1、1北京浅山区桥梁工程基础选型与勘察技术要点分析摘要：桥梁基础设计时必须充分考虑桥梁建设场地的地形、地质、水文、环境条件，结合桥梁上部结构形式及荷载要求，综合确定设计合理、施工可行、节约造价的基础型式。因此工程地质勘察是桥梁建设过程中至关重要的环节，是桥梁基础合理设计与顺利施工的前提和保障。通过全面的地质勘察工作，准确把握桥梁建设场地的地形地貌特征和地质条件，获取符合实际条件的岩土体物理、力学参数。本文以笔者近几年参与完成的高速公路桥梁建设项目为例，以北京浅山区地形地貌、工程地质、水文地质及地质灾害条件为基础，结合在桥梁工程勘察、设计、施工过程中遇到的实际问题，对浅山区桥梁工程基础选型问题和地质
2、勘察技术要点进行分析和探讨。 关键词：浅山区；桥梁工程；基础选型；勘察要点 中图分类号：U445 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 为了适应浅山区地形地貌复杂多变的自然条件，在进行高速公路建设时需要在跨越大的河流、沟谷、村庄、道路处设置大量的桥涵工程，以满足线路设计线形、道路坡度控制等要求。与此同时，浅山区地质构造、地层岩性、水文地质及环境条件复杂，导致制约工程建设的因素变得复杂、多样，给线路工程的勘察、设计、施工带来很大的困难，对每个环节都提出了更高的要求和更大的挑战。 2在进行桥梁基础设计时，须充分考虑桥梁建设场地的地形、地质、水文、环境条件，结合桥梁上部结构形式及荷载要求，坚持因地
3、制宜、就地取材的原则，综合确定设计合理、施工可行、节约造价的基础型式。而桥址工程地质勘察是桥梁设计、施工工作的前提和基础，通过全面的地质勘察工作，获取能够正确反映场地地形地貌特征、地层岩性及岩土体物理力学性质参数的勘察资料，评价影响桥梁稳定的不良地质作用、地下水赋存条件。因此，做好浅山区桥梁工程地质勘察工作，直接决定桥梁基础选型的合理性和基础施工可行性，对整个工程的经济造价和建设工期都将产生极大影响。 2 北京浅山区地形地貌与地质特点 北京浅山区主要分布于城市北部的密云、怀柔、延庆地区和西部的门头沟、房山地区，地貌上多属构造剥蚀低山、丘陵，局部为山间盆地、河流阶地及沟谷，整体地形变化较大，局部
4、形成缓坡地带，山地斜坡坡度一般在 2050之间。受工农业活动、矿山开采等影响，植被发育条件一般，分布有面积不等的农田、果园和乡村部落，对现场勘察施工和基础施工条件受到很大的制约。 由于北京浅山区新构造运动以断裂活动为主，大部分为断裂两侧的断块发生差异性的升降和错动，历史上发生过多次强烈地震，受其影响大部分浅山区地质构造发育，分布有大量的断层、断裂带等。同时，北京浅山区地层岩性种类繁多，经区域地质构造及火山活动作用影响，岩层风化程度差异很大，致使该区域地质环境和岩体结构趋于复杂。浅山区水文地质条件一般较好，除在较大的现状河流、沟谷处分布有地表水3和其下部第四纪覆盖层中赋存地下水外，大部分工程场区
5、内地下水埋藏较深（多在基岩顶面处呈不连续分布） ，一般对桥梁基础设计、施工影响较小。 3 桥梁基础选型探讨 由于浅山区地形地貌、地质条件复杂，制约桥梁基础施工因素较多，加大了施工风险和施工难度。在这种情况下，选择安全、适宜、合理的基础形式，不仅可以确保工程质量，而且可以降低施工难度，缩短施工工期，节约工程造价，对工程建设顺利完成有着十分重要的意义。 通常情况下，桥梁工程的基础形式包括扩大基础、桩基础、沉井基础、地下连续墙等。基于北京浅山区地形地貌特征和工程地质、水文地质条件，桥梁基础一般以桩基础和扩大基础为主，而沉井基础、地下连续墙基础一般应用较少（仅用于局部特殊工况条件） 。 结合近几年参与
