毕 业 设 计
| 题 目 | 三马房互通跨线桥详细工程地质勘察与评价 | ||
| 学生姓名 | ※※※ | 学 号 | 091021110 |
| 系 别 | 工程系 | 专 业 | 勘查技术与工程 |
| 班 级 | 0910211 | ||
| 开题时间 | 2013年3月10日 | 答辩时间 | 2013年6月10日 |
| 指导教师 | ※※※ | 职 称 | 教授 |
作 者 ※※※
指导老师 ※※※
摘要 本次勘察的目的是为三马房互通跨线桥工程建设的规划选址、可行性研究、设计、施工以及工程建成后的运营监测提供技术成果和技术服务，使其满足工程建设的要求。
即对拟建项目进行工程地质勘察，同时查明工程场地的工程地质和水文地质条件，为确定跨线桥工程位置及编制施工图设计文件，提供准确、完整的工程地质资料。
本次勘察采用钻探、标准贯入试验及室内土工试验相结合的方法进行。统计土层的各种物理力学参数，求得地基承载力特征值，最终确定持力层。
最后对场地稳定性、不良地质与特殊岩土特征、场地地震效应进行评价。桥址区未发现断裂构造存在，地层稳定，桥基稳定性较好，宜于建桥。对地下水对建筑材料的腐蚀性评价：地表水、地下水对水泥混凝土不具腐蚀性。
关键词：互通跨线桥;工程地质;综合评价
引言
张家口－石家庄高速公路是河北省高速公路规划的“五纵、六横、七条线”公路网主骨架布局中“五纵”的重要组成部分，是河北省西北地区南北方向唯一的一条交通主干线，也是首都北京西部第一条南北方向的公路交通大动脉。它的建设将对河北省，乃至全国的经济、政治以及军事方面都具有极其重要的战略意义。三马房互通跨线桥跨位于张石高速公路，化稍营至保定界段北起端，跨109国道。地处阳原县三马坊村南，与宣（化）大（同）高速公路连接。由于本工程的重要性，为了保证其工程质量需查明、分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件。提供各种相关的技术数据，分析和评价场地的岩土工程条件并提出解决岩土工程问题的建议，以保证工程建设安全、高效地进行以及确保建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据，并服务于工程建设的全过程，需进行岩土工程勘察，编制勘查文件。
1工程概况
三马房互通（AK0+449.678）跨线桥位于河北省张家口市阳原县三马房村西北约500m处，跨109国道，中心桩号AK0+449.678，起讫桩号为AK0+387.178～AK0+512.178，桥长125m。本次详勘布设钻孔3个，孔深40.10～50.50m，累计进尺131.10m，进行标准贯入试验73次，采取原状样47件，并进行了相应的室内试验和测试。查明了桥址区的工程地质条件，为施工图设计提供了必需的地质资料和设计参数。
根据岩土工程勘察规范《GB 50021-2001》中的勘察分级和岩土分类。
确定工程重要性等级：二级工程（一般工程后果严重）。
确定场地等级：二级场地（中等复杂场地）。
确定地基等级：二基地基（中等复杂地基）。
根据工程重要性等级、场地复杂程度和地基复杂程度等级，最终确定岩土工程勘察等级：乙级。
2目的任务
对拟建项目进行工程地质勘察，同时查明工程场地的工程地质和水文地质条件，为确定公路路线、工程构造物位置及编制施工图设计文件，提供准确、完整的工程地质资料。
2.1勘察目的
岩土工程勘察的主要目的是为工程建设的规划选址、可行性研究、设计、施工以及工程建成后的运营监测提供技术成果和技术服务，满足工程建设的要求。
2.2主要任务
岩土工程勘察工作的任务是查明情况，提供各种相关的技术数据，分析和评价场地的岩土工程条件并提出解决岩土工程问题的建议，以保证工程建设安全、高效进行。
规范上的定义：根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动。
岩土工程勘察阶段的划分主要有：可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三部分。具体任务及要求如下：
（1）查明拟建项目的地质、地理环境特征，对地形、地质和水文等场地要素作出分析、评价和建议。
（2）查明桥涵构造物地基的地质结构及其分布特征，测试地基土的物理力学、化学特性，提供地基土的物理力学性质、持力层的变形和承载力、变形模量等岩土设计参数，并作出定量评价。
（3）查明场地地基的稳定性、不良地质现象的分布范围、性质、提供防治设计必需的地质资料和地质参数。指出场地内不良地质现象的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性作出评价。
（4）查明公路工程建筑场地的地震基本烈度，并对公路工程建筑物场地进行必要的地震烈度鉴定或地震安全性评价。
（5）提供编制各阶段设计文件所需的地质资料。
2.3工作依据
本次勘察工作严格按照国家现行有关规程、规范及相关标准进行，勘察工作的依据主要有：
