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摘 要 阿克塔斯特大桥位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州木垒县境内，新建铁路哈密（火石泉）至将军庙的主要控制性工程。目的：深入了解山区的工程地质条件，为桥梁、路基工程进行分析、比选。方法：通过野外地质调查，钻探、物探测试等综合工程地质勘察手段。结果：介绍了桥址区的地质特征、自然地理概况及工程地质条件，对工程的影响进行了综合分析、评价，将特大桥通过断层处优化为路基工程，进行设计方案的优化比选。结论：通过对特大桥和优化后的路基进行综合对比，有明显的优势，为下阶段设计提供可参考的推荐方案。
关键词 山区 阿克塔斯特大桥 断层 设计方案优化比选
一、概况
1.工程概况。哈密至将军庙铁路（简称“哈将铁路”）位于新疆哈密地区及昌吉回族自治州境内。自兰新铁路哈密地区火石泉站引出，经三道岭煤矿，沿北天山南麓向西北方向行进，自巴里坤山和博格达山之间垭口翻越天山后沿天山北麓西行，经木垒哈萨克自治县后折向北，沿省道S228线与在建的准将铁路将军庙站相接，线路全长421.918 km。
阿克塔斯特大桥位于哈将铁路大石头至阿克塔木段大石头村南侧约3 km，距昌吉回族自治州木垒县城约90 km，起讫里程为DK227+152.70～DK227+981.30，孔跨式样为25 m～32 m梁桥，全长0.828 6 km，设计为单线桥梁，线路呈曲线形式通过，为跨越山间洼地而设。
2.自然地理概况。阿克塔斯特大桥位于北天山剥蚀山地。地面高程1 462 m～1 520 m，地形起伏大，沟梁相间，山坡陡峻，谷宽沟深，呈“U”形沟谷。同时跨越1条区域性一级断裂带，地表道路通行不畅。当地地表水主要为泉水及冲沟中的季节性流水，受大气降水及泉水补给；地下水以大气降水补给为主，排泄、径流条件不畅快，水位随地形的起伏变化较大。本区属中温带干旱气候区，气候干燥，年最大降水量515.1 mm，降水量较少且分布不均；年平均蒸发量2 175.5 mm，蒸发量远远大于降水量。结合地形、地貌分析，在融雪期和雨季易发生突发性洪水。区内地震动峰值加速度0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，所对应的地震基本烈度Ⅶ度。
二、工程地质条件
1.地层岩性。桥址区地层岩性复杂，地表分布有第四系全新统冲、洪积粉土、细角砾土，下伏地层为断层角砾和断层泥及上石炭系玄武岩和安山岩，局部地段基岩裸露于地表。
2.区域地质构造。线路自哈密至将军庙经过准噶尔-北天山褶皱系北天山优地槽的吐鲁番-哈密山间坳陷盆地、哈尔力克复背斜西南部和准噶尔坳陷盆地东部隆起（见构造纲要图1）。线路通过哈尔力克复背斜西南部，地质构造较发育。
图1 哈密至将军庙线初步设计构造纲要图
（1）断裂构造：断裂构造主要发育于北天山山区，哈将线铁路主要经过5条区域性断裂，分别为大河沿至洛包泉区域性断裂带（F1）、塔奥拉依川峡谷北区域性断层（F2）、1663高地—谢雷克库都克以北区域性断层（F3）、头水—芨芨台北区域性断层（F4）、大石头—色皮口北东向断裂带（F5），其中F1区域性断层为第四纪活动性断层，上新世以来其活动显著，曾于1842年与1914年发生过两次7.5级地震。
桥址区线路经过F5-3区域性断裂，属逆断层，位于大石头西3 km处，走向由20°逐渐转为65°，长约58 km，断裂带宽30 m～150 m。受F1区域性活动断层的影响，F5-3逆断层对桥梁工程存在安全影响。
（2）褶皱：桥址处线路经过卡扎赫七角井峡谷背斜，位于卡扎赫七角井峡谷口处，为一向南西倾伏的背斜，轴向自北东向西南，北东向被F5-3断层切割。岩层受构造影响，岩体破碎。
三、勘察实施过程
1.工程地质调绘。经现场地质调绘，桥址区哈密端桥台位于山坡陡壁处，属地形陡峭地段，基岩裸露，节理裂隙发育，相对高差约60 m，桥位中部及哈密端桥台位于山间洼地，地形相对平缓，地势随地形的变化逐渐抬升，高程介于1 462.7～1 480.79，相对高差18.09 m，地表大部分为第四系冲、洪积层所覆盖，局部有基岩裸露。地表漫流发育，局部形成深约1 m的宽沟。
