开州湖特大桥梁地质勘察质量管理研究

蔡家鹏 1 魏广 2 李春霞 1 刘玉洁 3

（ 1、中铁二院（成都）建设发展有限责任公司，四川成都 610031； 2、成都理工大学，四川成都 610059； 3、成都工贸职业 技术学院，四川成都 611130；）

【摘 要】 开州湖特大桥江口至都格高速的重要控制性工程，勘察工作过程中进行全面质量管理，采用更加合理的先进勘察技术与方法，提高了整个工程的质量、进度与效益。包括现场试验与多物探联测确定主塔位置、地形陡峭处采用了斜孔定向钻探工艺、槽物探综合揭示节理裂隙、多种力学试验综合法获取物理力学参数，巧妙地解决了勘查中遇到的的四大地质问题，提高了整个工程的质量、进度与效益。

【关键词】 开州湖特大桥梁 勘察 新技术方法 全面质量管理

【中图分类号】 P642.2+4 【文献标识码】 A

开州湖特大桥是贵州省江口至都格高速公路重点控制性工程，跨越清水河，全长1257m，主跨1100m，为亚洲第二大山区双塔单跨悬索桥。桥址区地形地貌及地质条件极其复杂，所以，提前进行全面质量管理，采用多种先进、合理的勘察技术查清影响桥位的关键地质问题，关乎整个工程的质量、进度与效益，对地质条件复杂的山区特大桥梁勘察质量管理具有重要意义。

1地质勘察全面质量管理

按美国的戴明博士总结的“计划(plan)-执行(do)-检查(check)-处理(act)”四阶段全面质量管理工作的循环方式，开州湖特大桥地质勘察实施过程如下：

（1）计划(P)阶段:分析现状，查明勘察工作的地质条件，分析特大桥勘察中的主要问题，找出存在的质量问题，分析产生质量问题的主要因素；

（2）执行(D)阶段:针对影响质量的主要因素，提出实施地质勘察新技术的计划与措施，落实合理的措施；

（3）检查(C)阶段:动态管理检查计划的实施情况，及时调整施工工艺，提升项目效率；

（4）处理(A)阶段:总结经验，巩固成绩，工作结果标准化;提出尚未解决的问题，转入下一个循环。

2影响勘察工作的地质条件分析(P阶段)

2.1影响勘察工作的地质条件

开州湖特大桥主跨，3号墩（见2.1-1图）位于清水河左侧岸坡，坡度陡峻，发育的大型卸荷裂隙裸露，地层以寒武系（∈1q）清虚洞组白云岩、白云质灰岩为主，岩溶发育。

4号主墩位于清水河右侧开阳岸堆积体上，厚18.5〜32.5m，下伏基岩为寒武系下统金顶山组（∈1j）页岩、泥岩、泥质灰岩，坡度约60~70°，小褶皱发育，岩体极破碎~较破碎。

图2.1-1开州湖特大桥主跨桥墩示意图

2.2特大桥勘察中的主要问题分析

勘察中存在如下四大主要问题：

（1）堆积体规模大、主塔位置难确定。3#主塔下部岩溶裂隙发育，陡崖顶地表发育大型卸荷裂隙，4#主塔下部地层软弱、破碎，且4#主塔位于堆积体中，堆积体规模巨大，对桥型方案稳定及治理影响大，必须查明堆积体物理力学性质，评价岩堆稳定性，将主塔置于相对安全的位置。

（2）勘探工作在地形陡峭处难以开展。4#主塔上部采用隧道锚，地形陡峭、坡度约60~70°，受场区地形限制，钻探和物探工作无法开展。

（3）下伏基岩节理裂隙发育情况难查清。4#主塔下伏岩体极其破碎；3#主塔下伏基岩裂隙与岩溶发育。下伏基岩节理裂隙发育情况难查清，物理力学指标难确定，直接影响设计安全、造价及工期等。

（4）地质条件复杂难获取准确物理力学参数。桥区地质条件复杂，重力锚锚锭安全至关重要，部分特殊物理力学参数常规方法很难获取准确数据。

3地质勘察新技术应用(D阶段)

针对上述四大问题，地质勘察工作中采取了一些新技术手段，并采取了综合多种技术手段联合测试的新技术与方法。

3.1主塔位置的确定

采用现场试验与多物探联测确定主塔位置。

3.1.1跨孔CT、孔内电视与声波联合测试查明软弱岩体

采用综合声波测井及大地电磁法跨孔CT测试下部岩体完整性，孔内电视（图3.1-1）探明下部岩体岩溶及节理裂隙发育程度，通过跨孔CT、孔内电视与声波联合测试的方法，最终有效的查明了3#主塔下部岩溶发育形态和4#主塔下部岩体软弱夹层。

图3.1-1孔内电视探明岩溶及节理裂隙发育

3.1.2高密度电法结合钻探探明堆积体厚度及边界

4#主塔位于堆积体中，堆积体规模巨大，为了将主塔置于相对安全的位置，结合本项目特点采用高密度电法结合钻探探明堆积体厚度及边界，最终4#主塔调整至堆积体厚度相对较浅部位、提高了工程安全、节约了工程投资。

3.1.3直剪试验检算岸坡稳定性

开展了岸坡稳定性专题研究，在4#主塔附近进行了岩堆现场直剪实验，φ值推荐22.7°，C至推荐18Kpa。

对4#主塔位K36+625处岸坡坡体进行了评价计算，结果表明：按自然岸坡、岸坡自重+桥梁荷载工况、岸坡自重+地震荷载、岸坡自重+桥梁荷载+暴雨工况、岸坡自重+桥梁荷载+暴雨工况+地震5种工况进行计算，均不满足相关规范要求，需对该不良地质体进行处治后方可建桥。为此，对4#主塔进行了A、B、C三排抗滑桩的加固整治设计，确保了工程安全。

