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摘要:桥梁的设计、施工质量是以科学的地质勘察为前提保证的。作为一项以研究桥梁工程的不良地质作用和水文地质条件的工作，桥梁工程地质勘察有着自己的勘察特点及勘察手段，文章同时结合实践总结，并阐述了桥梁勘察几个关键性问题与岩土分析评价要点，以供参考。
关键词:桥梁工程；质量；地质勘察；问题；危险性分级；岩体分析
随着我国公路建设的加快，桥梁作为公路的重要内容，是一条公路早日通车的关键和安全畅通的前提，而桥梁的质量保证又主要取决于基础的稳定性。因此桥梁工程地质勘察工作非常重要，它将为设计部门提供真实的工程地质数据，相关岩土体的物理力学性质和所需的其他有关地质资料，以便正确、合理、经济的设计与施工。
1 勘察阶段的划分、勘察工作程序
1.1 桥梁勘察阶段
明确桥梁勘测的阶段划分，具有重要意义。桥梁勘察阶段可分为可行性研究、初步勘察和详细勘察三个阶段,不同勘察阶段有着不同的勘察精度和要求。第一、可行性研究阶段是在收集分析有关勘察资料的基础上,为了研究桥址区区域工程地质条件,尤其是对桥址方案的比较起关键作用的不良地质、特殊性岩土作必要的工程地质勘察,为桥址比选方案提供地质依据,以满足桥址区地层稳定评价分析及可能采取的基础型式。第二、初步设计阶段勘察是对拟建桥址场地作进一步工程地质比选工作、为初步选定的工程场地、设计方案和编制初步设计文件提供必要的工程地质资料。第三、详细工程地质勘察是在初步设计确定的大桥位置基础上有针对性地进行工程地质勘察工作,为大桥基础设计提供准确完整的工程地质参数,满足基础设计、地基处理设计以及基础的施工等。
各勘察阶段关键点是初勘和详勘；另外,必要时可在前期阶段补充水文地质专题勘察、物探专题勘察、断裂专题勘察等工作。
1.2 桥梁勘察工作程序
桥梁勘察工作程序一般为:前期工作,钻探施工、土工试验和勘察成果的整理等。
桥梁勘察,前期工作准备充分与否,关系到勘察过程的顺利与否和勘察工作质量,如现场资料的收集与分析,必要时应踏勘现场,了解现场的地形地貌、气象水文、水域特征及地层情况,按照统一的技术要求编写工程地质勘察大纲；人员安排上要进行充分的酝酿,各方的协调,选择胜任岗位要求的适岗人员,关键是项目负责人的选定、钻探设备的选取方面:大桥一般都是跨大江大河以及海湾,水域钻探是桥梁工程地质勘察的主要内容,尤其是水上施工船只的选定,船型的大小、船锚的固定、船上平台的搭建设与安装。
2 勘探点的布设及勘察手段
2.1 勘探点的布设
作为现场项目部,首先要吃透设计意图,一般勘探点的布设根据勘察阶段、桥址区的地形地貌、地层岩性及大桥基础型式综合布设。可研究阶段一般按桥塔墩、边墩、锚墩位布置控制性钻孔,孔距取决于墩位。按规范要求,初勘勘探点一般不少于7个孔,由于孔少,多为技术性钻孔,即取样孔兼标贯试验孔,取样后宜进行标准贯入试验,而详勘工作量则较多,勘探点多布设在基础轮廓线的周边或中心,持力层稳定的层位,一般隔墩布孔；地质条件复杂,地层分布不均时一般逐墩布孔。
2.2 勘察手段
为保证勘察质量与勘察进度,取得准确完整的勘察测试数据以及桥梁设计建设的经济性,合理选用勘察手段十分必要。桥梁勘察常用的勘察手段将岩土水测试、原位测试试验(标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验)、物理勘探与钻探配合采用。在软土地区还经常采用旁压试验、十字板试验以及荷载试验等。
