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1、公路工程地质勘察10.1概述10.1.1公路工程地质勘察的目的任务和阶段划分 公路工程地质勘察，就是运用地质、工程地质的理论和各种技术手段，实地调查、研究公路要穿越地带的工程地质条件。公路工程地质勘察的目的，是为公路选线、测设、施工和使用提供经济合理而又正确完整的工程地质资料。公路工程地质勘察的任务，包括以下几项：1. 查明公路沿线的工程地质条件，如地形与地貌、地层与岩性、地质构造等情况；2. 在路线基本走向范围内，根据工程地质条件，优选路线方案，并对各路段可能布线的区间进行初勘；3. 对定线后的各路段的工程地质条件，作出定性和定量评价；4. 配合路线测设、施工，根据不同路段的工程地质条件，对
2、路基、桥涵、挡防等工程建筑物类型、结构以及施工方法，提出可行性的建议；5. 对不良地质的路段进行开挖、切坡施工时和工程兴建后所要发生的变化，制订出相应的安全措施。 工程地质勘察应分阶段进行，常用的设计阶段与步骤有：可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察。不同的测设阶段，对工程地质勘测工作有不同的要求，在广度、深度和重点等方面面是有差别的。其中可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求；初步勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求；详细勘察应符合施工设计的要求。对工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重要工程，还应进行施工勘察；对面积不大，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。10.1.2
3、公路工程地质勘察内容（一）公路工程地质勘察的内容1.路线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作用的地质问题，确定路线的合理布设。2.路基、路面工程地质勘察亦称沿线地质土质调查。在初勘、定测阶段，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。因此，桥梁工程地质
4、勘察一般包括两项内容：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所需要的地质资料。4.隧道工程地质勘察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.天然筑路材料工程地质勘察修建公路需要大量的筑路材料，其中绝大部分都是就地取材，如石料、砂、粘土、水等。这些材料质量的好坏和运输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。筑路材料勘察的任务是充分发掘、改造和就近利用沿线的一切
5、材料对分布在沿线的天然筑路材料和工业废料，按初勘和详勘阶段的不同深度进行勘察，为公路设计提供筑路材料的资料。（二）公路地质勘察资料整理1.全线工程地质说明书（1） 序言，说明勘察工作的目的、依据、起讫时间、完成情况、主要的工作方法、现有资料利用及有必要说明的问题。（2） 描述自然地理、地层、地质构造等工程地质条件的情况及对公路的影响。（3） 地震烈度的分析，并提出抗震措施。（4） 筑路材料分布、种类、质量、蕴藏量、开采条件及供应方式等。（5） 说明小桥涵及其它人工构造物的基础地质情况。（6） 关于岩土物理力学指标的分析评价。（7） 各比选方案的工程地质评价和方案选择。（8） 提出全线主要工几程
6、地质问题的处理意见。2.工程地质平面图当控制路线选择的路段地质条件复杂时，应绘制地质平面图。（1） 岩层分界线及成因、时代、产状。（2） 地质构造线，如节理、裂隙、断裂、褶曲等。3.添绘路线纵断面图中的地质说明主要表明地貌、岩性特征以及土石分类等。4.各类测试原始资料的汇总分析（1） 勘察资料按各种不同勘察方法和不同测试资料，分类汇总成册。（2） 气象资料、气温、风、降水量、冻结、雪等汇总。（3） 对不良地质地段做专项资料汇总。10.1.3工程地质勘察的主要方法工程地质勘察的方法主要有工程地质测绘（详见第9章）、工程地质勘探、地球物理勘探、工程地质试验、工程地质长期观测等。一、工程地质勘探在工