2.物探工作。根据地质调绘及区域地质图，结合地形、地貌，本次物探采用电阻率法，在可能出现断层影响范围进行了物探测试，共布设物探测线8条，长4.7 km。典型物探视电阻率等值线见图2，由剖面视电视阻率等值线断面图（见图2）可知，高阻与低阻对比效果明显，该剖面方向上距离0～255 m、320 m～550 m呈现高阻闭合显示，电阻率为400 Ω·m～4000 Ω·m，距离255 m～320 m呈现低阻闭合显示，电阻率为100 Ω·m～600 Ω·m，推断测区断面中部有断层发育，断层破碎带宽70 m～110 m。
图2 剖面视电阻率等值线断面图
3.钻探工作。依据物探成果，结合桥梁墩台位置，先进行隔墩布设，共布13个钻孔，其中有2个孔布设在物探异常显示推测为断层的范围内。经钻探，推测断层范围内的2个钻孔岩芯均发现断层角砾和断层泥。因事先按隔墩布设钻孔，与相邻见未见断层现象的钻孔间相隔一个桥墩，后补加1个钻孔，施钻后岩芯同上2个钻孔地层一致，也出现断层角砾和断层泥，揭示厚度19.2 m～31.2 m（均未揭穿）。钻探结果证明，物探成果对断层带的测试基本准确。由于采用单一的物探测试方法，个别断面图显示断层位置偏差较大。
4.勘察效果。（1）断层带的分布与特征：经物探成果和钻孔岩芯分析，F5-3逆断层在线路DK227+930处呈小角度（约30°）斜交通过（见图3）。断层带宽度约126 m。两盘岩性为灰绿色的玄武岩，岩石十分破碎，岩体完整性差。断带内主要为断层泥和断层角砾组成，厚度大，并含水。勘察提出的断层泥基本承载力为300 kPa；断层角砾基本承载力为300 kPa～350 kPa。 （2）采用地质调绘、物探、钻探等综合勘察方法进行相互补充、验证，查明了桥址区断层的分布范围及特征，为优化设计方案比选提供地质依据。
图3 F5-3 逆断层通过阿克塔斯特大桥平面图
四、工程方案比选
初步设计阶段该段以特大桥方案通过，本人提出线路应以路基形式通过断层带比较适宜，使桥梁尽可能地避开断层带地段。该桥在线路DK227+855～DK228+981.30段通过（F5-3）断层，其中22号桥墩至将军庙桥台桥基置于断层带内，长约126 m。根据桥址所处地理环境、地质条件及工程的经济、安全性进行和施工难度综合比选，达到对工程费用与安全度的最佳选择。
1.原桥方案。优点：合理利用地形，以地形设桥。缺点：桥址通过断层带宽度较长，约126 m，断带内主要为断层泥和断层角砾组成，含水，对大桥地基强度和稳定性有一定的影响；桥台（将军庙侧）高度较高，路基填方作为荷载对桥台基础的影响较大，特别在断层破碎带中；桥基位于破碎带内，属抗震不利地段；工程规模及投资大。
2.路基方案。优点：就近取材，操作简单，工期时间短，减少造价，降低工程投资；降低灾害规模和危害程度，减少损失，灾后便于施工；桥位中部冲沟与断层相距395 m，地形相对平缓，高程介于1 467.31～1 478.88，线路地势随地形的变化逐渐抬升，相对高差11.57 m，桥净空高8.39 m～10.37 m，过水断面长，加之断层带处偏离山口处，故突发性洪水对该桥断层处影响小，须加强导流及路基坡面防护措施；风吹雪易在低路堤及缓丘背风侧堆积，S303省道严重段落最大风积雪厚度2.5 m～3 m。根据该段线路设计高程，路基填方高度9. 9 m～13.1 m。雪害对路基工程无影响。缺点：受突发性洪水冲蚀。
五、结束语
1.勘察设计阶段地质条件是客观存在的，在设计中应充分考虑地质因素，详细调查各种地质灾害。本次勘察通过工程地质调绘、物探、钻探等综合方法，基本查明了断层带的分布范围，为工程的勘察设计提供了依据。
2.桥梁总体方案布置是设计中最基本、最复杂的问题，各种条件和需求总是交织在一起，桥梁方案选择是否合理，不是多一跨少一跨的问题，而是充分利用有利条件，找到相对经济、安全、合理的方案，通过以上的综合比选分析，路基方案优于原桥方案。
3.该工程于2011年1月完成初步设计，尚未进行施工图设计，本文针对断层对桥基影响进行了分析，在满足桥梁专业的技术要求下，如进行调整优化，可从设计源头控制降低工程投资，消除地质灾害危害的风险，达到对工程费用与安全度的最选择，同时也实现了社会效益和经济效益“双赢”。
参考文献
[1] 新建铁路哈密至将军庙线初步设计地质篇.乌鲁木齐：新疆铁道勘察设计院有限公司，2011.
