白鹤滩金沙江大桥主要地质问题及勘察方法

王 辉

(武汉市城市防洪勘测设计院，湖北 武汉 450050)

0 引言

山区桥梁总体设计的核心问题是因地制宜[1]，因此查明场区建设条件，对影响桥梁方案主要地质问题进行分析，对桥位方案的确定极其重要。由于山区地形地貌变化剧烈，地面高程落差大，交通条件不利，勘察手段受限，针对主要地质问题对勘察手段优化组合，查明场地工程地质条件十分必要。

白鹤滩金沙江大桥为白鹤滩水电站配套工程，水电站建成蓄水后，原葫芦口大桥及连通的S212，S303，S310公路将被淹没，新建白鹤滩金沙大桥将承担还建S212，S303，S310公路联络通道，左岸连接四川白鹤滩镇，右岸连接云南巧家县(见图1)。主桥采用158 m+656 m+145 m单跨双铰钢桁加劲悬索桥[2-3]，大桥悬索锚固体系采用重力锚，桥梁基础采用桩基础，以中、微风化基岩为基础持力层。

1 工程地质条件概况

1.1 地形地貌

工程场区位于云贵高原西北、青藏高原和云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带，基本地貌类型为侵蚀褶断高山～中山，金沙江深切形成了高山～中山峡谷地貌。工程区左岸为大凉山山脉东南坡，岸坡走向近SN向，山体雄厚，地形呈陡缓相间的台阶状，高程870 m以上地形较陡，坡度约30°；右岸为药山山脉西南坡，岸坡走向近SN向，为陡坡地形，整体坡度约45°，局部近乎直立；坡顶为走向NE的山脊，地势北高南低。谷底水面高程约646 m,白鹤滩水电站正常蓄水后水位825 m。桥面高程852 m。

1.2 地质构造

工程区位于四川西南和云南东部接壤的部位，是康滇地轴(川滇台背斜)和上扬子台褶带(滇东台褶皱)两个二级大地构造单元的过渡地带，构造形迹以断裂构造为主，褶皱次之，主要断裂构造带按走向分为SN，NE和NW向三组，褶皱构造轴向以近SN向较发育。工程区附近主要发育有以下3条区域性大断裂：

1)则木河断裂带[F5]。

该断裂北起西昌盆地西缘，向东南经普格、宁南，止于金沙江边葫芦口，全长约130 km，距桥址最近距离约2 km。断裂总体走向N30°～40°W，倾向NE，为陡倾的左旋走滑断层。该断裂北段全新世以来强烈活动，沿断裂带多处发现切割晚第四纪和全新世地层的剖面，地貌上，横切断裂的水系及其阶地同步左旋位移、断裂槽地、断层陡坎屡见。过宁南盆地后，该断裂活动性逐渐减弱，在谢家坝一带，断裂控制了晚更新世的沉积，但上覆全新世地层未见变形，表明该断裂在近场区全新世以来活动性微弱。

2)凉山南北向构造带[F6]。

凉山南北向构造带是古老的康滇地轴的一部分，主要包括普雄河断裂F6-1、布拖断裂F6-2、四开-交际河断裂F6-3等，其中距工程区最近的是四开-交际河断裂，距桥址最近距离约8 km。根据断裂展布及其活动特征，该断裂带分为左阶错列的南、北两段，北段局部地方有全新世早期活动的迹象，南段地貌上为线性谷地，骑骡沟一带金沙江三级阶地未见变形，其最近活动时期为晚更新世。

3)小江断裂带[F11]。

小江断裂北起巧家一带，与NW向的则木河断裂相接。在巧家一段走向北NW，倾向西，东川东南走向近南北，倾向西。断裂早期以挤压活动为主，自晚第三纪以来，断裂活动的力学性质转变为剪切走滑和差异升降活动，伴随这种力学性质的转变，其几何形态也发生了变化。在早期挤压呈波状转折的地段断裂多不连续，形成明显的走滑错列结构。

桥址范围内无主干断裂及分支断裂通过，桥址不存在活断层影响。

1.3 地层岩性

工程区第四系坡残积及崩坡积土为含砾粉质黏土及碎石土，基岩为古生界寒武系。

1)第四系覆盖层：第四系含砾粉质黏土及碎石土，主要分布山前缓坡地带，厚度3 m～5 m。

2)基岩：基岩为寒武系下统粉砂岩、细砂岩及炭质页岩，岩面起伏较大，与山体起伏基本一致，基岩主要为古生界寒武系下统粉砂岩、细砂岩及炭质页岩，岩石物理力学性质较好，为桩基础良好的基础持力层。岩石物理力学性质指标见表1。

