福州市金山大橋(主橋)巖土工程勘察(共7頁)

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)計研究院 ）Geotechnical Investigation of Jinshan Bridge in FuzhouChen Kunsong(Fuzhou Planning Design & Research Institute, )【提要】 基于對金山大橋（主橋）的詳細(xì)勘察，對卵石層和強風(fēng)化花崗巖的精確測試和評價，建議大部分橋墩采用卵石層為樁端持力層，主跨橋墩采用強風(fēng)化花崗巖為樁端持力層的基礎(chǔ)方案，使樁長大幅度縮短，為設(shè)計和施工采納，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?！娟P(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1332 m，其中主橋長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)計標(biāo)準(zhǔn)為

4、城市I級主干道。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計最大單樁承載力18000 KN 。市政工程勘察復(fù)雜程度為類。2 勘察概況 金山大橋（主橋）勘察分三個階段執(zhí)行。2.1 工程可行性研究階段 于1996年11月進(jìn)行，歷時半個月。目的是對擬建橋址的穩(wěn)定性和適宜性等作出工程地質(zhì)評價。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機械鉆孔，深度進(jìn)入中 - 微風(fēng)化巖5 m，實際孔深達(dá)71 m和62 m 。同時利用物探手段，邀請福建省建筑設(shè)計院采用當(dāng)時居國內(nèi)領(lǐng)先水平的sws - 2型多波列數(shù)字圖像工程勘察與測試系統(tǒng)，沿橋位過江中軸線進(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， 經(jīng)系統(tǒng)自動處理,反映在測線彩色剖面圖中對應(yīng)的基巖面的同相軸連續(xù)無突變,結(jié)合鉆探資料，初步判定擬建橋位河床下，無隱伏斷層等構(gòu)造痕跡。對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月開始，歷時兩個月?？辈鞎r，正值閩江洪水期，水量大、水流急。根據(jù)擴(kuò)初設(shè)計的任務(wù)要求及場地條件，確定避開主航道，在水陸洲及鄰近的非主跨墩位置，施工了9個鉆孔，深度穿透卵石層進(jìn)入強風(fēng)化巖1 3 m，個別鉆孔進(jìn)入中風(fēng)化基巖1 m許，實際孔深52 71 m ?？碧绞侄沃卦粶y試工作，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和重型重力觸探測試，重點查明主要持力層卵石層的產(chǎn)

6、出狀態(tài)、均勻性、密實性及變化規(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，需要對擬建橋梁的地震安全性進(jìn)行評價，此項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)合鉆探原位測試資料及物探成果，提供了金山大橋抗震設(shè)防及計算指標(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3個月。根據(jù)施工場地的實際條件和先期勘察成果，并滿足施工圖設(shè)計和相關(guān)規(guī)范要求，確定在施工單位進(jìn)入現(xiàn)場于擬建橋梁墩位處，搭設(shè)施工平臺時展開，鉆孔布設(shè)僅需滿足每個橋墩有一個鉆孔控制即可。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)入強風(fēng)化花崗巖30余米時，尚未觸及中風(fēng)化巖，考慮到巨厚層的強風(fēng)化巖具備的相當(dāng)可觀的摩檫阻力，通過計算并經(jīng)設(shè)計同意決定終止鉆探，實際最大孔深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，為橋墩臺基礎(chǔ)設(shè)計和基礎(chǔ)施工方案確定等提供工程地質(zhì)資料和計算參數(shù)，分析和評價地基強度和變形特征。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-戴云隆褶帶與臺灣海峽沉降帶之間的閩東火山斷拗帶。 二級構(gòu)造單元則位于福鼎

