第九章 公路工程地质勘察

第九章公路工程地质勘察第一节公路工程地质勘察任务与内容第二节公路路基工程地质勘察第三节桥梁工程地质勘察第四节隧道工程地质勘察第五节不良地质现象的勘察►工程地质勘察主要是查明工程地质条件，分析存在的工程地质问题，对建筑地区作出工程地质评价。►公路工程建筑是一种延伸较长的建筑物，通常要穿越许多自然地质条件不同的地区。它不仅受地质因素的影响，也受许多地理因素的影响。为了正确处理公路工程建筑与自然条件的关系，充分利用有利条件，避免或改造不利条件，需要进行公路工程地质勘察；其目的是查明建设地区的工程地质条件，并结合工程设计、施工条件、地基处理、开挖、支护等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出岩土工程施工的指导的意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设。第一节公路工程地质勘察任务与内容►道路的结构由三类建筑物所组成：►第一类为路基工程，它是路线的主体建筑物（包括路堤和路堑等）；►第二类为桥隧工程（如桥梁、隧道、涵洞等），它们是为了使路线跨越河流、深谷、不良地质现象和水文地质地段，穿越高山峻岭或使路线从河、湖、海底下通过；►第三类是防护建筑物（如护坡、挡土墙、明洞等）。一、公路工程地质勘察任务►1、查明建筑物的工程地质条件，以便合理选择建筑物和选择路线或隧洞的位置，并提出建筑物的布置方案、类型、结构和施工方法的建议。►2、查明影响建筑物地基岩体稳定等方面的工程地质问题，并为解决这些问题提供所需要的地质资料。►3、预测建筑物在施工和使用过程中，由于工程活动的影响或自然因素的改变可能产生的新的工程地质问题，并提出改善不良地质条件的建议。►4、查明工程建设所需要的各种天然建筑材料的产地、储量、质量和开采运输条件等。►工程地质勘察应分阶段进行，必须与设计、施工紧密配合。►工程地质勘察按工程开发的工作程序，可划分为可行性研究勘察；初步工程地质勘察、详细工程地质勘察和施工期的工程地质勘察。►不同的勘察阶段，对工程地质勘察工作有不同的要求，在广度、深度和重点等方面是有差别的。►可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求；初步工程地质勘察阶段应符合初步设计或扩大初步设计的要求；详细工程地质勘察应符合施工图设计的要求。对工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要工程，还要进行施工勘察；对面积不大，且工程地质条件简单的场地或有建筑经验的地区，可简化勘察阶段。二、公路工程地质勘察的内容►（一）新建公路工程地质勘察内容►1、线路工程地质勘察►2、路基、路面工程地质勘察主要查明与路线方案及路线布设有关的地质问题。选择地质条件相对良好的路线方案，在地形、地质条件复杂的地段，重点调查对路线方案与路线布设起控制的地质问题。确定路线的合理布设。亦称沿线地质土质调查。在初勘、定测勘察阶段，根据选定的路线位置，对中线两侧一定范围的地带，进行详细的工程地质勘察，为路基路面的设计与施工提供工程地质和水文地质资料。►3、桥涵工程地质勘察►4、隧道工程地质勘察按初勘、详勘阶段的不同深度要求，进行相应的工程地质勘察，为桥涵的基础设计提供地质资料。大、中桥桥位多是路线布设的控制点，常有比较方案。两项内容：一是对各比较方案进行调查，配合路线、桥梁专业人员，选择地质条件比较好的桥位；二是对选定的桥位进行详细的工程地质勘察，为桥梁及其附属工程的设计和施工提供地质资料。隧道多是路线布设的控制点且影响路线方案的选择。通常包括两项内容：一是隧道方案与位置的选择，包括隧道与展线或明挖的比较；二是隧道洞口与洞身的勘察。►5、特殊地质、不良地质地区（地段）的工程地质勘察►6、天然筑路材料工程地质勘察特殊地质及不良地质现象，往往影响路线方案的选择、路线的布设与构造物的设计，在视察、初勘、详勘各阶段都应作为重点，进行逐步深入的勘察。查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度，提出绕越根据或处理措施。