黄河特大桥工程地质勘察说明书

兰州新区至兰州中通道高速公路工程初步设计阶段黄河特大桥工程地质勘察说明书1工程概况黄河特大桥位于兰州市七里河区，为路线跨越黄河河道而建设，中心里程桩号为K59+855,起讫桩号K57+970-K61+740。我院于2015年10月23日至2015年12月01日进行了工程地质勘察工作。本次勘察共布置钻孔19个，实际完成钻孔17个，完成工作量详见下表：表1-1 完成工作量一览表序号孔号里程设计孔深（m）实际孔深（m）动力触探（m）原状土样（组）扰动样（件）LU岩样（组）水样（件）1H-CQ-ZK1K57+970.00050.050.01.2/67/2H-CQ-ZK2K58+050.00050.051.0//37/3H-CQ-ZK3K58+195.00050.050.8//28/4H-CQ-ZK4K58+340.00050.050.9/////5H-CQ-ZK5K58+585.00050.050.80.5//6/6H-CQ-ZK6K58+665.00050.051.0/4///7H-CQ-ZK7K57+985.00050.050.0////18H-CQ-ZK8K58+065.00050.051.00.5//7/9H-CQ-ZK9K58+210.00050.050.6////黄河水10H-CQ-ZK10K58+355.00050.051.3//28/11H-CQ-ZK11K58+500.00050.051.6//27/12H-CQ-ZK12K58+580.00050.051.20.4//8/13H-CQ-ZK13K58+760.00050.045.2//6//14H-CQ-ZK14K58+980.00050.045.20.6///排洪沟水15H-CQ-ZK16K61+140.00050.045.6/57//16H-CQ-ZK18K61+540.00050.052.51.1////17H-CQ-ZK19K61+740.00050.048.8/39//合计850847.54.31237553各勘探点孔位测放由设计院提供的钻孔座标和GPS控制点采用全站仪定位，高程由控制点引测而得。

HHTDQ-12工程地质条件地形地貌黄河特大桥桥址区属侵蚀堆积河谷地貌。桥位轴线的地面高程介于1513.10〜1582.29m,相对高差69.19m。该桥横跨黄河河道，河道为长期性流水河道，桥址两端桥台所在区地貌单元属黄河二级阶地，地势较平缓，整个桥址区地形起伏不大。桥位起点位于黄河北岸，桥位终点位于兰临高速兰州南出口。地质构造根据区域地质资料及钻探揭露，桥位区内断裂、构造不发育，下伏基岩为新近系泥岩（N）和泥质砂岩（N）。地层岩性根据地质调查、物探及钻孔揭露，工点区出露地层为人工成因杂填土（Q4ml）（局部揭露素填土和耕土）、第四系全新统冲洪积层卵石（Q4al+pl）（局部有冲洪积成因粉质黏土、粉土、细砂、角砾透镜体）、新近系泥岩（N）及新近系泥质砂岩（N）。①人工成因杂填土（Q4ml）：杂色，稍密，稍湿，土质不均匀，主要由人工回填的砂砾石及建筑垃圾为主。在H-CQ-ZK2〜H-CQ-ZK4、H-CQ-ZK8〜H-CQ-ZK10、H-CQ-ZK19钻孔控制范围内缺失，层厚为2.00〜6.30m,层底埋深为2.00〜6.30m,层底高程为1512.09〜1563.09m。①］人工成因素填土（Q4ml）：杂色，稍密，稍湿，土质不均匀，主要由人工回填的砂砾石及粉土为主。仅在H-CQ-ZK8和H-CQ-ZK19钻孔控制范围内发育，层厚为2.40〜4.00m,层底埋深为2.40〜4.00m,层底高程为1515.73〜1579.89m。②第四系全新统冲洪积层卵石（Q4al+pl）：杂色，中密，稍湿〜饱和，粒径大于20mm的颗粒占总质量的60%〜75%,一般粒径20〜60mm,最大粒径为300mm，其中泥质含量约为4%,局部含泥量比较高。颗粒级配良好，分选性差，磨圆度好。成分以长石、石英为主。该层在本次勘探钻孔范围内连续分布，在钻孔H-CQ-ZK13〜H-CQ-ZK14、H-CQ-ZK16、H-CQ-ZK18〜H-CQ-ZK19控制范围内未揭穿，最大揭露厚度40.80m,最大揭露深度52.50m。