（1）《岩土工程勘察规范》（GB50021－2002）
（2）《公路工程地质勘察规范》（JTJ_0-98）
（3）《土工试验方法标准》（GB_T50123-1999）
（4）《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－）
（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024－85）
（6）《公路土工试验规程》（JTJ051－93）
（7）《公路工程岩石试验规程》（JTG E41-2005）
（8）《公路水质分析操作规程》（GB50021-2001）
（9）《中国地震动参数区划图》（GB1-8306-001）
（10）《张石高速化稍营至保定界段建设场地地震安全性评价报告》
（11）地质填图规范
（12）地质灾害危险性评估技术要求（试行）国土资发[2004]69号
（13）国家重点建设项目管理办法
3勘查的工作量布置（方法手段及附图附表）
中心桩号AK0+449.678，起讫桩号为AK0+387.178～AK0+512.178，桥长125m。本次详勘布设钻孔3个，孔深40.10～50.50m，累计进尺131.10m，进行标准贯入试验73次，采取原状样47件，并进行了相应的室内试验和测试。
3.1勘探点的布设
勘探点的布置应按跨线桥桥位布置，桥位勘探采用机械钻探，钻孔沿桥轴线布置在墩台位置。（见附录A）
3.2勘察方法
本次勘察采用钻探、标准贯入试验及室内土工试验相结合的方法进行。
3.2.1钻探
钻探是用一定的设备、工具（主要是钻机）来破碎地壳岩石或土层，在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔，可取岩心或不取岩心来了解地层深部地质情况的过程。
（1）钻探方式
本次勘察钻探采取回转式转机，回转式转机是利用钻机的回钻器带动钻具旋转，磨削孔底地层而钻进，使用管状钻具，能取柱状岩芯标本。
为保证分层准确，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为±0.05m，非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取心的回次进尺应控制在2m以内。
选择钻探方法应考虑地层特点及钻探方法的有效性，能保证以一定的精度鉴别地层，了解地下水的情况，尽量避免或减轻对取样段的扰动影响。在地下水位以上的土层中虑进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水。在地下水位以下的饱和软粘性土层、粉土层和砂层中宜采用泥浆护壁。
钻孔深度：勘探孔深度以能控制地基主要受力层为原则。对须进行变形验算的地基，控制性勘探孔深度应超过地基沉降计算深度，并深入到稳定地层。本次详勘布设钻孔3个，孔深40.10～50.50m。
（2）钻孔水文地质观测
钻进过程中应注意和记录冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应停止钻进测定其初见水位及稳定水位。如系多层含水层，需分层测定水位时，应检查分层止水情况，并分层采取水样和测定水温。准确记录各含水层顶、底板标高及其厚度。
图3.1 钻机钻进示意图和常用钻头示意图
（3）钻进动态观察和记录
钻进动态能提供许多地质信息，所以钻孔观测、编录人员必须做好此项工作。在钻进过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻、埋钻和涌沙现象等，结合岩心以判断孔内情况。
本次勘察钻探采用回转式钻机，合金钻头钻进，泥浆或套管护壁，钻孔口径选91mm。本次详勘布设钻孔3个，孔深40.10～50.50m，累计进尺131.10m。
3.2.2 取样
取样是岩土工程勘察中必不可少的、经常性的工作。为定量评价岩土工程问题而提供室内试验的样品，包括岩土样和水样。除了在地面工程地质测绘调查和坑探工程中采取试样外，主要是在钻孔中采取的。
土样的质量等级：土样的质量实质上是土样的扰动问题。土样扰动表现在原位应力状态、含水率、结构和组成成分等方面的变化，它们产生于取样之前，取样之中以及取样之后直至试样制备的全过程之中。土样扰动对试验成果的影响也是多方面的，使之不能确切表征实际的岩土体。
对不扰动土样或原状土样基本质量要求是：
（1）没有结构扰动。
（2）没有含水率和孔隙比的变化。
（3）没有物理成分和化学成分的改变。
由于不同试验项目对土样扰动程度有不同的控制要求，因此许多国家的规范或手册中都根据不同的试验要求来划分土样质量级别。
《规范》参照国外的经验，对土样质量级别作了四级划分，并明确规定各级土样能进行的试验项目。其中Ⅰ、Ⅱ级土样相当于原状土样，但Ⅰ级土样比Ⅱ级土样有更高的要求。表中对四级土样扰动程度的区分只是定性的和相对的，没有严格的定量标准。