7、程地质勘察过程中，当露头不好，不能判别地下隐蔽的地质情况时，可采用工程地质勘探，此项工作一般在工程地质调查与测绘的基础上，通过采用物探、简易钻探、钻探、原位测试等综合方法进行。工程地质勘探的主要任务是探明地下有关地质情况，如地层、岩性、断裂构造、地下水位、滑动面位置等。为深部取样及现场原位试验提供场所，利用勘探坑孔可以进行某些项目的长期观测工作以及物理地质现象处理工作。1.挖探挖探是工程地质勘探中最常用的一种方法，可分为坑探和槽探。它就是用人工或机械方式进行挖掘坑、槽，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构土样，该方法的特点是地质人员可以直接观
8、察地质结构细节，准确可靠，且可不受限制地取得原状结构试样，因此对研究风化带、软弱夹层、断层破碎带有重要的作用，常用于了解覆盖层的厚度和特征。它的缺点是可达的深度较浅，易受自然地质条件的限制。（1）坑探垂直向下掘进的土坑。浅者称试坑，深者称探井。断面一般采用1.5m x1.0m的矩形，深度一般为1.5 - 2.0m，探井深度为2-4m。坑探用以揭示覆盖层的厚度和性质。（2）槽探是一种长槽形开口的坑道，宽0.6一1. 0m，长度视需要而定，深小于3m。常用于追索构造线，查明坡积层、残积层的厚度和性质，揭露地层层序等。2.简易钻探是公路工程地质勘探中经常采用的方法，优点是：体积小，操作简便，进尺较快
9、，劳动强度小。缺点是不能采用原状土样，在密实或坚硬地层内不易钻进或不能使用。常用的简易钻探工具有洛阳铲、锥探和小螺纹钻等，其中小螺纹钻是用人工加固回转转进的，适用于粘性土地层，采取扰动土样，钻进深度小于4一6m。3.钻探钻探是指用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地层，并可以沿孔深取样的一种勘察方法。在工程地质勘探中，钻探是直接了解地下地质情况，广泛采用的重要手段。它可以获得深部地层的可靠地质资料，钻探主要用于桥梁、隧道及大型滑坡等不良地质现象的勘探。（l）钻探的基本步骤破碎岩土 使小部分岩土脱离整体而成为粉末、岩土块或岩土芯的现象，岩土借助冲击力、剪切力、研磨和压力来实现破碎。采取岩土 用
10、冲洗液（或压缩空气）将孔底破碎的碎屑冲到孔外，或者用钻具靠人力或机械将孔底的碎屑或岩芯取出地面。保全孔壁 为了顺利进行钻探工作，必须保护好孔壁，不使坍塌。一般采用套管或泥浆来护壁。（2）钻探要求钻孔按技术要求可分为技术性钻孔和一般钻孔。一般钻孔多是为工程需要而布置的，无论从深度上还是取样要求方面低于技术性钻孔。技术性钻孔要布置在地貌、地质构造、地层变化大且具有代表性的部位，采取原状土样。钻孔深度，一般以结构物类型、工程规模、岩土类别、持力层深度、桥涵及防护等工程基础深度、隧道埋置深度和其它工程处理深度而定，以满足能评价工程地质条件，确定适宜的基础类型和埋深。（3）钻探方法钻探根据钻进时破碎岩石
11、的方法，可分为冲击钻进、回转钻进、冲击一回转钻进、振动钻进、冲洗钻进。冲击钻进是利用钻具的自重，反复自由下落的冲击力，是钻头冲击孔底以破碎岩石而逐渐钻进，不能取得完整岩芯。回转钻进是利用钻具回转，是钻头的切刃或加研磨材料削磨岩石而不断钻进，机械回转钻进可适用于软硬不同的地层。冲击一回转钻进的钻进过程是在冲击与回转综合作用下进行的。适用于各种不同的地层，能采取岩芯，在工程地质勘察中应用也较广泛。振动钻进是利用机械动力所产生的振动力，使土的抗剪强度降低，借振动器和钻具的自重，切削孔底土层不断钻进。冲洗钻探是通过高压射水破坏孔底土层从而实现钻进。该方法适用于砂层、粉土层和不太坚硬粘土层，是一种简单快
12、速的钻探方式。但该方法冲出地面的粉屑往往是各种土层的混合物，代表性很差，给地层的判断、划分带来困难，因此一般情况下不宜采用。（4）钻探成果钻探的成果可用钻孔柱状图来表示，图中应标出地质年代、岩土层埋藏深度、岩土层厚度、岩土层底部绝对标高、岩土的描述、柱状图、地下水位、测量日期、岩土取样位置等内容，其比例尺一般为l：100一1:500，如图10-1所示。图10-1 钻孔的地质柱状图示例4.地球物理勘探（物探）地球物理勘探简称物探，它是通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。各种地球物理场有电场、重力场、磁场、弹性波的应力场、辐射场等。由于组成地壳的不同岩层介质往往在