地基承载力基本容许值600KPa,桩侧土摩阻力标准值140KPa。②］第四系全新统冲洪积层细砂（Q4M+PI）：杂色，稍密，稍湿，砂质较均匀，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85%,局部零星含有砾石，成分以长石、石英为主。仅在H-CQ-ZK19钻孔控制范围内揭露，层厚为1.80m,层底埋深为9.80m,层底高程为1572.49m。地基承载力基本容许值125KPa,桩侧土摩阻力标准值30KPao②2第四系全新统冲洪积层角砾（Q4M+PI）：杂色，中密，稍湿饱和，粒径大于2mm的颗粒占总质量的60%〜75%,粒径大于20mm的颗粒含量占5%〜10%,最大粒径为1000mm,其中泥质含量约为4%,局部含泥量比较高。颗粒级配良好，分选性差，磨圆度差。成分以长石、石英为主。仅在H-CQ-ZK1〜H-CQ-ZK2、H-CQ-ZK7、H-CQ-ZK18钻孔控制范围内揭露，层厚为1.60〜10.80m,层底埋深为7.90〜40.50m,层底高程为1510.58〜1524.79m。地基承载力基本容许值280KPa,桩侧土摩阻力标准值90KPa。②3第四系全新统冲洪积层粉土（Q/+PO：黄褐色，稍湿-饱和，土质较均匀，孔隙较发育，干强度较低，光泽度一般，韧性较低，无摇振反应。仅在H-CQ-ZK1、H-CQ-ZK5〜H-CQ-ZK6、H-CQ-ZK16、H-CQ-ZK18〜H-CQ-ZK19钻孔控制范围内揭露，层厚为0.80〜7.20m,层底埋深为4.40〜41.30m,层底高程为1504.89〜1574.29m。地基承载力基本容许值120KPa,桩侧土摩阻力标准值30KPao②4第四系全新统冲洪积层粉质黏土（Q/-pO：灰色，稍湿，土质较均匀，干强度较高，摇振反应一般，刀切面有光泽，韧性中等，带腥臭味。仅在H-CQ-ZK14钻孔控制范围内揭露，层厚为4.10m,层底埋深为9.00m,层底高程为1514.56m。地基承载力基本容许值lOOKPa,桩侧土摩阻力标准值25KPao③新近系强风化泥质砂岩（N）：棕红色，细粒结构，层状构造，泥质胶结，岩芯较破碎，多呈短柱状，节长5-15cm之间。仅在H-CQ-ZK1、H-CQ-ZK4〜H-CQ-ZK8、H-CQ-ZK11钻孔控制范围内揭露,层厚为5.10〜16.50m,层底埋深为18.00〜33.00m,层底高程为1490.38〜1501.23m。地基承载力基本容许值400KPa,桩侧土摩阻力标准值55KPao③］新近系强风化泥岩（N）：棕红色，泥质结构，层状构造，泥质胶结，遇水易软化、崩解,岩芯较破碎，多呈短柱状，节长5-15cm之间。仅在H-CQ-ZK2〜H-CQ-ZK4、H-CQ-ZK6、H-CQ-ZK9〜H-CQ-ZK12钻孔控制范围内揭露,层厚为2.70〜13.70m,层底埋深为11.90〜26.30m,层底高程为1492.09〜1505.35m。地基承载力基本容许值350KPa,桩侧土摩阻力标准值55KPa。④新近系中风化泥质砂岩（N）：棕红色，细粒结构，层状构造，泥质胶结，岩芯较完整，多HHTDQ-2呈短柱状、长柱状，节长10-60cm之间不等。本次勘察未揭穿该层，最大揭露厚度32.8m,最大揭露深度51.20m。地基承载力基本容许值600KPa,桩侧土摩阻力标准值130KPa。④1新近系中风化泥岩（N）：棕红色，泥质结构，层状构造，泥质胶结，遇水易软化、崩解,岩芯较破碎，多呈短柱状、长柱状，节长10-60cm之间。本次勘察未揭穿该层，最大揭露厚度30.90m,最大揭露深度50.80m。地基承载力基本容许值550KPa,桩侧土摩阻力标准值30.90m,最大揭露深度50.80m。地基承载力基本容许值550KPa,桩侧土摩阻力标准值120KPa。照片2・2H・CQ・ZK13岩芯照片（卵石）照片2・3H・CQ・ZK7岩芯照片（角砾） 照片2・4H・CQ・ZK19岩芯照片（细砂）照片2・1H・CQ-ZK16岩芯照片（粉土）照片2・5H・CQ・ZK5岩芯照片（泥质砂岩）照片2・6H・CQ・ZK7岩芯照片（泥岩）水文地质条件地表水工点区地表水系较发育，主要是在桩号里程K58+100—K58+400处为黄河，地表水自西北向东南方向径流，接受大气降水及沟谷两侧山体表层第四系孔隙潜水的侧向补给，水量大小随季节动态变化明显。