毛立杰,罗全伟(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071)
徐圩港区泊位工程场址工程地质评价研究
Study on GeologicalEvaluation for Berth ProjectSiteatXuweiPort
毛立杰,罗全伟
(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071)
以徐圩港池12-17#泊位工程的工程地质评价为研究对象,先介绍了工程地质评价所采用的方法,包括地质调查、地质钻探、原位测试、室内试验,并对实施过程进行了介绍;通过评价方法采用和过程的实施,获得了徐圩港区泊位工程场址的工程地质条件;从“岩土单元体工程性质、地基均匀性、水不良作用、特殊性岩土、不良地质作用、场地稳定性、场地适宜性”7个方面对徐圩港区泊位工程场址的工程地质进行全面评价,评价结论作为接下来设计、施工的依据;最后总结了场区工程地质的关键问题和技术,以期为今后同类工程的建设和评价提供有益的借鉴。
港区;泊位工程;工程地质;地基均匀性;水不良作用;特殊性岩土
随着我国经济不断发展、对外贸易不断深化,港口作为交通运输的重要枢纽和对外经济的重要窗口,正发挥着举足轻重、不可替代的作用[1-3]。在港口地区修建码头、泊位工程,往往涉及到淤泥、淤泥质土等复杂工程地质条件[4-7],对这类工程地质条件进行科学合理的评价,决定着工程建设和运营能否顺利进行并发挥作用。本文以徐圩港池12-17#泊位工程为研究背景,通过地质调查、地质钻探、原位测试、室内试验等方法,对其工程地质条件展开了评价研究,评价结论作为接下来设计、施工的依据,总结了场区工程地质关键问题和技术,以期为今后同类工程的建设和评价提供有益的借鉴。
徐圩港池12-17#泊位工程(陆域形成工程)场址位于江苏省连云港市徐圩港区,地处我国沿海中部黄海海州湾西南岸、江苏省东北部,地理坐标为34°37′41″N,119°31′21″E,场址地理位置如图1所示。该工程陆域形成面积约140ha,陆域北侧为拟建北护岸,东侧为拟建东护岸,南侧为连云港港徐圩港区一港池突堤围堰。护岸采用斜坡式实体结构,分区域吹填形成陆域,区域分界采用隔堰进行分隔。
图1 场址地理位置
2.1评价方法
本文采用地质调查、地质钻探、原位测试、室内试验的方法,并结合勘区已有勘察资料,对徐圩港池12-17#泊位工程场址工程地质展开全面评价。
2.2实施过程
(1)地质调查
通过现场踏勘、观察、测绘,对场址开展地质调查。
(2)地质钻探
地质钻探通过勘探手段进行,勘探点共布置91个(编号ZK01-ZK28、SZK01-SZK12、GZK01-GZK09、LZK01-LZK42),全部为海域钻孔,钻探总进尺3356.15m。各区域控制性勘探孔要求孔深不小于40m,且进入中密砂或可塑状黏性土以下5m;一般性勘探孔要求孔深不小于35m,且进入中密砂或可塑状黏性土以下3~5m。
(3)原位测试
现场取样、原位测试应满足《水运工程岩土勘察规范》JTS 133-2013[8]、《建筑工程地质勘探与取样技术规程》JGJ/ T87-2012[9]要求,标贯试验钻孔全段、钻探技术钻孔的砂土层均应进行标贯试验。钻孔土体取样、标贯试验间距为1.5~2.0m左右。现场原位测试采用U310型电阻应变式十字板剪切仪,十字板剪切试验孔13个,总测点156个。
(4)室内试验
①常规试验:针对黏性土,进行天然含水量、天然重度、饱和重度、相对密度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑限指数、液限指数、直剪快剪、固结快剪、压缩系数、压缩模量、无侧限抗压强度试验;针对砂土,实施颗粒分析试验。
②特殊试验:对于淤泥等软土,进行前期固结压力试验;对于黏性土,实施渗透系数(垂直,水平)、固结系数(垂直,水平)试验。
要对徐圩港区泊位工程场址的工程地质进行评价,需先获取场址的工程地质条件。通过上述地质调查、地质钻探、原位测试、室内试验等方法的实施,得到了徐圩港区泊位工程场址的工程地质条件。
3.1地质构造
工程评价区位于秦岭-大别-云台山变质岩带,区域内主要断裂构造有盱眙-响水断裂、海州-泗阳断裂,整体来看,区域地质构造较为稳定。
3.2地震概况
该区域位于一级大地构造单元秦岭造山带武当-大别隆起区的东延部分-苏胶隆起之上。工程区设计基本地震加速度值为0.1g,如图2所示。
图2 场区地震动峰值加速度图
3.3岩土地层
根据钻探结果并结合区域地质资料,工程区基底为中-上元古界海州群云台组第三岩性段的变质岩组成。其上覆土层自下而上依次为第四系全新统海洋沉积形成的海相积层(Q4m)和海陆交互沉积层(Q4mc)地层。表层及上部主要为淤泥及淤泥质土层;中部以可塑状粉质黏土及中密状-密实状粉细砂为主,其间有厚度不等的粉土层的透镜体构造;下部以密实状粉细砂和可塑状粉质黏土为主。依据该次钻探资料及土工试验成果、原位测试等数据资料分析,自上而下可分为第四系全新统海相沉积层、第四系全更新统海陆交互相沉积层两类。