13、密度、弹性、导电性、磁性、放射性及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的相应变化。通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。物探方法具有速度快、效率高、成本低、搬运轻便等特点，应用较广泛。但是物探是一种间接的勘探手段，特别当地质体的物理性质差异不太大时，其成果较粗略，故应与其它勘探手段配合使用，则效果更好。（l）常用的物探方法有电法勘探、地震波勘探、声波勘探、测井等。在公路工程地质勘察中常用的是电法勘探和弹性勘探。表10-1 几种常见的地球物理勘探方法简述电法勘探，简称电探，是利用仪器测定人工或天然电场中岩土导电性的差异来识
14、别地下地质情况的一种物探方法。电探的方法有很多种，其中常用的是电测深法和电测剖面法。电测深法是在地表固定一点为中心测点，逐渐增大供电极的距离，就可以测得地下不同深度处的视电阻率，从而推断出不同深度的地质情况。用此法可以查明覆盖层、风化层、冻土层的厚度，查明含水层和古河道、掩埋冲积扇的位置，查明溶洞位置及大小，查明滑坡体的滑床的位置，探寻天然建筑材料等。电测剖面法是以测量电极和供电极间距保持不变，而将测点沿一定剖面线移动，逐点进行电阻率测量，所测得的视电阻值就表示某一深度范围内岩层沿剖面方向上的变化情况。用此法可以查明陡倾的岩层、断层、含水层、古河道、暗河位置。弹性波勘探，是利用人工激发震动，研
15、究弹性波在地质体中的传播规律，以判断地下情况和岩体的特性和状态。弹性波勘探包括地震勘探和声波勘探。地震勘探法用人工震源在岩体中产生弹性波，可探测大范围内覆盖层厚度和基岩起伏，探查含水层追索古河道位置，查寻断层破碎带，测定风化层厚度和岩土的弹性参数等。声波勘探法原理同上，但只能探测小范围内的岩体，如地下洞室围岩进行分类，测定围岩松动圈，检查混凝土和帷幕灌浆质量，划分岩体和钻孔地层剖面等。（2）物探的应用作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点；作为钻探的辅助手段，自钻孔之间增加地球物理勘察点，为钻探成果的内插、外推提供依据；作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、特征周期、土
16、对金属的腐蚀等参数。（3）物探的注意事项物探工作的测区，一般不宜超过地质测绘的范围，但对物探解释和有对比价值的点，可不受此限制；在测区内测线的方向、间距及测点的疏密、激发点与接收点的距离与布置形式，应按物探方法并结合地形等情况确定，以减少影响地质解释精度的因素；物探网的最佳布置方案应沿路线中线、桥梁、隧道轴线方向布设测线；不同的地质体或构造，应有2一3条物探测线穿过，每条测线上至少有3个以上的测点，地质条件复杂时可适当加密。二、试验工程地质试验是取得工程设计所需的各项计算指标数值的重要手段和依据，是对土石工程性质进行定量评价时必不可少的方法。工程地质调查测绘与勘探工作，只能对土石的工程性质进行
17、定性的评价，要进行准确的定量评价必须通过试验工作。工程地质试验分为室内试验和野外试验两种。室内试验是通过仪器对采集的样品进行测试、分析，取得所需数据；野外试验结合工程实际情况在原位进行，亦称原位测试。（一）室内试验包括岩、土的物理、水理、力学、化学等试验内容，室内试验一般在中心试验室进行。如工程规模大，试验多，可考虑在现场设置工地试验室，就地进行试验。室内试验虽然具有边界条件、排水条件和应力路径容易控制的优点，但是由于试验需要取试样，而土样在采集、运送、保存和制备等方面不可避免地受到不同程度的扰动，特别是对于饱和状态的砂质粉土和砂土，可能根本取不上土样，这使测得的力学指标严重“失真”。因此，为
18、了取得可靠的力学指标，在工程地质勘察中，必须进行一定的相应数量的野外现场原位试验。（二）工程地质原位测试测试的主要项目有：载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯人试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速测试、岩土原位应力测试、块体基础振动测试等。1载荷试验载荷试验就是在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基变形特性，从而评定地基的承载力，计算地基的变形模量并预测实体基础的沉降量。它反映的是承压板以下1.5一2.0倍承压板直径或宽度范围内地基强度、变形的综合性状。由此可见，该种方法犹如基础的一种缩尺真型试验，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法，因而利用其成