表3.1 土样质量等级划分表
注：不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求；除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用II级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土试样受扰动程度作抽样鉴定，判别用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。
土样质量的优劣，不仅取决于取土器具，还取决于取样全过程的各项操作是否恰当。此外，还要考虑土层特点、操作水平和地区经验，来判断所取土样是否达到了预期的质量等级。
钻进要求：采取原状样时应采用专用薄壁取土器。宜采取连续的静压方式取土，土样贯入取土器，贯入速度不小于0.1m/s。
取样要求：取样钻孔必须圆直，孔径应比取土器外径大1～2级，并不得有缩颈、塌孔现象；取土器入土长度不宜过长，对于粘性土不应大于其直径的3倍，软土不应大于其直径的4倍：取土器进入预定深度后，应将取土器回转几圈，使样品底端切断后再提出取土嚣；土样筒取出后必须擦拭干净，不得进水和松开。用刀将土样两端削平并盖上土样盖。
土样应现场密封（胶带）贴好标签，标明土样野外定名、钻孔编号、深度及工程名称。
根据本次勘查要求和项目情况，采取不扰动土样（级别Ⅰ）做为室内试验的样品。本次取样应采用机械回转式全孔取芯方法，岩芯采取率在粘性土地层中应达到90%以上。
3.2.3原位测试
原位测试是指在岩土工程勘察现场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土层的一种土工勘测技术。
本次原位测试采取标准贯入试验，测试目的在于获得有代表性的、反映现场实际的基本设计参数，包括地质剖面和几何参数、岩土原位初始应力状态和应力历史、岩土工程参数等。
标准贯入试验：标准贯入试验是动力触探的一种，是利用一定的锤击动能，将一定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯入阻力，判断土层的变化和土的工程性质。
工作时在钻机的钻杆下端联结标准贯入器，将质量为63.5kg的穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm（此时不计锤击数），随后打入土层30cm的锤击数，即为实测的锤击数N，称标贯击数N。
标准贯入试验应与钻探工作相配合，操作步骤如下：
（1）在钻机的钻杆下端联结标准贯入器；
（2）将质量为63.5kg的穿心锤套在钻杆上端；
（3）试验时，利用钻机卷扬机提升穿心锤，然后使之以76cm的落距自由下落；
（4）将圆管形贯入器先垂直打入土层中15cm，此时不计锤击数；
（5）随后打入土层30cm的累计锤击数，即为实测的锤击数N'。
标准贯入试验的要求：
（1）标准贯入试验孔采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水位。当孔壁不稳定时，可采用泥浆护壁，钻至试验标高以上15厘米处，清除孔底残土后再进行试验。
（2）采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，并减小导向杆与锤间的摩阻力，避免锤击时的偏心和侧向晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，锤击速率小于30击/min。
图3.2 标准贯入设备示意图
表3.2 标准贯入设备规格
（3）贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。当锤击数达50击，而贯入深度未达30cm时，可记录50击的实际贯入深度，按下式换算标准贯入击数，并终止试验。其中ΔS为50击时的贯入度。 (3.1)
按N的大小，确定土的承载力。
表3.3 标准贯入试验锤击数与地基承载力的关系
标准贯入试验按《GB 50021-2001》规范中规定的钻杆、贯入器规格、锤重、落距、试验要求进行试验的。
3.2.4室内试验
采用《GB/T50123-1999》规范中规定的仪器仪表、试验方法进行土的物理力学性质试验。
表3.4 各土类应进行的物理实验项目
室内试验各土类应进行的物理实验项目是根据岩土类别、工程类型、工程分析计算要求确定。本次勘察地基土主要为一般粘性土，应进行天然密度、天然含水量、土粒比重、液限、塑限、压缩系数及抗剪强度（三轴或直剪）试验，同时对地下水或土应进行化学试验，以确定其对基础桩的腐蚀性。
室内试验各种参数计算公式：
图3.3 土的三相比示意图
（1）土的天然含水量
定义：土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。
表达式：
(3.2)
单 位：无量纲
