殘積土的工程地質性質
1. 工程地質的圖書目錄
1緒論
1.1地質學與工程地質學
1.2工程地質學的任務和研究方法
1.3工程地質學的分類
1.3.1工程岩土學
1.3.2工程地質分析學
1.3.3工程地質勘察學
1.3.4區域工程地質學
1.3.5環境工程地質學
1.4工程地質條件與工程地質問題
1.4.1工程地質條件
1.4.2工程地質問題
1.5工程地質學在土木工程建設中的作用
1.6本課程學習要求
本章小結與學習指導
思考題
2地質作用與地質構造
2.1地殼結構
2.2礦物
2.2.1 礦物的物理力學性質
2.2.2主要造岩礦物
2.3地質年代
2.3.1地質年代的表示方法
2.3.2 時間地層單位與地質年代表
2.4地質作用
2.4.1地質作用與分類
2.4.2外力地質作用
2.4.3內力地質作用
2.5地質構造
2.5.1地層與岩層產狀
2.5.2水平構造與傾斜構造
2.5.3褶皺構造
2.5.4斷裂構造
2.5.5新構造運動與活斷層
2.6第四紀地質與地貌
2.6.1第四紀地質
2.6.2地貌
本章小結與學習指導
思考題
3土的工程地質性質
3.1土的成因類型
3.1.1 殘積土
3.1.2坡積土
3.1.3洪積土
3.1.4 沖積土
3.1.5海相沉積物
3.1.6湖泊相沉積物
3.1.7冰磧土
3.1.8風積土
3.2土的物質組成及工程分類
3.2.1 土的物質組成及結構構造
3.2.2土的工程分類
3.3特殊土的主要工程地質性質
3.3.1軟土
3.3.2濕陷性黃土
3.3.3膨脹土
3.3.4 紅粘土
3.3.5 凍土
本章小結與學習指導
思考題
4岩體的工程地質性質
4.1岩體結構與地質特徵
4.1.1岩體結構概念
4.1.2結構面
4.1.3 結構體
4.1.4岩體結構的類型
4.1.5岩體的地質特徵
4.2岩塊的工程地質性質
4.2.1 岩塊的物理性質
4.2.2岩塊的水理性質
4.2.3岩塊的力學性質
4.2.4影響岩塊工程地質性質的因素
4.3結構面特徵及力學性質
……
5 地下水
6 不良地質現象及防治
7 工程地質勘察
8 工程建設中主要工程地質問題
9 環境工程地質
參考文獻
2. 水庫堤壩岩土工程勘察
一、深圳水利工程建設現狀
深圳市自建市後,水利事業蓬勃發展,特別自1992年以來,新建擴建了一大批水利工程,引東江上游水入深、全市供水體系形成網路、興建調蓄水庫和戰略儲備水庫、開展雨洪利用、整治河道提高河道防洪和景觀功能等等,為深圳市的可持續發展提供了水資源保障。
深圳市常見的水利工程主要有:水庫、樞紐建築物、輸水或泄水隧洞、堤防、泵站、水閘、渡槽和輸排水管等。水庫大壩依其材料不同可分為混凝土壩、砌石壩、堆石壩和土壩等。
截至2007年底,全市共有172座水庫,其中在建的公明水庫總庫容1.5×108m3,為大(二)型水庫,壩體總長4.6km,最大壩高54m;正在勘察擬建的清林徑水庫,總庫容為1.8×108m3,總壩長1.8km,最大壩高44.2m;已建的東部供水水源工程,全長56.3km,其中7.2km為隧洞;已建供水網路干線工程,全長472km,其中80%為隧洞。
在建設和使用這些水利工程的過程中,曾遇到了大量的工程地質問題,它們大多與地表水、地下水有很大關系,這是水利工程地質專業的主要特點。由於有了水,岩土體飽和軟化,抗剪強度降低,水頭壓力抬高,滲流作用加強;由於有了水,水工建築物岩土設計計算變得復雜,運用工況多樣化;由於有了水,岩土工程勘察需採用綜合勘探方法,各類試驗項目繁多,地質參數的取值和地質評價結論需要綜合判斷確定。對於水利工程,由於勘察水平不高而導致相關工程地質問題未查明,其後果是嚴重的,要麼導致整個工程失敗(如潰壩、決堤、水庫無法蓄水);要麼工程建成後問題很多,影響正常運行;或者由於相關地質參數和評價結論過於保守而導致大量的投資浪費。
因此,水利岩土工程勘察是一項復雜而重要的專業性較強的地質工作,在具體實施過程中,除了嚴格執行行業規程規范之外,地區性工作經驗亦很重要,尤其在項目建議書、可行性研究階段或者勘探工作量不足的一些中、小型工程顯得尤為突出。
二、水利水電工程常見工程地質問題
根據深圳地區所處的地質背景和水文氣象條件,修建水利工程後常見的工程地質問題有:
1.區域構造穩定性
深圳地區地震基本烈度為Ⅶ度,區域構造穩定性相對較好,各工程研究對象主要指活動性斷裂對水工建築物長期運行的影響。以深圳斷裂帶為代表,重點關注水庫誘發地震、地應力集中、斷裂構造的年位移量等。
2.水庫庫區滲漏
蓄水水庫產生永久性的過量的滲漏,不僅影響水庫的效益,同時還會因滲漏引起其他一些不良後果。羅屋田水庫的岩溶滲漏是一典型例子,由於水庫滲漏嚴重,水庫始終無法正常蓄水。
3.庫岸穩定性
水庫蓄水後,庫岸自然地質環境發生急劇變化,岩土體飽水及強度降低,庫水漲落引起地下水位波動變化,波浪沖刷作用加劇變化等,使得原來處於平衡狀態的岸坡發生破壞,達到新的平衡,其破壞形式包括:崩塌、滑坡、塌岸等。庫岸失穩破壞的後果將直接危及濱岸地帶居民及建築物安全,淤塞庫區,高位能的快速崩滑體還可以造成巨大涌浪,危及大壩及壩下游安全。
4.水庫浸沒
水庫蓄水後,引起庫岸周圍一定范圍內地下水水位抬升(壅高),當壅高後的地下水位接近或引出地面時,將可能導致農田沼澤化、土地鹽鹼化、建築物地基飽和惡化等不良後果。深圳地區一般多為山區性水庫,庫容面積有限,水庫浸沒問題不嚴重。
5.壩區滲漏
壩區滲漏包括壩基滲漏和繞壩滲漏,分別產生於壩基和壩肩。壩基滲漏是現有水庫大壩普遍的地質現象,滲透量過大將影響水庫的效益,或者滲透水流作用危及壩體的安全。深圳地區常見的壩區滲漏方式有建基面滲漏(接觸面滲漏)、淺層風化岩滲漏、斷裂構造帶滲漏、沖洪積砂礫層滲漏和岩脈帶滲漏等。
6.壩基岩土體的壓縮變形與承載力
不同類型的壩對壩基壓縮變形與承載力要求不同,其共同點均要求建壩後不致產生過大的沉降變形和不均勻沉降變形,以免引起壩體開裂或剪切滑移而導致的破壞。對中低土石壩而言,深圳地區常見的高壓縮地層主要包括人工鬆散填土、軟黏土、淤泥和泥炭等。
7.壩基(肩)岩土體的抗滑穩定
對於土石壩而言,壩基如有抗剪強度低的軟弱地層(如軟黏土、淤泥、鬆散填土等),則壩基不僅存在沉降變形問題,亦有沿軟弱層滑動問題;對混凝土壩、砌石壩而言,根據滑動破壞面位置的不同,壩基岩體滑動分為表層滑動(通常指混凝土與岩石接觸面)、淺層滑動和深層滑動(軟弱結構面滑動);對於壩肩抗滑穩定主要體現陡地形狀況下的結構面滑動問題。
8.水工隧洞圍岩穩定與變形
地下隧洞開挖以後,洞壁圍岩由於失去了原有的岩體的支撐而向洞內松張變形,如果變形超過圍岩本身所承受的能力,圍岩將產生破壞。圍岩的變形破壞程度常取決於圍岩應力狀態、岩體結構及洞室斷面形狀等。竣工後的水工隧洞往往要承受內外水壓力的長期作用。深圳地區隧洞淺埋段較多,斷裂構造發育,岩性岩相多變,地下水位高,隧洞施工遇塌方、冒頂現象相對較多,施工後縱向與橫向裂縫也時有所見。
9.隧洞涌水
隧洞涌水問題包括隧洞段涌水量預測、掌子面突水、突泥預測和地面沉降預測等,因其影響因素多,各項參數准確取值較難,隧洞涌水預測大多帶有經驗性質。盡管如此,隧洞涌水仍是一項重要而復雜的水文地質工作內容。以往的工程實例表明,隧洞涌水預測不可靠,施工措施不到位,往往會導致嚴重的人員傷亡、經濟損失甚至一定范圍的社會安定問題。
10.天然建築材料
深圳地區水庫一般適合建當地材料壩,以土石壩最多,黏性土料和壩殼料用量也最為龐大。例如公明水庫大壩實際用量達1100×104m 3,勘察儲量為其2~3倍。既要不破壞當地生態環境並盡量減少征地費用。又要尋找足夠儲量的、質量好的、開采方便的、運距近的料場,是水庫工程建設期突出的工程地質問題,也是一大前期勘察難點。
11.深基坑支護
深圳地區地下式泵站較多,大多涉及深基坑問題,有的基坑深達30~40 m,這些泵站一般建在地勢低窪處,軟土層和砂礫層較厚,地下水豐富,地下水位普遍較高,工程地質水文地質條件復雜,基坑支護體系需要考慮隔水、淺層支護、深層支護、上下水工建築物平面布置及基坑內方便輸水隧洞施工等要素。
其他的一些工程地質問題,如隧洞施工岩爆問題,放射性污染問題,閘、壩建築物的抗沖刷問題等等,因一般不常見這里不單獨列出。
三、水庫庫區岩土工程勘察評價工作經驗
