海坛海峡水道特大桥工程地质特性及适宜性评价

刘萃，沈国栋



海坛海峡水道特大桥工程地质特性及适宜性评价

刘萃，沈国栋

（江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏 淮安 223005）

海坛海峡北东口水道特大桥位于福建省平潭县，区域内断裂构造发育，地貌类型有岛屿及滨海地貌区，岛屿丘坡零星分布孤石及危岩体。通过对桥位区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质特征及不良地质作用和特殊性岩土特征进行分析，得出桥址区基岩埋藏较浅，为良好的桩基持力层，局部存在的不良地质体可通过工程措施进行处理，场地稳定性相对较好，适宜拟建桥梁工程的建设，研究结果为工程基础设计提供详细、准确的工程地质资料。

大桥；工程地质；适宜性；海坛海峡

拟建海坛海峡北东口水道特大桥位于福建省平潭县，跨越海坛海峡北东口水道，连接大练乡与苏澳镇两地。场地地貌类型有岛屿及滨海地貌区，岛屿丘坡零星分布孤石及危岩体，桥址区两端边坡地形总体较缓，基岩埋深较浅，岩质硬，无外倾结构面或外倾结构面陡倾，目前边坡稳定。苏澳侧边坡局部存在的危岩体，影响范围有限。

1 工程地质特征

1.1 地层岩性

根据桥址区勘察揭示，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：第四系坡积层（Q4dl）块石土，第四系全新统长乐组冲海积层（Q4al+m）淤泥质黏土、粉质黏土、粉细砂、粗砂、砾砂、块石土等土层，第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）粉质黏土夹碎石，白垩系下统石帽山组（K1sh）凝灰岩，燕山晚期花岗岩（γδ5）。

图1 苏澳侧山坡分布的危岩及块石

1.2 地质构造

桥址区处于武夷－戴云隆褶带的闽东火山断拗带东部，西邻闽西北隆起带和闽西南拗陷带，东临台湾海峡沉降带。该断拗带在华力西－印支拗褶基础上，中生代发生大规模断陷和拗陷，形成巨厚的东南沿海中生代火山岩带，沿构造带形成强烈的区域变质和混合岩化作用，中生代岩浆广泛侵入。区域构造总体轴向为北北东向，同时在区内存在南岭纬向构造带，北西向构造以近等间距形式斜穿本区。

结合区域地质资料及现场勘探资料显示：桥址区未见显著断裂构造，存在多处侵入接触带，均为燕山晚期（γδ5）花岗岩与白垩系下统石帽山群（K1sh）凝灰岩岩性侵入接触带。根据初测阶段的物探成果，在测区范围内，物探未发现明显的波组断点，但发现两条比较明显的岩面凹槽带A1、A2。两条凹槽带A1、A2均呈北东东向，推断该凹槽带为破碎带或由构造带引起的风化带。

2 水文地质特征

桥址区地下水类型可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布于海域，赋存于粗砂、粉细砂、粉细砂层中，其中和层分布广泛，层零星分布，潜水含水层厚度0.5～15.5m，水量丰富，接受海水下渗补给。

孔隙(微)承压水主要赋存于块石土、粗砂、粉细砂中，上覆层淤泥质黏土和层粉质黏土相对隔水层，含水层呈透镜体状分布，分布不均，厚度0.8～24.3m，水量较丰富。孔隙(微）承压水通过含水层的侧向径流补给，排泄主要是通过排泄口泄入海中，其次为孔隙承压水向其他含水岩组侧渗排泄和越流排泄。

基岩裂隙水主要赋存于燕山晚期（γδ5）花岗岩与白垩系下统石帽山群(K1sh)凝灰岩节理裂隙中，较发育，赋水性与基岩的风化程度、裂隙发育、构造、地形坡度关系较密切，因此该层地下水的赋水性、渗透性等具有不均匀性，其径流情况表现在沿基岩裂隙相互流通，但受裂隙发育情况的影响。剥蚀丘陵及海岛区主要接受大气降水补给，以地表渗流形式出露于坡脚、或向风化裂隙和构造裂隙方向渗流排泄；海域接受孔隙水和海水的入渗补给。根据采集的水样分析成果，基岩裂隙水的水质类型为CL-HCO3-(Na+K)型。

