1、锚锭基础岩体完整性测试与分析廖家荣 周志华 赖伟东(江西省交通设计院 江西 南昌 330002)摘 要：以江西赣州赣江大桥东岸一钻孔为例，通 过多种勘察手段与 试验方法相结合， 对大桥锚锭基础岩体裂隙发育情况、 软弱夹层发育状况及裂隙胶 结密实性进行了综合分析，取得了岩体完整性状况的真实材料。关键词：桥梁工程；锚锭；裂隙； 岩芯钻探；单孔法声波测试；压水试验 0 前 言赣州赣江大桥位于赣州市中心城区北部，经赣江岸边著名的玉虹塔（也称“白塔” ）北侧跨越赣江，大桥建成后将是章、贡两江在赣州八境台下汇流成千里赣江后流经的第一座现代化大型桥梁，桥长1034m，桥宽 32m，桥面净宽 27.5m，西引
2、道路基宽32m，东引道路基宽 21.5m，桥梁与路基同宽；汽车荷载等级为公路级，人群荷载 3.0kPa；大桥主桥采用地锚式悬索桥的桥型方案，锚锭为重力式混凝土锚块，持力层为下伏弱微风化白垩系粉砂质泥岩。相对普通桥梁，地锚式悬索桥锚锭位置对持力层有更高的抗剪、抗压及抗拉的要求，岩体的裂隙发育状况、岩体的裂隙胶结程度直接影响锚锭基础的稳定性，对桥梁的安全性有至关重要的作用。1 地层结构及岩性特征1.1 覆盖层（从上至下）表层部分位置为杂填土，褐黄色，稍湿，松散，厚度不一；亚粘土层，黄色夹灰白色，稍湿，可塑；细砂层，灰白色，饱和，松散稍密，含圆砾；卵石层，灰白色，饱和，中密，桥区河床及西岸有揭露。1
3、.2 基岩下伏基岩为紫红色白垩系粉砂质泥岩，夹薄层状细砂岩，粉砂泥质结构，层状构造，全强风化层厚度不一，裂隙发育差异性较大。2 岩体完整性测试综述对桥区采取 3 种勘察手段对基础的岩体完整性进行测试，即勘察方案（岩芯钻探） 、声波测试方案及压水试验方案，并对 3 种方案的结果进行比较分析、进行综合。2.1 勘探方案勘探方法可以划分为：直接、半直接及间接 3类，直接勘探就是通过人工或机械开挖的探井、探槽、平洞等；半直接的勘探就是各类小口径取样钻探，从钻孔中采取的岩土样品可能是连续完整的岩芯，也可以是分段的受扰动的土样，甚至是岩土粉屑，根据这些样品来了解地层的性质、分布和变化情况，在钻进的同时也可
4、以根据钻进状况对岩体完整性进行初步分类，钻探手段是判断地层发育状况最直观、最基本、最可靠的手段之一，岩芯则是判断岩体完整性最重要的依据之一；间接勘探则是工程地球物理勘探。本次勘探方案采用钻探方法，采用 75mm 口径、金刚石钻头对锚锭位置进行岩芯钻探，全孔取芯，根据钻孔中采取的试样，对弱风化粉砂质泥岩按岩石质量指标分类（以钻孔 ZK1 为例） ，成果整理见表 1：表 1 岩石质量指标分类表岩体 岩体深度 取芯率（%） RQD（%）分类 其他 完整性5.60-14.50 90 80 较好 较好14.50-18.20 85 70 较差 较差18.20-21.00 90 80 较好 较好21.00-
5、22.50 75 49 差 漏水 差22.50-30.00 90 82 较好 较好注:RQD （%）为长度大于 10cm 的岩芯总长与岩芯钻进总长度之比。2.2 声波测试方案2.2.1 方案选择 弹性波在地层介质中的传播，可分为体波和面波，体波可分为压缩波和剪切波，不同的波在岩土体中的传播速度不同，同一种波在不同岩土体中的传播速度也不相同，波速测试技术是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、交通工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。 一般来说，波速测试可原位测定压缩波(P 波)、剪切波(