一般范围：变化范围大
注 意：其实是含水比，可达到或超过100%
测 定：烘干法
（2）土的密度r和天然重度g
定义：土单位体积的质量
表达式：
(3.3)
单 位：kg/m3或g/cm3
一般范围：1.60~2.20g/cm3
相关指标：土的重度 g=rg
单 位：kN/m3 工程上更常用， 用于计算土的自重应力
土的密度：用环刀法测定：
（3）土粒相对密度
定 义：土粒的密度与4˚C时
纯蒸馏水密度的比值
表 达 式：
(3.3)
单 位：无量纲
=1.0 g/cm3 土粒相对密度在数值上=土粒的密度
测定：比重瓶法测定。变化幅度很小，通常按经验值选用。
（4）土的天然.孔隙比e和孔隙率n
(3.4)
(3.5)
(3.6)
砂类土：28-35%，粘性土：30-50%，有的可达60-70%
土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密实程度的重要物理性质指标，e或n越大，土越疏松，反之土越密实。一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。
（5）土的饱和度Sr（%）
土中水的体积与孔隙体积的比值：
(3.7)
饱和度表示孔隙中充满水的程度：
对 干 土：Sr=0
对饱和土：Sr=1
砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态。 Sr < 0.5为稍湿； 0.5 £ Sr £0.8很湿；Sr>0.8饱和。
（6）干密度（天然容重、干容重）、饱和密度（饱和容重）、有效密度r'（浮容重）
天然密度：
(3.8)
天然容重：
(3.9)
干密度：土被烘干时的密度
(3.10)
干容重：
(3.11)
饱和密度：土饱和时的密度
(3.12)
饱和容重：
(3.13)
有效密度：
(3.14)
有效重度（浮容重）：
(3.15)
（7）各种密度容重间的大小关系：
各种参数统计（见附录D）。
岩土参数各指标间的换算：
图3.4 土的三相比换算示意图
令Vs=1，
所以Vv=e，V=1+e得：
(3.16)
(3.17)
(3.18)
(3.19)
(3.20)
由上式：
(3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
(3.25)
粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量，总称为阿太堡界限。
图3.5 土的界限含水量关系
界限含水量的测定方法：
塑限：搓条法
液限：锥式液限仪（如下图）
图3.6 塑限试验搓条法及锥式液限仪
上述测定塑限、液限的方法存在的主要缺点是手工操作，受人为影响大，结果不稳定。《土工试验方法标准》（GB50123－1999）（以下简称标准）介绍了塑限、液限联合测定方法。
图3.7 圆锥入土深度和塑限、液限线性关系
粘性土的塑性指数Ip和液性指数IL
（1）塑性指数：
（省去%） (3.26)
表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒粗细、矿物成分和水中离子成分的浓度有关。
土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高，越大。当水中高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄，结合水含量相应减少，也小；反之，变大。
由于能反映土的塑性大小和反映影响粘性土特征的各种重要因素，因此，工程上常用它对粘性土进行分类：
表3.5 黏性土（细粒土）的塑性指数划分（JTJ 024—85）
液性指数IL ：
(3.27)
粘性土按液性指数分为：坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑状态。硬塑状态粘性土为良好地基，流塑状态的粘性土为软弱地基。
IL是反映粘性土软硬状态的指标。
流动状态；
可塑状态；
固态。
表3.6 粘性土软硬状态的划分（GB50007-2002）
| 状态 | 坚硬 | 硬塑 | 可塑 | 软塑 | 流塑 |
| 分级 | 坚硬、半坚硬状态 | 可塑状态 | 流塑状态 | |
| 硬塑 | 软塑 | |||
| 液性指数 | ||||
本次详勘布设钻孔3个，孔深40.1～50.5m，累计进尺131.10m。进行标准贯入试验73次，采取原状样47件，并进行了相应的室内试验和测试。查明了桥址区的工程地质条件，为施工图设计提供了必需的地质资料和设计参数。
根据岩土工程勘察规范《GB 50021-2001》
表3.8 详细勘察勘探点间距
| 地基复杂程度等级 | 勘探点间距 | 地基复杂程度等级 | 勘探点间距 |
| 一级（复杂） 二级（中等复杂） | 10~15 15~30 | 三级（简单） | 30~50 |
