孫蘭池

摘 要 阿克塔斯特大橋位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州木壘縣境內(nèi)，新建鐵路哈密（火石泉）至將軍廟的主要控制性工程。目的：深入了解山區(qū)的工程地質(zhì)條件，為橋梁、路基工程進(jìn)行分析、比選。方法：通過野外地質(zhì)調(diào)查，鉆探、物探測試等綜合工程地質(zhì)勘察手段。結(jié)果：介紹了橋址區(qū)的地質(zhì)特征、自然地理概況及工程地質(zhì)條件，對工程的影響進(jìn)行了綜合分析、評價，將特大橋通過斷層處優(yōu)化為路基工程，進(jìn)行設(shè)計方案的優(yōu)化比選。結(jié)論：通過對特大橋和優(yōu)化后的路基進(jìn)行綜合對比，有明顯的優(yōu)勢，為下階段設(shè)計提供可參考的推薦方案。

關(guān)鍵詞 山區(qū) 阿克塔斯特大橋 斷層 設(shè)計方案優(yōu)化比選

一、概況

1.工程概況。哈密至將軍廟鐵路（簡稱“哈將鐵路”）位于新疆哈密地區(qū)及昌吉回族自治州境內(nèi)。自蘭新鐵路哈密地區(qū)火石泉站引出，經(jīng)三道嶺煤礦，沿北天山南麓向西北方向行進(jìn)，自巴里坤山和博格達(dá)山之間埡口翻越天山后沿天山北麓西行，經(jīng)木壘哈薩克自治縣后折向北，沿省道S228線與在建的準(zhǔn)將鐵路將軍廟站相接，線路全長421.918 km。

阿克塔斯特大橋位于哈將鐵路大石頭至阿克塔木段大石頭村南側(cè)約3 km，距昌吉回族自治州木壘縣城約90 km，起訖里程為DK227+152.70～DK227+981.30，孔跨式樣為25 m～32 m梁橋，全長0.828 6 km，設(shè)計為單線橋梁，線路呈曲線形式通過，為跨越山間洼地而設(shè)。

2.自然地理概況。阿克塔斯特大橋位于北天山剝蝕山地。地面高程1 462 m～1 520 m，地形起伏大，溝梁相間，山坡陡峻，谷寬溝深，呈“U”形溝谷。同時跨越1條區(qū)域性一級斷裂帶，地表道路通行不暢。當(dāng)?shù)氐乇硭饕獮槿皼_溝中的季節(jié)性流水，受大氣降水及泉水補(bǔ)給；地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，排泄、徑流條件不暢快，水位隨地形的起伏變化較大。本區(qū)屬中溫帶干旱氣候區(qū)，氣候干燥，年最大降水量515.1 mm，降水量較少且分布不均；年平均蒸發(fā)量2 175.5 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量。結(jié)合地形、地貌分析，在融雪期和雨季易發(fā)生突發(fā)性洪水。區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，所對應(yīng)的地震基本烈度Ⅶ度。

二、工程地質(zhì)條件

1.地層巖性。橋址區(qū)地層巖性復(fù)雜，地表分布有第四系全新統(tǒng)沖、洪積粉土、細(xì)角礫土，下伏地層為斷層角礫和斷層泥及上石炭系玄武巖和安山巖，局部地段基巖裸露于地表。

2.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。線路自哈密至將軍廟經(jīng)過準(zhǔn)噶爾-北天山褶皺系北天山優(yōu)地槽的吐魯番-哈密山間坳陷盆地、哈爾力克復(fù)背斜西南部和準(zhǔn)噶爾坳陷盆地東部隆起（見構(gòu)造綱要圖1）。線路通過哈爾力克復(fù)背斜西南部，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育。