3.2地形陡峭处的物探方法研究

地形陡峭处采用了斜孔定向钻探工艺。

桥区4#主塔上部采用隧道锚，地形陡峭坡度约60~70°，前期拟采用高密度电法、EH4等物探手段查明锚锭位置岩体结构特征，受场区地形限制，物探工作无法开展，后讨论采用钻探+综合测井的勘察方法，但需爆破修路、平整机台，搬家难度大、便道修建周期长、成本高，无法满足勘察工期要求，且安全风险大，经结合现场情况，选用斜孔定向钻探（图3.2-1），采用双管+植物胶钻探工艺，查明了隧道锚段工程地质条件，节约了工期及成本，取得了良好的效果。图3.2-1斜孔定向钻探示意图

3.3槽物探综合揭示节理裂隙

通过地质调绘、探槽及物探成果综合揭示卸荷裂隙发育程度，判断对桥梁主塔的影响。

首先外业地质调绘查明桥区3#主塔附近隐伏卸荷裂隙发育（图3.3-1），继而采用人工探槽及高密度电法共计查明2条大的贯通卸荷裂隙（图3.3-2），卸荷裂隙最深达114m，一般宽0.5-2m。

根据物探结果，将3#主塔调整至卸荷裂隙影响边界以外的安全位置，避免了安全问题和工程损失。

图3.3-1 外业调绘卸荷裂隙照片 图3.3-2高密度电法解译图

3.4复杂地质条件下物理力学参数的获取

物理力学指标直接关系到设计安全、造价高低及工期长短等，采用多种力学试验综合法获取了较为可靠的物理力学参数。

3.4.1试桩及深层桩底平板载荷试验

4#墩台下部岩体极破碎，物理力学指标的合理与否，尤为重要。为此，采用（静载）自平衡法，选用破碎页岩层做持力层，选取4#主墩外侧两根桩基于2019年2月4～5月11日进行试桩试验，页岩破碎层端阻力推荐值为4700Kpa，侧阻力结果均稍大于地勘建议值；选用4#墩台右幅33#及左幅20号桩基下部页岩（破碎）层进行承载力测试，基本承载力极限值为6000（Kpa），大于设计要求5000（Kpa）。

根据试桩结果后期将4#墩台桩长由68m调整至65m，在确保桥梁安全的前提下节约了工期及工程投资。

3.4.2重力式锚碇地基承载力和摩阻试验

由于桥区地质条件复杂，为了确保桥梁安全，在施工阶段对特殊参数采用现场原位测试进行复核；重力锚锚锭基础开挖到基底标高后，委托专业测试单位对重力锚锭进行地基承载力和摩阻力试验，原位测得重力锚锭基坑岩基承载力特征值为2000Kpa，锚碇基底摩阻系数试验推荐值为0.62，确保了桥梁设计安全。

图3.4-1 重力锚地基承载力和摩阻力试验

3.4.3隧道锚现场岩基直剪及现场模型隧道锚锚塞体抗拉拔试验

为了确保桥梁安全，对隧道锚锭进行岩基现场原位直剪试验（图3.4-2、3），其结论建议混凝土与岩体接触面之间的抗滑移摩擦系数μ推荐值为0.77粘聚力c推荐值为369（Kpa）。同时于隧道锚锚锭基础左侧约80m处位置同一地层岩性内由地质专业选点做现场模型隧道锚锚塞体抗拉拔试验（图3.4-4、5）。

4检查(C阶段)

采用动态管理，提前安排，随时检查，根据结果，及时调证施工工艺，保证质量。如前期单管取芯率低，根据现场调查及钻探情况及时调整为双管+植物胶工艺；另外，根据施钻情况及时与设计联系调整钻孔深度，隧道锚处搬家困难提前采用斜孔钻探等等，极大的提升了项目效率，节约了项目成本。

5处理阶段(A阶段)

工作结果标准化，及时发现解决问题。

（1）明确岗位职责，主动作为，“事事有人做、人人有事做”。

（2）用科学的方法进行系统的勘察设计，协调工期与质量矛盾体

（3）建立动态培训管理机制，加强技术培训，提高技术人员水平。

（4）建立工作内容定期核查清理制度，阶段性检查，形成问题清单，及时修改补充。

6.1结论

将全面质量管理理念应用于开州湖特大桥勘察中，P阶段查清了影响桥位的关键因素和四大地质问题；D阶段采用更加合理的新的勘察技术与方法，提高了整个工程的质量进度与效益，解决了四大地质问题。包括现场实验与多物探联测确定主塔位置、地形陡峭处采用了斜孔定向钻探工艺、槽探、物探综合揭示节理裂隙、多种力学试验综合法获取物理力学参数；C阶段动态管理检查计划的实施情况，及时调整施工工艺，提升项目效率；A阶段总结经验，巩固成绩，为勘察工作标准化提供了有益的参考。

6.2建议

在应用PDCA四个循环阶段解决质量问题时，需要收集和整理大量的书籍资料，并用科学的方法进行系统的分析。最常用的是排列图、因果图、直方图、分层法、相关图、控制图及统计分析表七种统计方法，可以在未来的勘察工作中进行进一步的应用研究。

参考文献

[1] 顾培忠，任岫林.组织行为学.中国人民大学出版社,2008.10

[2] 陈振明.公共管理硕士(MPA)系列教材 公共政策分析.中国人民大学出版社,2003年10月第1版