第八章公路工程地质问题2013

路基工程地质问题桥梁工程地质问题隧道工程地质问题2019/12/18第一节路基工程地质问题•路基不均匀变形①软土路基沉陷②黄土地基沉陷③多年冻土路基变形④膨胀土路基变形⑤盐渍土路基变形⑥岩溶和采空区路基沉陷•边坡工程地质问题①坡面变形②整体失稳破坏2019/12/18路基不均匀变形路基不均匀变形以路基沉陷变形较为常见，但也包括鼓胀变形。除路基施工碾压不够外，特殊的工程地质条件常是主要原因。软土、湿陷性黄土、多年冻土、岩溶空洞和地下矿山采空区等分布区域的路基常出现路基沉陷变形，而在盐渍土和膨胀土分布地区的路基则出现不均匀鼓胀变形。2019/12/18软土路基沉陷在软土上修筑公路时，经常遇到软土地基压缩变形和地基剪切破坏带来路堤过大沉陷和破坏两大工程问题。因此，软土地基沉降计算（固结理论）和稳定性分析（强度理论）是软土理论的两大课题，也是工程设计和施工必须考虑的两个主要问题。2019/12/18萧甬铁路由于软基的塌方2019/12/18黄土地基沉陷黄土路基各种病害的发生与水的关系密切。路堤沉陷除施工压实不足外，常是地基湿陷、地下洞穴塌陷、路线通过冲沟时沟底地基湿软、冲沟逆源侵蚀路基等原因造成的；雨水造成坡面冲刷、滑塌，河流冲刷坡脚或地下水软化坡脚引起滑坡；地下水位较高造成路基软化和冻胀、翻浆。黄土地区进行公路建设和公路病害治理必须重视排水问题，包括地表排水和地下排水。2019/12/182019/12/18多年冻土路基变形由于修筑公路、铁路，特别是公路铺筑沥青面层，破坏了多年冻土的水热平衡状态，吸热大于散热，多年冻土逐渐融化。上限附近不同厚度和不同含冰量的冰层融化，引起路基基底发生不均匀沉陷，或由于水分向路基上部集聚而引起冻胀、翻浆。针对多年冻土特性和道路病害，多年冻土地区路基设计采用：保护、一般保护和不保护三种原则。2019/12/18冻土路基变形2019/12/18膨胀土路基变形在膨胀土地区病害的产生必须具备两个基本条件：一是土具有胀缩特性，胀缩性愈大可能产生的病害愈严重；二是水的渗入，没有含水量的变化，则不会产生土的体积变化和结构破坏，即不会产生路基的变形和破坏。控制填土的性质或改善土的胀缩性，减小路基、路面水的渗入，是防治膨胀土道路病害的重要手段。2019/12/18盐渍土路基变形影响路基盐胀的主要因素有土质、含盐类型、含盐量、土的含水量、土体密度、温度及其变化过程等。盐渍土地区的路基随着温度的变化出现胀缩现象，低温季节土体膨胀，路面出现鼓包、开裂；高温季节，由于硫酸盐脱水，路基出现松软和泥泞。2019/12/18岩溶和采空区路基沉陷岩溶地区路基的主要工程地质问题有：由于地下洞穴顶板的坍塌，引起位于其上的路基及其附属构造无发生坍塌、下沉或开裂；由于地下岩溶水的活动，或因地面水的消水洞穴阻塞，导致路基基底冒水、水淹路基、水冲路基以及隧道涌水等病害。2019/12/18边坡工程地质问题边坡受岩性、构造等地质条件和风化、水的渗入和冲刷等自然地质作用以及人工开挖等工程活动的影响，常出现坡面变形和整体失稳破坏二类工程病害。整体失稳:是指边坡的整体塌滑和滑坡。岩质边坡的破坏失稳与岩体中发育的各种结构面有很大关系。坡面变形:坡面变形是指路堑（或路堤）边坡坡面的局部破坏，包括风化剥落、落石、冲刷和表层滑塌等类型。2019/12/18桥梁工程地质问题桥位选择的工程地质问题桥基勘测中的工程地质问题桥基稳定性及承载力的确定2019/12/18桥位选择的工程地质问题桥梁位置的选择应该综合考虑线路方向、选线设计技术要求、城乡建设、交通水利设施的要求和地形、地质条件等多方面因素。一般，中、小桥位置由线路条件决定，特大桥或大桥则往往先选好桥位，然后再统一考虑线路条件。大桥和特大桥位的选定，除综合考虑政治、经济等因素外，还必须十分重视桥位地段的地质、地貌特征和河流水文特征。2019/12/18山区河流桥位条件1.桥渡线尽可能选在河道顺直、水流通畅地段，避免在河弯、砂洲，河心孤石突起及河道急剧展宽等河段通过。2.桥渡线宜选在河槽较窄的峡谷段通过，并应同时考虑施工方法与施工场地的布置问题。当由于峡谷段水深流急，一跨不成，必须在河中建墩时，为避免基础施工困难，也可在开阔段通过。3.桥渡线应避免在两河交汇或支流汇入主流的河口段通过，避免两河洪水涨落时间不同，冲淤变化复杂，影响建筑物的安全。4．桥头及其引线应避开滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生场所。