3.4特殊性岩土
工程评价区的特殊性岩土主要为软土,据钻探揭示,场地淤泥及淤泥质土层较为深厚,由上到下依次为:淤泥、淤泥质黏土。该区域软土层具有厚度大、天然含水量高、呈流变性的共性,因此其承载力低、压缩性高、抗剪强度低,渗透性低,具有流变、触变的特征,易导致地基的沉降和失稳。且在正常固结完成后,会产生次固结,对建构筑物的稳定产生一定影响。
3.5不良地质
工程区上部地层为海相沉积的淤泥及淤泥质土,为第四系沉积物,沉积年代较短,分布稳定,揭露层厚大,淤泥及淤泥质土均为欠固结土,呈絮状结构。中上部地层中局部地段的粉土及粉细砂在Ⅶ度地震时可能会产生液化现象。
3.6水文地质条件
工程区所在连云港地区的地表水资源主要受控于大气降水。据调查资料,连云港多年平均降水量为882.6mm,属湿润带。该区地下水含水层主要为中部及下部的第四系全新统粉细砂层。两者均有分布,厚度较大,分布连续,贯通性好,地下水赋存量较大。地下水主要为中下部的承压水。主要赋存于粉细砂及粉土层中,其上下隔水层一般为淤泥、黏性土;从水动力条件分析,海水为其主要补给来源。因黏性土隔水层的隔阻封盖,而导致该层水具弱承压性。地下水主要接受海水的下渗补给。
在获得了场址工程地质条件的基础上,对徐圩港区泊位工程场址的工程地质进行评价。
4.1地基均匀性评价
工程区①层为人工填土层,其工程性能极差且不均一;②-1、②-2层淤泥层厚度较大,层位相对稳定,但局部工程性能亦存在一定差异性;③、③-1、④-1、④-2、⑤、⑥-1、⑥-2、⑦、⑦-1层具有明显的海陆交互相沉积特点,反映在空间分布上纵向和横向上变化较大,反映在部分物理力学性质指标上具较大的离散性,属于不均匀地基土,上部淤泥及淤泥质土层为建筑抗震不利地段。
4.2水不良作用评价
地下水对拟建工程影响较大的主要为④单元富集的砂土承压水,其埋深在20m左右,位于淤泥层以下,将来在上部软土处理时,应保留一定安全距离,以免贯通排水通道,影响处理效果。依《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009版)[10]有关标准,该区场地环境类型为Ⅱ类,水的接触类型为A型。场地海水按Ⅱ类场地环境类型条件下,对混凝土具中等腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋在长期浸水条件下具弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替条件下具强腐蚀性。
4.3特殊性岩土评价
工程区场地内表层及上部地层分布有厚度较大的淤泥及淤泥质土,属软土,具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、抗剪强度低,灵敏度高的特点,在Ⅶ度地震力作用下可能产生震陷,设计时应予以关注。
4.4不良地质作用评价
工程区不良地质现象不发育,特殊性岩土主要为上部的淤泥及淤泥质土,其揭露厚度大,平均厚度为14.4m。该层具有含水量高、力学强度低及灵敏度高等不良工程地质特性,易产生沉降及不均匀沉降,在Ⅶ度地震作用下易产生震陷,其工程力学性质差劣。中上部地层中局部地段的③-1粉土及④-1粉细砂,在Ⅶ度地震时可能会产生液化现象,其液化等级为轻微,液化土层一般埋深大于15m,且分布较零星,对工程建设的影响不大。除此之外未发现岩溶、滑坡、泥石流、采空区、地面沉降、活动断裂等不良地质作用。
4.5场地稳定性评价
工程场区近现代构造运动不强烈,附近未见明显活动迹象,区内现处于相对稳定阶段。场地在勘探深度内,地层结构简单,沉积韵律强;区域构造简单,未见到影响场地稳定性的不良地质现象,场地稳定性良好;场区浅部地层②-1淤泥及②-2淤泥在Ⅶ度地震作用下虽有产生震陷的可能性,但在经过处理,提高该层软土工程力学性质或清除该层后,地基稳定性可以得到保证。场地地下水富水性一般,不会在施工期间产生边坡滑塌、潜蚀,管涌、流砂等不良工程问题。另据地面调查和钻探结果,勘区内未发现有古河道、暗浜、地下洞穴等对工程不利的地下埋藏物。综上,场区稳定性良好。
4.6场地适宜性评价
工程区属于淤泥质浅滩,地形平缓,场区稳定性良好,未见不良地质现象发育,亦未见不良地质体的分布。因此,场地适宜性良好,适宜工程建设。
