m。 殘積砂質(zhì)粘性土：層厚2.10 9.80 m，濕、可塑 - 硬塑，全場(chǎng)分布。 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：主橋敦位置最大控制厚度39m，未穿，但在兩岸鉆孔中揭示厚度僅2 5 m。 中風(fēng)化花崗巖：僅兩岸鉆孔揭示。地基土分布見(jiàn)圖1。 圖1 工程地質(zhì)剖面圖3.3 水文地質(zhì)條件 （1） 水文概況橋位區(qū)既受涇流的影響，也受潮流的影晌

11、。汛期洪水對(duì)橋址的影響特別顯著。金山大橋以三百年一遇洪峰流量為設(shè)計(jì)流量，其值為11200 /s，采用北港分流法考慮，北港分流比為28 % 。三百年一遇洪水水位10.499 m，水面比降0.296 %，設(shè)計(jì)流速為1.43 /s斷靣最大流速為2.12 m/s（均為設(shè)計(jì)洪潮組合） 。 勘察期間，在岸上鉆孔觀測(cè)到穩(wěn)定水位標(biāo)高4.1 4.9 m，屬填土層中的孔隙水，為上層滯水水位，受大氣降水及閩江水位影響。場(chǎng)地（4）單元中砂層內(nèi)地下水與閩江水相通。閩江水位日變化幅度較大，一般情況下，標(biāo)高在6.0 9.0 m間變化。 （2）場(chǎng)地水對(duì)建筑材料的腐蝕性評(píng)價(jià) 橋址處環(huán)境類(lèi)別劃分為類(lèi)A型。根據(jù)6組水樣的水質(zhì)分析報(bào)

12、告，橋址處水質(zhì)對(duì)鋼筋砼中的鋼筋不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對(duì)混凝土具中等腐蝕性。4 場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)福州市在地震區(qū)劃圖上，屬于地震基本列度7度區(qū)，場(chǎng)地設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，屬設(shè)計(jì)地震分組第一組。據(jù)福建省地質(zhì)地震工程勘察院報(bào)告，本場(chǎng)地位于東南沿海地震帶北段，即福州第四紀(jì)斷陷盆地內(nèi)，屬活動(dòng)的構(gòu)造盆地，其控制性斷層為棋盤(pán)格式斷裂構(gòu)造，斷裂長(zhǎng)幾公里 至十幾公里，寬度幾米 至 十幾米。場(chǎng)地鄰近地區(qū)斷層全新世以來(lái)未見(jiàn)活動(dòng)的跡象。金山大橋橋址兩岸均無(wú)斷層通過(guò)，適宜本工程建設(shè)。本場(chǎng)地屬抗震不利地段4.1 場(chǎng)地土類(lèi)型和場(chǎng)地土類(lèi)別 根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判定。 據(jù)兩個(gè)鉆孔的測(cè)試成

13、果，本場(chǎng)地距地面下20 m范圍內(nèi)等效剪切波速Vse分別為150 m/s和165 m/s，場(chǎng)地覆蓋層厚度大于50 m，地基土抗震分類(lèi)應(yīng)屬中軟場(chǎng)地土，類(lèi)建筑場(chǎng)地。4.2 場(chǎng)地土卓越周期 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，各測(cè)點(diǎn)地表常時(shí)微動(dòng)卓越周期平均值：E - W向?yàn)?.38 s，S - N向?yàn)?.39 s，U - D向?yàn)?.32 s 。4.3飽和砂土地震液化和軟土震陷評(píng)判 場(chǎng)地距地表下20 m以上見(jiàn)有（4）單元中砂層為飽和砂土，按抗震規(guī)范，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行判別，該中砂層80 %為不液化砂土，20 %為可液化土，液化指數(shù)為0.91.7。判斷本層砂土為液化土層，液化等級(jí)為I級(jí)（輕微） 。 場(chǎng)地存在（3）單元淤泥層

14、和（7）單元淤質(zhì)土層，據(jù)波速測(cè)試，其等效剪切波速均大于90 m/s，因此，可不考慮軟土震陷問(wèn)題。5 樁基方案和持力層的選擇 金山大橋主橋樁基采用鉆孔灌注樁，其持力層及樁長(zhǎng)、樁徑的選擇尚需考慮三個(gè)方面的問(wèn)題，即橋位處的巖土工程條件，不同橋墩的荷載差異及橋址處水流對(duì)樁的影響。在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇合理的樁基持力層，樁徑及樁的長(zhǎng)度。5.1 金山大橋主橋巖土工程條件 主橋地層可分三段; 上段土層，由閩江南北港兩岸鉆孔揭露， - 層由雜填土、粘土和淤泥組成。強(qiáng)度低，屬高壓縮性土層，工程性能差。中段上部土層，層號(hào) - ，主要為淤泥、粘性土、砂土等交替產(chǎn)出。其中層中砂層有一定厚度，