关键词 山区 阿克塔斯特大桥 断层 设计方案优化比选
一、概况
1.工程概况。哈密至将军庙铁路（简称“哈将铁路”）位于新疆哈密地区及昌吉回族自治州境内。自兰新铁路哈密地区火石泉站引出，经三道岭煤矿，沿北天山南麓向西北方向行进，自巴里坤山和博格达山之间垭口翻越天山后沿天山北麓西行，经木垒哈萨克自治县后折向北，沿省道S228线与在建的准将铁路将军庙站相接，线路全长421.918 km。
阿克塔斯特大桥位于哈将铁路大石头至阿克塔木段大石头村南侧约3 km，距昌吉回族自治州木垒县城约90 km，起讫里程为DK227+152.70～DK227+981.30，孔跨式样为25 m～32 m梁桥，全长0.828 6 km，设计为单线桥梁，线路呈曲线形式通过，为跨越山间洼地而设。
2.自然地理概况。阿克塔斯特大桥位于北天山剥蚀山地。地面高程1 462 m～1 520 m，地形起伏大，沟梁相间，山坡陡峻，谷宽沟深，呈“U”形沟谷。同时跨越1条区域性一级断裂带，地表道路通行不畅。当地地表水主要为泉水及冲沟中的季节性流水，受大气降水及泉水补给；地下水以大气降水补给为主，排泄、径流条件不畅快，水位随地形的起伏变化较大。本区属中温带干旱气候区，气候干燥，年最大降水量515.1 mm，降水量较少且分布不均；年平均蒸发量2 175.5 mm，蒸发量远远大于降水量。结合地形、地貌分析，在融雪期和雨季易发生突发性洪水。区内地震动峰值加速度0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，所对应的地震基本烈度Ⅶ度。
二、工程地质条件
1.地层岩性。桥址区地层岩性复杂，地表分布有第四系全新统冲、洪积粉土、细角砾土，下伏地层为断层角砾和断层泥及上石炭系玄武岩和安山岩，局部地段基岩裸露于地表。
2.区域地质构造。线路自哈密至将军庙经过准噶尔-北天山褶皱系北天山优地槽的吐鲁番-哈密山间坳陷盆地、哈尔力克复背斜西南部和准噶尔坳陷盆地东部隆起（见构造纲要图1）。线路通过哈尔力克复背斜西南部，地质构造较发育。
图1 哈密至将军庙线初步设计构造纲要图
（1）断裂构造：断裂构造主要发育于北天山山区，哈将线铁路主要经过5条区域性断裂，分别为大河沿至洛包泉区域性断裂带（F1）、塔奥拉依川峡谷北区域性断层（F2）、1663高地—谢雷克库都克以北区域性断层（F3）、头水—芨芨台北区域性断层（F4）、大石头—色皮口北东向断裂带（F5），其中F1区域性断层为第四纪活动性断层，上新世以来其活动显著，曾于1842年与1914年发生过两次7.5级地震。
桥址区线路经过F5-3区域性断裂，属逆断层，位于大石头西3 km处，走向由20°逐渐转为65°，长约58 km，断裂带宽30 m～150 m。受F1区域性活动断层的影响，F5-3逆断层对桥梁工程存在安全影响。
（2）褶皱：桥址处线路经过卡扎赫七角井峡谷背斜，位于卡扎赫七角井峡谷口处，为一向南西倾伏的背斜，轴向自北东向西南，北东向被F5-3断层切割。岩层受构造影响，岩体破碎。
三、勘察实施过程
1.工程地质调绘。经现场地质调绘，桥址区哈密端桥台位于山坡陡壁处，属地形陡峭地段，基岩裸露，节理裂隙发育，相对高差约60 m，桥位中部及哈密端桥台位于山间洼地，地形相对平缓，地势随地形的变化逐渐抬升，高程介于1 462.7～1 480.79，相对高差18.09 m，地表大部分为第四系冲、洪积层所覆盖，局部有基岩裸露。地表漫流发育，局部形成深约1 m的宽沟。
2.物探工作。根据地质调绘及区域地质图，结合地形、地貌，本次物探采用电阻率法，在可能出现断层影响范围进行了物探测试，共布设物探测线8条，长4.7 km。典型物探视电阻率等值线见图2，由剖面视电视阻率等值线断面图（见图2）可知，高阻与低阻对比效果明显，该剖面方向上距离0～255 m、320 m～550 m呈现高阻闭合显示，电阻率为400 Ω·m～4000 Ω·m，距离255 m～320 m呈现低阻闭合显示，电阻率为100 Ω·m～600 Ω·m，推断测区断面中部有断层发育，断层破碎带宽70 m～110 m。