8、 - 云屑斷陷帶北段。就其地球動力學(xué)環(huán)境而言， 本區(qū)為中生代以來，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，橋址附近存在棋盤式斷裂構(gòu)造，但全新世以來，未見活動跡象，橋址處未有斷裂構(gòu)造帶通過，區(qū)城構(gòu)造對建橋無不利影響。 金山大橋橋位處地勢平坦、開闊，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。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，巖土層自上而下簡介如下： 雜填土：厚1.5 5.2 m，僅見于南北兩岸。 粉質(zhì)粘土：厚2.8 m，很濕，可塑，僅見于北岸。 淤泥：厚度6.1 m，飽和流塑，僅見于北岸。 中砂：厚度6.1 18.5 m，飽和稍密，局部夾淤泥，全場分布。 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。全場分布。 砂質(zhì)粘土：厚1.4 m，很濕、可塑，僅見于北岸。 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，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3 m。 殘積砂質(zhì)粘性土：層厚2.10 9.80 m，濕、可塑 - 硬塑，全場分布。 強風(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)計流速為1.43 /s斷靣最大流速為2.12 m/s（均為設(shè)計洪潮組合） 。 勘察期間，在岸上鉆孔觀測到穩(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）場地水對建筑材料的腐蝕性評價 橋址處環(huán)境類別劃分為類A型。根據(jù)6組水樣的水質(zhì)分析報

12、告，橋址處水質(zhì)對鋼筋砼中的鋼筋不具腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對混凝土具中等腐蝕性。4 場地穩(wěn)定性評價福州市在地震區(qū)劃圖上，屬于地震基本列度7度區(qū)，場地設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g，屬設(shè)計地震分組第一組。據(jù)福建省地質(zhì)地震工程勘察院報告，本場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)，屬活動的構(gòu)造盆地，其控制性斷層為棋盤格式斷裂構(gòu)造，斷裂長幾公里 至十幾公里，寬度幾米 至 十幾米。場地鄰近地區(qū)斷層全新世以來未見活動的跡象。金山大橋橋址兩岸均無斷層通過，適宜本工程建設(shè)。本場地屬抗震不利地段4.1 場地土類型和場地土類別 根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范結(jié)合現(xiàn)場波速測試結(jié)果進(jìn)行判定。 據(jù)兩個鉆孔的測試成

13、果，本場地距地面下20 m范圍內(nèi)等效剪切波速Vse分別為150 m/s和165 m/s，場地覆蓋層厚度大于50 m，地基土抗震分類應(yīng)屬中軟場地土，類建筑場地。4.2 場地土卓越周期 據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，各測點地表常時微動卓越周期平均值：E - W向為0.38 s，S - N向為0.39 s，U - D向為0.32 s 。4.3飽和砂土地震液化和軟土震陷評判 場地距地表下20 m以上見有（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，液化等級為I級（輕微） 。 場地存在（3）單元淤泥層

14、和（7）單元淤質(zhì)土層，據(jù)波速測試，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、樁徑的選擇尚需考慮三個方面的問題，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樁的影響。在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(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。強度低，屬高壓縮性土層，工程性能差。中段上部土層，層號 - ，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、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，第強風(fēng)化花崗巖層和中風(fēng)化花崗巖層。強風(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)化巖層強度高，均可考慮為樁基持力層。主要地基土樁基設(shè)計參數(shù)見表1。 表1 主要地基土樁基設(shè)計參數(shù)表 地層代號地

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)化十分強烈，中風(fēng)化花崗巖埋深過大。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)有強度高的優(yōu)勢，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，建議對于承載力較低的非主跨橋墩，其持力層采用卵石層。對位于主航道兩側(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)可滿足主跨橋墩對持力層的

18、使用要求。5.3 樁徑、樁長的確定，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。對于橋梁來講，其基礎(chǔ)荷載是一種活荷載。同時，橋梁在長期運營中，還將受到水流引起的水平推力以及洪水沖刷的考驗。 （1）樁長與樁徑 本場地卵石的均勻性在垂直方向上有一定變化，上段3 4m，動探擊數(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)說是最佳技術(shù)方案。對于主跨橋墩，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?？紤]到洪水沖刷的影響，樁端平面處進(jìn)入強風(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（見表2），按交通部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （JTJ024 - 85）中的計算公式進(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 號樁 長(m)樁 徑(mm)持 力 層容許承載力(KPa)3461500卵石91003461800