疏浚岩石分级方法的优化

张乾，秦亮

（1.中交天津港航勘察设计研究院有限公司，天津 300450；2.中交天津航道局有限公司，天津 300450）

0 引言

规范中所指的岩石通常是指岩浆岩、变质岩、沉积岩和由母岩胶结在一起组成的团粒[1]。岩石质地较坚硬且物理性质还与产状、破碎程度等因素相关，因此岩石疏浚是一般海上疏浚和河道工程中难度最大最昂贵的一部分。

由于岩石较为复杂的特性，且国内对岩石疏浚基础数据的积累较少，不同的岩石输挖性能认识上存在很多的不足。因此，从现有的经验来看，目前还没有单一的测定方法来正确评价特定岩石可挖掘的难易程度[2]。国内通常依据岩土的级别来评价岩土的输挖特性，因此探索疏浚岩石的分级方法具有很高的理论价值和实用价值。

1 国内外岩石分级现状

1.1 国内现状

国内现行的JTJ 319—99《疏浚工程技术规范》根据岩石的标准贯入击数、单轴抗压强度将强度小于30 MPa的岩石分为2级，如表1。

正在修订的《疏浚工程技术规范》在表1的基础上，根据重力触探击数和单轴抗压强度将强度小于30 MPa的岩石分为3级，见表2。

表1 岩石分级表

表2 修订中的疏浚工程技术规范岩石分级表

1.2 国外现状

国外对岩石可挖掘特性的判断也是较为谨慎的，没有单一指标来评价岩石的可挖性。以英国的疏浚标准BS 6349-5《英国疏浚工程规范》为例，规范没有对岩石进行分级，而是根据岩石类别将岩石分为不需预处理和需要预处理两种情况分界对待。对经过预处理的岩石按照碎石土的疏浚方式处理，对不需经过预处理的岩石根据不同的挖掘方式划分其难易程度。

2 岩石分级新方法

2.1 指标的选择

由前述可以看出，目前国内对岩石级别划分的主要依据是岩石挖掘过程最易得到的抗压强度这一指标，具有简便易操作的优势。但是根据挖泥船施工特性可知，疏浚施工时，岩石同时受到剪切和压裂的作用[3]，施工难易与岩石的破碎程度也有直接的关系。因此，如果根据单一的指标来确定岩石级别，误差大，使用率低。

针对这种情况，提出根据修正的单轴抗压强度Rb′和抗剪强度τ两个指标划分岩石级别的思路。

式中：Rb为单轴抗压强度；KV为完整性指数。

式中：c为黏聚力；σ为有效正应力；φ为内摩擦角。

其中修正的单轴抗压强度 Rb′的计算方法与 GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》中计算围岩强度应力比方法类似。

式（1）中用于修正岩石抗压强度的参数是完整性指数，其计算公式为：

式中：vpm为岩体压缩波波速；vrm为岩块压缩波波速。

工程中在无特殊要求时，这一参数少有取得。而另一与完整性有关的参数岩石质量指标RQD则较常见。因此，为了便于进行分级，也为了便于推广本文的分级新方法，有必要建立起KV与RQD关系方程。

以某水电工程坝区岩体为例[4]，从对近50个试点的资料进行分析，对岩体变形试点部位实测的岩石质量指标RQD与岩体完整性系数KV作相关分析。得到RQD与KV的关系如下：

式中，相关系数0.81。

2.2 指标的界限

根据正在修订的《疏浚工程技术规范》，先将Rb′的判定界限定为≤5 MPa，≤15 MPa，≤30 MPa三个分界。考虑到现在的大型挖泥船的功率越来越大，可以挖掘Rb为40 MPa以内的岩石，因此将Rb′的判定界限定为≤5 MPa，≤15 MPa，≤30 MPa，≤40 MPa四个分界。

τ的判定界限根据τ与Rb的经验倍数关系得到。根据经验数据，岩石抗剪强度与抗压强度的比值关系K[5]如表3。

表3 不同岩类抗剪强度与抗压强度比值表

用比值K与Rb′的4个判定界限相乘，得到岩浆岩和沉积岩的抗剪强度τ的分界线如表4。

表4 不同岩类抗剪强度分界线表MPa

2.3 分级方法

根据式（1）修正单轴抗压强度Rb，将计算得到的修正的单轴饱和抗压强度Rb′和抗剪强度τ代入表5查找相应的岩石等级。

表5 岩石分级表

3 级别的加权计算

根据以往的经验，如果按照疏浚岩土分级表对岩土进行分级，各个判别指标得到的级别经常出现不属于同一级的情况，增加了分级的不确定性和难度。因此，可以采用加权的方法[6]，量化岩石分级。

首先，分别给修正的抗压强度和抗剪强度各50%的权重；然后，根据表5判断两个指标各自的级别a和b；最后，按照级别计算公式（5）四舍五入后得到该岩样的级别。

4 结语

1）本文的岩石分级新思路，是在借鉴国内外的疏浚规范的基础上，结合岩石的特性提出的。考虑了岩石挖掘过程的主要影响参数（抗压强度、抗剪强度、完整性指数），使岩石分级更加合理，更加准确地反应岩石的挖掘难易程度。引用了他人对RQD与KV关系的研究成果，使该思路更加便于操作。另外，引入加权的理念，使分级量化，便于实际应用。该成果已在广东某项目的实际应用中得到检验，较原分级方法更加接近实际，使级别这一参数对疏浚工程的指导性有较大的提高。

2）50%的权重系数是根据以往的工程经验得到的，需要在今后的实际应用中针对不同地区、不同的土质参数进行微调。

[1]ZT比尼奥斯基.工程岩体分类[M].吴立新，译.徐州：中国矿业大学出版社，1993.

[2]严沛漩.水利水电工程勘测设计专业综述：工程地质[M].成都：电子科技大学出版社，1993.

[3]孙广忠.岩体力学基础[M].北京：科学出版社，1983.

[4]胡卸文，钟沛林，任志刚.岩体块度指数及其工程意义[J].水利学报，2002（3）：80-83.

[5]常士骠，张苏民.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[6]张乾，刁海岛.疏浚土工程级别的加权法判定与分析[C]//第十九届世界疏浚大会论文集，2010.