3.3.1勘察工作量（详见表3.9）。
表3.9 勘察工作量一览表
| 序 号 | 工 作 内 容 | 单 位 | 工 作 量 | |
| 1 | 机 械 钻 探 | m/孔 | 131.10/3 | |
| 2 | 标准贯入试验 | 次 | 73 | |
| 3 | 取试样 | 原状土样 | 件 | 47 |
| 4 | 室内试验 | 常规试验 | 件 | 43 |
| 直剪试验 | 组 | 8 | ||
表3.10 标准贯入次数统计表
| 勘探点编号 | S(ak0+bk0)-1 | S(ak0+bk0)-2 | S(ak0+bk0)-3 |
| 标准贯入试验次数 | 23 | 27 | 23 |
4.1场地位置
AK0+449.678跨线桥位于阳原县三马房村西北约500m处，跨109国道。
4.2地形地貌
该桥位于桑干河南岸三级阶地区，桥址区地形平坦，地势北高南低，桥址区地面高程一般为2.0-5.50m。
4.3气象气候
桥址区属性季风气候区，四季分明，春季干旱少雨，多风，夏季炎热短促，降雨集中，秋季空气清爽，昼夜温差大，冬季寒冷漫长，风大雪少。多年平均气温7.7℃，一月平均气温-10.2℃，极端低温-30.4℃，七月平均气温23℃，极端高温37.9℃，年平均10.1℃。最低月地面平均温度-10.7℃，地下5cm平均温度-9.0℃，地下15cm平均温度-7.2℃。多年平均降雨量366.1mm，最大暴雨量84.4mm，雨量集中月最大降雨量217.6mm，年最少降雨量160.0mm，最大蒸发量3311.7mm，月平均最大蒸发量304.0mm，年最小蒸发量1590.0mm。多年平均风速2.5m/s，风集中月最大风速4. 2 m/s，最大风速23.0 m/s，多年盛行风向WNW，多年平均冻土深度126cm，最大147cm。多年平均降雪量22.8mm，最大积雪量240mm，降雾天数3天。
4.4地质构造
桥址区位于中朝准地台五级构造单元的蔚县向斜内，桥址区及其附近未发现活动性断层，桥基稳定性较好。
5地层的岩性、岩土性质
桥址区地层主要由上更新统冲积物（Q3al），和下更新统湖积物（Q1l）组成，由上至下为：
第四系上更新统冲积物（Q3eol）： 亚砂土，黄褐色，松散，分布于全桥址区，厚度0.3～0.9米。
第四系下更新统湖积物（Q1l）：主要由褐黄色、灰黑色粘土、亚粘土组成，分布于全桥址区，揭露厚度39.6～50.2米，该层未见底。
6地下水情况
公路水质分析操作规程《GB50021-2001》水质分类标准—环境水对公路混凝土工程侵蚀性判定标准。
混凝土受环境水的化学性侵蚀分为结晶性侵蚀、分解性侵蚀和结晶分解复合性侵蚀三类。混凝土被侵蚀的程度，分为无侵蚀、弱侵蚀、中等侵蚀和强侵蚀四级。
公路混凝土工程环境水侵蚀性技术标准，根据《公路工程地质勘察规程》（JTJ056-84）附录三的规定进行。
7.6.1水样的采取与保存。
水样的采取与保存是水质分析的重要环节，是取得水样分析良好结果的基础。使用正确的采样及保存方法，是保证分析结果能够正确反映水路被测指标的真实含量的必要条件。如果取样发生错误或代表性不强，分析结果即使很精确也无用。因此在任何情况下，都必须严格遵守取样规则，以保证分析结果的质量。
采取水样的地点、位置、时间、次数、数量和方式等，都应仔细酌定，对采样现场、 水的来源、水质变化等都要作认真的调查研究，使所采取的水样尽量符合水质分析的目的要求并应具有代表性，以不改变其理化性质为原则，例如，在河流取水样时，要注意支流的上下游，丰水或枯水期，测定侵蚀性二氧化碳时，要在取样的同时，立即加入碳酸钙粉末等。取水数量根据需测项目多少而定，一般简易分析需500（毫升）水样。
公路混凝土工程环境水侵蚀性技术标准，根据《公路工程地质勘察规程》（JTJ0-98）附录D环境介质对混凝土腐蚀的评价标准的规定进行。
7.6.2天然水对混凝土腐蚀的评价标准
1．结晶类腐蚀以水中SO42-含量（mg/L）划分腐蚀等级，按表7.3评价。
7.3表结晶类腐蚀评价标准
注：①Ⅰ类环境系指高寒地区、干旱区或半干旱区的泥凝土直接临水，或在强透水性岩土层的地下水中，均具有干湿或冻融交替作用。
②Ⅱ类环境系指干旱区或半干旱区的混凝土处于弱透水性岩土层的地下水，湿润区、半湿润区的混凝土直接临水，且均有干湿或冻融交替作用。
③Ⅲ类环境系指各气候区中，混凝土处于弱透水岩土层中，均不具有干湿和冻融交替作用。
2．分解类腐蚀评价标准（见表7.4）。
表7.4 分解类腐蚀评价标准
注： 三型腐蚀中，有两型或两型以上腐蚀共存时，以腐蚀强度最大者作为分解类腐蚀评价结论。
桥梁所跨冲沟有季节性地表水，地下水埋深为1.3～18.0m，地表水、地下水对水泥混凝土不具腐蚀性。
7岩土工程评价及岩土参数选取确定
对工程建筑场地进行勘探、原位测试、室内试验等岩土工程勘察工作，取得了一系列岩土工程资料、数据、参数等，如何选用这些第一手资料、运用这些数据和参数进行岩土工程分析与评价，是岩土工程勘察的重要环节。