限於自然條件,深圳地區擬建和已建水庫規模有限,絕大部分為中、小型水庫,壩高15~50m,水庫周邊區域以花崗岩類和砂頁岩類為主,地形地貌多為低丘陵和台地,植被覆蓋良好,岩體風化一般較深厚,斷裂構造較發育,物理地質現象不發育,工程地質條件一般屬於中等復雜。
水庫庫區岩土工程勘察與評價工作一般應注意:
1.勘察工作
勘察工作應以水文地質、測繪、調查訪問、資料收集為主,勘探工作為輔。注意研究地形地貌特點,河床變遷歷史,泉水露頭情況,區域性自然邊坡和人工邊坡失穩現象,周邊水庫群常見的水庫地質問題等。當基岩露頭較好時,重點調查斷層和裂隙發育特點;當基岩露頭不好時,重點調查風化土和覆蓋層的工程特性與分布狀況。
2.勘察方法
針對水庫滲漏問題,首先根據水文地質成果確定可能的滲漏形式,然後根據不同的滲漏形式採用適當的勘察方法。單薄分水嶺滲漏一般較為常見,分水嶺岸坡一般分布有一定厚度的殘坡積土和全風化土,勘察工作以調查上部土層作為天然防滲鋪蓋的厚度、平面范圍和滲透特性為重點,均衡布置淺鑽孔或探坑,並進行注水和試坑滲水試驗。對於下部基岩的滲透特徵,需選擇代表性位置布置勘探剖面,各勘探點進行分段壓水、注水、抽水(提水)試驗。對於斷層或裂隙密集帶滲漏問題,可先布置物探工作,再布置鑽探與現場試驗工作。此外有些水庫發現也有風化岩中岩脈帶滲漏問題,在花崗岩類地區應重視。從目前已建水庫的運行情況來看,大多數水庫滲漏問題並不嚴重,未超過水庫設計滲漏量,這與深圳地區岩土層的弱透水性有關,也與庫水深度較淺、斷裂構造的密閉性較好等有關。但應注意的幾點是:
1)庫外未見有滲水溢出點並不代表水庫沒有滲漏,從有些水庫常年觀測資料來看,仍有相當一部分滲流量是通過潛流作用形成的。
2)強風化岩全段、弱風化岩上段部分試驗段滲透系數較大,鑽孔鑽進中常有涌水或失水現象,但大部分試驗段滲透系數為弱透水,將這兩層視為相對隔水層或相對透水層時應慎重,需根據滲透系數大值的平面位置、埋深、上部地層滲透性、地下水的徑流排泄方式以及水庫防滲級別等綜合確定。
3)峽谷區和台地區水庫滲漏評價方法有區別。
4)水庫滲漏除了定性評價外,還要盡量進行定量計算評價。
5)在可能滲漏部位布置水文地質長期觀測孔,可有效判斷水庫滲漏情況。
6)龍崗岩溶地區水庫滲漏問題很復雜,評價結論需特別慎重。
3.邊坡勘察
深圳地區庫岸坡度一般較平緩,庫岸穩定問題常表現為淺層滑坡或滑塌,主要產生於殘坡積層中,方量有限,一般為數十立方米至數百立方米,對水庫運行安全不會有太大的影響。但有些供水水庫在某些時段可能取水量很大,存在庫水位驟降的情況,應注意大面積淺層邊坡穩定問題。另外在深圳東部沿海地區所建水庫存在高陡岩質邊坡問題。邊坡勘察工作仍以地質測繪為主,在初步確定有問題的地段才布置勘探工作量。邊坡勘察與評價應注意的事項:
1)定性與定量評價互為補充,且有側重點,對於小規模的對水庫安全影響不大的邊坡問題應以定性評價為主,反之,則以定量評價為主。
2)砂頁岩地區常有淺層滑塌現象,坡積層偏厚,顆粒組成多為粗粒,易降水入滲和導水,也易浸水軟化,岸坡較陡時常有邊坡穩定問題。
3)計算邊坡穩定性,應有正常運行、庫水位驟降、地震作用等多個工況的組合計算。
4)對於環庫公路的邊坡問題,因其位於庫水位以上,一般按公路勘察設計規范進行評價,但應注意高位能的不穩定體坍塌,可能產生大的涌浪問題。
5)對於庫盆內開采建壩材料的水庫,需有合理的開挖斷面和坡度。
4.地下水勘察
現有水庫正常蓄水位水邊線周邊大多為斜坡地形,庫內無農田,少居民,少建築物,鑒於廣東地區的氣候條件,一般不存在浸沒現象。對於庫外水位雍高引起的浸沒問題,主要根據水庫防滲條件,可能浸沒區的水文地質條件和危害性質進行評估。地質勘察工作應重點置於庫水沿單薄分水嶺和斷裂構造帶徑流排泄方式和滲流量評價,注意可能浸沒區地形地貌特徵和地下水位,是否有較低的排水條件差的窪地地形,必要時布置勘探剖面,並進行地下水雍高值和地下水臨界深度的試驗和計算。
5.判定標志
水庫誘發地震的形成機理十分復雜,目前的判定方法往往根據工程實例進行類比,一般採用的判定標志有:
1)壩高大於100m,庫容大於10×108m3。
2)庫壩區存在構造斷裂帶,活動斷裂呈張(扭)性或張(壓)扭性。
3)庫壩區為中、新生代斷陷盆地或其邊緣升降明顯。
4)深部存在重力梯度異常或磁異常。
5)岩體深部張裂隙發育,透水性強。
6)庫壩區有溫泉。
7)庫壩區歷史上曾有地震發生。
深圳地區沒有修建高壩大庫的條件,區域地質地震條件表明,一般產生破壞性地震(M s>4.7級)的可能性不大,但不排除產生小震的可能。已有工程實例顯示,有些中低壩水庫也會產生誘發地震,因此一般對大、中型水庫的誘發地震問題亦要進行評價。工作方法以搜集分析區域地質地震資料為主,適當布置一些專門性勘探工作(常採用地球物理勘探和深鑽孔),必要時需委託地震研究單位在進行地震危險性評估的同時,對水庫誘發地震問題進行專門論證。
四、堤壩勘察方法、經驗與工程地質條件評價
深圳地區堤壩類型大多為土石壩,有少量混凝土壩和堆石壩。不論哪種壩型,壩體、壩基均存在穩定、變形、滲流三大問題。其中土石壩出現問題的最多,一般以壩體或壩基滲漏與不均勻沉降最為常見,個別堤壩也曾產生壩後坡嚴重滑坡,而滲透穩定問題多見於水閘。
因大壩產生破壞性質是災難性的,因此水庫工程勘察的重點在於壩址,前期勘察工作標准要求高,歷時長。限於篇幅,這里僅介紹新建壩壩址的一些勘察方法與經驗。
1)對於壩址區(含附屬建築物)勘察方法,水利水電工程地質勘察規范(GB50287-1999)和中、小型水利水電工程地質勘察規范(SL55-2005)各章節有明確規定,內容涵蓋規劃、可行性研究、初步設計和技施設計各個階段,包括不同壩型、不同壩基以及不同建築物。總體來講,水利行業勘察規范比較簡明寬泛,具體實施過程中需要地質人員充分發揮主觀能動性,根據場地地質條件,靈活掌握規范精神,既要達到「查明」的精度,又不浪費勘探工作量,也不能死搬硬套規范。
2)在工作開展之前,需要編制勘察工作大綱,內容盡量詳盡,必要時還可編制單項作業指導書。勘察工作大綱首先應根據前期勘察成果確定該工程可能存在的主要工程地質問題,或應重點查明的地質要素,然後圍繞這些工程地質問題或地質要素布置適用的勘探工作,確定勘探工作的重點、要點、難點。
3)工作當中需根據實際地質條件變化,及時調整計劃的工作方法和工作布置,這就要求地質人員隨工程進度及時跟進分析,以免野外作業結束後才發現問題,導致關鍵地質問題未查明,需要進行補充勘察。
4)壩址常用的勘探方法有鑽探、物探、坑探、現場試驗和室內試驗,其中關於岩土滲透試驗的方法種類較多,精確度不一,如何較准確地確定各地層滲透系數並劃分相對隔水層、相對透水層是技術人員的一大難點,這些參數的可靠性關繫到工程安全,亦關繫到大量的工程投資。例如公明水庫壩基防滲工程,設與不設混凝土防滲牆相差工程投資達1.5億元人民幣。弱、微風化岩一般進行壓水試驗,按壓水試驗規范操作即可。強風化岩一般難於進行壓水試驗,深圳地區的經驗是:當地下水較高時,選擇抽水試驗或提水試驗;當地下水位較低時選擇注水試驗,並注意鑽進中回水量的變化;當需要初步確定灌漿效果時,應設法進行壓水試驗,可將栓塞置於先期預設的混凝土孔壁即可,但成本較高。強透水的砂礫石層常用抽水試驗。對於中-弱透水的殘坡積土層、全風化岩(土),常根據注水、提水、試坑滲水、室內滲透試驗成果綜合確定滲透系數值,前3種方法的計算公式為近似性質,測值有一定誤差,但可反映整個試驗段的透水性,室內試驗測值雖較准確,但反映某一點的滲透性,代表性具局限性。
5)評價地基的工程地質條件,除了有足夠數量的試驗數據支持外,尚需根據地區經驗,岩心鑒別、地質測繪成果綜合給出定性評價結論和定量地質參數。例如,對於花崗岩殘積土或全風化岩(土),室內試驗往往顯示其為高壓縮性土,對於土石壩需要進行大面積的壩基處理,而根據工程經驗,該類土一般為黏土質砂礫,屬中壓縮性土,可不進行處理。再如,如何看待總體弱透水性地層中滲透試驗滲透系數大值(i×10-4cm/s或i×10-3cm/s)問題,是關繫到劃分為相對透水層還是相對隔水層的大問題,僅憑試驗數據是難以給出准確結論的,需要根據其上、下地層的滲透特徵與分布情況,以及蓄水後地下水的滲透形式等因素綜合判定。
五、天然建築材料勘察方法與評價