19、果确定的地基容许承载力最可靠、最有代表性。当试验影响深度范围内土质均匀时，此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。（l）按承压板的形状，载荷试验可以分为平板载荷试验和螺旋板载荷试验。其中，平板载荷试验适用于浅层地基，螺旋板载荷试验适用于深层地基和地下水位以下的土层，常规的载荷试验是指平板载荷试验。（2）载荷试验目的确定地基土的临塑荷载、极限承载力，为评定地基土的承载力提供依据，这是载荷试验的主要目的；确定地基上的变形模量、不排水抗剪强度和地基土基床反力系数。2静力触探试验静力触探（CPT）是用静力将探头以一定的速率压人土中，同时用压力传感器或直接用量测仪表测试土层对探头的贯入阻力，以此来判
20、断、分析地基土的物理力学性质。（l）静力触探具有测试连续、快速，效率高，功能多，兼有勘探与测试双重作用的优点，测试数据精度高，再现性好。静力触探试验适用于粘性土、粉土、疏松到中密的砂土，但对碎石类土和密实砂土难以贯人，也不能直接观测土层。（2）静力触探试验的目的划分土层和定名；估算地基土的物理力学参数；评定地基土的承载力；选择桩基持力层，估算单桩极限承载力，判断沉桩可能性。3动力触探动力触探（DPT）是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打人土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层的一种原位测试方法。所需的能量体现了土的阻力大小，一般可以以锤击数来表示。（l）动力触
21、探试验具有设备简单、操作及测试方法简便、适用性广等优点，对难以取样的砂土、粉土、碎石土，对静力触探难以贯人的土层，动力触探是一种非常有效的勘探测试手段。它的缺点是不能对土进行直接鉴别描述，试验误差较大。（2）适用范围和目的动力触探适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石和各类土。它可应用于以下目的：划分土层；确定土的物理力学性质，如确定砂土的密实度和粘性土的状态；评定地基土和桩基承载力；估算土的强度和变形参数等。4标准贯人试验标准贯人试验（SPT）是利用一定的锤击动能，将一定规格的贯人器打人钻孔孔底的土层中，根据打人土层中所需的能量来评价土层和土的物理力学性质。标准贯人试验中所需的能量用贯
22、人器贯人土层中30cm的锤击数N63.5来表示，一般写作N称为标贯击数。标准贯人试验实质上是动力触探试验的一种。它和动力触探的区别主要是它的触探头不是圆锥形，而是标准规格的圆筒形探头，由两个半圆管合成，且其测试方式有所不同，采用间歇贯人方法。（l）标准贯人试验的优点是设备简单，操作方便，土层的适应性广，且贯人器能取出扰动土样，从而可以直接对土进行鉴别。（2）标准贯入试验适用于砂土、粉土和一般粘性土。它适用于评价砂土的紧密状态和粉土、粘性土的稠度状态，评价土的强度参数、变形参数、地基承载力、单桩极限承载力、沉桩可能性、判定砂土和粉质粘土的液化等。5十字板剪切试验十字板剪切试验（VST）是用插人软
23、粘土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，然后换算成土的抗剪强度。它是一种快速测定饱和软粘土层快剪强度的一种简单而可靠的原位测试方法。这种方法测得的抗剪强度值相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪强度，在理论上它相当于三轴不排水剪的粘聚力值或无侧限抗压强度的一半（明0)。（l）十字板剪切试验具有对土扰动小、设备轻便、测试速度快、效率高等优点，因此在我国沿海软土地区被广泛使用。（2）适用的范围和目的十字板剪切试验适用于饱和软粘土。应用的目的：计算地基承载力；确定桩的极限端承力和摩擦力；确定软土地区路基、海堤、码头、土坝的临界高度；判定软土的固结历史。三、长期观测长期观测主要指短期内不能