⑴岩土水测试
岩土水的测试项目应具针地性,根据大桥基础型式、桥梁结构特点,我国目前大桥桥型结构多采用悬索桥和斜拉桥两种形式,一般地讲,悬索桥的项目试验侧重点在主塔和錨碇位置,主塔主要关心的是桩基持力层的选择,当基岩埋藏较浅时,一般多采用嵌岩桩,当第四系厚度较大时,多采用摩擦桩；锚碇位置,基础设计主要关心的是沉降变形和基础稳定,所以悬索桥的主要测试项目为土的变形指标、剪切指标,尤其要了解土的固结历史,锚碇受力范围内的主要地层要有高压测试项目,如粘粒含量较高时还要考虑它的膨胀性,同时还要考虑土的渗透性参数,如地层渗透性较强、涌水量较大时还要考虑采用抽水试验来确定含水层的水文地质参数,包括渗透系数、涌水量(单位涌水量)、影响半径等主要参数。
⑵原位测试
一般桥梁勘察的原位测试手段比较多,常见的有标准贯入试验、重型动力触探试验。标准贯入试验多用于第四系状态尤其是砂层的密实度判别,提供地层的承载力及桩基的侧摩阻力,有时标准贯入试验还有助于花岗岩地区的风化界限的判定；重型触探多用于碎石土类的状态判别,并提供承载力指标；在软土地区还经常采用还采用静力触探试验(CPT)、十字板试验(VT)、旁压和扁铲侧胀试验等。近几年多功能孔压静力触探试验(CPTU)得到了广泛的应用,主要为了获得悬索桥锚碇开挖土层天然状态下的物理力学指标,但目前国内带孔压探头的静探其测试参数的精度还有待提高,国内一些知名院校多采用国外设备进行科学研究之用,尚未形成生产力；旁压和扁铲多用于悬索桥锚碇区的基坑侧壁参数的提供,如基床系数,地基土水平抗力系数的比例系数等。
⑶物理勘探(简称物探)
物探工作多用在工可和初勘阶段,目的为探明桥位区地层的地质构造,确定地下(水下)障碍物、地下管线的分布位置,水中多采用浅剖浅地层地震、单道或多道地震、陆域多采用井下CT、高密度电法,需要指出的是孔内CT对岩溶地区溶洞的解译和判别效果较佳。
孔内波速测试是大型桥梁勘察中必做的项目,剪切波主要用于场地地震效应的分析评价和地震动参数的提供。压缩波主要用于风化岩的界线划定和岩石完整性判别。
近几年应用较多的还有孔内数字成像技术,该技术获得的图像直观、清晰,能定量分析如岩层的破碎程度、节理裂隙的位置、产状、密度,岩溶的大小、充填情况,判定较准,不足的是需要孔内清水洗孔换浆,要求操作要快,否则容易造成塌孔埋藏探头设备等。
3 桥梁勘察几个关键性问题
3.1 地震与断裂构造的勘察
桥梁对抗震要求较高,仅结合地震裂度区划图所给出的区划图不能满足大桥抗震设计要求,因此,在工程地质勘察中要进行地震裂度复核和地震危险性评价。断裂构造对特大桥桥位、桥墩选择、基础型式和埋置深度有较大的影响,勘察过程中要了解断裂的活动性,对一些宽厚断层,要查清断层的走向、倾向、倾角、破碎带宽度、充填物等。总之,地震与断裂构造的勘察对桥址的选址至关重要,一般遵循的原则是:尽量避开强震震中区以及活动断裂和发震断裂。
3.2 不良地质的勘察
不良地质的勘察要查清桥址区不良地质及特殊性岩土的分布及类型,重点是勘察桥位区发育的软岩、极软岩、软弱夹层以及岩溶桥基以及砂类土的地震液化等。