深圳乃至華南地區土石壩建築材料大多採用風化岩料,主要利用殘積土、全風化岩和強風化岩,其中前二者一般作為黏性土料,後者作為壩殼料使用。工程實踐表明,風化料易於壓實,具有較高的壓實度、抗剪強度和較低的滲透性,非常適合於修建中低壩。但風化料也有其缺點,由於岩性相變、地形起伏和地質構造等原因,風化料往往顆粒組成不均一,含水率等物理力學性質差異較大,壓實控制指標選擇較難,針對風化料的這些特點,前期勘察階段應注意:
1)勘察方法宜選擇鑽孔、探坑(井)、洛陽鏟,勘探密度除執行規程規范要求的以外,應切實結合地形地貌特徵布置勘探點,坡頂、斜坡、坡腳和台地均應有足夠的勘探點控制。選擇每個微地貌代表性位置連續取原狀樣,主要測其含水率和粘粒含量等基本物理指標。選擇每個微地貌代表性位置取擊實樣(結合未來立面開採的深度)進行擊實和擊實後試驗,每個勘探點均應測靜止地下水位。
2)室內試驗類別應齊全,勿漏項。原狀樣主要測含水率、天然密度、土粒密度、塑液限、顆粒分析(至小於0.005mm);擊實樣主要測最大幹密度、最優含水率、水溶鹽含量、倍半氧化物含量、有機質含量、pH值、自由膨脹率和燒失量等;擊實後試驗控制壓實度為0.96~0.98(與工程等級有關),試驗項目有滲透系數(水平和垂直)、剪切試驗(飽和與非飽和)、壓縮固結試驗(飽和與非飽和),剪切試驗具體類別應根據設計計算工況具體確定,一般應進行三軸剪切試驗,直剪試驗可作為參考,新建壩應測不固結不排水剪、固結不排水剪、固結排水剪,同時測孔隙水壓力系數。
3)根據風化料原岩變化情況和試驗成果進行料場分區,主要依據顆分、塑性指數與壓實特徵進行劃分。不同類型的風化料如果不分區,往往難以確定土壩控制指標,難以選擇碾壓設備和碾壓參數,並使大壩處於不安全狀態或滲漏量過大。
4)風化料地質參數應在充分統計分析的基礎上慎重選擇,對其質量評價根據大壩不同填築部位的具體要求區別對待,一般分均質壩土料、防滲體土料和壩殼料3種類型。具體分析的項目有:含水率變化規律分析、粘粒含量變化規律分析、擊實曲線特徵分析(寬或窄級配)、滲透系數特徵分析和剪切試驗成果分析(不同類型剪切試驗成果對比分析)等。針對料源的特徵,提出建議開採的季節、開采設備、開采方式和碾壓試驗與上壩填築的一些注意事項。根據已建水庫的勘察資料,深圳地區上壩風化料原岩大部分為花崗岩和砂頁岩,風化料的主要工程特性指標較好,但pH值往往偏低,倍半氧化物含量不能滿足規程要求,經分析認為,對於深圳地區中低壩而言,這兩個指標對工程影響不大,上壩料質量評價可不作為控制性指標。鑒於水庫大壩的重要性,風化料室內擊實和擊實後試驗宜選擇兩家以上試驗單位進行平行試驗。
5)料場儲量計算應採用平均厚度法、平行斷面法和三角形法,選擇一種方法計算,取另一種方法校核。
六、水工隧洞勘察方法、經驗與工程地質條件評價
1.前期勘察工作布置方法和原則
水工隧洞常用的勘察方法有衛星遙感、地質測繪、物探、鑽探、水文地質試驗、原位測試和室內試驗等方法相互印證的綜合勘探方法,勘察工作主要布置於淺埋段、過溝段、斷層位置、岩層分界位置及洞口位置,具體做法為:
1)洞口位置布置縱向勘探剖面,重要洞口還布置橫向勘探剖面。
2)埋深小於50 m洞段大體等間距布置勘探鑽孔,兼顧溝谷負地形位置、正地形丘頂位置、斷層位置、岩性界線位置、隧洞拐彎和交叉位置。
3)埋深大於50 m洞段有選擇性布置勘探點,主要布置於深切溝谷、斷裂構造、岩性分界和其他用途段:埋深大於100 m鑽孔,當下部岩心完整段較長時可不要求鑽孔打到洞身,這種鑽孔常見於花崗岩地區。一般隧洞埋深大於100 m地段重型勘探工作量布置很少。
4)斷裂構造位置、溝谷地段、傍山地段宜布置地震法和電法物探,一些重要鑽孔進行聲波測井,這些工作可大體給出不同深度、不同地貌單元各種波速值和物性參數,利於圍岩分類和地質參數的提出。
5)水文地質工作方面,關注水位變化和鑽進用水量變化,有選擇地在富水孔段進行抽水(提水)試驗,大部分鑽孔在洞身附近進行壓水(注水)試驗。
6)重視輕型勘探工作,包括地質測繪、槽探等;重視收集資料和研究已有資料,特別關注區域地貌發展史和第四紀地質。這些工作花錢不多,但往往可得到事半功倍的效果,此外對跨城市區域隧洞,因原始地貌已遭破壞,應特別注意收集舊的地形圖和地貌圖。
7)其他方面,如地應力水平和放射性測試等,可先初判,根據初判結果確定是否進行野外測試工作。按《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-99)和《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL55-93)靈活運用。
8)對於長距離引調水工程,因其穿越地貌類型多,勘察工期緊,野外施工困難,不同的業主對勘察的工作的重視程度不一,有些業主對前期勘察工作經費投入不足,針對這些特點,在規范中應強調前期勘察工作抓關鍵地質問題,不要求每個工程段都達到查明精度。現在許多隧洞採用新奧法施工,邊掘進施工邊設計支護形式,充分利用圍岩拱的作用,施工單位也多採用單價合同,但其前期條件是對關鍵性地質問題要查明,如大斷層、地應力總體狀態、放射性、膨脹岩、易溶岩、鬆散體、軟弱岩、喀斯特化岩層等,此外施工過程中要有選擇地進行超前預報。
2.關於圍岩類別劃分與評價
對於圍岩類別的劃分,不同部門不同規范有不同的劃分方法,根據深圳地區工程經驗,提出如下建議:
1)對於預測可研究勘察階段或勘探資料不足的隧洞,應主要採用《工程岩體分級標准》(GB50218-1998),因該規范劃分的方法既有定量指標,亦有定性指標,易於操作。
2)對於可研究-初設勘察階段,各種勘察資料比較豐富,可分別採用《水利水電工程勘察規范》(GB50287-1999)、《工程岩體分級標准》(GB50218-1998)、地質力學分類法(RMR法)、Q系統分類法進行分類,綜合判定圍岩類別;所依據的地質要素不同,所以分類結果有差別。對於涉外工程,岩體分類最好用後兩種方法;對於國內工程,採用前兩種方法較好,對於土洞,按《土工試驗規程》(SL237-1999)分類法。
3)對於施工地質階段,圍岩劃分最適宜用《水利水電工程勘察規范》(GB50287-1999),此階段地下水狀態、結構面狀態、主要結構面產狀均比較清楚,岩體強度和完整性狀態可取樣試驗和波速測試進行確定,工作性質較簡便。
4)目前的水利水電工程勘察規范圍岩分類採用五級制,這樣的分法在圍岩狀態較差時,不利於支護形式的確定。例如,同為V類圍岩,有些自穩時間較長,有些自穩時間很短,有些用普通鋼拱架支護,有些要用加強的鋼拱架支護,甚至還有其他的加強措施。因此,建議在Ⅲ類、Ⅳ類和V類圍岩中增加細分的內容,可定根據工程需要具體確定,初擬各類圍岩分兩級,分別為Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅳ-1、Ⅳ-2、V小V -2。深圳地區中小型水工隧洞圍岩類別與主要物理力學參數見表2-3-40。
表2-3-40 中小型隧洞(直徑<5m)圍岩主要物理力學參數
3. 求一份工程地質勘查報告什麼樣的都行急!!!!!!~~~~~~那位大俠有的可以發到俺郵箱里 [email protected]
地質及水文
(1) 地層岩性
本場地區岩土層按成因可劃分為:1、人工填築土層();第四系海陸交互相沖積層
(Qmc);3、第四系殘積層(Qel);4、白堊系(K)風化基岩4 個成因層。各岩土層分布及特
征分述如下
① 填築土層(Qme,層號⑴):全區各鑽孔均有分布,厚度變化大。土層主要呈黃褐色,局
部深灰色由含少量碎石的粉細砂組成,局部由淤泥質土組成,土層為密實不均的經壓實
土。頂部15~20cm 為石粉或碎石路基墊層及30~40cm 瀝青+混凝土路面。
② 淤泥、淤泥質土層(層號⑵):厚薄變化較大,場地東南部總體較厚。土層呈深灰色,飽
和,流塑,含腐木碎屑,多夾微薄層粉砂,局部含多量粉砂,偶見小貝殼碎片。
③ 粉質粘土(局部粉土)夾層(層號⑵-1):土層呈多呈深灰色,局部灰黃、黃褐及灰白色,
飽和,可塑,局部硬塑,粘塑性較強。
④ 粉細砂層(層號⑶):土層呈深灰、暗灰色,飽和,鬆散,局部稍密,成分以石英為主,
上部含少量貝殼碎片,常夾(含)薄層中砂,局部含腐植質。