24、查明的，需要进行多年的季节性观测工作才能掌握其变化规律的工程地质条件。观测工作可以在勘测设计阶段进行，也可以在施工阶段进行，还可以在运营阶段进行。长期观测针对工程需要进行安排，主要内容有以下几方面：（l）对不良地质活动情况的观测与监测；（2）对岩土受到施工作用及其反应情况的监测；（3）对施工和运营使用期的工程监测；（4）对环境条件在施工过程中可能发生的变化进行监测。工程地质勘察过程中，外业的测绘、勘察和试验等成果资料，应及时整理，绘制草图，以便随时指导补充、完善野外勘察工作。勘察末期，应系统、全面地综合分析全部资料，以修改补充勘察中编绘的草图，然后编制止式的文字报告和图件等。它可为规划、设计、
25、施工部门提供参考，是最重要的基础资料。10.1.4勘察资料的内业整理一、工程地质勘察报告书 在工程地质勘察的基础上，根据勘测设计阶段任务书的要求，结合各工程特点和建筑区工程地质条件编写工程地质勘察报告书。它是整个勘察工作的总结，内容力求简明扼要，清楚实用，论证确切，并能正确全面地反映当地的主要地质间题。1工程地质勘察成果报告的内容工程地质勘察成果报告的内容，应根据任务要求、勘察阶段、地质条件、工程特点等具体情况确定，主要包括以下内容：(1)勘察目的、要求和任务；(2)拟建工程概述；(3)勘察方法和勘察任务布置；(4)场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质、地下水、不良地质现象的描述与评价；(
26、5)场地稳定性和适宜性的评价；(6)岩土参数的分析与选用；(7)岩土利用、整治、改造方案；(8)工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题的预测、监控和预防措施的建议；(9)必要的图件。2单项报告内容除综合性岩土工程勘察报告外，也可根据任务要求，提交单项报告，主要有：(1)岩土工程测试报告；(2)岩土工程检验或监测报告；(3)岩土工程事故调查与分析报告；(4)岩土利用、整治或改造方案报告；(5)专门岩土工程问题的技术咨询报告。二、工程地质图表工程地质勘察报告应附必要的图表，这些图表是根据各勘察设计阶段的测绘、勘探和试验所得资料，进行分析整理编制而成的。几种常用的图表有：1综合工程地质平面图简称工
27、程地质图，在图中表示与工程有关的各种地质条件，如世形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、物理地质作用现象等，并对工程建筑场地进行综合评价。2勘探点平面布置图勘探点平面布置图是在地形图上标明工程建筑物、各勘探点（包括探井、探槽、钻孔等）、各现场原位测试点以及勘探剖面线的位置，并注明各勘探点、原位测试点的坐标及高程。3地层综合柱状图反映场地（或分区）的地层变化情况，在图上标明层厚、地质年代，并对岩土的特征和性质进行概括的描绘，有时还附有各岩土层的物理力学性质指标。4工程地质剖面图以地质剖面图为基础，反映地质构造、岩性、分层、地下水埋藏条件、各分层岩土的物理力学性质指标等。它的绘制依据是各勘探点的成
28、果和土工试验成果。由于勘探线的布置常与主要地貌单元或地质构造轴线相垂直或与建筑物轴线相垂直，因此工程地质剖面图能最有效地揭示场地地质条件。5土工试验成果表主要有抗剪强度线、压缩曲线等，一般由土工试验室提供。6现场原位测试图件包括载荷试验、标准贯人试验、十字板剪切试验等的成果图件。7.其它专门图件对于特殊地质条件及专门性工程，根据各自的特殊需要，绘制相应的专门图件等。 10.2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是：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公路是线性建筑物，在数百甚至数千公里的路线上常遇
29、到各式各样的工程地质问题。如公路沿线山高谷深，地质复杂，不良地质现象发育，或道路要穿过大溶洞和暗河等，这些均说明了在选线中重视工程地质条件的必要性，只有根据地质环境的具体条件才能选出技术可靠而又经济合理的路线。在选线中，工程地质工作的主要任务是查明各比较路线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，即使局部改线，都会造成很大的浪费。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。路线的基本类型及其特点如下：（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