2019/12/18平原区河流桥位条件在平原区河流稳定河段，桥位应选在河道顺直、河床深槽地段，桥梁中线宜与河流两岸垂直。在平原区河流次稳定河段，则要注意河床的天然演变。一般桥位可选在河湾顶部中间部位跨越，不宜设在两河湾间直线过渡段，以免河湾下移，引起桥下斜流冲刷，危及墩、台安全。对于平原区游荡性河段，桥位宜选在有坚固抗冲的岸壁或人工建筑物河堤等处。必要时采取导流措施保护桥渡安全。2019/12/18桥基勘测中的工程地质问题在调查与测绘的基础上进行勘探工作。对于大、中桥，目前均采用以钻探为主，辅以物探和原位测试的方法。勘探资料应满足查明地质构造、不良地质现象、地基土的物理力学性质及地下水的状态等要求。2019/12/18桥基稳定性及承载力桥基稳定性:桥梁基础及其施工过程中基坑的稳定性受到地质条件与河流冲刷的影响，会产生基础垮塌、滑移和基坑坍滑等破坏或变形，威胁工程和人员的安全。桥基承载力:地基允许承载力是指地基所能承受的由基础传递的压力，在这种压力作用下，地基不发生破坏，建筑物也不会因为地基产生过大的沉降而变形、失稳。地基承载力对确定桥梁的基础类型、基础埋深、结构形式和工程造价影响极大，是桥梁设计中必须提供的重要数据。2019/12/18隧道工程地质问题隧道是公路工程中与地质条件关系最密切的工程建筑物。隧道位于地下，四周被各种地层包围，处于各种不同的地质构造部位，可能遇到各种地质问题。主要讨论隧道位置的选择与地质条件的关系，隧道涌水、地下温度、瓦斯与岩爆等问题。2019/12/18隧道位置的选择与地质条件在各类地质条件中，地质构造与岩层产状、岩石类型及风化程度、地下水条件、地质灾害等都会对隧道位置的选择产生影响。2019/12/18地质构造与岩层产状对隧道稳定的影响岩层产状与隧道稳定性的关系穿越水平岩层的隧道，应选择在坚硬、完整的岩层中。在软硬相间的情况下，隧道拱部应尽量设置在硬岩中。在倾斜岩层中，沿岩层走向布置隧道一般是不利的。主要的工程地质问题是不均匀的地层压力即偏压。隧道轴向与岩层走向垂直或大角度斜交，是隧道在单斜岩层中的最好布置。在这种情况下岩层受力条件较为有利，开挖后易于成拱，同时围岩压力分布也较均匀，且岩层倾角愈大，隧道稳定性愈好。地质构造与隧道稳定性的关系一般情况下，应当避免将隧道沿褶曲的轴部设置，该处岩层弯曲、裂隙发育，岩石较为破碎.在选择隧道位置时应尽量避开大规模断层，若不易避开时，则应采用隧道轴线与断层线垂直或大角度通过。2019/12/18不良地质现象发育地区隧道位置的选择滑坡地区隧道位置的选择当隧道需要在滑坡地区通过时，必须查清滑坡地区的岩性、地质构造、水文地质条件，确定滑坡范围、滑动面的位置、滑动方向及滑坡发生、发展的原因，才能判断滑坡的稳定状态，以及将来可能发展的趋势。一般情况下应避开滑坡体，必须在滑坡地区通过时，应将隧道设在滑动面以外一定部位处。如果滑动面有可能继续向深部发展，则隧道位置应选在可能形成新滑面以下一定深度。崩塌岩堆地区隧道位置的选择在崩塌、落石地区确定隧道位置时，必须查清岩体中裂隙的产状，延伸长度，胶结情况及对铁路可能构成的危害。一般小型崩塌、落石地区，可以清除危岩或嵌补裂隙处理。2019/12/18不良地质现象发育地区隧道位置的选择泥石流地区隧道位置的选择隧道通过泥石流地区，以在流通区泥石流沟口的基岩中通过为首选方案；当线路布设标高较低，隧道需要在泥石流的沉积区通过时，一定要注意洞口位置的选择，避开洪积物可能扩大的范围，尤其是发展中的泥石流，洪积扇不断扩大，更应注意，以免堵塞洞口；当老洪积扇处于下切阶段，应考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，使隧道洞顶距最低下切面有一定距离，确保安全。岩溶地区隧道位置的选择根据岩溶发育规律，在可溶岩层与非可溶岩层接触地带或构造破碎带，常常是岩溶发育地带，选择隧道位置时，应尽量避开这些地带，将隧道位置选在非可溶岩中。正断层较逆断层和平推断层更有利于岩溶发展，因此在断裂发育地区，隧道应避开正断层，如避不开，应正交或以大角度通过断层破碎带，以减少岩溶危害。2019/12/18隧道工程地质勘察隧道工程地质勘察就是通过野外地质测绘，配合勘探和测试工作，查明隧道通过地段的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质和不良地质现象等工程地质条件，为隧道的位置选择和设计、施工提供所需的地质资料，并根据隧道地段的地质特征，判断隧道围岩的类别，明确主要的工程地质问题，提出相应的工程处理措施。