表1 岩土物理力学指标成果表

2 存在主要地质问题及勘察方法

场区主要不良地质为断层，挤压破碎带，岩体卸荷形成的拉裂破碎，以及可能存在的深层软弱结构面，对岸坡稳定性的影响，影响着墩位的选址。勘察方案采用主要是针对影响工程建设重点地质问题，采用地质调查与测绘、钻探、声波测井、孔内摄像、室内试验勘察手段，达到查明影响岸坡稳定的因素。

2.1 工程地质调查与测绘

沿桥轴线纵向两岸谷坡约500 m以及横向桥位上、下游各500 m，进行工程地质测绘(比例尺1∶1 000～1∶2 000)，主要调查桥墩处断层、挤压破碎带、节理裂隙及卸荷带。

2.2 钻探

主要采用工程地质钻探手段，查明桥墩处基岩埋深与岩面起伏形态及地层岩性，查明深层软弱结构面，取样测试各岩层抗压强度，为桥梁桩基础、锚碇基础选择合适持力层。

桥塔基础采用12根2.5 m钻孔灌注桩基础，采用分离式承台，设计为端承桩。塔墩布置4个钻孔，分别位于塔墩4个角桩，锚碇按角点布置，布置4个钻孔，引桥每墩布置1孔，位于桥墩中心位置。其中主塔墩钻孔进入中、微风化基岩不少于15 m，引桥墩(台)钻孔进入中、微风化不少于8 m，桥台及锚碇钻孔进入中、微风化基岩不少于5 m。

2.3 波速测试

波速测试包括纵波测井和横波测井，计算岩体动弹性模量、动剪切模量和泊松比等参数，评价基岩岩体完整性，每个主塔、锚碇各布置2孔。

2.4 孔内数字摄像

数字式全景钻孔摄像是一种新型的、直观的、数字化的测井技术手段，能够准确地反映地下岩层的原始状态[4],用于观测的岩体节理裂隙、构造迹象、主要岩层结构面以及断裂破碎带等，并对其进行分析和统计，评价岩体完整性及裂隙节理发育、软弱夹层性质特征。主要在主塔和锚碇位置钻孔进行孔内数字摄像。

2.5 室内试验

黏性土：一般黏性土主要作常规物理力学试验；砂类土和碎石类土：主要做颗粒分析；岩石：主要做密度、含水率、吸水率试验和软化系数等物理性质实验和岩石饱和、天然、干燥单轴抗压强度试验，软弱夹层加做抗剪强度试验。

3 主要地质问题勘察成果

3.1 断层

本次通过地质调查与测绘、钻探、电视测井成果发现了7条小规模断层，断层在岸坡上形成陡坎，与略顺坡向的岩层面构成台阶状地形，其中f1,f3与J1挤压破碎带构成不稳定块体，对桥墩稳定性影响较大，其断层性状详见表2。

表2 断层性状

3.2 挤压破碎带

野外地质测绘在基岩内多处可见挤压破碎现象，由于工程区岩层软硬相间，破碎带或顺层缓倾，或陡倾，带内物质为杂乱无章，软硬不均，对工程影响较大主要J1挤压破碎带，可分为3条小型破碎带，其发育部位和特征见表3。

表3 挤压破碎带性状表

3.3 岩体卸荷

根据地表测绘所见，岸坡上走向N30°～45°W断裂发育，且延伸较长，在岸坡上常形成连续分布的陡坎，与层面构成陡缓相间的台阶状地形，根据左岸地形地质条件分析，左岸坡桥址附近不存在强卸荷岩体。

右岸卸荷特征为岩体的松弛、拉裂，主要由于岸坡陡峻，岩性软硬相间，在河谷下切、应力释放过程中，软弱岩石塑性变形较大，导致坚硬岩石拉裂破碎。卸荷带特点表现为卸荷深度自上而下较均匀、卸荷强度随深度减弱，因此卸荷带对墩位影响不大。

3.4 主要地质问题分析

通过对断层、挤压破碎带分析，其中f1,f3位于主塔桥位处，与J1挤压破碎带，组合形成不稳定块体，水库蓄水后，结构面抗剪强度降低，对桥墩稳定性产生不利影响，设计根据地质勘察成果对主塔位置进行了优化调整，避开不稳定块体。

4 结语

白鹤滩金沙大桥勘察通过场区主要地质问题断层、挤压破碎带、卸荷的分析，确定了以地质调查与测绘、钻探、物探、室内试验为主的综合勘察手段，物探采用声波测井和孔内数字摄像手段，查明了场区工程地质条件和影响主塔的不良地质体，设计根据地质资料进行了优化，确保桥梁的安全。

1)山区地形、地貌剧烈变化，不良地质体如滑坡、断层等发育，交通不便，桥梁建设条件受限，因此查明场地工程地质条件对桥梁墩位、跨度的确定极其关键。

2)山区桥梁勘察应根据存在的主要地质问题，因地制宜制定勘察方案，采用多种勘察手段，解决主要地质问题，尤其重视地质调查与测绘在滑坡勘察中的作用。