修建公路需要大量的筑路材料，这些材料的质量和运输距离，直接影响工程质量和造价，甚至还会影响路线的布局。筑路材料的勘察任务：充分发掘、改造和利用沿线的一切就地材料，对分布在沿线的天然筑路材料和工业废料，按初勘和详勘不同程度进行勘察。为公路设计提供筑路材料资料。►（二）改建公路工程地质勘察内容►1、收集沿线的地形、地貌、工程地质、水文地质、气象、地震等资料；►2、收集有关桥梁、隧道及其防护、排水等构造物的新建、改建或加固工程所需的地质资料；►3、收集原有公路路况资料；►4、调查原有公路的路基、路面、小桥涵洞等人工构造物的状况及病害，研究病因及防治的效果。对原有公路的工程地质、不良地质地段的道路病害应力求根治；►5、当路线因提高等级或绕避病害而另选新线的路段，应按新建公路的要求进行工程地质勘察工作。第二节公路路基工程地质勘察►公路路基包括：路堑、路堤等。路基的主要工程地质问题有：路基边坡稳定性问题；路基基底稳定性问题；公路冻害问题以及天然建筑材料问题等。►一、公路选线的工程地质论证►在选线工作中，工程地质工作的主要任务：是查明各比较线路方案沿线的工程地质条件。在满足设计规范要求的前提下，经过技术经济比较，选出最优方案。路线一经选定，对今后的运营则带来长期而深远的影响，一旦发现问题而改线，则会造成很大的浪费。因此，选线的任务是繁重的，技术上是复杂的，必须全面而慎重地考虑。►1、路线的基本类型及其特点►（1）沿河线►其优点是：坡度缓、路线顺直、工程简易，挖方少，施工方便。►但在平原河谷选线常遇有低地沼泽、洪水危害；而丘陵河谷的坡度大，阶地常不连续，河流冲刷路基，泥石流淹埋路线，遇支流时需修较大桥梁。在山区河谷，弯曲陡峭，阶地不发育，开挖方量大，不良地质现象发育，桥梁工程量大。►（2）山脊线►其优点是：地形平坦，挖方量少，无洪水，桥隧工程量少。但山脊宽度小，不便于工程布置和施工。有时地形不平，地质条件复杂。若山脊全为土体组成，则需要外运道渣，更严重的是取水困难。►（3）山坡线►其优点是：可以选任意路线坡度，路基多采用半填半挖，但路线曲折，土石方量大，不良地质现象发育，桥隧工程多。►（4）越岭线►其最大优点是：能通过巨大山脉，降低坡度和缩短距离，但地形崎岖，展线复杂，不良地质现象发育，要选择适宜的垭口通过。2、公路选线的工程地质分析►公路的规划设计工作，首先是路线选择问题。路线的选择，要根据地形、地质及施工条件等综合考虑，其中工程地质条件占有重要地位。►从工程地质角度研究公路选线，一般应注意以下几个方面的问题：►（1）地形地貌（2）岩土类型及其工程地质性质（3）地质构造条件（4）物理地质现象（5）天然建筑材料►（1）地形地貌►在路线方案选择时，应首先考虑路线所经地区地形地貌条件。一般选线的原则是：路线尽量选择在坡度平缓、地形连续完整的地带通过；避开切割强烈的高山深谷地区，因为路线通过这些地区时，必须采用桥涵等跨越工程或深挖方、高填方、长隧道等复杂工程；也应避开坡面强烈冲刷、冲沟发育的地区，因为这些地区不仅坡面稳定性差，冲沟的发展还会对路线造成威胁。►（2）岩土类型及其工程地质性质►基岩山区选线应注意岩石的类型和风化程度，坚硬及半坚硬岩石一般均适于选线。裂隙发育的岩石（如石英岩、片麻岩等）容易风化、剥落；软弱岩石（如页岩、板岩等）遇水易软化、泥化、崩解膨胀，直接影响道路边坡的稳定性，所以应注意其水理性质和力学性质的变化。►（3）地质构造条件►山区路线应注意地质构造条件对道路及其附属建筑物稳定性的影响。一般水平或近于水平的岩层，对路线是有利的，缓倾角及顺坡向的地质构造则是不利的。大断层破碎带、强烈褶皱带可能引起边坡和路基的失稳破坏，所以切忌沿其走向平行布置，以减少施工处理段的长度。►（4）物理地质现象►公路选线时，对于诸如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶等发育地段，应尽量避开；无法绕避时，应注意它们在沿线的分布及发育程度，并提出治理措施，以保证路线的畅通及长期使用。另外，也可以通过技术经济比较，选用隧道和桥涵等形式通过这段地段。►（5）天然建筑材料►选线时还要注意沿线各种天然建筑材料的分布和数量以及开采运输条件，以便最大限度地利用当地材料。二、公路路基工程地质问题►路基是公路的重要组成部分，它主要承受车辆的动力荷载及其上部建筑的重力。