地下水通过钻孔简易水文观测，该工点区仅在桩号里程H-CQ-ZK1—H-CQ-ZK14控制的范围内揭露地下水。地下水以潜水的形式存在，具有微承压性。②层卵石、②2层角砾为地下水含水层，稳定水位埋深为0.00〜13.80m,即高程为1509.58〜1516.40米。地下水主要接受大气降水补给，地下水位变幅约1.5米，在黄河南岸地下水自西南向东北方向径流，北岸地下水自东北向西南方向径流。含水层②层卵石的渗透系数为60m/d。环境水腐蚀性评价根据水质检分析资料（见表2-1）,依据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）附录K表K.0.2-1〜K.0.2-4判断，该桥址区地下水及地表水在I类环境下对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性。HHTDQ-3表2・1水质分析结果统计表水木PH值Cl-mg/LSO2-mg/4LHCO3mg/LCawig/LMg2+mg/L游离co2mg/L侵蚀性co2mg/L排洪沟水6.73161.73126.5570.50109.5119.470.000.00H-CQ-ZK77.74341.4287.61317.2889.2319.470.000.00黄河水7.6271.88107.0830.2256.7819.470.000.00地震及地震动参数根据甘肃省地方标准《建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)附录A甘肃省乡(镇)抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震分组及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录A：“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”中A.0.25第4条:桥址区地震基本烈度为8度，设计地震加速度为0.20g,设计地震分组为第三组，地震动反应谱特征周期为0.45s。依据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)3.1条判定：该桥梁抗震设防类别为B类，桥梁抗震措施设防烈度为9度。工点内地基土在勘探深度内，②3层粉土在钻孔H-CQ-ZK6为饱和土，依据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)有关条款初步判定需要考虑液化影响，需进一步判别。根据规范进一步判定工点内②层粉土为可液化土层，饱和粉土黏粒含量大于13,综合判定场地地基的液化等级3为不液化。拟建工程建筑抗震设防类别为B类，因此在设计时不考虑液化问题。该桥址区地质构造不发育，地层分布相对稳定，无大的不良地质现象，②层粉土为可液化3土层，综合判定场地地基的液化等级为不液化。根据我院提供的波速报告：场地内①层杂填土、①1层素填土、②1层细砂、②3层粉土、②4层粉质黏土为中软土，②层卵石、②2层角砾属中硬土，③层强风化泥质砂岩、③1层强风化泥岩、④层中风化泥质砂岩、④J层中风化泥岩属软质岩石。场地等效剪切波速为298.1〜334.6m/s,依据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)4.1.3条判定，场地类别为H类场地，建筑场地属于建筑抗震一般地段。桥址区新构造运动不强烈，断裂构造不发育，属相对稳定地块，地基稳定，适宜公路桥梁建设。不良地质桥址区总体地形起伏较大，北岸斜坡上覆盖层较薄，植被较发育，现状条件下未见有滑坡、崩塌等不良地质发育。特殊性岩土根据地质调绘及钻探揭露，桥址主要有粉土分布，根据钻孔采取原状土样，室内土工试验资料显示，依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）第2.3.7条规定判定（见表2-7）,拟建桥址桥台区属非湿陷性场地。