中铁大桥勘测设计院集团有限公司 湖北 武汉 430050
摘 要：本文通过对桥址区的工程地质与水文地质条件进行了分析，指出了工程中存在的主要工程地质问题，对桥址区的场地稳定性与适宜性、地震效应、岩土工程性能做出评价并提出了相应处理建议。根据原位测试、室内试验结果，结合规范建议数据及当地工程经验，确定了各岩土层设计参数建议值。
关键词：西堠门 工程地质 水文地质 分析 评价 持力层
1.工程概况
宁波至舟山铁路位于浙江省东部沿海地区，西起宁波东站，经宁波市鄞州区、北仑区，至舟山市金塘岛、册子岛及本岛定海区，终于舟山（白泉），全线设车站9座，其中既有站4个，新建车站4个，预留大沙站1个，在舟山设舟山动车存车场。跨海桥梁有4座，总长约9.7km，分别为金塘公铁两用大桥、西堠门公铁两用大桥、桃夭门公铁两用大桥及富翅门大桥。
西堠门公铁两用大桥起点位于金塘岛东北段，终点位于册子岛西北端，推荐方案主航道桥采用主跨1488m钢箱梁斜拉悬索协作体系桥，桥梁总长3383.5m，桥跨布置为32.75m+5×32.7m+（70+84+434+1488+434+84+70）m+15×32.7m+32.75m。
2.工程地质条件
2.1 地形地貌
西堠门公铁两用大桥起点位于金塘岛东北段，终点位于册子岛西北端，起点及终点段地貌类型为低山丘陵，其余段为冲海积平原区。
金塘岛最高峰仙人山，海拔455.9m，桥位处最高海拔约69m，自然山坡属斜坡，自然坡角一般为15°～25°；册子岛最高峰马王岗海拔275m，桥位处最高海拔约65m，自然山坡属缓坡～斜坡，局部属陡坡，自然坡角一般为7°～30°；局部地形受人工改造明显。山体植被较茂密，以松树、灌木及草植物为主。近海域处基岩裸露，金塘岸山体陡峭，册子岸山体较平缓；基岩受海蚀作用较严重，海蚀地貌较为发育，主要为海蚀沟槽，其中海蚀沟（册子岸）最大宽度约5m，延伸约20m。
桥址区水域宽约2.7km，中线两侧海域宽阔，涨、落潮波流在桥中线处相对强劲，冲刷强烈，海底地形起伏大，桥址区分布有石灰礁、碗盏礁，暗礁附近地形起伏较大，最深处水深超过90m（海拔-92m）。
桥址区潮间带宽度约60m（册子岛侧）～130m（金塘岛侧），地形平坦，底质以土质为主，靠册子岛侧局部为岩质。潮间带周期性地受海水的淹没和出露，侵蚀﹑淤积变化复杂，滩面上多有水流冲刷成的潮沟和浪蚀的坑洼。
2.2 地层岩性
桥址区第四系覆盖层较简单：陆域覆盖层以坡残积土为主，零星分布有填土，局部基岩裸露；海域以淤泥质土、黏性土为主，零星分布有碎石土，层厚差异大。
桥址区基岩主要为侏罗系上统d段英安岩、流纹斑岩，局部分布有花斑岩岩脉，其中：英安岩主要分布在金塘侧引桥及1#～5#墩，流纹斑岩主要分布在西堠门公铁两用大桥6#～8#墩及册子岛侧引桥，花斑岩岩脉主要分布在6#墩及其周边。
2.3 地质构造
舟山位于华南褶皱系浙东南褶皱带丽水—宁波隆起新昌—定海断隆的东北部，也是浙闽沿海燕山期火山活动带的北段。本区域断裂构造发育，主要有北北东、北东、北西和东西向等4组方向断裂。其中，北北东－北东向断裂最为发育，是本区主要控制性断裂构造，由于这一组方向的断裂活动，形成了工作区隆陷相间作北东向排布的条块状构造[1]，其中距场区较近的断裂主要为镇海－温州断裂（F7）、昌化－普陀断裂(F10)。
根据已往的调查研究[2]，近场区分布有17条更新世及前第四纪断裂，无全新世断裂分布。
2.4 水文地质条件
按赋存介质，地下水可分为两类：赋存于第四系土层中的松散岩类孔隙式潜水及赋存于碎裂状强风化带及以下的基岩裂隙水。
松散岩类孔隙水主要赋存于山前和沟谷地带，以及海域的砂类土及碎石类土中。陆域孔隙式潜水主要接受大气降水降水及地表水排放的补给，以蒸发和向低洼处径流为主要排泄方式；海域孔隙式潜水主要接受海水的入渗补给，以侧向迳流为主要排泄途径。
基岩裂隙水主要赋存于岩体的裂隙中，含水介质为侏罗系上统d段的熔结凝灰岩、英安岩、霏细斑岩等。强～弱风化层裂隙裂隙发育，透水性稍好，含水性差，水量贫乏，在大的裂隙密集带及其附近，透水性较好，含水性和水量可能稍大。陆域基岩裂隙水主要接受大气降水降水的补给，以地表渗流形式出露于坡角或向风化裂隙方向渗流排泄；海域高潮位以下，基岩裂隙水主要接受海水的垂直补给，向裂隙方向渗流排泄为主。