⑤ 淤泥、淤泥質土層(層號⑷):土層呈深灰色,局部灰黑色,飽和,流塑,含少量腐木碎
屑,局部夾微薄層粉砂(或與粉砂呈微薄互層)。
⑥ 粉質粘土、粉土夾層(層號⑷-1):土層呈青灰色,局部間黃、褐黃色,飽和,可塑,夾
微薄層粉砂,局部與粉砂呈微薄互層。
⑦ 粉細砂層(層號⑸):上部土層多呈青灰色,局部黃、黃褐及淺紫紅等色,上部大多數粒
徑細小,含粉粘粒,局部夾微薄層粘土,下部砂質純,粒徑較上部粗;下部土層多呈灰
BC201B-sm 第 2 頁 共 8 頁
色,部分呈深灰色,成份以石英為主。
⑧ 粉土、粉質粘土夾層(層號⑸-1):土層呈青灰色,局部間黃色,濕,密實或飽和,軟塑。
以粉土為主,具塑性,局部由粘土與粉砂微薄互層組成。
⑨ 淤泥質土夾層(層號⑸-2):土層呈深灰色,飽和,流塑,與粉砂呈微薄互層。
⑩ 淤泥、淤泥質土層(層號⑹):土層呈深灰色,飽和,流塑,夾0.5~1cm 厚的微薄層粉砂
(局部呈微薄互層),含腐木碎屑。
⑪ 中(粗)礫砂層(層號⑺):土層呈青灰色,局部褐黃、淺灰及灰白色等,飽和,中密,成
分以石英為主。
⑫ 粉砂(局部粉土)夾層(層號⑺):上部土層多呈灰、暗灰、淺紫紅及淺青灰色等,飽和,
鬆散~稍密,成份以石英為主,粒徑細小,含粉粘粒。
⑬ 殘積土層(Qel,層號⑼):土層呈紫紅、褐紅色,由殘積粘性土(主要為殘積粉質粘土、殘
積粉土,少數為殘積粘土)組成。
⑭ 強風化岩層(層號⑼:岩石呈褐紅、紫紅色,厚層狀,岩性主要由泥岩、粉砂質泥岩、
泥質粉砂岩組成,局部由紫色泥質細砂岩、中砂岩組成,部分含長石、石英礫石。
⑮ 中風化岩層(層號⑽):岩石呈褐紅、紫紅色,厚層狀,岩性由泥岩、粉砂質泥岩、泥質
粉砂岩組成。
⑯ 微風化岩層(層號⑾):。岩石呈褐紅、紫紅色,厚層狀,岩性由泥岩、粉砂質泥岩及泥
質粉砂岩組成,局部方解石細脈發育。
各土層主要物理力學指標及容許承載力建議值表
層
號
岩土性名稱 狀態
壓縮模
量
Es
(MPa)
重度
γ
(kN/m3)
凝聚力
c
(kPa)
內摩擦角
φ(º)
容許承
載力
fao(kPa)
(1) 填築土層(淤泥質土) 經壓實 2.65 19.2 6.9 5.1
(2) 淤泥、淤泥質土層 流塑 3.16 17.8 8.4 4.7 60
(3) 粉細砂層 鬆散 10.79 19.5 36.3 80
(4) 淤泥、淤泥質土層 流塑 286 18.0 9.0 5.7 60
(5) 粉細砂層 鬆散-稍密 12.49 20.8 32.0 100
(6) 淤泥、淤泥質土層 流塑 3.35 17.9 8.3 4.5 60
(7) 中(粗)礫砂層 中密 16.32 21.1 37.5 200
(8) 殘積土層 硬塑或密實或中密 5.00 20.5 23.8 15.3 200
(9) 強風化岩層 堅硬 83.1 24.0 400
(10) 中風化岩層 1000
(11) 微風化岩層 2000
(2) 水文地質
地下水主要有第四系沖淤積鬆散層中賦存的孔隙潛水,含水層主要有⑶、⑸層粉細砂
層及⑺層中(粗)礫砂層;淤泥、淤泥質土層上部中賦存有上層滯水;基岩裂隙水含水微弱。
局部具微承壓性。地下水主要靠地下水循環補給,其次靠大氣降水滲入補給及附近河湧向下
滲入補給。
場地地下水位於Ⅱ類環境中,地下水對混凝土結構及混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性,
但對鋼結構有弱腐蝕性。
本場地地下水位埋深為0.95~1.55m,高程為1.08~1.51m。
4. 抗震設防及砂土液化
擬建場地抗震設防烈度為7 度區,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度值為0.10g。
場地土以軟弱場地土為主,場地類別為Ⅱ類。
綜合判定,擬建場地為輕微
4. 岩土體的工程地質分類和鑒定
一、岩體
(一)岩體(岩石)的基本概念岩體(岩石)是工程地質學科的重要研究領域。岩石和岩體的內涵是有區別的兩個概念,又是密不可分的工程實體。在《建築岩土工程勘察基本術語標准》(JG J84-92)中給出的岩石定義是:天然產出的具有一定結構構造的單一或多種礦物的集合體。岩石的結構是指岩石組成物質的結晶程度、大小、形態及其相互關系等特徵的總稱。岩石的構造是指岩石組成物質在空間的排列、分布及充填形式等特徵的總稱。所謂岩體,就是地殼表部圈層,經建造和改造而形成的具有一定岩石組分和結構的地質體。當它作為工程建設的對象時,可稱為工程岩體。岩石是岩體內涵的一部分。
岩體(岩石)的工程分類,可以分為基本分類和工程個項分類。基本分類主要是針對岩石而言,根據其地質成因、礦物成分、結構構造和風化程度,用岩石學名稱加風化程度進行分類,如強風化粗粒黑雲母花崗岩、微風化泥質粉砂岩等。岩石的基本分類,在本書第一篇基礎地質中有系統論述。工程個項分類,是針對岩體(岩石)的工程特點,根據岩石物理力學性質和影響岩體穩定性的各種地質條件,將岩體(岩石)個項分成若干類別,以細劃其工程特徵,為岩石工程建設的勘察、設計、施工、監測提供不可缺少的科學依據,使工程師建立起對岩體(岩石)的明確的工程概念。岩石按堅硬程度分類和按風化程度分類即為工程個項分類。
在岩體(岩石)的各項物理力學性質中,岩石的硬度是岩體最典型的工程特性。岩體的構造發育狀況體現了岩體是地質體的基本屬性,岩體的不連續性及不完整性是這一屬性的集中反映。岩石的硬度和岩體的構造發育狀況是各類岩體工程的共性要點,對各種類型的工程岩體,穩定性都是最重要的,是控制性的。
岩石的風化,不同程度地改變了母岩的基本特徵,一方面使岩體中裂隙增加,完整性進一步被破壞;另一方面使岩石礦物及膠結物發生質的變化,使岩石疏軟以至鬆散,物理力學性質變壞。
(二)岩石按堅硬程度分類
岩石按堅硬程度分類的定量指標是新鮮岩石的單軸飽和(極限)抗壓強度。其具體作法是將加工製成一定規格的進行飽和處理的試樣,放置在試驗機壓板中心,以每秒0.5~1.0M Pa的速度加荷施壓,直至岩樣破壞,記錄破壞荷載,用下列公式計算岩石單軸飽和抗壓強度:
深圳地質
式中:R為岩石單軸飽和抗壓強度,單位為MPa;p為試樣破壞荷載,單位為N;A為試樣截面積,單位為mm2。
對岩石試樣的幾何尺寸,國家標准《工程岩體試驗方法標准》(GB/T50266-99)有明確的規定,試樣應符合下列要求:①圓柱體直徑宜為48~54mm;②含大顆粒的岩石,試樣的直徑應大於岩石的最大顆粒尺寸的10倍;③試樣高度與直徑之比宜為2.0~2.5。
在此標准發布之前,岩石抗壓強度試驗的試樣尺寸要求如下:極限抗壓強度大於75M Pa時,試樣尺寸為50mm×50mm×50mm立方體;抗壓強度為25~75MPa時,試樣尺寸為70mm×70mm×70mm立方體;抗壓強度小於25MPa時,試樣尺寸為100mm×100mm×100mm立方體。
(G B/T 50266-99)的規定顯然是為了方便取樣,以金剛石鑽頭鑽探,取出的岩心進行簡單的加工,即可成為抗壓試樣。岩樣的尺寸效應對岩石抗壓強度是略有影響的。
岩石按堅硬程度分類,各行業的有關規定,雖然各自表述方式有所區別,但其標準是基本一致的(表2-2-1)。
表2-2-1 岩石堅硬程度分類
除了以單軸飽和抗壓強度這一定量指標確定岩石堅硬程度外,尚可按岩性鑒定進行定性劃分。國標:建築地基基礎設計規范(GB50007-2002)按表2-2-2進行岩石堅硬程度的定性劃分。其他規范的劃分標准大同小異。
表2-2-2 岩石堅硬程度的定性劃分
岩石堅硬程度的劃分,無論是定量的單軸飽和抗壓強度,還是加入了風化程度內容的定性標准,都是用於確定小塊岩石的堅硬程度的。岩石的單軸飽和抗壓強度是計算岩基承載力的重要指標。
(三)岩石按風化程度分類
關於岩石風化程度的劃分及其特徵,國家規范和各行業的有關規范中均有規定,其分類標准基本一致,表述略有差異。表2-2-3至表2-2-10是部分規范給出的分類標准。
表2-2-3《工程岩體分級標准》(GB50218-94)岩石風化程度劃分表
表2-2-4《岩土工程勘察規范》(GB50021-2001)岩石按風化程度分類表
續表
表2-2-5《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85)岩石風化程度劃分表