图2 DK74+460～DK74+670段弱风化基岩面立体图

3 不良地质及特殊岩土

3.1 不良地质

结合区域地质及前期物探作业资料显示：桥址区未发现活动断裂等不良地质构造。测区内未发现明显的古剥蚀面和浅层气等不良地质现象。测区的不良地质作用主要为球形风化、危岩与崩塌。

1）球形风化，是指岩体风化严重不均，而在风化带中残留有弱微风化球状体，是花岗岩地区广泛存在的不良地质现象。根据苏澳侧山坡顶部邻近工点公路旱桥Jz-Ⅲ旱桥3-01钻孔揭示，弱微风化残留体球状风化呈“串珠状”，揭露厚度0.8～3.1m。设计时应注意球形风化对设计和施工的影响。施工过程中，风化残留体的存在不仅增加了施工时间和施工成本，还易出现偏孔、卡钻、断桩等事故，宜有针对性的选用机械设备、泥浆，采取合理的施工技术，以确保桩的成桩质量。

2）危岩与崩塌，崩塌现象主要集中在岸坡附近，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，坡脚多散落块石，大小不等，一般块径0.5～3m，最大直径可达5m以上(图1)。两侧桥台位于丘坡区，工程地质调查发现，丘坡区岩性主要为凝灰岩、花岗岩等硬质岩，沿海段花岗岩不均匀风化严重，岩体破碎，坡面多见危岩及孤石。在苏澳侧登陆点附近为废弃的采石场，人工形成60°～90°陡坡，DK75+700～DK75+750段岸坡顶部分布有球形风化形成的危岩体，基岩为花岗岩，岩体裂隙发育，上部岩体风化程度较高，其周围岩体松软，在风化加剧和雨水冲刷等自然营力作用作用下，极易脱离母岩，产生崩塌、坠落现象。设计时应考虑危岩体对工程的不利影响，建议对危岩予以清除，并对边坡采取防护措施，加强危岩区地表排水设计。

3.2 特殊性岩土

3.2.1风化岩

桥址区基岩主要为白垩系石帽山群组（K1sh）凝灰岩和燕山晚期侵入花岗岩（γδ5），差异风化现象很明显，主要表现在：①全、强风化岩层中具弱风化岩球状风化残留体；②海域由于海流冲刷，表现为岩面起伏大，局部弱风化基岩裸露。

在DK74+460～DK74+670段弱风化基岩面起伏较大（图2），主要在40号墩位处DK74+540～DK74+565段弱风化岩面由北向南急剧抬升，坡度40°～50°，设计和施工时应注意弱风化岩面的起伏对桥梁的影响。由于差异风化明显，其风化带和残积土很不均匀，风化界面起伏大，但整体上弱风化基岩埋藏较浅。不均匀风化使弱微风化岩面分布高程差异大，增加了基础设计和施工的难度。

原位测试和室内试验结果表明，本桥位区分布的全风化凝灰岩压缩指标（平均值）为a0.1-0.2=0.36MPa-1，Es=5.70MPa，具中等压缩性；全风化花岗岩压缩指标（平均值）为a0.1-0.2=0.37MPa-1，Es=5.56MPa，具中等压缩性。基岩全风化层土质较均匀，场地全风化凝灰岩和花岗岩的自由膨胀率s为2%～32%，为非膨胀性土。野外鉴定和工程实践证明，基岩全、强风化层水理性较差，具浸水崩解、失水干裂等特性。基础施工时应加快施工进度，以避免该层在水下长期浸泡，导致其强度降低。

桥位区钻孔中揭示的弱风化岩，裂隙发育—较发育，岩体较破碎—较完整，岩芯多呈短柱状及碎块状，岩石大多数属硬质岩石，为勘察区内良好的基础持力层。

3.2.2软土

桥址区分布的特殊性土为1)、2)淤泥质黏土等软土层。

1）淤泥质黏土：灰色，流塑，饱和，标准贯入击数2～5击，属高压缩性土层，层厚2.5～7.3m。本层在桥址区主要分布在DK74+966～DK75+113段。

2）淤泥质黏土：灰色，流塑～软塑，饱和，局部夹细砂，其主要物理、力学性质指标平均值为：天然含水量ω=48.96%，天然孔隙比e=1.401，液限ωL=47.73％，IL=1.05，a0.1-0.2=1.04MPa-1，Es=2.47MPa，快剪Cq=19.64kPa，φq=8.43°，固结快剪Ccq=22.67kPa，φcq=15.17°，标准贯入击数2～4击，属高压缩性土层，层厚0.8～10.9m。本层在桥址区主要分布在DK72+780～DK73+084、DK73+130～DK73+500、DK73+598～DK73+824、DK74+616～DK74+642、DK74+707～DK74+757段。该类地层具高含水量、高压缩性、低强度等特点，工程地质性能很差，在地震作用下具有震陷的可能，设计时应注意其不良影响。