6、S 波)和瑞雷面波(R 波)在岩(土)体中的传播速度，从而避免了室内测试所带来的误差，它能有效地解决许多地质问题，诸如确定场地土类型、建筑场地类别；提供断层破碎带、地层厚度、固结特性和软硬程度、评价岩(土)体质量等。波速测试一般可采用面波法（瑞雷波法） 、单孔法及跨孔法，其特点见表 2：表 2 几种波速测试方法的比较测试方法 波形 钻孔数量 测试深度 激振形式 测试仪器 精确度 效率 成本单孔法 P、SH 1 深 地面孔内 简单 平均值 较高 低跨孔法 PP、SV 2 深 孔内 复杂 高 低 高面波法 R 浅 地面 复杂 较高 高 低注：P-纵波 SH-水平极化剪切波 SV-垂直极化剪切波 R
7、-瑞雷波因锚锭位置埋深较深，对岩体工程地质测试方法仅能选择单孔法或跨孔法，单孔法具有测试深度较深、仪器简单、效率较高及成本低的特点，本次采用单孔法进行测试。2.2.2 单孔法测试试验设备与试验方法:a、试验设备：非金属超声波测试仪，该设备利用专用一发双收换能器进行测量（即自发自收） ，自动进行计算和成图；b、试验方法：试验时先对场地进行整平，用清水洗孔并在钻孔内灌满清水，以清水作耦合剂，换能器频率采用 50100kHz，自下而上按步距 0.5m 一层划分测点，对每一测点进行超声波测试，测量每 0.5m的 P 波波速。测试成果（以 ZK1 为例）：对锚锭位置弱微风化粉砂质泥岩进行声波测试（以 Z
8、K1 为例） ，声波测试数据图见图 1（15.00m-20.00m 结果为例） 、测井柱状图见图 2：注：T1 为触发时间、T2 为接受时间、dT 为时间差（s） ，Vp 为压缩波速度（m/s）图 1 ZK1 号孔声波测井原始数据图注:Vp 为纵波波速（m/s） ，H 为深度（m） 。图 2 ZK1 号孔声波测井柱状图2.2.3 声波测试成果整理 通过声波测试成果取得岩体的完整性系数 Kv，对岩体的完整性作出综合评价，岩体完整性分类见表 3：表 3 岩体完整性分类表岩体完整性系数（Kv） 0.75 0.750.55 0.550.35 0.350.15 0.15完整程度 完整 较完整 较破碎 破
9、碎 极破碎依据岩体完整性系数 Kv 对钻孔的岩体进行完整性分类，确定其完整程度，见表 4：2.3 压水试验压水试验是在坚硬、半坚硬岩土层中，当地下水位较深，采用一定的水压，获得地层单位吸水量等参数，以探查天然岩（土）体层的裂隙性和渗透性的一种试验，可以根据试验段和压力点等分类划分为不同的试验方法和类型，本试验采用多点压水试验。2.3.1 试验设备与试验方法 试验设备：供水设备采用液压 100 型钻机自带水泵，孔内采用止水栓塞，透水量采用流量表计量，采用压力表进行压力控制，每一测段长度为 5m；试验方法：试验前对钻孔采用压力法洗孔，直到回水清洁，肉眼观察无岩粉且时间15min 为止，下栓塞前应先
10、测定孔内水位，试验时调整调节阀达到预定压力保持稳定后每隔 1min-2min 读数一次，当流量无持续增大的趋势，且 5 次读数中最大流量与最小流量差小于最终值 10%或最大值与最小值之差1L/min 时，试验结束，以终值为计算值;表 4孔深（m） 5.60-14.50 14.50-16.70 16.70-18.16 18.16-21.48 21.48-22.94 22.94-27.46 27.46-28.86 28.86-30.00Kv 0.57 0.45 0.32 0.56 0.32 0.66 0.54 0.69完整性 较完整 较破碎 破碎 较完整 破碎 较完整 较破碎 较完整注：岩体完整性