通过对建设场地的岩土工程分析与评价，编写出合理的岩土工程勘察报告，为拟建建筑工程提供技术可行、经济合理的科学依据，是岩土工程勘察的最终目的。
岩土参数的统计分析：由于岩（土）自身的不均匀性，取样和运输过程的扰动，试验仪器及操作方法差异等原因，同类土层测得的土性指标值是离散的。在取得足够多数据后，应选择合理的数理统计方法。
一般情况下，应提供岩土参数的平均值、标准差、变异系数、数据分布范围和数据数量。
（1）岩土的物理力学指标，应按场边的工程地质单元和层位分别统计。
（2）计算平均值、标准差和变异系数。
均值、方差、标准差、均方差、变异系数
(7.1)
(7.2)
(7.3)
——岩土参数的平均值；
——岩土参数的标准差；
——岩土参数的变异系数。
（3） 变异系数
是一个无量纲系数，可比较不同统计参数间的离散程度。
（4） 异常数据的舍弃
求得平均值和标准差后，可用来检验统计数据中应当舍弃的带有粗差的数据。剔除粗差有不同的标准，常用的有正负三倍标准差法、Chauvenet法和Grubbs法。
当离差d满足下式时，该数据应当舍弃：
｜d｜=gσf (7.4)
式中d=Фi-Фm，σf标准差，g为不同舍弃标准给出的系数。
当采用三倍标准差方法时，g=3；当采用其它两种方法时，g值由下表确定。
表7.1 Chauvenet法及Crubbs法的g值
注：α为风险率，即α为风险率，即P（|d|≤gσf）=1-α
岩土参数的标准值和设计值
（1） 岩土参数的标准值
岩土参数的标准值是岩土工程设计的基本代表值，是岩土参数的可靠性估值。由于岩土参数的特性，它是在区间估计理论基础上得到的关于岩土参数母体平均值置信区间的单侧置信界限值。
根据试验样品数量、指标的离散程度、要求的置信度等，可用下式计算回归修正系数：
岩土参数的标准值可按下列方法确定：
—变异系数 (7.5)
承载能力极限状态计算所需要的岩土参数标准值，应按下式计算。
式中——统计修正系数。
注：式中正负号按不利组合考虑，如抗剪强度指标的修正系数应取负值。
统计修正系数也可按岩土工程的类型和重要性、参数的变异性和统计数据的个数，根据经验选用。
（2）抗剪强度指标c、φ确定
内摩擦角标准值φk，粘聚力标准值Ck，可按下列规定计算：
根据室内n组三轴压缩试验的结果，按下列公式计算某一土性指标的变异系数，试验平均值和标准差：
(7.6)
(7.7)
(7.8)
计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数，：
(7.9)
(7.10)
计算标准值和
(7.11)
(7.12)
（3）荷载试验确定单桩竖向承载力
参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。
极差超过平均值的30% 时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。
注：对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，取最小值。
将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值Ra。
7.1地基土的物理力学参数
根据室内土工试验及原位测试结果，经数理统计后，将各层地基土的主要物理力学参数（见附录D）及原位测试指标的统计值（列于附录E）。
7.2工程地质分层与特征
根据地质调绘及钻探揭露，桥址区共划分为8个工程地质层，其岩性特征与力学性质如下：
（1）Ⅱ23亚砂土（Qal3）：褐黄色；稍湿；硬塑；土质均匀，含少量云母碎片，见有钙质条纹及少量姜石，粒径0.5-1.0cm。分布于全桥址区，厚度为0.3～0.9米，平均厚度为0.57米， []=150kPa，＝40kPa；
（2）Ⅱ12亚粘土（Q1l）：褐黄色；湿；坚硬；上部为灰绿色，土质较均匀，切面光滑，含亚砂土团块，见锈色条纹。该层厚4.5m，呈透镜体存在，[]=220kPa，＝55kPa；
（3）Ⅱ2-31 粘土（Q1l）：灰黑色；湿；软塑-硬塑；上部为灰绿色，偶见锈染斑点及条纹，含有机质斑点，土质均匀。分布于全桥址区，厚度2.0-4.2m，平均厚3.17m，[]=200kPa， ＝50kPa；
（4）Ⅱ22-1亚粘土（Ql1）：灰色；湿；硬塑；含少量云母碎片，手捻砂感较强，较疏松。该层见于全桥址区，厚度4.8～7.5米，平均厚度5.73米，[]=220kPa，＝55kPa；
（5）Ⅱ31粘土（Q1l）：灰绿色；湿；软塑；土质均匀，切面光滑细腻，偶见1cm左右的姜石，含有机质斑点，局部夹亚粘土薄层。该层见于全桥址区，厚度4.0～6.40米，平均厚度5.17米，[]=200kPa，＝50kPa；
（6）Ⅱ22-2亚粘土（Q1l）：灰色-灰黑色；湿；硬塑；土质不均匀，局部含有亚砂土团块，含有机质斑点，夹多层粘土夹层，单层厚度0.2-0.4m。该层见于全桥址区，厚度4.40～16.80米，平均厚度8.60米，[]=230kPa，＝55kPa；