6、北京周边几条高速公路建设时，在桥梁勘察、设计、施工中遇到的问题，对桥梁的基础选型做简单的分析探讨。 3.1 桩基础 由桩和连接桩顶的承台组成的深基础，具有承载力高、沉降量小而较均匀的特点，在公路桥梁工程的设计中得到极为广泛的应用。按基桩竖向承载性状将桥梁基桩分为摩擦桩、端承桩或端承摩擦相结合的基桩；而桥梁基桩从成桩工艺角度考虑大部分属于非挤土桩，包括干作业钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻孔灌注桩、套管护壁法钻孔灌注桩。 针对桥址处不同的地质条件，选择合理的基桩类型和适宜施工方法，既可以节约工程造价，又可以缩短施工周期。针对北京浅山区地质条件，4桥梁桩基础主要有以下几种常见情况： 1）对于山前冲洪
7、积地带和山间大型河流、沟谷，场地开阔、地形平缓，覆盖层厚度较大（一般可达数十米） ，地层岩性以粘性土、砂土及碎石土为主，基桩的竖向荷载主要来源于桩侧土层提供的摩擦力，可主要考虑选择摩擦桩（参见图 1 中 1#基础型式） ，采用泥浆护壁旋挖钻（冲）孔灌注桩施工工艺。当基桩桩端以下分布有稳定、厚层的碎石土或强风化基岩岩层时，可选择部分考虑桩端阻力的端承摩擦桩（参见图 1 中 2#基础型式） 。当桥址处地下水埋藏较深，基桩施工范围内揭露不到地下水时，可采用干作业法挖孔灌注桩施工工艺，特别是遇到粒径较大的卵石、漂石地层，机械施工比较困难时，适宜采用人工挖孔灌注桩施工。 图 1 桥梁基础型式示意图 2）
8、对于近山区地形较缓的山前残坡积区域，第四纪覆盖层厚度较小，下伏全风化及强风化岩层，再往下即为分布稳定、均匀的中风化岩层。当中风化基岩埋深较浅，浅部地层所能提供的桩侧阻力对整个桥梁基桩荷载发挥作用较小，一般可忽略桩侧阻力对基桩承载力的影响，直接选择中风化岩层作为桩端持力层的端承桩方案（即嵌岩桩） （参见图 1 中 3#基础型式） ，采用泥浆护壁旋挖钻（冲）孔灌注桩施工工艺。当全风化和强风化基岩分布厚度较大时，桥梁基桩桩端无法进入到中风化岩层时，基桩竖向荷载来源于桩侧岩层、土层提供的摩擦力，须按摩擦桩考虑。 需要注意的是，北京浅山区分布的浅层强风化岩层一般硬度较高，5施工过程中成桩难度较大，一般须
9、采用泥浆护壁旋挖与冲击相结合的施工方法。 3）对于地质构造（断层、破碎带）特别发育的区域或地下分布有岩溶及采空区的区域，基桩施工过程中往往出现严重的漏浆现象，需要采用套管护壁法钻孔灌注桩，确保基桩施工的顺利进行，以达到设计要求的桩长及单桩承载力。 应根据具体的地质条件、设计荷载、施工设备、工期限制及环境条件等来选择桩基的施工方法。结合近几年参与的高速公路建设工程，总结北京地区常见桩基础的施工工艺和适用条件参见表 1（桩基础类型与适用条件及特点一览表） 。 表 1 桩基础类型与适用条件及特点一览表 当地质条件极为复杂（基岩风化差异大、顶面标高分布不稳定） ，须特别考虑采用桩基础的适应性，必要时可
10、考虑采用相对深埋的扩大基础、竖井基础等。 3.2 扩大基础 将来自桥梁上部结构的荷载通过基础底板直接传递给地基持力层的基础称为扩大基础。通常是采用明挖方式进行施工，亦称为明挖基础。 对于基础埋设在陡坡上基岩裸露或覆盖层厚度较小的工程，经验算桥墩地基承载力满足要求时应采取明挖扩大基础（参见图 1 中 4#基础型式） 。在基础施工过程中应充分考虑场地环境条件、基坑开挖与边坡稳定6性等因素的影响。 3.3 竖井基础（深埋扩大基础） 北京浅山区构造裂隙特别发育、基岩风化差异较大，导致地质条件更加趋于复杂，在桩基施工过程中经常会遇到漏浆特别严重等问题；同时，浅山区普遍分布有硬质岩，导致施工钻进速度极其缓
11、慢，严重制约施工进度、延误工程周期。针对类似复杂的地质条件，可以选择竖井基础（相对深埋的扩大基础）解决桩基成孔施工困难的问题（参见图 1 中5#基础型式） 。 例如在怀柔北部地区的某个工程项目，场地内分布有硬度较大的强风化安山岩岩层，一般厚度为 815m，岩体节理裂隙发育，风化程度空间差异较大。根据桥梁荷载要求，施工图设计采用钻孔灌注桩基础方案，然而在进行基桩成孔施工过程中遇到硬度大的强风化岩层，即使采用大功率冲击钻施工，钻进速度仍然非常缓慢，致使后续工作基本停滞。由于项目建设的工程周期非常紧迫，经反复研究后将基础方案调整为深埋扩大基础方案，对挖至设计基底标高岩层的均匀性、风化程度进行检验、复