在平原地区修建路基，工程地质问题较少。但是在丘陵地区和地形起伏较大的山区修建公路时，路基工程量较大，往往需要这高填或深挖等方式，才能满足路线最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要工程地质问题有：路基边坡稳定性问题、路基基底稳定性问题、公路冻害问题、天然建筑材料问题等。►1、路基边坡稳定性问题►路基边坡包括：天然边坡、傍山路线的半填半挖路基边坡、深路堑的人工边坡等。►当剪应力大于岩土体的强度时，边坡即发生不同形式的变化与破坏。破坏形式—滑坡、崩塌、错落等。►土质边坡的变形—主要决定于土的矿物成分，除受地质、水文地质、自然因素影响外，于施工方法是否正确也有很大关系。►岩质边坡的变形—主要决定于岩体中各种软弱结构面的性状及其组合关系，它们起控制作用。►2、路基基底稳定性问题►一般路堤和高填路堤对路基基底稳定性要求是要有足够的承载力和允许的变形范围。基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软土层或软弱结构面的性质与产状等。它们往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。此外，水文地质条件也是促使基底不稳定的因素。►路基基底若为软黏土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质进行稳定性分析。►若不稳定时，可选用下列措施进行处理：放缓路堤边坡、扩大基底面积，使基底压力小于岩土体岩土体的容允承载力；在通过淤泥软土地区时，在路堤两侧修筑反压护道；把基底软弱土层部分换填或在其上加垫层；采用砂井（桩）排除软土中的水分，提高其强度；架桥通过或改线绕避等。►3、公路冻害问题►根据地下水的补给情况，公路冻胀的类型可分为表面冻胀和深源冻胀。►表面冻胀：地下水埋深较大，其冻胀量一般为30~40mm，最大60mm。其主要原因是路基结构不合理或养护不周，致使道渣排水不良造成。►深源冻胀：多发生在冻结深度大于地下水埋深或毛细管水带接近地表水的地区，地下水补给丰富，水分迁移强烈，其冻胀量较大，一般200~400mm。►4、天然建筑材料问题►路基工程需要的天然建筑材料较多，包括道渣、土料、片石、砂和碎石等。►山区：土料缺乏；平原区：片石和道渣馈乏。►因此，寻找符合需要的天然建筑材料问题会成为选线的关键问题。这些材料的品质好坏和运输距离，将直接影响工程质量和造价。三、公路路基工程地质勘察的基本内容►（1）与路线、桥梁和隧道专业人员密切配合，查清路线上的地质、地貌条件以及动力地质现象，阐明其演变规律，明确各条路线方案的主要工程地质条件，为各方案的比较提供依据。在地形、地质条件复杂的地段，确定路线的合理布设，以减少失误。►（2）特殊岩土地段及不良地质现象，如盐渍土、多年冻土、岩溶、沼泽、积雪、滑波、崩塌、泥石流等，影响路线方案选择、路线的布设、构造物的设计等。困此重点查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度等。►（3）充分发掘、改造和利用沿线的一切就地材料，满足就地取材的要求。当就地取材不能满足要求时，则应由近及远扩大调查范围。寻找品质优良、适宜开采和运输方便的筑路材料。四、公路路基工程地质勘察的要点►在可行性研究阶段的工程地质勘察阶段的工作是收集资料、现场核对和概略了解地质条件，为此着重介绍初步勘察阶段和详细勘察阶段的工作内容。►（一）初步勘察阶段►任务：主要是对已确定的路线范围内所有路线摆动方案进行勘察对比，确定路线在不同地段的基本走向，并以比选和稳定路线为中心，全面查明路线最优方案沿线的工程地质条件。►工程地质测绘是这一阶段中的一项重要手段，勘察范围沿路线两侧各宽150~200m。测绘比例尺为1：50000~1：200000，勘探工作主要用于查明重大而复杂的关键性工程地质问题与不良地质现象的深部情况。►（二）详细地质勘察►是根据已经批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术要求等资料，对各种类型的工程建筑物（桥、隧、站）位置有针对性地