（7）Ⅱ21-1粘土（Q1l）：褐灰色；湿；硬塑；土质均匀，见有机斑点，偶见有粒径0.5cm左右的姜石，含多层亚粘土薄层，单层厚度0.2-0.3m。该层见于全桥址区，厚度5.30～9.80米，平均厚度7.23米，[]=230kPa，＝50kPa；
（8）Ⅱ22-3亚粘土（Ql1）：灰绿色；湿；硬塑；土质不均匀，局部含亚砂土团块，上部为灰色，含少量云母碎片，摇振反应迅速，局部含粘土薄层，偶见粒径1cm左右的姜石，分布于全桥址区，该层未见底，揭露厚度1.90～15.10米，平均厚度7.57米，[]=240kPa， ＝55kPa；
（9）Ⅲ15砾砂（Ql1）：褐红色，密实，稍湿，含量约50%，分选较差，含砾砂、圆砾，成分较杂。该层厚度0.9米，[]=300kPa，＝65kPa；
（10）Ⅱ32-1亚粘土（Ql1）：深灰色，饱和，硬塑，干强度中等，韧性低，摇振反应中等，该层厚度0.9米，[]=240kPa，＝50kPa；
（11）Ⅱ22-3亚粘土（Ql1）：浅灰色-深灰色，湿，硬塑，土质均匀，含腐殖质及深灰色亚粘土包块，偶见碎石，含少量砂粒及腐殖质，局部含亚砂土薄层。该层厚度0.9米，[]=240kPa，＝55kPa；
（12）Ⅱ22-1亚粘土（Ql1）：灰黑色，饱和，硬塑，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，含大量有机质斑点及条纹，夹少量泥炭条带。该层厚度0.9米，[]=240kPa，＝50kPa。
7.3场地稳定性评价
桥址区工程地质条件简单，未发现断裂构造痕迹，区域稳定性较好，宜于建桥。
7.4不良地质与特殊岩土特征与评价
桥址区下更新统湖积粘性土（Ql1）具有弱～中等膨胀性，桥梁基础设计时须加以注意。
7.5地基土承载力特征值
地基承载力特征值：是指地基稳定有保证可靠度的承载能力，它作为随机变量是以概率理论为基础的，分项系数表达的极限状态设计法确定的地基承载力；同时也要验算地基变形不超过允许变形值。
7.5.1地基临界荷载
1、地基变形的三个阶段
（1）压缩阶段（直线变形阶段）
（2）剪切阶段（塑性变形阶段）
（3）隆起阶段（塑性流动阶段）
2.两个界限荷载：
（1）临塑荷载
（2）极限荷载
图7.1 地基变形的三阶段示意图及地基受力情况
7.5.2修正后容许承载力[s]的确定办法：
1 通过公式计算
② 一般情况下：[s]= P1/4或P1/3 在中国取P1/4
(7.13)
P1/4随c，j，g，q，b增大而增大
临界荷载：
(7.14)
P1/4 、P1/3增大
临塑荷载：
Pcr = g0dNq+cNc (7.15)
7.5.3根据土工试验结果，结合该地区经验综合确定的各层地基土的承载力特征值和压缩模量平均值（列于表3.3）。
我国规范中地基土承载力特征值：
(7.16)
：承载力特征值（设计值）
Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角jk 有关
jk ：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值
b：基底宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值
ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值
以Ⅱ22-3亚粘土（Q1l）作为桩端持力层，经计算取=240kpa
7.5.4压缩模量（侧限压缩模量）
(7.17)
图7.2 压缩模量计算示意图
(7.18)
(7.19)
(7.20)
(7.21)
(7.21)
压缩模量：
(7.22)
表7.2 压缩模量（粘性土）统计表
| 工程地质分层 | 1、Ⅱ33亚砂土（Qal3) | 2、Ⅱ12亚粘土（Ql1) | 3、Ⅱ2-31粘土（Ql1) | 4、Ⅱ22-1亚粘土（Ql1） | 5、Ⅱ31粘土（Ql1） | 6、Ⅱ22-2亚粘土（Ql1） | 7、Ⅱ21-1粘土（Ql1） | 8、Ⅱ22-3亚粘土（Ql1） | 9、Ⅱ21-2粘土（Ql1） |
| 压缩模量 | — | 4.65 | 5.32 | 7.10 | 5.21 | 5.94 | 5.79 | 6.72 | 5.80 |
根据场区水质分析结果，结合《GB50021-2001》有关规定进行分析，地下水对混凝土结构无腐蚀性。
7.7场地的地震效应评价
《中国地震动参数区划图》（GB1-8306-001）与《张石高速化稍营至保定界段建设场地地震安全性评价报告》
根据《公路工程抗震设计规范》JTJ004-确定张家口市阳原县抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。