在对徐圩港区泊位工程这类岩土工程地质问题进行研究,将研究结论应用于实际工程的过程中,应注重研究结论与接下来的设计工作进行有效衔接,研究结论的落脚点应能给设计工作、施工工作提供直接有效的指导。本文经过总结,提出了一些关键问题和技术:(1)工程区地震动峰值加速度为0.10g,地震动反应谱特征周期0.45S,抗震设防烈度为Ⅶ度,设计时应结合当地有关规定综合考虑;(2)表层和上部地层为海积的②-1、②-2淤泥,此类土厚度大且均属软土,具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、抗剪强度低、灵敏度高的特点,在Ⅶ度地震力作用下可能产生震陷,设计过程中应特别注意;(3)为获得有参考价值的岩土设计参数,实际中应根据原位测试、室内土工试验结果进行数理统计分析后综合获取;(4)根据标准贯入试验法判别,上部地层中局部地段的③-2粉土及④-1粉细砂,在Ⅶ度地震时可能会产生液化现象,此类现象,应通过加强基础和上部结构进行处理;(5)上部地层主要为淤泥及淤泥质土,该土层物理力学性质劣差,不宜直接作为护岸及隔堰基础的持力层,护岸及隔堰基础施工宜采用爆破填石挤淤方案或袋装砂堤加堆载插板的方法,并选择第③层粉质黏土及黏土或第③-1层粉土作为围堰基础的持力层,在进行大范围爆破挤淤施工之前,应先在有代表性的地段进行试验,待取得最佳参数后再进行大面积爆破挤淤施工;(6)徐圩港区正在进行大规模疏浚,疏浚土量充足且价格低廉,可利用疏浚港池、航道淤泥土同时辅以部分回填山皮土;(7)上部流泥及淤泥层厚度大,承载力低,不能满足上部荷载的要求,在长期地面荷载作用下被压缩变形,可产生大量地基沉降,特别是地基的不均引起的不均匀沉降问题更加突出,应在吹填区采用真空联合堆载预压法进行地基处理,在进行大面积地基处理之前,应先在有代表性的地段进行试验,待取得最佳地基处理参数后再进行大面积地基处理;(8)地基处理过程中会产生较大沉降和较长时间的工后沉降,特别是若采用堆载预压法施工时,在堆载施工过程中,如堆载量过大,可能造成下伏软土层剪切破坏而发生隆起或滑移,因此应充分考虑加载引起的地基剪切破坏和隆起变形对临近工程的影响,合理安排相邻区块的施工顺序;(9)为指导软基处理的施工、保证施工质量、评价软基处理的效果,应进行表层沉降、分层沉降、淤泥层孔隙水压力的消散及对土体深层水平位移进行监测,并在加固前、后分别在各施工分区内钻孔取土样进行室内土工试验和进行现场十字板剪切试验,以检验地基处理的效果。
本文以徐圩港池12-17#泊位工程为研究背景,采用地质调查、地质钻探、原位测试、室内试验的方法,从“岩土单元体工程性质、地基均匀性、水不良作用、特殊性岩土、不良地质作用、场地稳定性、场地适宜性”七个方面对徐圩港区泊位工程场址的工程地质进行全面评价,获得了工程场址的建设适宜性结果。除此之外,进一步将工程区的工程地质问题进行了总结,以便将有价值信息供同行及同类工程进行借鉴。
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责任编辑:孙苏,李红
Based on geologicalevaluation for berth projectsite12-17#at Xuweiport,this paper introduces theevaluationmethodsadopted,including geologicalsurvey,geologicaldrilling,in situ testing and laboratory test,with implementation process stated,and the projectgeological conditions gained. Theengineering geologicalevaluation forberth projectsiteatXuweiport iscarried out from the follow ing seven aspects:geotechnicalpropertiesof unit cellengineering,geologicaluniformity,adverse effectsofwater,special rock and soil,site stability and sitesuitability.The evaluation results serveas the evidence for design and construction following.Lastly,the key issuesand technologies for site engineering geology are summarized in hope of providing somebeneficial references for construction of sim ilar projects in the future.
port;berth project;engineering geology;geologicaluniformity;adverse effectsofwater;special rock and soil
[TU 42]
A
1671-9107(2016)10-0037-03
10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.037
2016-07-01
毛立杰(1983-),男,河北张家口人,本科,助理工程师,主要从事土工试验、工程地质评价方面的工作。