地表水（海水）对混凝土有硫酸盐侵蚀、环境作用等级为H2，对混凝土有镁盐侵蚀、环境作用等级为H2。陆域地下水对混凝土无侵蚀性；海域潜水、基岩裂隙水多与海水直接连通并接受海水补给，按强透水层考虑，对混凝土有硫酸盐及镁盐侵蚀、环境作用等级均为H2。
2.5 不良地质现象
（1）围岩和落石
受场区构造、卸荷、不均匀风化等作用的影响，岸坡处多分布有危岩体，规模大小不一，坡脚多散落孤石，块径大小不一，块径一般小于1m，个别达2.7m。危岩和落石的存在对工程有较大不利影响，建议对危岩体采用喷锚支护处理、或永久性放坡处理，对落石予以清除。
（2）人为坑洞
经调查，桥址区有人为坑洞，为龙潭坑隧道及废弃公路隧道，均位于册子岛。其中龙潭坑隧道为进出大晒网村必经通道，长约246m、宽约11m、高约5m，位于C05墩与C06墩之间，部分位于C05墩之下；废弃公路隧道为原进出大晒网村通道，长约315m、宽约4m、高约3.5m，位于C09墩与C10墩之间、紧邻C09墩。设计时应避免将基础设置在隧道之上，建议采用大跨度跨越隧道。
（3）裂隙密集带
桥址区基岩发育有多条裂隙密集带，带内基岩主要表现为岩体裂隙异常发育，岩体一般破碎成大小不等的块体，使岩体强度和完整性均有较大幅度降低，形成强风化岩或弱风化破碎岩体。裂隙密集带常使岩体具不均一性和各项异性，大桥基础设计及施工时应注意其不利影响。
（4）软土震陷
场区内软土Vs=108m/s，根据规范[4]:场地软土等效剪切波速大于90m/s，在Ⅶ度抗震设防烈度时，可不考虑震陷影响。
2.6特殊性岩土
（1）填土
仅锚碇局部及金塘侧引桥J02墩有分布。填土为修筑道路形成，成份以碎石夹黏性土及沥青路面为主。填土结构疏密不等、厚度变化较大，勘察手段难以准确探明，某些填筑土中含有较大的硬质块石或建筑垃圾，对基础施工有不利影响。由于填土体积相对不大，可在施工前予以清除。
（2）软土
淤泥质土含水量ω=39.6%、孔隙比e=1.104、压缩系数α=0.693，软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、易发生触变和流变等不良特性，对桥梁桩基会产生负摩阻力，设计时需考虑其不利影响。
3.工程地质评价
3.1 场地稳定性与适宜性评价
通过分析区域资料及勘察成果，场区未发现全新世活动性断裂通过，地壳活动性较弱，除局部存在外，桥址区未发现对桥梁工程有明显影响的不良地质作用，局部分布的填土和软土通过工程措施处理可消除其影响。总之，场地稳定性较好，可进行桥梁工程的建设。
3.2 地震效应评价
西堠门公铁两用大桥跨越大型水道、技术复杂、工程难度大，拟建桥梁抗震设防分类属A类[5]。
舟山市抗震设防烈度为7度、设计基本地震加速度值为0.10g、设计地震分组为第一组[6]；舟山市金塘镇及岑港街道设计基本地震加速度值为0.10g、Ⅱ类场地基本地震动反应谱特征周期为0.35S[7]。大桥设计时，应根据场地地震安全性评价结果及测定的设计地震动参数进行抗震设计。
桥址区分布有软弱土，两侧有条状突出的山咀、陡坡且位于海岸及边坡边缘，场地属抗震不利地段[6]。
3.3 岩土工程性能评价
素填土及碎石土：物质成份复杂、结构疏密不均、厚薄不一、工程性能差异大。
淤泥质粉黏土及软塑～可塑状粉质黏土压缩性高、变形模量小、承载力极低～低、工程性能差。
硬塑～坚硬状粉质黏土压缩性中等、变形模量较小、承载力一般，工程性能较差。
全风化层岩压缩性中等偏低、变形模量较小、承载力一般，工程性能整体一般。
强风化岩变形模量较大、承载力较高，其内有较多大小不等的弱～微风化残余体，均匀性差，整体埋深较浅且厚度不大，工程性能一般。
弱风化破碎岩变形模量较大、承载力较高，裂隙发育～极发育，岩体完整性和强度均较弱风化岩有较大幅度降低，均匀性差，工程性能优于强风化岩体。
弱风化岩变形模量大、承载力高，工程性能较好，优于强风化层及弱风化破碎岩。
微风化破碎岩体变形模量大、承载力高，风化裂隙和构造裂隙均发育，岩体完整性和强度均较微风化岩有较大幅度降低，均匀性差，工程性能较好。
微风化岩体变形模量大、载力高，工程性能好。
3.4基础及持力层选择
主塔墩、辅助墩、边墩覆盖层厚度一般小于22m，全～强风化岩厚度小于10m。覆盖层及全～强风化岩工程性能差～一般，加之基础荷载大，基础形式宜采用桩基础；根据地基土的特性、设计荷载和施工环境条件，建议采用钻孔灌注桩。