张家口市阳原县抗震设防烈度为7度，所以应进行场地和地基地震效应的岩土工程勘察。并应根据国家批准的地震动参数区划和有关的 规范，提出勘察场地的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计特征周期分区。进行勘察时，应划分场地类别，划分对抗震有利、不利或危险的地段。对需要采用时程分析的工程，应根据设计要求，提供土层剖面、覆盖层厚度和剪切波速度等有关参数。任务需要时，可进行地震安全性评估或抗震设防区划。10层和高度30m以下的丙类和丁类建筑，无实测剪切波速时，可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》 （GB50011）的规定，按土的名称和性状估计土的剪切波速。
反应谱：表征了地震加速度时程作用于单自由度弹性体系的最大反应（加速度、速度、位移）与体系的自振特性（自振周期、阻尼比）变化的函数关系。
场地类别划分的目的：
（1）直观给出场地用于建设的优劣程度。
（2）用于确定设计反应谱中的特征周期Tg。
（绝对）加速度反应谱：
放大系数谱（β谱）：（绝对）加速度反应谱/地面峰值加速度
地震影响系数谱（α谱）：（绝对）加速度反应谱/重力加速度
图7.3 地震动设计反应谱
根据《公路工程抗震设计规范》JTJ004-相关标准如下：
表7.5 中国地震动反应谱特征周期调整表
| 设计地震分组 | 场地类别 | ||||
| Ⅰ0 | Ⅰ1 | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | |
| 第一组 | 0.2 | 0.25 | 0.35 | 0.45 | 0.65 |
| 第二组 | 0.25 | 0.3 | 0.4 | 0.55 | 0.75 |
| 第三组 | 0.3 | 0.35 | 0.45 | 0.65 | 0.9 |
| 地震动峰值加速度分区 | <0.05 | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.30 | ≥0.40 |
| 地震基本烈度值 | <Ⅵ | Ⅵ | Ⅶ | Ⅶ | Ⅷ | Ⅷ | ≥Ⅸ |
表7.7 确定地震烈度值对照表
| 地震动峰值加速度 | 0.04g≤<0.09g | 0.09g≤<0.19g | 0.19g≤<0.38g | 0.38g≤<0.75g | ≥0.75g |
| 地震烈度值 | Ⅵ | Ⅶ | Ⅷ | Ⅸ | Ⅹ |
（7.21）
（7.22）
式中为一般场地（中硬）地震动峰值加速度；为基岩地震动峰值加速度，单位为，为转换系数。
地震动峰值加速度复核的基本思路和工作要点：
根据计算得到的50年超越概率10%的地震动基岩峰值加速度，按编制《中国地震动参数区划图》采用的转换系数，得到50年超越概率10%的一般场地（中硬场地）地震动峰值加速度。
将经过转换得到的中硬场地地震动峰值加速度按《中国地震动参数区划图》的分区原则进行归档，归档后得到的地震动峰值加速度值作为复核结果。
表7.8 峰值加速度分档表
桥址区位于山西地震带，属地震多发区，根据《中国地震动参数区划图》（GB1-8306-001）与《张石高速化稍营至保定界段建设场地地震安全性评价报告》，桥址区地震动峰值加速度为0.15g，地震动参数反应谱特征周期0.35s，地震基本烈度为Ⅶ度，故根据《公路工程抗震设计规范》JTJ004-要求，按Ⅶ度抗震设防。
8结论与建议
（1）桥址区未发现断裂构造存在，地层稳定，桥基稳定性较好，宜于建桥。
（2）地表水、地下水对水泥混凝土不具腐蚀性。
（3）桥址区下更新统湖积粘性土具有弱～中等膨胀性，桥梁基础设计时须加以注意。
（4）桥址区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期0.35s，地震基本烈度为Ⅶ度，须按Ⅶ度进行抗震设防。
（5）根据桥址区工程地质条件，建议桥基采用桩基础，以Ⅱ22-3亚粘土（Q1l）作为桩端持力层，并深入该层一定长度，桩长须经过计算确定。
（6）岩土物理力学指标见《岩土物理力学指标统计表》与《土工试验成果报告表》。
9致谢
本次毕业设计在选题和完成过程中均得到了※※※老师的悉心指导和严格要求，在完成期间霍老师多次询问完成进度同时提出了许多宝贵的意见，并提供了相关的信息与资料，使我在完成此次毕业设计过程中获得了很大帮助，也使我的毕业设计工作能够顺利完成，在此表示深深地感谢。
参考文献
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[13] 田启文.工程地震学基础[M].防灾科技学院特色教材，2009：196-276.
附录
附录A 三马房跨线桥勘察平面布置图
附录B 工程地质剖面图
附录C 钻孔柱状图
附录D 标准贯入试验成果表
附录E 物理力学指标统计表
附录F 参数统计表
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