圖1 哈密至將軍廟線初步設(shè)計構(gòu)造綱要圖

（1）斷裂構(gòu)造：斷裂構(gòu)造主要發(fā)育于北天山山區(qū)，哈將線鐵路主要經(jīng)過5條區(qū)域性斷裂，分別為大河沿至洛包泉區(qū)域性斷裂帶（F1）、塔奧拉依川峽谷北區(qū)域性斷層（F2）、1663高地—謝雷克庫都克以北區(qū)域性斷層（F3）、頭水—芨芨臺北區(qū)域性斷層（F4）、大石頭—色皮口北東向斷裂帶（F5），其中F1區(qū)域性斷層為第四紀(jì)活動性斷層，上新世以來其活動顯著，曾于1842年與1914年發(fā)生過兩次7.5級地震。

橋址區(qū)線路經(jīng)過F5-3區(qū)域性斷裂，屬逆斷層，位于大石頭西3 km處，走向由20°逐漸轉(zhuǎn)為65°，長約58 km，斷裂帶寬30 m～150 m。受F1區(qū)域性活動斷層的影響，F(xiàn)5-3逆斷層對橋梁工程存在安全影響。

（2）褶皺：橋址處線路經(jīng)過卡扎赫七角井峽谷背斜，位于卡扎赫七角井峽谷口處，為一向南西傾伏的背斜，軸向自北東向西南，北東向被F5-3斷層切割。巖層受構(gòu)造影響，巖體破碎。

三、勘察實施過程

1.工程地質(zhì)調(diào)繪。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，橋址區(qū)哈密端橋臺位于山坡陡壁處，屬地形陡峭地段，基巖裸露，節(jié)理裂隙發(fā)育，相對高差約60 m，橋位中部及哈密端橋臺位于山間洼地，地形相對平緩，地勢隨地形的變化逐漸抬升，高程介于1 462.7～1 480.79，相對高差18.09 m，地表大部分為第四系沖、洪積層所覆蓋，局部有基巖裸露。地表漫流發(fā)育，局部形成深約1 m的寬溝。

2.物探工作。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及區(qū)域地質(zhì)圖，結(jié)合地形、地貌，本次物探采用電阻率法，在可能出現(xiàn)斷層影響范圍進(jìn)行了物探測試，共布設(shè)物探測線8條，長4.7 km。典型物探視電阻率等值線見圖2，由剖面視電視阻率等值線斷面圖（見圖2）可知，高阻與低阻對比效果明顯，該剖面方向上距離0～255 m、320 m～550 m呈現(xiàn)高阻閉合顯示，電阻率為400 Ω·m～4000 Ω·m，距離255 m～320 m呈現(xiàn)低阻閉合顯示，電阻率為100 Ω·m～600 Ω·m，推斷測區(qū)斷面中部有斷層發(fā)育，斷層破碎帶寬70 m～110 m。

圖2 剖面視電阻率等值線斷面圖

3.鉆探工作。依據(jù)物探成果，結(jié)合橋梁墩臺位置，先進(jìn)行隔墩布設(shè)，共布13個鉆孔，其中有2個孔布設(shè)在物探異常顯示推測為斷層的范圍內(nèi)。經(jīng)鉆探，推測斷層范圍內(nèi)的2個鉆孔巖芯均發(fā)現(xiàn)斷層角礫和斷層泥。因事先按隔墩布設(shè)鉆孔，與相鄰見未見斷層現(xiàn)象的鉆孔間相隔一個橋墩，后補(bǔ)加1個鉆孔，施鉆后巖芯同上2個鉆孔地層一致，也出現(xiàn)斷層角礫和斷層泥，揭示厚度19.2 m～31.2 m（均未揭穿）。鉆探結(jié)果證明，物探成果對斷層帶的測試基本準(zhǔn)確。由于采用單一的物探測試方法，個別斷面圖顯示斷層位置偏差較大。

4.勘察效果。（1）斷層帶的分布與特征：經(jīng)物探成果和鉆孔巖芯分析，F(xiàn)5-3逆斷層在線路DK227+930處呈小角度（約30°）斜交通過（見圖3）。斷層帶寬度約126 m。兩盤巖性為灰綠色的玄武巖，巖石十分破碎，巖體完整性差。斷帶內(nèi)主要為斷層泥和斷層角礫組成，厚度大，并含水?？辈焯岢龅臄鄬幽嗷境休d力為300 kPa；斷層角礫基本承載力為300 kPa～350 kPa。