4 工程地质适宜性评价

桥址区处于长乐～诏安和福建滨海两大断裂带之间，影响本区地震的发震构造主要是平潭岛东侧的滨海断裂带的平潭海外段(F2-2)，桥址区位于平潭岛西侧，距该断裂距离约50km，该断裂为第四纪早期断裂。近场区断裂均为前第四纪或第四纪早期断裂，不存在全新世活动断层，区内未曾发生过6级以上地震，且在历史上近场区内或场区内，也未曾发生过地表断层破裂的现象。故断裂对本大桥的修建影响较小。

桥址区两端边坡地形总体较缓，基岩埋深较浅，岩质硬，无外倾结构面或外倾结构面陡倾，对边坡整体稳定较为有利，目前边坡自然状态下稳定。桥址东南端苏澳侧为丘陵地貌，边坡局部存在的危岩体，影响范围有限，可通过工程措施减少或消除其对工程的不利影响。边坡坡度约15°～25°，节理主要有走向北东80º，倾向北西，倾角85º和走向近东西，倾向北，倾角70°两组，为闭合、剪切节理，与山坡大角度斜交，坡体相对稳定。

桥址区钻孔中未发现影响较大的断裂破碎带，但场地为7度地震区，通过采取相应的抗震措施后，可以保证桥梁的安全；桥址区特殊岩土为淤泥质黏土，存在震陷的可能，但厚度相对较薄，对工程的安全性影响不大；苏澳侧陡崖上局部存在的危岩体，影响范围有限，可通过工程措施减少或消除其对工程的不利影响。

综上所述，桥址区基岩埋藏较浅，为良好的桩基持力层，局部存在的不良地质体可通过工程措施进行处理，场地稳定性相对较好，适宜拟建桥梁工程的建设。

5 结论

1）该桥址区有花岗岩侵入，存在球状风化体，应注意其影响。施工期间应加强验槽，若出现与地质勘察成果不相符的情况，应及时通知设计单位。

2）桥址区基岩全、强风化层较厚，浸水易软化、崩解，因此在钻进过程中一定要按设计要求进行，达到预计持力层位置后及时进行检查，尽快进入下道施工工序，以免孔内岩体浸泡软化，降低其强度。

3）斜坡上基础设计与施工均应考虑墩台稳定以及下伏地基因土层厚度、岩层风化引起的不均。对于局部存在的危岩体，建议通过工程措施，减少或消除其对工程的不利影响。

4）本桥位区基岩面、弱风化层顶面有一定的起伏，需注意持力层坡度较大处的基础稳定性，基础应进入基岩中一定深度，特别是弱风化岩面起伏大的墩台，建议在桥梁设计、施工时予以充分重视，并采取必要措施，必要时应进行施工勘察。

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Engineering Geological Features and Suitability Evaluation of Northeast Waterway Bridge of the Haitan Strait in Pingtan, Fujian

LIU Cui SHEN Guo-dong

(Jiangsu Institute of Hydrogeological and Marine Geological Exploration, Huaian, Jiangsu 223005)

The northeast waterway bridge of the Haitan Strait is located in Pingtan, Fujian. Geology in the bridge area is characterized by the development of fault and dangerous rock mass. This paper has a discussion on geomorphology, hydrogeological features and geotechnical engineering characteristics in the bridge site. The study indicates that the bridge site is characterized by shallow buried bedrock and relatively stability which makes the site suitable for construction of the bridge.

bridge; engineering geology; suitability; Haitan Strait

2017-09-27

刘萃（1969-），男，汉族，江苏省淮安市人，大学本科，高级工程师，主要从事水工环专业工作

P642.3

A

1006-0995（2018）01-0124-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.028