表2-2-6《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-99)岩體風化帶劃分表
《港口工程地質勘察規范》(JTJ240-97)、《港口工程地基規范》(JTJ250-98)岩體風化程度的劃分按硬質、軟質岩體來劃分,硬質岩石岩體風化程度按表2-2-7劃分。軟質岩石岩體風化程度按表2-2-8劃分。
表2-2-7 硬質岩石岩體風化程度劃分表
表2-2-8 軟質岩石岩體風化程度劃分表
表2-2-9《地下鐵道、輕軌交通岩土工程勘察規范》(GB5037-1999)岩石風化程度分類表
續表
表2-2-10 廣東省《建築地基基礎設計規范》(DBJ15-31-2003)岩石風化程度劃分表
國家標准《建築地基基礎設計規范》(GB5007-2002)對岩石的風化只有第4.1.3條作如下敘述:岩石的風化程度可分為未風化、微風化、中風化、強風化和全風化。未列表給出風化特徵,但在岩石堅硬程度的定性劃分中(表A.0.1)把不同風化程度的岩石歸類到了岩石堅硬程度的類別中。
深圳市標准:《地基基礎勘察設計規范》(報批稿)關於岩石風化程度的劃分標准,基本採用了《地下鐵道、輕軌交通岩土工程勘察規范》GB(50307-1999)的表述形成和內容(表2-2-9),文字略有調整。
縱觀各類規范對岩石風化程度的劃分,可以看出:
1)除個別規范未列出未風化一類外,岩石風化程度的劃分均為未風化、微風化、中等(弱)風化、強風化和全風化。特徵描述簡繁不一,中等風化與弱風化相對應的風化程度略有差別。
2)風化程度的特徵描述,主要是岩石的結構構造變化、節理裂隙發育程度、礦物變化、顏色變化、錘擊反映、可挖(鑽)性等方面來定性劃定。部分規范用波速和波速比及風化系數來定量劃定是對岩石風化程度確定的有力支撐。
3)從新鮮母岩到殘積土的風化過程是連續的,有些規范把殘積土的特徵描述放在岩石風化程度劃分表中,有一定的道理。國際標准:ISO/TC182/SC,亦將風化程度分為五級,並列入了殘積土。從工程角度考慮,殘積土對母岩而言已經發生了全面質的變化,物理力學性質和對它的理論研究已屬松軟土,表中對殘積土特徵的表述對區別殘積土與全風化岩是有現實意義的。
4)國家標准:《工程岩體分級標准》中「岩石風化程度的劃分」(表2-2-3)看似簡單,規范「條文說明」解釋了這一現象,表2-2-3關於岩石風化程度的劃分和特徵的描述,僅是針對小塊岩石,為表2-2-2服務的,它並不代表工程地質中對岩體風化程度的定義和劃分。表2-2-2是把岩體完整程度從整個地質特徵中分離出去之後,專門為描述岩石堅硬程度作的規定,主要考慮岩石結構構造被破壞,礦物蝕變和顏色變化程度,而把裂隙及其發育情況等歸入岩體完整程度這另一個基本質量分級因素中去。
5)上述列表中可以看出,某些規范把硬質岩石和軟質岩石的風化程度劃分區別開來,而《工程岩體分級標准》中「岩石堅硬程度的定性劃分」表(2.2-2)將風化後的硬質岩劃入軟質岩中。這里有兩個概念不可混淆:一是從工程角度看,硬質岩石風化後其工程性質與軟質岩相近,可等同於軟質岩;二是新鮮岩石中是存在軟質岩的,如深圳的泥質砂岩、泥岩、頁岩等。
6)相鄰等級的風化程度其界線是漸變的、模糊的,有時不一定能劃出5個完整的等級,如碳酸鹽類岩石。在實際工作中要按規范的標准,綜合各類信息,結合當地經驗來判斷岩石的風化等級。
(四)岩體的結構類型
在物理學、化學及其地質學等學科中對「結構」這一術語的概念是明確的,但有各自的含義,如原子結構、分子結構、晶體結構、礦物結構、岩石結構、區域地質結構、地殼結構等等,岩體作為工程地質學的一個主要研究對象,提出「岩體結構」術語的意義是十分明確的。
岩體結構有兩個含義,可以稱之為岩體結構的兩個要素:結構面和結構體。結構面是指層理、節理、裂隙、斷裂、不整合接觸面等等。結構體是岩體被結構面切割而形成的單元岩塊和岩體。結構體的形狀是受結構面的組合所控制的。
事實上,所有與岩石有關的工程,除建築材料外,都是與有較大幾何尺寸的岩體打交道,岩石經過建造成岩(岩漿岩的浸入,火山岩的噴出,沉積岩的層狀成沉積,變質岩的混合與動力變質)及後期的改造(褶皺、斷裂、風化等),使得岩體的完整性遭到了巨大的破壞,成為了存在大量不同性質結構面的現存岩體。為了給工程界一個明朗的技術路線,不妨以建造性結構面和改造性結構面(軟弱結構面)為基礎,從各自側面首先對岩體結構基本類型進行研究,其次將兩方面的成果加以綜合,即可得出關於岩體結構基本類型的完整概念(圖2-2-1)。
(1)以建造性結構面為主的岩體結構基本類型的劃分(表2-2-11)
表2-2-11 建造性結構面的岩體結構分類
(2)以改造性結構面(軟弱結構面)為主的岩體結構類型的劃分(表2-2-12)
表2-2-12 改造結構面為主的岩體結構分類
圖2-2-1 岩體結構示意圖
(3)由建造性結構面和改造性結構面形成的三維岩體
三維岩體表現出了復雜多變的岩體結構特徵,將其綜合歸納,形成了較系統的岩體結構類型(表2-2-13)。
表2-2-13 岩體結構類型及其特徵
表中表述的岩體結構類型及其特徵基本上涵蓋了深圳地區岩體的全部結構類型。
(4)岩體完整程度的劃分
地質岩體在建造和改造的過程中,岩體被風化、被結構面切割,使其完整性受到了不同程度的破壞。岩體完整程度是決定岩體基本質量諸多因素中的一個重要因素。影響岩體完整性的因素很多,從結構面的幾何特徵來看,有結構面的密度,組數、產狀和延展程度,以及各組結構面相互切割關系;從結構面形狀特徵來看,有結構面的張開度、粗糙度、起伏度、充填情況、水的賦存等。從工程岩體的穩定性著眼,應抓住影響穩定性的主要方面,使評判劃分易於進行。在國標:《工程岩體分級標准》(GB50218-94)中,規定了用結構面發育程度、主要結構的結合程度和主要結構面類型作為劃分岩體完整程度的依據,以「完整」到「極破碎」的形象詞彙來體現岩體被風化、被切割的劇烈變化完整程度(表2-2-14)。
表2-2-14 岩體完整程度的定性分類表
在1994版的《岩土工程勘察規范》中,未見此表。很明顯,此表在《工程岩體分級標准》中出現後,在2001版修訂後的《岩土工程勘察規范》中得到了確認和使用。
(五)岩體基本質量分級
自然界中不同結構類型的岩體,有著各異的工程性質,岩石的硬度、完整程度是決定岩體基本質量的主要因素。在工程實踐中,系統地認識不同質量的工程岩體,針對其特徵性採取不同的設計思路和施工方法是科學進行岩體工程建設的關鍵。
1994年,國家標准《工程岩體分級標准》(50218-94)給出了岩體基本質量分級的標准(表2-2-15)。在此之前發布的國家標准《岩土工程勘察規范》(GB50021-94),該表是作為洞室圍岩質量分級標準的。在2001年修訂的《岩土工程勘察規范》(GB50021-2001)中,岩體基本質量分級以表2-2-15的形式來分類,岩體基本質量等級按表2-2-16分類。
表2-2-15 岩體基本質量分級
表2-2-16 岩體基本質量等級分類
(六)岩體圍岩分類
地鐵、公路、水電、鐵路以及礦山工程等行業,均有地下洞室和隧道(巷道)開挖,工程勘察均需對工程所處的圍岩進行分類。不同的規范對圍岩的分類方法略有不同。
1.隧道圍岩
《地下鐵道、輕軌交通岩土工程勘察規范》(GB50307-1999)和《公路工程地質勘察規范》(JTJ064-98)規定,隧道圍岩分類按表2-2-17劃分。
表2-2-17 隧道圍岩分類
續表
2.圍岩工程地質
《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287-99)規定,在地下洞室勘察時,應進行圍岩工程地質分類。分類應符合表2-2-18規定。
表2-2-18 圍岩工程地質分類
上表中的圍岩總評分T為岩石強度、岩體完整程度、結構面狀態、地下水和主要結構面產狀5項因素之和。各項因素的評分辦法在該規范中均有明確規定。圍岩強度應力比亦有專門的公式計算。
3.鐵路隧道圍岩
《鐵路工程地質勘察規范》(TB10012-2001)規定,隧道工程地質調繪時,應根據地質調繪、勘探、測試成果資料,綜合分析岩性、構造、地下水及環境條件,按表2-2-19分段確定隧道圍岩分級。
表2-2-19 鐵路隧道圍岩的基本分級