30、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。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，桥隧工程量大。（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，则需外运道渣，更严重的是取水困难。（3）山坡线其最大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
31、发育，要选择适宜的垭口通过。如图10-2所示，为工程地质选线的实例。其路线A、B两点间共有三个基本选线方案，I方案需修两座桥梁和一座长隧洞，路线虽短，但隧洞施工困难，不经济；II方案需修一座短隧洞，但西段为不良物理地质现象发育地区，整治困难，维修费用大，也不经济；III方案为跨河走对岸线，需修两座桥梁，比修一座隧洞容易，但也不经济。综合上述三个方案的优点，从工程地质观点提出较优的第IV方案：把河湾过于弯曲地段取直，改移河道，取消西段两座桥梁而改用路堤通过，使路线既平直，又避开物理地质现象发育地段，而东段则联接II方案的沿河路线。此方案的路线虽稍长，但工程条件较好，维修费用少，施工方便，长远来看
32、还是经济的，故为最优方案。图10-2 工程地质选线实例略图1滑坡群；2崩塌区；3泥石流堆积区；4沼泽带；5路线方案二、公路路基的主要工程地质问题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以及深路堑的人工边坡等。具有一定的坡度和高度的边坡在重力作用下，其内部应力状态也不断变化。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和破坏。其破坏形式主要表现为滑坡、崩塌和错落。土质边坡的变形主要决定于土的矿物成分，特别是亲水性强的粘土矿物及其含量，除受地质、水文地质和自然因素影响外，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
33、，它们对边坡的变形起着控制作用。只有同时具备临空面、滑动面和切割面三个基本条件，岩质边坡的变形才有发生的可能。由于开挖路堑形成的人工边坡，加大了边坡的陡度和高度，使边坡的边界条件发生变化，破坏了自然边坡原有应力状态，进一步影响边坡岩土体的稳定性。另一方面路堑边坡不仅可能产生工程滑坡，而且在一定条件下，还能引起古滑坡复活。由于古滑坡发生时间长，在各种外营力的长期作用下，其外表形迹早已被改造成平缓的边坡地形，很难被发现，若不注意观测，当施工开挖形成滑动的临空面时，就可能造成边坡失稳。2路基基底稳定性问题一般路堤和高填路堤对路基基底要求要有足够的承载力，基底土的变形性质和变形量的大小主要取决于基底土
34、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。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，或在其下方开挖取土或在其上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形；也有因基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形。路基基底若为软粘土、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
35、小于岩土体的容许承载力；在通过淤泥软土地区时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公路冻害问题它包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆，结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀，使路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和正常使用。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。前者是在地下水埋深较大地区，其冻胀量一般为30一40mm，最大达60mm。其主要原因是路基结构不合理或养护不周，致使道路排水不良造成。深源冻胀多发生在冻结深度大于地下水埋深或毛