软岩、极软岩承载力低,易于变形,遇水极易崩解变软,选择做为桩端位置时应进行试桩现场确定其桩基参数。在桥基岩体中存在一些厚度比相邻岩层的小的软弱夹层,力学强度和变形模量较低,饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一或更低,有些遇水崩解,易造成桥基础沉陷变形和滑移。选择桩端位置时在可能的情况下尽量对基岩软弱夹层应予避让,一般桩穿越软弱夹层达到下部完整基岩。
岩溶桥基的勘察应首先运用地球物理勘探对桥位区岩溶发育的总体规律有总体认识,如岩溶发育程度和发育特点；通过钻探进一步查明岩溶的基本形态、规模大小、洞穴顶板岩层厚度及性状、充填物的特点等。岩溶发育地区应逐桩进行钻探,使桩端以下有2倍桩径的完整岩体。
饱和砂土的地震液化是建筑中最常见的一种不良地质现象,桥基勘察中除了依《据建筑抗震设计规》范进行评价,还要遵循《公路工程抗震设计规》范进行评价。
3.3 岩溶区域桩基危险性分级
岩溶地区桩基进行施工危险性进行等级划分，先按事故发生后果分级（一、二、三级）、地面塌陷等级划分（一般、易塌陷、极易塌陷）后再进行综合判断分级（低危险、中危险、高危险）。
3.4 地下水的勘察
悬索桥锚碇位置采用深基坑开挖、沉井、地下连续墙等施工时,勘察时需要查明各含水层的渗透性能以及涌水量的大小,尤其是重视砂类土的地下水勘察。因此,对锚碇地场进行抽水试验是求得这些参数常用的手段之一,对于砂层较浅较薄的场地,可进行简易抽水；若含水层厚度大,地下水量丰富,应进行分段抽水试验,在抽水试验的同时,进行地面沉降观测,沉降观测点应该布设在锚碇抽水试验可能影响的区域内,以抽水井为中心,按十字法布置。
通过水文地质试验能查明含水层的性质、含水量以及渗透系數等,以及地下水类型、地下水水位、流向、流速、补给来源、变幅大小、与地表水的水力联系等。
4 桥梁岩土分析评价要点
桥梁岩土分析评价针对不同的勘察阶段评价的侧重点也有所不同,可行性研究阶段主要是定性评价,为定量评价提供依据,为选址奠定基础；详细勘察依据拟定的桥址区地质环境因素,进行岩土工程评价,侧重于工程地质的因素在里面。虽然工程地质条件分析和评价方法不同,但评价的内容基本一致,根据所有外业工作的成果,结合其它专题(遥感、地震安评、水文分析、河势分析及河床变迁)的研究成果,对场区的地形地貌、地层分布、桥址区的地质构造、不良地质与特殊性岩土、各岩土层的物理力学特性、基础持力层的选择和基础岩土设计参数以及大桥基础施工对环境的影响与评估等因素进行评价。
另外,桥梁岩土分析评价根据斜拉桥、悬索桥各自特点有侧重进行分析评价,斜拉桥关注的是主墩、过渡墩、辅助墩和各引桥桥墩位置的桩端持力层特性及桩基设计参数,岩土物理力学指标参数的统计应按主塔、过渡墩、辅助墩及两侧引桥分别统计,而悬索桥除主塔墩的桩基持力层位置选择外,更关注的是锚碇的埋深范围内的岩土层的物理力学性质,如土层的压缩性、强度指标,同时还要关注它的水理性质,如土层的渗透性,因为它关系到锚碇的沉井方式和对地下水的处治措施。
结论与建议要明确给出场地建桥的适宜性,主要的不良地质问题,各工程地质层的主要岩土物理力学参数及桩基参数,建议的基础型式及持力层位置,同时要提出施工中需要注意和解决的问题及事项。
5 结束语
综上所述，桥梁工程的地质勘察在桥梁建设有着及其重要的作用，如果勘察工作不到位，不良地质问题得不到发现，都会给工程的设计和施工带来严重影响。因此，加强桥梁工程地质勘察工作，制定一整套行之有效的勘察技术方案与安全保障措施，只有这样才能使地质勘察发挥它真正的作用。
参考文献