續表
該規范還規定,鐵路隧道圍岩分級應根據圍岩基本分級,受地下水,高地應力及環境條件等影響的分級修正,綜合分析後確定。關於岩體完整程度的劃分,地下水影響的修正,高地應力影響的修正及環境條件的影響,規范中都有明確的規定。
4.井巷工程圍岩
礦山工程中的井巷工程,其功能和結構更為多樣,所以井巷工程對圍岩的分類更加詳盡,各種定性和定量指標明顯多於其他標准。《岩土工程勘察技術規范》(YS5202-2004、J300-2004)規定,井巷工程評定圍岩質量等級按表2-2-20劃分圍岩類別。
表2-2-20 井巷工程圍岩分類
續表
續表
5.工程岩體
國家規范:《錨桿噴射混凝土支護技術規范》(GB50086-2001)從工程岩體支護設計和施工的需要出發,給出圍岩分級表,與表2-2-20相比,僅少了Ⅵ、Ⅶ兩類,主要工程地質特徵少了岩石質量指標RQD和岩體及土體堅固性系數兩欄,其他完全相同。
(七)岩質邊坡的岩體分類
《建築邊坡工程技術規范》(GB50330-2002)對岩質邊坡的岩體分類方法,見表2-2-21
表2-2-21 岩質邊坡的岩體分類(GB50330-2002)
續表
表2-2-22 岩體完整程度劃分
(八)深圳地區岩體分類、鑒定中存在的問題和改進意見
1)深圳地區的建築工程除大量的房屋建築外,公路(道路)橋梁、水利、地鐵、鐵路等均有大量的投資建設,各行業對岩體質量等級的劃分在執行不同規范的分類標准。在當前情況下,這一狀況將繼續下去。但是,對某一岩體的不同分類標准,僅僅是某一行業的習慣性作法。宏觀上看不同分類標準的具體內容並無原則性的區別。無論採用哪種標准都不應該影響岩體評價的正確性。
2)岩體工程特性的評價中,岩體的結構分類應該受到足夠的重視。尤其是高大邊坡、地質災害評估等岩體結構對岩體穩定起主導作用的工程項目。只有採取多種科學勘察手段和縝密地進行分析,岩體的結構特徵才能弄清楚。
3)岩石風化程度的判斷,現場工作除很具經驗的野外觀察和標准貫入試驗外,應多採用岩體波速測試方法,使之成為常用方法之一。准確的波速測試結果,可能比標貫試驗所得結果更能准確地判斷岩石的風化程度。
4)岩石的風化程度是隨埋藏深度的增加而減弱的,風化岩石的強度則是隨埋藏深度的增加而增加的。為了充分發揮地基承載力,深圳市地基基礎勘察設計規范(送審稿)將厚層花崗岩強風化帶分為上、中、下3個亞帶,其劃分方法見表2-2-23。
表2-2-23 厚層花崗岩強風化帶細分
需要指出的是,花崗岩的風化規律一般是上部風化嚴重,隨深度增加而減弱,但也有個別情況,有時隨深度增加風化程度並無明顯變化,故在劃分風化亞帶時,應視強風化帶的厚度和風化程度改變的深淺,也可以劃分一個亞帶或兩個亞帶,不可強求一律劃分為3個亞帶。
龍崗區的碳酸鹽類岩石——灰岩、白雲岩、大理岩等基本上不存在全風化和強風化層。由於構造的影響或是其他某種原因(如表面溶蝕劇烈),可能岩石的裂隙比較發育,塊度比較小。
二、土體
(一)土體的含義及其工程地質分類
土是泛指還沒有固結硬化成岩石的疏鬆沉積物。土是堅硬岩石經過破壞、搬運和沉積等一系列作用和變化後形成的。土多分布在地殼的最上部。工程地質學把土看作與構成地殼的其他岩石一樣,均是自然歷史的產物。土的形成時間、地點、環境以及形成的方式不同,其工程地質特性也不同。因此在研究土的工程性質時,強調對其成因類型和地質歷史方面的研究具有特殊重要意義。
土的工程地質分類有以下特點:①分類涵蓋自然界絕大多數土體;②同類或同組的土具備相同或相似的外觀和結構特徵,工程性質相近,力學的理論分析和計算基本一致;③獲取土的物理力學指標的試驗方法基本相同;④工程技術人員,從土的類別可以初步了解土的工程性質。
土的工程地質分類是以鬆散粒狀(粗粒土)體系和鬆散分散(細粒土)體系的自然土為對象,以服務於人類工程建築活動為目的的分類。分類的任務是將自然土按其在人類工程建築活動作用下表現出的共性劃分為類或組。
合理的工程地質分類,具有以下實際用途:①根據土的分類,確定土的名稱,它是工程地質各種有關圖件中劃分土類的依據;②根據各類土的工程性質,對土的質量和建築性能提出初步評價;③根據土的類型確定進一步研究的內容、試驗項目和數量、研究的方法和方向;④結合反映土體結構特徵的指標和建築經驗,初步評價地基土體的承載能力和斜坡穩定性,為基礎和邊坡的設計與施工提供依據。
土的工程地質分類有普通的和專門的兩類。普通分類的劃分對象包括人類工程活動可能涉及的自然界中的絕大多數土體,適用於各類工程,分類依據是土的主要工程地質特徵,如碎石土、砂土、黏性土等。專門分類是為滿足某類工程的需要,或者根據土的某一或某幾種性質而制定的分類,這種分類一般比較詳細,比如砂土的密實度分類,黏性土按壓縮性指標分類等等。應當指出的是,普通分類與專門分類是相輔相成的,前者是後者的基礎,後者是前者的補充和深化。
(二)國外土的工程分類概況
近幾十年來,國外在土的工程地質分類研究方面有很大進展,工業和科學技術發達的主要國家,都分別先後制定了各自全國統一的分類標准(表2-2-24)。其中英國、日本、德國的分類均以美國分類為藍本,結合各自國情適當調整、修改而制定的。
表2-2-24 一些國家的土質分類簡況
上述各國的土質分類,都採用了統一分類體系和方法,不僅使各自國內對土質分類有了共同遵循的依據,而且體現了國際統一化的趨勢,以促進國際交流與合作。
下列美國的統一分類法(表2-2-25)作為樣本,以了解國外分類的標准和方法。
表2-2-25 美國的土的統一分類法
續表
(三)國內土的工程分類
1.統一分類法
1990年,國家標准《土的分類標准》(GBJ 145-90)發布,並於1991年8月起執行。在此之前或之後,水利水電、公路交通等行業土的分類標准與GBJ 145-90標准沒有明顯區別。(GBJ 145-90)土的分類如表2-2-26和表2-2-27所示。
表2-2-26 粒組的劃分
表2-2-27 土質分類表
2.建築分類法
國標《建築地基設計規范》(GB50007-2002)土的分類方法(簡稱:建築分類法)如表2-2-28。這是從早期《工業與民用建築地基基礎設計規范》(TJ7-74)(試行)到《建築地基基礎設計規范》(GBJ7-89)一直延續下來的土的分類標准。在TJ7-74規范之前,我國一直沿用前蘇聯規范(HИTY127-55)。建築分類法在房屋建築地基基礎工程或類似的工程中廣泛運用,這在不少行業規范中得以反映,此分類方法也為廣大工程技術人員所熟知。目前深圳除公路、鐵路行業外,大多採用此分類標准,並納入到深圳市的地方標准之中。
表2-2-28 土的分類
(四)土的狀態分類
土的狀態分類屬專門分類。對於某種行業或某類工程,土的狀態標準是有所區別的,現以《岩土工程勘察規范》(50021-2001)中規定的最常用的分類標准,對碎石土、砂土、粉土的密實度和對粉土的濕度及黏性土的狀態進行分類,見表2-2-29至表2-2-34。
表2-2-29 碎石土密實度按M63.5分類
表2-2-30 碎石土密實度按N120分類
表2-2-31 砂土密實度分類
表2-2-32 粉土密實度分類
表2-2-33 粉土濕度分類
表2-2-34 黏性土狀態分類
(五)土的現場鑒別方法
1.碎石土密實度現場鑒別方法(表2-2-35)
表2-2-35 碎石土密實度現場鑒別
2.砂土分類現場鑒別方法(表2-2-36)
表2-2-36 砂土分類現場鑒別
3.砂土密實度現場鑒別方法(表2-2-37)
表2-2-37 砂土密實度現場鑒別
4.砂土濕度的現場鑒別方法(表2-2-38)
表2-2-38 砂土濕度現場鑒別
5.粉土密實度現場鑒別方法(表2-2-39)
表2-2-39 粉土密實度現場鑒別
6.粉土濕度現場鑒別方法(表2-2-40)
表2-2-40 粉土濕度現場鑒別
7.黏性土狀態現場鑒別方法(表2-2-41)
表2-2-41 黏性土狀態現場鑒別
8.有機質土和淤泥質土的分類
土按有機質分類和鑒定方法,《岩土工程勘察規范》(GB50021—2001)的分類方法見表2-2-42。深圳市沿海近岸地區存在大量淤泥或淤泥質土,在上更新統(Q3)的雜色黏土中,有一層泥炭質土,局部有泥炭層發育。
表2-2-42 土按照有機質分類
(六)土的定名和描述
1.統一分類法定名