11、系数 KV 按式 KV=（V p 岩体 /Vp 岩石 ） 2 计算，V p 岩体 、V p 岩石 分别为岩体和岩石的纵波速度（m/s） ，锚锭位置测得岩石纵波速度 Vp 岩石 =4600m/s2.3.2 压水试验结果整理 本试验采用 3 点压水试验，压力分为 3 级 P1、P 2 及 P3，P 1P 2P 3，3 级压力宜采用 0.30MPa、0.60MPa 及 1.00MPa。试验结果（以 1 号孔为例）见表 5：表 5 不同压力压水试验结果孔深（m） 9.0-14.0 14.0-19.0 19.0-24.0 24.0-29.00.30MPa 压入水流量（L/min） 5.00 53.60
12、88.80 5.40 0.60MPa 压入水流量（L/min） 11.40 104.40 177.80 7.60 1.00MPa 压入水流量（L/min） 17.40 156.40 276.20 13.20 2.3.3 压水试验成果整理 按试验段压力 1.00MPa时每米试段的压入水流量（L/min）计算岩体透水率（LU） ，压水试验成果见表 6。计算式：q=Q3/(LP3)式中：q-试段透水率（LU）Q3-压力为 1.00MPa 时计算流量（L/min）L-试段长度（m）P3-试验段压力即 1.00MPa表 6 压水试验成果整理孔深（m） 9.00-14.00 14.00-19.00 19.
13、00-24.00 24.00-29.00透水率（LU） 3.48 31.28 55.24 2.64完整性 较完整 较破碎 破碎 较完整4 结 语钻探、波速测试和压水试验这 3 种不同的勘察手段对岩体裂隙发育状况探查各有侧重点，钻探作为最原始、最基本、最直观的手段，通过钻进情况分析可以有效地了解岩石的软硬程度、裂隙发育状况，通过钻进取芯，也可以了解岩体的岩性、矿物成分、RQD 值、裂隙闭合状况、裂隙充填状况及充填物，是其他勘探方法的基础，是界定岩体裂隙发育状况的基础手段；波速测试作为一种物探手段在工程地质勘察中的作用是不可替代的，通过波速测试，可以比较准确地对裂隙、断层、夹层等不良地层定位，做到
14、了直观，快速；而压水试验则可以取得岩体的透水率，对张开裂隙的发育程度作出准确的判断。这 3 种勘察手段各有优缺点，具有互补性，通过 3 种勘察方法结果的综合比较，可以对岩体的裂隙发育状况作出准确的判断。以工程项目赣州赣江大桥为例，运用钻探方法取得 RQD 值对岩体进行工程质量分类结论与采用波速测试取得的岩体完整性指数分类及压水试验取得的岩体评价结果基本一致，相互印证，结论准确。地锚式悬索桥外观新颖，跨径较大，主要由锚锭承受悬索两端全部拉力，一般来说锚锭做的都比较大，这样才能使主缆传来的荷载通过锚锭传给地基，这种桥型有其自身特有的优势，但同时对基础要求也较高，对岩体的抗压、抗剪、抗拉等强度有比较高的要求。本文在实地收集资料的基础上，综合钻探、波速测试及压水试验对其岩体完整性作出分析评价，希望为该类桥梁工程地质勘察方法与手段的运用提供参考。参考文献:1李智毅、王智济、杨裕云编.工程地质学基础M.北京：中国地质大学出版社，1990.2岩土工程手册.编写委员会.岩土工程手册Z.1994.10.3工程地质手册.（第三版）编写委员会. 工程地质手册（第三版）Z.1992.2.