（2）采用地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探等綜合勘察方法進(jìn)行相互補(bǔ)充、驗證，查明了橋址區(qū)斷層的分布范圍及特征，為優(yōu)化設(shè)計方案比選提供地質(zhì)依據(jù)。

圖3 F5-3 逆斷層通過阿克塔斯特大橋平面圖

四、工程方案比選

初步設(shè)計階段該段以特大橋方案通過，本人提出線路應(yīng)以路基形式通過斷層帶比較適宜，使橋梁盡可能地避開斷層帶地段。該橋在線路DK227+855～DK228+981.30段通過（F5-3）斷層，其中22號橋墩至將軍廟橋臺橋基置于斷層帶內(nèi)，長約126 m。根據(jù)橋址所處地理環(huán)境、地質(zhì)條件及工程的經(jīng)濟(jì)、安全性進(jìn)行和施工難度綜合比選，達(dá)到對工程費用與安全度的最佳選擇。

1.原橋方案。優(yōu)點：合理利用地形，以地形設(shè)橋。缺點：橋址通過斷層帶寬度較長，約126 m，斷帶內(nèi)主要為斷層泥和斷層角礫組成，含水，對大橋地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性有一定的影響；橋臺（將軍廟側(cè)）高度較高，路基填方作為荷載對橋臺基礎(chǔ)的影響較大，特別在斷層破碎帶中；橋基位于破碎帶內(nèi)，屬抗震不利地段；工程規(guī)模及投資大。

2.路基方案。優(yōu)點：就近取材，操作簡單，工期時間短，減少造價，降低工程投資；降低災(zāi)害規(guī)模和危害程度，減少損失，災(zāi)后便于施工；橋位中部沖溝與斷層相距395 m，地形相對平緩，高程介于1 467.31～1 478.88，線路地勢隨地形的變化逐漸抬升，相對高差11.57 m，橋凈空高8.39 m～10.37 m，過水?dāng)嗝骈L，加之?dāng)鄬訋幤x山口處，故突發(fā)性洪水對該橋斷層處影響小，須加強(qiáng)導(dǎo)流及路基坡面防護(hù)措施；風(fēng)吹雪易在低路堤及緩丘背風(fēng)側(cè)堆積，S303省道嚴(yán)重段落最大風(fēng)積雪厚度2.5 m～3 m。根據(jù)該段線路設(shè)計高程，路基填方高度9. 9 m～13.1 m。雪害對路基工程無影響。缺點：受突發(fā)性洪水沖蝕。

五、結(jié)束語

1.勘察設(shè)計階段地質(zhì)條件是客觀存在的，在設(shè)計中應(yīng)充分考慮地質(zhì)因素，詳細(xì)調(diào)查各種地質(zhì)災(zāi)害。本次勘察通過工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探等綜合方法，基本查明了斷層帶的分布范圍，為工程的勘察設(shè)計提供了依據(jù)。

2.橋梁總體方案布置是設(shè)計中最基本、最復(fù)雜的問題，各種條件和需求總是交織在一起，橋梁方案選擇是否合理，不是多一跨少一跨的問題，而是充分利用有利條件，找到相對經(jīng)濟(jì)、安全、合理的方案，通過以上的綜合比選分析，路基方案優(yōu)于原橋方案。

3.該工程于2011年1月完成初步設(shè)計，尚未進(jìn)行施工圖設(shè)計，本文針對斷層對橋基影響進(jìn)行了分析，在滿足橋梁專業(yè)的技術(shù)要求下，如進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，可從設(shè)計源頭控制降低工程投資，消除地質(zhì)災(zāi)害危害的風(fēng)險，達(dá)到對工程費用與安全度的最選擇，同時也實現(xiàn)了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益“雙贏”。

參考文獻(xiàn)

[1] 新建鐵路哈密至將軍廟線初步設(shè)計地質(zhì)篇.烏魯木齊：新疆鐵道勘察設(shè)計院有限公司，2011.