1)巨粒土和含巨粒的土、粗粒土按粒組、級配、所含細粒的塑性高低可劃分為16種土類;細粒土按塑性圖、所含粗粒類別以及有機質多寡劃分16種土類。
2)土的名稱由一個或一組代號組成:一個代號即表示土的名稱,由兩個基本代號構成時,第一個代號表示土的主成分,第二個代號表示副成分(土的級配或土的液限);由3個基本代號構成時,第一個代號表示土的主成分,第二個代號表示液限;第三個代號表示土中微含的成分。
《土的分類標准》(G B J145-90),對特殊土的判別,列出了黃土,膨脹土和紅黏土。對花崗岩殘積土並沒有特別加以說明。根據深圳有關單位的經驗,花崗岩殘積土中的礫質黏性土相當於G B J145-90中的含細粒土礫,代號GF;砂質黏性土相當於細粒土質礫,代號GC-GM;黏性土相當於高液限粉土一低液限粉土,代號M H-M L。對淤泥和淤泥質土,G B J145-90分的不細,從工程需要出發,淤泥和淤泥質土的分類宜按建築行業標准。
2.建築行業定名
建築行業定名依照下列幾個標准:
1)土名前冠以土類的成因和年代。
2)碎石土和砂土按顆粒級配定名。
3)粉土以顆粒級配及塑性指數定名。
4)黏性土以塑性指數定名。
5)對混合土按主要土類定名並冠以主要含有物,如含碎石黏土,含黏土角礫等。
6)對同一土層中有不同土類呈韻律沉積時,當薄層與厚層的厚度比大於三分之一時,宜定為「互層」;厚度比為十分之一至三分之一時,宜定為「夾層」;厚度比小於十分之一的土層且多次出現時,宜定為「夾薄層」。當土層厚度大於0.5m時,宜單獨分層。
3.土的描述內容
(1)當按統一分類法(GBJ145-90)定名時,應按下列內容描述
1)粗粒土:通俗名稱及當地名稱;土顆粒的最大粒徑;巨粒、礫粒、砂粒組的含量百分數;土顆粒形狀(圓、次圓、稜角或次稜角);土顆粒的礦物成分;土顏色和有機質;所含細粒土成分(黏土或粉土);土的代號和名稱。
2)細粒土:通俗名稱及當地名稱;土顆粒的最大粒徑;巨粒、礫粒、砂粒組的含量百分數;潮濕時土的顏色及有機質;土的濕度(干、濕、很濕或飽和);土的狀態(流動、軟塑、可塑或硬塑);土的塑性(高、中或低);土的代號和名稱。
(2)當按建築分類法(GB50007-2002)定名時,應按下列內容描述
1)碎石土:名稱、顆粒級配、顆粒排列、渾圓度、母岩成分、風化程度、充填物的性質和充填程度、膠結性、密實度及其他特徵。
2)砂土:名稱、顏色成分、顆粒級配、包含物成分及其含量、黏粒含量、膠結性、濕度、密實度及其他特徵。
3)粉土:名稱、顏色、包含物成分及其含量、濕度、密實度、搖振反應及其他特徵。
4)黏性土:名稱、顏色、結構特徵、包含物成分及其含量、搖振反應、光澤反應、干強度、韌性、異味及其他特徵。
5)特殊性土:除應描述上述相應土類的內容外,尚應描述其特徵成分和特殊性質,如對淤泥尚需描述臭味、有機質含量;對填土尚需描述物質成分、堆積年代、密實度和均勻程度等。
6)互層(夾層)土:對具有互層、夾層、夾薄層特徵的土,尚應描述各層的厚度及層理特徵。
5. 工程地質知識點
1、「物源」的概念
萬物皆有所源,所有地質現象,都有其物質基礎。
如:滑坡——滑動面、切割面和臨空面,泥石流——鬆散的物質、陡峻的地形和足夠的突發性水源,岩溶——可溶性岩石、岩石透水、水的溶蝕性和流動性;
黃土——粉粒、可溶鹽結晶;膨脹土——粘粒、粘土礦物;軟土——粘粒、絮狀機構;
2、「成因」的概念
萬事皆有所因,內因決定外因。
土層、岩層皆為自然歷史的產物,其形成和演化遵循一定的規律,其背後是內、外動力地質作用的營力的作用結果。
學習土的成因,是工程地質和土力學在本科教學內容的一個非常重要的區別,對於土,工程地質按土的成因進行分類,側重定性;土力學按顆粒級配分類,側重定量。
在地表水地質作用類型和產物中介紹殘積土、坡積土、洪積土和沖積土,分別對應的作用是:淋濾作用、洗刷作用、沖刷作用和沉積作用;我們要學會用分選性、磨圓度、層理等概念來分析這四種土的特性,這幾個概念來自這幾種搬運距離的不同導致的。
因此對於土而言,其形成源自外動力地質作用,包含:風化、剝蝕、搬運、沉積;
剝蝕和搬運涉及不同的外部營力,包含風、流水、冰川、重力、湖海等,不同的營力就有不用的物質,原生黃土源自風力搬運、膨脹土是流水搬運、冰磧物是冰川搬運等;
疊覆定律的內涵是原始地層由上到下的順序是按由新到老的順序分布的,新地層覆蓋在老地層之上。如果地層出現老地層在新地層之上,就是地層的倒置,一般由劇烈的構造運動導致。
工程地質構造中,倒轉褶曲、平卧褶曲、推覆輾掩斷層都會出現地層的倒置。
原始水平定律、原始連續性定律表示沉積地層形成時,一般先形成水平岩層,整合關系,地層沉積主要因為地殼的連續下降導致。地層抬升、受水平擠壓,會導致各種構造的產生,抬升後會導致地層的缺失;地殼的重復運動將導致各種不整合接觸的產生。
6. 工程地質詳勘中孔深設計原則
這是我從《岩土工程勘察規范》摘抄的。系統的你可以看這個規范。我這里也有。qq發給你也行。
4.1.11 詳細勘察應按單體建築物或建築群提出詳細
的岩土工程資料和設計、施工所招的岩土參數;對建
築地基做出岩土工程評價,並對地基類型、墓礎形
式、地基處理、基坑支護、工程降水和不良地質作用
的防治等提出建議。主要應進行下列工作:
1 搜 集 附有坐標和地形的建築總平面圖,場區
的地面盆平標高,建築物的性質、規模、荷載、結構
特點,基礎形式、埋f深度.地基允許變形等資料;
2 查 明 不良地質作用的類型、成因、分布范圍、
發展趨勢和危容程度,提出整治方案的建議:
3 查 明 建築范圍內岩土層的類型、深度、分布、
工程特性,分析和評價地基的穩定性、均勻性和承載
力;
4 對 扮 進行沉降計算的建築物,提供地基變形
計算參數.預瀏建築物的變形特徵;
5 查 明 埋藏的河道、溝派、慈穴、防空洞、孤
石等對工程不利的埋藏物;
6 查 明 地下水的埋藏條件,提供地下水位及其
變化幅度;
7 在 季 節性凍土地區,提供場地土的標准凍結
深度;
8 判 定 水和土對建築材料的腐蝕性。
4.1.12 對抗震設防烈度等於或大於6度的場地,勘
察工_作應按本規范第5.7節執行;當建築物採用樁基
礎時,應按本規范第4.9節執行;當需進行基坑開
挖、支護和降水設計時,應按本規范第4.8節執行〕
4.1.13 工程需要時,詳細勘察應論證地基上和地下
水在建築施工和使用期間可能產生的變化及其對工程
和環境的影響,提出防治方案、防水設計水位和抗浮
設計水位的建議
4.1.14 詳細勘察勘探點布置和勘探孔深度,應根據
建築物特性和岩土工程條件確定。對岩質地基,應根
據地質構造、岩體特性、風化情況等,結合建築物對
地基的要求,按地方標准或當地經驗確定;對土質地
基,應符合本節第4.1.15條一第4.1.19條的規
定
4.1.15 詳細勘察勘探點的間距可按表4.1.15確
定
表4.1.15 詳細勘察勘探點的間距(m)
地基復雜
程度等級
m1" A一
『川wt 一
地基復雜
程度等級
勘探點
陽」距
一 級(復雜)
二二級(中等復雜)
10一15
巧一30 一
級 (簡 單 )
{
30一50
4.1.16 詳細勘察的勘探點布置,應符合下列規定:
1 勘 探 點宜按建築物周邊線和角點布置,對無
特殊要求的其他建築物可按建築物或建築群的范圍布
置:
2 同 建築范圍內的主要受力層或有影響的下
卧層起伏較大時,應加密勘探點,查明其變化;
3 重 大 設備基礎應單獨布置勘探點;重大的動
力機器基礎和高聳構築物,勘探點不宜少於3個;
4 勘 探 手段宜採用鑽探與觸探相配合,在復雜
地質條件、濕陷性卜、膨脹岩土、風化岩和殘積土地
區,宜布置適量探井。
4.1.17 詳細勘典的單棟商層建築勘探點的布t,應
滿足對地基均勻性評價的要求。且不應少於4個;對
密集的商層盆築群,勘探點可適當減少,但每棟建築
物至少應有1個控制性勘探點。
4.1.18 詳細勘察的勘探澡度自甚礎底面算起,應符
合下列規定:
1 勘 探 孔深度應能控制地甚主要受力層,當蒼
礎底面寬度不大於5m時,勘探孔的深度對條形基礎
不應小於甚礎底面寬度的3倍。對單獨柱基不應小於
1.5倍.且不應小於5m;
2 對 高 層玻築和.作變形計X的地盪,控創性
勘探孔的深度應超過地蒼變形計算深度:離層跪築的
一般性勘探孔應達到甚底下0.5-1.0倍的基礎寬度.