[1] 倪川 孔凡芬，浅谈桥梁工程岩土工程勘察[J]技术与市场，2011.08
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:桥梁工程；质量；地质勘察；问题；危险性分级；岩体分析
随着我国公路建设的加快，桥梁作为公路的重要内容，是一条公路早日通车的关键和安全畅通的前提，而桥梁的质量保证又主要取决于基础的稳定性。因此桥梁工程地质勘察工作非常重要，它将为设计部门提供真实的工程地质数据，相关岩土体的物理力学性质和所需的其他有关地质资料，以便正确、合理、经济的设计与施工。
1 勘察阶段的划分、勘察工作程序
1.1 桥梁勘察阶段
明确桥梁勘测的阶段划分，具有重要意义。桥梁勘察阶段可分为可行性研究、初步勘察和详细勘察三个阶段,不同勘察阶段有着不同的勘察精度和要求。第一、可行性研究阶段是在收集分析有关勘察资料的基础上,为了研究桥址区区域工程地质条件,尤其是对桥址方案的比较起关键作用的不良地质、特殊性岩土作必要的工程地质勘察,为桥址比选方案提供地质依据,以满足桥址区地层稳定评价分析及可能采取的基础型式。第二、初步设计阶段勘察是对拟建桥址场地作进一步工程地质比选工作、为初步选定的工程场地、设计方案和编制初步设计文件提供必要的工程地质资料。第三、详细工程地质勘察是在初步设计确定的大桥位置基础上有针对性地进行工程地质勘察工作,为大桥基础设计提供准确完整的工程地质参数,满足基础设计、地基处理设计以及基础的施工等。
各勘察阶段关键点是初勘和详勘；另外,必要时可在前期阶段补充水文地质专题勘察、物探专题勘察、断裂专题勘察等工作。
1.2 桥梁勘察工作程序
桥梁勘察工作程序一般为:前期工作,钻探施工、土工试验和勘察成果的整理等。
桥梁勘察,前期工作准备充分与否,关系到勘察过程的顺利与否和勘察工作质量,如现场资料的收集与分析,必要时应踏勘现场,了解现场的地形地貌、气象水文、水域特征及地层情况,按照统一的技术要求编写工程地质勘察大纲；人员安排上要进行充分的酝酿,各方的协调,选择胜任岗位要求的适岗人员,关键是项目负责人的选定、钻探设备的选取方面:大桥一般都是跨大江大河以及海湾,水域钻探是桥梁工程地质勘察的主要内容,尤其是水上施工船只的选定,船型的大小、船锚的固定、船上平台的搭建设与安装。
2 勘探点的布设及勘察手段
2.1 勘探点的布设
作为现场项目部,首先要吃透设计意图,一般勘探点的布设根据勘察阶段、桥址区的地形地貌、地层岩性及大桥基础型式综合布设。可研究阶段一般按桥塔墩、边墩、锚墩位布置控制性钻孔,孔距取决于墩位。按规范要求,初勘勘探点一般不少于7个孔,由于孔少,多为技术性钻孔,即取样孔兼标贯试验孔,取样后宜进行标准贯入试验,而详勘工作量则较多,勘探点多布设在基础轮廓线的周边或中心,持力层稳定的层位,一般隔墩布孔；地质条件复杂,地层分布不均时一般逐墩布孔。
2.2 勘察手段
为保证勘察质量与勘察进度,取得准确完整的勘察测试数据以及桥梁设计建设的经济性,合理选用勘察手段十分必要。桥梁勘察常用的勘察手段将岩土水测试、原位测试试验(标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验)、物理勘探与钻探配合采用。在软土地区还经常采用旁压试验、十字板试验以及荷载试验等。
⑴岩土水测试