引桥及锚碇覆盖层厚度一般小于5m，全～强风化岩厚度一般小于5m。J06～J04墩、C03～C16墩地形整体较缓，基岩埋深较浅，场地稳定性较好，宜优先选用明挖基础；J03～J01墩、C01～C02墩位于临近陡崖、位于陡坡段，裂隙、崩塌或落石等不良地质现象发育，宜采用钻孔灌注桩基础，以弱～微风化岩作为桩端持力层；锚碇可采用扩大基础。
覆盖层及全～强风化岩工程性能差～一般，不宜作为基础持力层；弱～微风化岩工程性能高，是理想的基础持力层；；弱～微风化破碎岩工程性能较弱～微风化岩体差，作为桩端持力层时应适当增加埋置深度。
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表3 设计参数建议值一览表
地层编号 岩土名称 状态 基本承载力 σ0(kPa) 极限摩阻力 fi(kPa) 单轴抗压强度 （MPa） ①0 素填土 松散～稍密 50 ①1 碎石土 松散～稍密 300 ①3 粉质黏土 可塑为主 150 45 ②2 淤泥质粉质黏土 流塑 80 15 ④1 粉质黏土 软塑～可塑 150 45 ⑨2 粉质黏土 硬塑～坚硬 200 60 ⑪1、⑫1 全风化岩 350 80 ⑪2、⑫2 强风化岩 500 120 ⑪3-1、⑫3-1 弱风化破碎岩 1000 400 20 ⑪4-1、⑫4-1 微风化破碎岩 2000 40 ⑪3 弱风化英安岩 2000 35 ⑪4 微风化英安岩 ＞3000 80 ⑫3 弱风化流纹斑岩 2000 30 ⑫4 微风化流纹斑岩 2500 65 ⑮3 弱风化花斑岩 2000 35 ⑮4 微风化花斑岩 ＞3000 704 结 论
（1）桥址区基岩主要为火成岩类硬质岩，基岩埋藏浅。近场区不存在全新世活动性断裂，场区存在的不良地质现象和特殊性岩土可采取工程措施消除其不利影响。场地稳定性较好，可进行桥梁工程的建设。
（2）工程场区抗震设防烈度为7度、设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，Ⅱ类场地基本地震动反应谱特征周期为0.35S，拟建桥梁抗震设防分类属A类，场地属抗震不利地段。由于场区不同地段场地类别差异较大，大桥设计时，应根据地震安全性评价结果及测定的设计地震动参数进行抗震设计。
（3）桥址区不良地质现象主要有危岩和落石、人为坑洞、裂隙密集带，特殊性岩土主要为填土和软土，设计时应注意其不利影响。
（4）地表水（海水）对混凝土有硫酸盐、镁盐侵蚀，环境作用等级为H2。陆域地下水对混凝土无侵蚀性；海域地下水对混凝土有硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀，环境作用等级为H2。
（5）根据场区工程地质条件，建议主塔墩、辅助墩、边墩及J03～J01墩、C01～C02墩采用钻孔灌注桩基础，J06～J04墩、C03～C16墩建议优先采用明挖基础，锚碇建议采用扩大基础。设计时应注意地面或岩面高差的影响。
（6）弱～微风化岩是理想的基础持力层，破碎岩工程性能较完整岩体差，作为桩端持力层时应加大埋置深度。
参考文献：
[1] 浙江省地质矿产局.浙江省区域地质志[M].1989
[2] 国家地震局地质研究所，江苏省地震局. 浙江三门核电厂可行性研究区域和近区域地震构造专题工作报告.1995.
[3] TB 10012-2007.铁路工程地质勘察规范.中国铁道出版社
[4] GB 50021-2001(2009年版).岩土工程勘察规范.中国建筑工业出版社
[5] GB 50111-2006（2009年版）.铁路工程抗震设计规范.中国计划出版社
[6] GB 50011-2010（2016版）.建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社
[7] GB 18306-2015.中国地震动参数区划图.中国标准出版社
论文作者:冯治国
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/5/29
标签：裂隙论文; 基岩论文; 工程论文; 场区论文; 大桥论文; 舟山论文; 微风论文; 《基层建设》2018年第11期论文;