36、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，一般为200一400mm，最大达600mm。公路的冻害具有季节性，冬季在负气温长期作用下，使土中水分重新分布，形成平行于冻结界面的数层冻层，局部尚有冻透镜体，因而使土体积增大（约9%）而产生路基隆起现象；春季地表面冰层融化较早，下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，在外荷作用下，路基出现翻浆现象。防止公路冻害的措施有：铺设毛细割断层，以断绝水源；把粉粘粒含量较高的冻胀性土换为粒粗、分散的砂砾石抗冻胀性土；采用纵横盲沟和竖井，排除地表水，降低地下水位，减小路基土的含水量；提高路基标高；修筑隔热层，防
37、止冻结路基深处发展等。4建筑材料问题路基工程需要的天然建筑材料不仅种类较多，而且数量较大，同时要求各种材料产地沿线两侧零散分布。这些材料品质的好坏和运输距离的远近，直接影响工程的质量和造价，有时还会影响路线的布局。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，诸如盐渍土、多年冻土、岩溶、沼泽、积雪、滑坡、崩塌、泥石流等，往往影响路线方案的选择、路线的布设和构
38、造物的设计。因此应重点查明其类型、规模、性质、发生原因、发展趋势和危害程度。对严重影响路线安全而数量多、整治困难的各种工程地质问题，如发展中的暗河岩溶区、深层滑坡地段、深层沼泽、有沉陷的深源冻胀地段等，一般均以绕避为原则,但对技术切实可行，可彻底整治而费用不高，对今后运营无后患的地段，应合理通过，绝不盲目避绕。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。当就近材料不能满足要求时，则应由近及远扩大调查范围，以求得足够数量的品质优良、适宜开采和运输方便的筑路材料产地。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
39、绍初步勘察阶段和详细勘察阶段的工作内容。（一）初步勘察阶段本勘察阶段的基本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150200m。测绘比例尺是1:500001:200000，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。（二）详细勘察阶段是根据已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、站场等）位置有针对性地进行详细的工程地质勘察。最终确定公路路
40、线和构造物的布设位置，查明构造物地基的地质构造、工程地质及水文地质条件，准确提供工程和基础设计、施工必须的地质参数。10.3桥梁工程地质勘察大、中桥桥位多是路线布设的控制点，桥位变动会使一定范围内的路线也随之变动。因此桥梁工程地质勘察一般应包括两项内容：首先应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；然后再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所需要的地质资料。影响桥位的选择的因素有路线方向、水文地质条件与工程地质条件等。工程地质条件是评价桥位好坏的重要指标之一。一、桥梁工程地质问题桥梁是公路建筑工程中的重要组成部分，由正桥、引桥和
41、导流等工程组成。正桥是主体，位于河岸桥台之间，桥墩均位于河中。引桥是连接正桥与路线的建筑物，常位于河漫滩或阶地之上，它可以是高路堤或桥梁。导流建筑物，包括护岸、护坡、导流堤和丁坝等，是保护桥梁等各种建筑物的稳定，不受河流冲刷破坏的附属工程。桥梁按结构可分为梁桥、拱桥和钢架桥等。不同类型的桥梁，对地基有不同的要求，所以工程地质条件是选择桥梁结构的主要依据，包括以下两方面的主要工程地质问题。1桥墩台地基稳定性问题桥墩台地基稳定性主要取决于墩台地基中岩土体承载力的大小。它对选择桥梁的基础和确定桥梁的结构形式起决定作用。当桥梁为静定结构时，由于各桥孔是独立的，相互之间没有联系，对工程地质条件的适应范围