岩土水的测试项目应具针地性,根据大桥基础型式、桥梁结构特点,我国目前大桥桥型结构多采用悬索桥和斜拉桥两种形式,一般地讲,悬索桥的项目试验侧重点在主塔和錨碇位置,主塔主要关心的是桩基持力层的选择,当基岩埋藏较浅时,一般多采用嵌岩桩,当第四系厚度较大时,多采用摩擦桩；锚碇位置,基础设计主要关心的是沉降变形和基础稳定,所以悬索桥的主要测试项目为土的变形指标、剪切指标,尤其要了解土的固结历史,锚碇受力范围内的主要地层要有高压测试项目,如粘粒含量较高时还要考虑它的膨胀性,同时还要考虑土的渗透性参数,如地层渗透性较强、涌水量较大时还要考虑采用抽水试验来确定含水层的水文地质参数,包括渗透系数、涌水量(单位涌水量)、影响半径等主要参数。
⑵原位测试
一般桥梁勘察的原位测试手段比较多,常见的有标准贯入试验、重型动力触探试验。标准贯入试验多用于第四系状态尤其是砂层的密实度判别,提供地层的承载力及桩基的侧摩阻力,有时标准贯入试验还有助于花岗岩地区的风化界限的判定；重型触探多用于碎石土类的状态判别,并提供承载力指标；在软土地区还经常采用还采用静力触探试验(CPT)、十字板试验(VT)、旁压和扁铲侧胀试验等。近几年多功能孔压静力触探试验(CPTU)得到了广泛的应用,主要为了获得悬索桥锚碇开挖土层天然状态下的物理力学指标,但目前国内带孔压探头的静探其测试参数的精度还有待提高,国内一些知名院校多采用国外设备进行科学研究之用,尚未形成生产力；旁压和扁铲多用于悬索桥锚碇区的基坑侧壁参数的提供,如基床系数,地基土水平抗力系数的比例系数等。
⑶物理勘探(简称物探)
物探工作多用在工可和初勘阶段,目的为探明桥位区地层的地质构造,确定地下(水下)障碍物、地下管线的分布位置,水中多采用浅剖浅地层地震、单道或多道地震、陆域多采用井下CT、高密度电法,需要指出的是孔内CT对岩溶地区溶洞的解译和判别效果较佳。
孔内波速测试是大型桥梁勘察中必做的项目,剪切波主要用于场地地震效应的分析评价和地震动参数的提供。压缩波主要用于风化岩的界线划定和岩石完整性判别。
近几年应用较多的还有孔内数字成像技术,该技术获得的图像直观、清晰,能定量分析如岩层的破碎程度、节理裂隙的位置、产状、密度,岩溶的大小、充填情况,判定较准,不足的是需要孔内清水洗孔换浆,要求操作要快,否则容易造成塌孔埋藏探头设备等。
3 桥梁勘察几个关键性问题
3.1 地震与断裂构造的勘察
桥梁对抗震要求较高,仅结合地震裂度区划图所给出的区划图不能满足大桥抗震设计要求,因此,在工程地质勘察中要进行地震裂度复核和地震危险性评价。断裂构造对特大桥桥位、桥墩选择、基础型式和埋置深度有较大的影响,勘察过程中要了解断裂的活动性,对一些宽厚断层,要查清断层的走向、倾向、倾角、破碎带宽度、充填物等。总之,地震与断裂构造的勘察对桥址的选址至关重要,一般遵循的原则是:尽量避开强震震中区以及活动断裂和发震断裂。
3.2 不良地质的勘察
不良地质的勘察要查清桥址区不良地质及特殊性岩土的分布及类型,重点是勘察桥位区发育的软岩、极软岩、软弱夹层以及岩溶桥基以及砂类土的地震液化等。
软岩、极软岩承载力低,易于变形,遇水极易崩解变软,选择做为桩端位置时应进行试桩现场确定其桩基参数。在桥基岩体中存在一些厚度比相邻岩层的小的软弱夹层,力学强度和变形模量较低,饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一或更低,有些遇水崩解,易造成桥基础沉陷变形和滑移。选择桩端位置时在可能的情况下尽量对基岩软弱夹层应予避让,一般桩穿越软弱夹层达到下部完整基岩。