12、核，并对其进行适当的地基处理（如设置注浆锚杆等） ，在满足桥梁设计荷载、变形的情况下，顺利完成基础施工工作，确保整个项目的如期完成。 4 桥梁工程勘察技术要点 4.1 勘察基本要求 初勘阶段应根据现场地形地质条件，结合拟建桥梁的桥型、桥跨、基础形式，按规范要求对拟建桥梁场地进行工程地质调绘和地质灾害危7险性评估，初步查明桥址处地貌特征、河流沟谷岸坡稳定性、地层分布及组合情况、基岩埋深及起伏形态、岩石风化及节理发育程度、区域及活动性断裂分布情况、不良地质作用及特殊性岩土。 详勘阶段应在已完成初勘成果的基础上，进一步对地貌单元、地层岩性进行详细划分，提供满足施工图设计的岩土物理力学指标、岩土参数；
13、详细查明桥址处的地质构造、不良地质作用，明确评价其对桥梁工程的影响程度，并给出合理、可行的处理建议；根据详细勘察成果，推荐合理的桥梁基础形式和埋置深度。对地质条件特别复杂的桥梁基础，应采用综合的勘察手段，以提高勘察精度。 4.2 勘察工作方法与要点 桥梁勘察工作应在工程地质调绘的基础上，采用钻探、原位测试等手段完成。勘探点应结合桥梁墩台位置和地貌地质单元沿桥梁轴线或其两侧交错布置，数量和深度应以控制地层、断裂等重要地质条件为准，确保为设计、施工提供准确可靠的地质资料和合理可行的基础方案建议。对于浅山区桥梁工程勘察时需要特别注意以下技术要点： 1）当桥址处有大面积的基岩裸露且岩体完整、岩质新鲜时
14、，可将工作重点放在工程地质调绘方面，适当辅以挖探、钻探、原位测试等手段。2）当桥址处地下存在隐伏的断裂、岩溶、采空区等或地形起伏导致基岩面、桩端持力层起伏较大，应采用钻探和物探等多种手段相结合的方式，明确其空间分布范围及基本特征，评价其对桥梁工程设计、施工8的影响。 3）对于裂隙发育、岩体风化程度差异大的场地，应根据最终设计的墩台平面位置，确定合理的勘探点布设方式（对角布点或四角布点）和勘探工作量，采取有效的钻探、物探相结合的方式，详细查明桩承台或基础底面范围内的桩端持力层标高变化和岩层风化空间差异。 4）桥址处地层岩性条件的差异，对桥梁基础设计和施工工艺、机械选型都会产生很大的影响，勘察方案
15、亦应区别对待。对于场地内分布有厚层卵石（漂石）层，基桩成孔施工难度将会加大，应适当布设探井，查明卵石（漂石）粒径组成及主要成分母岩的硬度；对于场地内分布有硬质岩风化层（特别是岩层分布和风化程度差异较大时） ，应在初步查明岩土层分布和预测可能采用的基础方案的前提下，重点查明岩体裂隙发育情况和岩石强度指标，为基础设计和施工工艺选择提供充分依据。 5 结语 工程地质勘察是设计和施工的前提和基础，如勘察工作不到位，不良工程地质问题不能揭露发现，既使工程的上部结构设计和施工达到优质也可能遭受破坏。加强工程场地勘察工作，在桥梁建设过程中是至关重要的一个环节，应按照规范有计划、按部就班地进行实施，绝不可以掉
16、以轻心。因为一些地质条件往往是隐伏的或难于确定的，随着勘探进程的加深往往会发现新的现象和问题。所以在桥梁建设过程中，加强勘察工作力度，发现相关问题并及时处理，是保证工程设计质量和工程效益的关键。 参考文献 9中华人民共和国行业标准编写组. 公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D632007). 北京：人民交通出版社.2007. 中华人民共和国行业标准编写组. 公路工程地质勘察规范(JTG C202011). 北京：人民交通出版社.2011. 熊文华. 山区桥梁工程地质勘察体会. 中国水运，2008，8（4）153-154 作者简介：尹兴科 （1979） ，男 ，工程师 ，主要从事岩土工程勘察及地质灾害评估工作。