15、但埋藏淺，承載力不足且為可液化土層，不能做持力層使用。其他各層產(chǎn)出不均勻亦不宜作樁端持力層使用。中段下部土層，層號(hào)、為卵石層和殘積砂質(zhì)粘土層。卵石層埋藏于自然地面下26 43m間，標(biāo)高約 -29 -36m間，產(chǎn)出穩(wěn)定，厚度大，強(qiáng)度高，是較好的樁端持力層。第層，殘積砂質(zhì)粘土層，弱于第層。該層厚度薄，產(chǎn)出不勻，不宜作持力層使用。 下段土層，第強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層和中風(fēng)化花崗巖層。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖在兩岸產(chǎn)出厚度僅2 5 m，但在河床下，其產(chǎn)出厚度巨大。其中，主跨墩鉆孔厚39 m未揭穿。該層和其下臥中風(fēng)化巖層強(qiáng)度高，均可考慮為樁基持力層。主要地基土樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。 表1 主要地基土樁基設(shè)計(jì)參數(shù)表 地層代號(hào)地

16、層名稱天然重度(KN/M3)壓縮模量Es1-2(MPa)鉆孔灌注樁i(KPa)(KPa)雜填土粘土18.03.035-40120淤泥16.22.023-2860中砂18.535-40130砂質(zhì)粘土19.55.7140-45220中砂19.040-45170淤質(zhì)土17.23.6725-3080砂質(zhì)粘土19.66.4550-55150中砂19.538-42180卵石21.0250-280800-900殘積土21.05.8055-96280-300強(qiáng)風(fēng)化巖22.090-110650-7005.2 持力層選擇 金山大橋?qū)偬卮笮蜆蛄?，荷載大，對(duì)變形控制比較嚴(yán)格。因此，主橋基礎(chǔ)初設(shè)方案曾考慮將基礎(chǔ)全部置于

17、中風(fēng)化基巖上。但勘察資料揭示，河床下部花崗巖風(fēng)化十分強(qiáng)烈，中風(fēng)化花崗巖埋深過(guò)大。而基巖以上存在分布穩(wěn)定的卵石層，該層厚度大，承載力高，變形小，仍不失為一個(gè)較好的持力層。如將全部橋墩基礎(chǔ)置于中風(fēng)化基巖上，雖然，其作為橋墩基礎(chǔ)有強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，但由于埋藏深，巖面標(biāo)高變化大，且需穿越9 24 m厚的卵石層，在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都不盡合理。因此，建議對(duì)于承載力較低的非主跨橋墩，其持力層采用卵石層。對(duì)位于主航道兩側(cè)的主跨橋墩，跨徑大，荷載大，所處位置水流湍急，樁身受水平推力大，如同樣將樁端置于卵石層內(nèi)，恐難以滿足要求，而該處強(qiáng)風(fēng)化巖呈巨厚狀產(chǎn)出，具有相當(dāng)可觀的樁側(cè)摩阻力，作摩擦端承樁當(dāng)可滿足主跨橋墩對(duì)持力層的

18、使用要求。5.3 樁徑、樁長(zhǎng)的確定，單樁承載力的估算 樁端持力層的選擇及單樁承載力的估算，與一般民用建筑有所不同。對(duì)于橋梁來(lái)講，其基礎(chǔ)荷載是一種活荷載。同時(shí)，橋梁在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中，還將受到水流引起的水平推力以及洪水沖刷的考驗(yàn)。 （1）樁長(zhǎng)與樁徑 本場(chǎng)地卵石的均勻性在垂直方向上有一定變化，上段3 4m，動(dòng)探擊數(shù)（重）在20 40擊，下段一般在50 70擊間。非主跨橋墩樁的長(zhǎng)度建議樁端平面處入卵石層的深度5 10m，采用大口徑鉆孔灌注樁，樁徑選用1500 1800mm，具體視施工條件而定。若采用一樁一柱作為非主跨橋墩的基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)說(shuō)是最佳技術(shù)方案。對(duì)于主跨橋墩，仍采用大口徑鉆孔灌注樁，樁端應(yīng)穿越卵石層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖相當(dāng)深度，以獲取足夠的樁側(cè)阻力。如施工難度大，也可采用多樁單柱的型式,減少樁長(zhǎng)?？紤]到洪水沖刷的影響，樁端平面處進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖應(yīng)不少于5 m。 （2）單樁承載力的估算 單樁承載力的估算（見(jiàn)表2），按交通部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTJ024 - 85）中的計(jì)算公式進(jìn)行。 鉆（挖）孔灌注樁的容許承載力 式中 表2 單樁承載力估算結(jié)果孔 號(hào)樁 長(zhǎng)(m)樁 徑(mm)持 力 層容許承載力(KPa)3461500卵石91003461800