3岩土体工程地质特征及持力层选择3.1岩土体工程地质特征根据钻探揭露及地质调查，现对桥址区岩土体工程地质特征分析评价如下：杂填土（①）：分布不连续，厚度薄，未完成自重固结，工程性能差，施工时应予剥除素填土（①）：分布不连续，厚度薄，未完成自重固结，工程性能差，施工时应予剥除；1卵石（②）：分布连续，承载力较高，工程性能较好，H-CQ-ZK13、H-CQ-ZK14.H-CQ-ZK16、H-CQ-ZK18、H-CQ-ZK19等钻孔中厚度大，可作为桥墩基础持力层；细砂（②）：分布不连续，承载力低，厚度变化大，不宜作为桥墩基础持力层；1角砾（②）:分布不连续，承载力低，厚度较小，不宜作为桥墩基础持力层；2粉土（②）:分布不连续，承载力较低，工程性能较差，不宜作为桥墩基础持力层；3粉质黏土（②）:分布不连续，呈可塑状，承载力较低，工程性能较差，不宜作为桥墩基础4持力层；强风化泥质砂岩（③）：分布不连续，岩体破碎，岩芯呈块状、短柱状，承载力低，工程性能差，不宜作为桥墩基础持力层。强风化泥岩（④）:分布不连续，岩体破碎，岩芯呈短柱状，承载力低，工程性能差，不宜1作为桥墩基础持力层。中风化泥质砂岩（④）：分布不连续，岩芯多呈短柱状、长柱状，总体RQD值较高。岩石力学性较好，饱和抗压强度较高，承载力较高，可作为桥墩基础持力层。中风化泥岩（④）：分布不连续，岩芯呈短柱状、长柱状，遇水易软化、崩解，承载力高，1工程性能较好，为桥墩基础良好持力层。HHTDQ-4岩土物理力学性质原位测试本次初勘根据规范要求对粉土、粉质黏土、细砂、泥岩采用标准贯入试验，对碎石类土层采用Nq,重型动力触探试验。各层试验指标统计值见表3-1：OJ.J表3-1 各土层原位试验统计表序号分层代统计个数岩层定名锤击数修正锤击数^63.5N.1②37卵石29.817.33②26角砾13.911.84②310粉土9.88.25②42粉质黏土7.05.46③14强风化泥岩60.841.87④2中风化泥质砂岩108.070.68④12中风化泥岩94.065.23・2.2室内试验本次勘察特大桥桥位区钻孔取样：原状土样12组、土腐蚀样5件、砂样37件，岩样55组。各土层物理力学性质见物理力学指标统计表（附表3-1）根据地基土易溶盐分析资料（见表3-2）,依据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）附录K表K.0.2-1〜K.0.2-4判断，该桥址区地基土在I类环境下对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。表3・2场地土腐蚀性分析结果统计表孔号 、一PH值Ca2+mg/kgMg2+mg/kgCL-mg/kgSO2-mg/kg4HCO^-mg/kgH-CQ-ZK6-1-18.04280.0074.00140.00820.00470.00H-CQ-ZK6-2-17.98140.0074.00140.00200.00590.00H-CQ-ZK6-3-17.99120.0074.00194.00120.00470.00H-CQ-ZK6-4-18.07100.0062.00162.00120.00160.00H-CQ-ZK2118.01110.0049.00159.0068.00130.00设计参数建议本次勘察对大桥各类岩土参数的取值依据原位测试及岩土试验，进行认真系统的数理统计计算，并将统计数据根据规范中推荐的经验公式进行计算，取得了供设计采用的各项参数值，如表3-3：表3-3 岩土物理力学性质及设计参数建议值表项目层号及岩土名称压缩模量(MPa)变形模量(MPa)单轴饱和抗压强度(MPa)承载力基本容许值(kPa)桩的极限侧阻力标准值(kPa)基底摩擦系数〃②卵石/25.5/6001400.50②侧砂/15.5/125300.30②。