图2 剖面视电阻率等值线断面图
3.钻探工作。依据物探成果，结合桥梁墩台位置，先进行隔墩布设，共布13个钻孔，其中有2个孔布设在物探异常显示推测为断层的范围内。经钻探，推测断层范围内的2个钻孔岩芯均发现断层角砾和断层泥。因事先按隔墩布设钻孔，与相邻见未见断层现象的钻孔间相隔一个桥墩，后补加1个钻孔，施钻后岩芯同上2个钻孔地层一致，也出现断层角砾和断层泥，揭示厚度19.2 m～31.2 m（均未揭穿）。钻探结果证明，物探成果对断层带的测试基本准确。由于采用单一的物探测试方法，个别断面图显示断层位置偏差较大。
4.勘察效果。（1）断层带的分布与特征：经物探成果和钻孔岩芯分析，F5-3逆断层在线路DK227+930处呈小角度（约30°）斜交通过（见图3）。断层带宽度约126 m。两盘岩性为灰绿色的玄武岩，岩石十分破碎，岩体完整性差。断带内主要为断层泥和断层角砾组成，厚度大，并含水。勘察提出的断层泥基本承载力为300 kPa；断层角砾基本承载力为300 kPa～350 kPa。 （2）采用地质调绘、物探、钻探等综合勘察方法进行相互补充、验证，查明了桥址区断层的分布范围及特征，为优化设计方案比选提供地质依据。
图3 F5-3 逆断层通过阿克塔斯特大桥平面图
四、工程方案比选
初步设计阶段该段以特大桥方案通过，本人提出线路应以路基形式通过断层带比较适宜，使桥梁尽可能地避开断层带地段。该桥在线路DK227+855～DK228+981.30段通过（F5-3）断层，其中22号桥墩至将军庙桥台桥基置于断层带内，长约126 m。根据桥址所处地理环境、地质条件及工程的经济、安全性进行和施工难度综合比选，达到对工程费用与安全度的最佳选择。
1.原桥方案。优点：合理利用地形，以地形设桥。缺点：桥址通过断层带宽度较长，约126 m，断带内主要为断层泥和断层角砾组成，含水，对大桥地基强度和稳定性有一定的影响；桥台（将军庙侧）高度较高，路基填方作为荷载对桥台基础的影响较大，特别在断层破碎带中；桥基位于破碎带内，属抗震不利地段；工程规模及投资大。
2.路基方案。优点：就近取材，操作简单，工期时间短，减少造价，降低工程投资；降低灾害规模和危害程度，减少损失，灾后便于施工；桥位中部冲沟与断层相距395 m，地形相对平缓，高程介于1 467.31～1 478.88，线路地势随地形的变化逐渐抬升，相对高差11.57 m，桥净空高8.39 m～10.37 m，过水断面长，加之断层带处偏离山口处，故突发性洪水对该桥断层处影响小，须加强导流及路基坡面防护措施；风吹雪易在低路堤及缓丘背风侧堆积，S303省道严重段落最大风积雪厚度2.5 m～3 m。根据该段线路设计高程，路基填方高度9. 9 m～13.1 m。雪害对路基工程无影响。缺点：受突发性洪水冲蚀。
五、结束语
1.勘察设计阶段地质条件是客观存在的，在设计中应充分考虑地质因素，详细调查各种地质灾害。本次勘察通过工程地质调绘、物探、钻探等综合方法，基本查明了断层带的分布范围，为工程的勘察设计提供了依据。
2.桥梁总体方案布置是设计中最基本、最复杂的问题，各种条件和需求总是交织在一起，桥梁方案选择是否合理，不是多一跨少一跨的问题，而是充分利用有利条件，找到相对经济、安全、合理的方案，通过以上的综合比选分析，路基方案优于原桥方案。
3.该工程于2011年1月完成初步设计，尚未进行施工图设计，本文针对断层对桥基影响进行了分析，在满足桥梁专业的技术要求下，如进行调整优化，可从设计源头控制降低工程投资，消除地质灾害危害的风险，达到对工程费用与安全度的最选择，同时也实现了社会效益和经济效益“双赢”。
参考文献
[1] 新建铁路哈密至将军庙线初步设计地质篇.乌鲁木齐：新疆铁道勘察设计院有限公司，2011.