岩溶桥基的勘察应首先运用地球物理勘探对桥位区岩溶发育的总体规律有总体认识,如岩溶发育程度和发育特点；通过钻探进一步查明岩溶的基本形态、规模大小、洞穴顶板岩层厚度及性状、充填物的特点等。岩溶发育地区应逐桩进行钻探,使桩端以下有2倍桩径的完整岩体。
饱和砂土的地震液化是建筑中最常见的一种不良地质现象,桥基勘察中除了依《据建筑抗震设计规》范进行评价,还要遵循《公路工程抗震设计规》范进行评价。
3.3 岩溶区域桩基危险性分级
岩溶地区桩基进行施工危险性进行等级划分，先按事故发生后果分级（一、二、三级）、地面塌陷等级划分（一般、易塌陷、极易塌陷）后再进行综合判断分级（低危险、中危险、高危险）。
3.4 地下水的勘察
悬索桥锚碇位置采用深基坑开挖、沉井、地下连续墙等施工时,勘察时需要查明各含水层的渗透性能以及涌水量的大小,尤其是重视砂类土的地下水勘察。因此,对锚碇地场进行抽水试验是求得这些参数常用的手段之一,对于砂层较浅较薄的场地,可进行简易抽水；若含水层厚度大,地下水量丰富,应进行分段抽水试验,在抽水试验的同时,进行地面沉降观测,沉降观测点应该布设在锚碇抽水试验可能影响的区域内,以抽水井为中心,按十字法布置。
通过水文地质试验能查明含水层的性质、含水量以及渗透系數等,以及地下水类型、地下水水位、流向、流速、补给来源、变幅大小、与地表水的水力联系等。
4 桥梁岩土分析评价要点
桥梁岩土分析评价针对不同的勘察阶段评价的侧重点也有所不同,可行性研究阶段主要是定性评价,为定量评价提供依据,为选址奠定基础；详细勘察依据拟定的桥址区地质环境因素,进行岩土工程评价,侧重于工程地质的因素在里面。虽然工程地质条件分析和评价方法不同,但评价的内容基本一致,根据所有外业工作的成果,结合其它专题(遥感、地震安评、水文分析、河势分析及河床变迁)的研究成果,对场区的地形地貌、地层分布、桥址区的地质构造、不良地质与特殊性岩土、各岩土层的物理力学特性、基础持力层的选择和基础岩土设计参数以及大桥基础施工对环境的影响与评估等因素进行评价。
另外,桥梁岩土分析评价根据斜拉桥、悬索桥各自特点有侧重进行分析评价,斜拉桥关注的是主墩、过渡墩、辅助墩和各引桥桥墩位置的桩端持力层特性及桩基设计参数,岩土物理力学指标参数的统计应按主塔、过渡墩、辅助墩及两侧引桥分别统计,而悬索桥除主塔墩的桩基持力层位置选择外,更关注的是锚碇的埋深范围内的岩土层的物理力学性质,如土层的压缩性、强度指标,同时还要关注它的水理性质,如土层的渗透性,因为它关系到锚碇的沉井方式和对地下水的处治措施。
结论与建议要明确给出场地建桥的适宜性,主要的不良地质问题,各工程地质层的主要岩土物理力学参数及桩基参数,建议的基础型式及持力层位置,同时要提出施工中需要注意和解决的问题及事项。
5 结束语
综上所述，桥梁工程的地质勘察在桥梁建设有着及其重要的作用，如果勘察工作不到位，不良地质问题得不到发现，都会给工程的设计和施工带来严重影响。因此，加强桥梁工程地质勘察工作，制定一整套行之有效的勘察技术方案与安全保障措施，只有这样才能使地质勘察发挥它真正的作用。
参考文献
[1] 倪川 孔凡芬，浅谈桥梁工程岩土工程勘察[J]技术与市场，2011.08
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。