角砾/20.0/280900.35②方土6.6//120300.35②粉质黏土46.6//100250.35③强风化泥质砂岩///400550.35③］强风化泥岩///350550.40④中风化泥质砂岩///6001250.50④1中风化泥岩///5501200.454桥位区工程地质条件适宜性评价桥位工程地质条件评价该特大桥为跨越黄河而设，桥位地层上部覆盖物主要以第四系全新统冲洪积层卵石、细砂、角砾、粉土、粉质黏土Qji+pi)为主，下伏基岩为新近系泥岩和泥质砂岩N)，地表水较发育。桥位整体地形较平缓，不良地质作用不发育，工程地质条件一般。桥位区位于地震设防9度区，区域内地壳稳定性属稳定区。综合分析，适宜建桥。桥台、桥墩稳定性评价及基础形式、基础持力层建议桥台稳定性评价及基础形式、基础持力层建议(1)黄河北岸：此处为挖方路基段，桥台位于斜坡上部靠近坡面位置。桥台处上覆土层厚HHTDQ-5度约22O23.0m,下伏基岩为片麻岩或新近系泥岩、泥质砂岩，岩层倾向几乎水平，坡体由于边坡防护，自然状态下稳定。但开挖易引发上覆土层失稳，故施工过程中应重视并做好必要的防护支挡工作。(2)黄河南岸兰临高速兰州南出口位置：桥台位于兰临高速兰州南出口位置。桥台处上覆土层厚度约10m左右，下伏地层为第四系全新统冲洪积层卵石，坡体自然状态下稳定。但开挖易引发上覆土层失稳。根据桥位区地形地貌条件、岩土分布特征、埋藏条件，结合拟建桥的桥型结构设计特征：建议黄河北岸桥台采用扩大基础形式，以中风化泥岩、泥质砂岩为基础持力层，黄河南岸兰临高速兰州南出口桥台采用桩基础形式，以卵石层为基础持力层，应满足抗震和相关规范要求，且基础埋深应满足抗滑稳定性的要求，保证持力层具有足够的安全厚度。黄河北岸桥台区揭露到地下水，地下水对基础施工影响较大，应采取降水措施。桥墩稳定性评价及基础形式、基础持力层建议桥墩位于沟谷、河道地带，斜坡坡面自然状态下稳定。桥墩区覆盖层厚度变化较大，根据桥位区地形地貌条件、岩土分布特征、埋藏条件，结合拟建桥的桥型结构设计特征：建议黄河北岸桥台采用扩大基础形式，以中风化泥岩或中风化泥质砂岩为基础持力层，黄河南岸兰临高速兰州南出口桥台采用桩基础形式，以卵石层为基础持力层。桥墩处中风化泥岩和泥质砂岩埋藏条件较好，岩石强度较高，分布连续，为良好的桥墩基础持力层。结论(1)通过本次勘察，初步查明了桥址区工程地质条件、水文地质条件，取得的技术成果资料可满足初步设计要求。(2)该大桥为跨越黄河河道而设，桥位地层上部覆盖物主要以第四系全新统冲洪积层卵石、细砂、角砾、粉土、粉质黏土(Q4M+PI)为主，下伏基岩为新近系泥岩和泥质砂岩(N),地表水发育。不良地质作用不发育，工程地质条件一般。适宜建桥。(3)根据甘肃省地方标准《建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)附录A甘肃省乡(镇)抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震分组及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录A：“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”中A.0.25第4条:桥址区地震基本烈度为8度，设计地震加速度为0.20g,设计地震分组为第三组，地震动反应谱特征周期为0.45s。依据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)3.1条判定：该桥梁抗震设防类别为B类，桥梁抗震措施设防烈度为9度。桥址区地基土在勘探深度内，②&层粉土为可液化土层，饱和粉土黏粒含量大于13,综合判定场地地基的液化等级为不液化。拟建工程建筑抗震设防类别为B类，因此在设计时不考虑液化问题。该桥址区地质构造不发育，地层分布相对稳定，无大的不良地质现象，根据我院提供的波速报告；场地内①1层杂填土、①2层素填土、②1层细砂、②3层粉土、②4层粉质黏土为中软土，②层卵石、②2层角砾属中硬土，③层强风化泥质砂岩、③J层强风化泥岩、④层中风化泥质砂岩、④］层中风化泥岩属软质岩石。场地等效剪切波速为298.1〜334.6m/s,依据《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)4.1