42、较广。但对超静定结构的桥梁，对各桥墩台之间的不均匀沉降特别敏感，故取用其地基容许承载力时应予慎重考虑。岩质地基容许承载力的确定取决于岩体的力学性质及水文地质条件等，应通过室内试验和原位测试等综合判定。2桥墩台地基的冲刷问题桥墩和桥台的修建，使原来的河槽过水断面减少，局部增大了河水流速，改变了流态，对桥基产生强烈冲刷，威胁桥墩台的安全。因此，桥墩台基础的埋深，除决定于持力层的部位外还应满足以下要求。(1)桥位应尽可能选在河道顺直，水流集中，河床稳定的地段。以保护桥梁在使用期间不受河流强烈冲刷的破坏或由于河流改道而失去作用。(2)桥位应选择在岸坡稳定，地基条件良好，无严重不良地质现象的地段，以保证
43、桥梁和引道的稳定，减低工程造价。(3)桥位应尽可能避开顺河方向及平行桥梁轴线方向的大断裂带，尤其不可在未胶结的断裂破碎带和具有活动可能的断裂带上建桥。(4)在无冲刷处，除了坚硬岩石地基外，应埋置在地面以下不小于lm;在有冲刷处，应埋置在墩台附近最大冲刷线以下（埋深不小于表10-2中规定的数值）；基础建于抗冲刷较差的岩石（如页岩、泥岩、千枚岩等），应适当加深。表10-2 墩台基础在最大冲刷线以下的最小埋深 净冲刷深度（m）3381520在最大冲刷线以下的最小埋深一般桥梁2.02.53.03.54.0特大桥及其他重要桥梁设计流量3.03.54.04.55.0验算流量按设计流量所列值再增加1/2二、
44、桥梁工程地质勘察要点（一）初步勘察在工程地质勘察资料可行性研究的基础上，初步查明场地地基的地质条件，即对桥位处进行工程地质调查或测绘、物探、钻探、原位测试，进一步查明工程地质条件的优劣。特别应查明与桥位方案或桥型方案比选有关的主要工程地质问题。对一般地区的桥位选择应查明两个方面的内容：一是地形、地貌、地物等方面对桥位选择的制约内容；二是工程地质条件对桥位选择的制约对特殊地质地区的桥位选择，应针对泥石流、岩溶、滑坡、沼泽、黄土等特殊地区的特点认真研究比选，而不要盲目避绕。工程地质测绘比例尺用1:5001：10000，调查范围包括桥轴线纵向的河床和两岸谷坡或阶地（约5001000m），以及横向河流
45、上、下游各200500m在此阶段中，应对各桥位方案进行工程地质勘察，并对与建桥的适宜性和稳定性有关的工程地质条件作出结论性评价，对工程地质条件复杂的特大桥和中桥，必要时增加技术设计阶段勘察，还应包括环境介质对混凝土腐蚀的评价。钻孔一般沿桥轴线或其两侧布置，原则上应布置在与工程地质有关的地点，并考虑到地貌和构造单元。其钻孔数量与深度参照表10-3确定。表10-3 初勘桥位钻孔数量与深度表桥梁按跨径分类工程地质条件简单工程地质条件复杂孔数（个）孔深（m）孔数（个）孔深（m）中桥23812342035大桥351035573550特大桥57204071040120注：表中所列数值是参考值，工作中应根据
46、实际情况确定；河床中钻孔深度是以河床面高程控制，河岸处孔深应按地面确定；表中孔深，地基承载力小时取大值，大时取小值（二）详细勘察阶段在初步设计阶段勘察测绘基础上进行补充、修正，查明桥梁墩台地基基础岩体风化和软弱层特征；测试岩土体物理力学性能，提供地基承载力基本值、桩壁极限摩阻力，并结合基础类型作出定量评价随着二级以下公路的发展，在大江、大河上以及跨海的公路工程逐渐增多，特大桥梁工程需对工程地质工作特别重视对重要的特大桥，测绘应针对桥梁墩（台）、锚固基础、引道、调治构造物等处岩体进行大比例尺工程地质测绘（或进行专题研究），把桥墩、锚锭部位作为勘察重点，并采用综合勘测手段，进行钻探、原位测试（静探
47、、标贯、旁压试验、十字板剪切试验）、声波测井及抽水、压力试验等。查明地基基础的承载力、极限摩阻力，给设计提供可选择的基础类型和施工方案，并提供出存在的问题及建议处理措施等。勘察重点是：1.查明桥位区地层岩性、地层构造、不良地质现象的分布及工程地质特性。2.探明桥梁墩台和调治构造物地基的覆盖层及基岩风化层的厚度，墩台基础岩体的风化及构造破碎程度，软弱夹层情况和地下水状况。3.测试岩土的物理力学特性，提供地基的基本承载力、桩壁摩阻力、钻孔桩极限摩阻力，作出定量评价。4.对边坡及地基的稳定性、不良地质的危害程度和地下水对地基的影响程度做出评价5.对地质复杂的桥基或特大的桥墩、锚锭基础应采用综合勘探。10.4隧道工程地质勘察公路隧道有山岭隧道与河底隧道之分。山岭隧道又可分为越岭隧道与山坡隧道两种：越岭隧道是穿越分水岭或山岭垭口的隧道，这种隧道可能有较大的深度和长度；山坡隧道是为避让山坡上的悬崖峭壁以及雪崩、山崩、滑坡等不良地质现象而修建的隧道，这种隧道长短不一。隧道多是路线布设的控制点，长隧道可影响路线方案的选择。隧道勘察工作通常包括两项内容：一是隧道方案与位置的选择；二是隧道洞口与洞身的勘察。前者除隧道方案的比较外，有时还包括隧道展线或明挖的比较；对重点隧道或工