並深入稼定分布的地層;
3 對 僅 有地下童的度築或高層建築的裙房,當
不能浦足抗浮設計要求,招設t抗浮樁或錨桿時。勘
探孔深度應滿足抗拔承載力評價的要求;
4 當 有 大面積地面堆載或軟弱下卧層時,應適
當加深控制性勘探孔的深度;
5 在 上 述規定深度內當遇甚岩或厚層碎石土等
祖定地層時,勘探孔澡度應根據情況進行調盛。
4.1.19 詳細勘察的勘探孔深度,除應符合4.1.18
條的要求外,尚應符合下列規定:
I 地 基 變形計算深度,對中、低壓縮性土可取
附加壓力等於上覆土層有效自重壓力20%的深度;
對於高壓縮性土層可取附加壓力等幹上覆土層有效自
重壓力10%的深度;
2 建 築 總平面內的裙房或僅有地下室部分(或
當基底附加壓力P.<。時)的控制性勘探孔的深度可
適當減小,但應深人穩定分布地層,且根據荷載和土
質條件不宜少於基底下0.5一1.0倍基礎寬度;
3 當 需 進竹地基整體穩足性驗算時,控制性勘
探孔深度應根據具體條件滿足驗算要求;
4 當 需 確定場地抗震類別而鄰近無可靠的覆蓋
層厚度資料時,應布置波速測試孔,其深度應滿足確
定覆蓋層厚度的要求;
5 大 型 設備基礎勘探孔深度不宜小於基礎底面
寬度的2倍;
6 當 需 進行地基處理時,勘探孔的深度應滿足
地基處理設計與施工要求;當採用樁基時,勘探孔的
深度應滿足本規范第4.9節的要求
4.1.20 詳細勘案採取土試樣和進行原位側試應符合
下列要求:
1 采 取 土試樣和進行原位側試的勘探點數f.
應根據地層結構、地基土的均勻性和設計要求確定.
對地甚蒼礎設計等級為甲級的跪築物每棟不應少於3
個;
2 每 個 場地每一主要土層的原狀土試樣或原位
測試橄據不應少於『件(組】;
3 在 地 甚主要受力層內.對厚度大於0.5m的
夾層或通鏡體.應採取土試樣或進行原位側試;
4 當 土 層性質不均勻時,應增加取土教,或原
位側試工作.。
4.1.21 基坑或基槽開挖後,岩土條件與勘察資料不
符或發現必須查明的異常情況時,應進行施工勘察;
在工程施工或使用期間,當地基土、邊坡體、地下水
等發生未曾估計到的變化時,應進行監測,並對工程
和環境的影響進行分析評價
4.1.22 室內土工試驗應符合本規范第11章的規定,
為基坑工程設計進行的土的抗剪強度試驗,應滿足本
規范第4.8.4條的規定。
4.1.23 地基變形計算應按現行國家標准《建築地基
基礎設計規范》(GB50007 )或其他有關標準的規定
執行
4.1.24 地基承載力應結合地區經驗按有關標准綜合
確定。有不良地質作用的場地,建在坡上或坡頂的建
築
7. 粵港澳跨海大橋海域工程地質特徵
馬勝中1,2陳炎標1陳太浩1
(1.廣州海洋地質調查局 廣州 510760;2.中國地質大學(北京)北京 100083)
第一作者簡介:馬勝中,男,1968年生,高級工程師,在職工程碩士,主要從事地震資料解釋、環境工程地質、海洋地質及綜合研究工作。
摘要 根據地球物理探測、海底取樣、鑽探及現場測試等實測資料詳細分析,發現粵港澳跨海大橋海域具有獨特的自然條件以及復雜的海洋工程地質特徵。海底地形地貌較為復雜,存在含淺層氣區、活動性斷層、沙波、地震活動、不規則基岩、埋藏古河道、沖刷槽溝和水下淺灘等潛在災害地質因素,尤其粵港澳跨海大橋是特大型建築,它經過的海域分布著多種潛在的地質災害,應引起重視。
關鍵詞 工程地質 災害地質因素 粵港澳跨海大橋
1 前言
粵港澳跨海大橋是連接廣東深圳、珠海和香港、澳門的特大型橋梁,橋址海域處於珠江口伶仃洋,伶仃洋是北江、西江、東江三大水系匯集的入海口,呈向南展開的巨型喇叭狀,是一條通達五洲四海的黃金水道。
從20世紀90年代以來,珠江東、西兩岸的經濟發展呈現很不平衡的態勢。因此,加強珠江兩岸的經濟聯系,已經是刻不容緩,勢在必行。同時,橫跨兩岸唯一的大橋——虎門大橋,預測5~8年後達到飽和狀態。早在1992年,珠海市政府提出了粵港澳跨海大橋的工程方案。跨海大橋工程規模巨大,工程條件異常復雜,工程地質工作顯得特別重要。
眾所周知,為保障這些海上工程及作業安全,必須了解海底的工程地質條件,查清潛在災害地質因素。為此,本文根據大量地球物理探測、海底取樣、鑽探及現場測試等實測資料,結合周邊區域資料,對粵港澳跨海大橋區海域的海底地形地貌、淺地層、底質及災害地質因素進行分析,為粵港澳大橋區選擇和架橋提供基礎地質資料和科學參考。
2 海底地形地貌
伶仃洋三面靠陸,南向南海,為珠江三角洲斷陷盆地的泄水窪地,其為帶狀河口灣和潮汐通道,由於河流和海水潮汐、波浪的共同作用,灣內岸淺曲折,灣汊眾多,岬角奇突,階地、沙灘依岸,島嶼、沙壩分列,淇澳島、內伶仃島東西扼守,珠江口外群島星羅。珠江口-伶仃洋既是通航要道,又是天然良港,萬噸輪自由舶駛,海水終年無封凍。
伶仃洋海底地形總體上呈三灘兩槽分布,從西向東依次為:西灘、伶仃水道、中灘(礬石淺灘)、礬石水道、東灘。水下地形走勢受其影響,東西向地形變化較大,起伏相間。等深線大致沿水道呈NNW—NW方向分布。主航道基本在河床中央一線,由天然沖刷和人工疏浚的伶仃水道、礬石水道組成,水深一般6~10m,在香港爛角嘴以西礬石水道最深,超過22m。向東西兩岸河水變淺至0.2~2.0m。在番禺新墾以東,兩水道匯合,與北面的龍穴水道相接。主航道在部分河段有東向偏移的現象。
伶仃洋為喇叭形河口灣,灣內較大的地貌單元為三灘兩槽,其上發育有許多小地貌類型。伶仃洋海底地貌類型主要包括:槽溝、沙波、窪地和淺灘等。主要的槽溝為三灘兩槽中的兩槽,西槽——伶仃水道和東槽——礬石水道,兩水道上溯至蕉門口附近匯合,形成一條大槽溝,連通龍穴水道和川鼻水道,直抵虎門。槽溝內地形起伏較大,凹凸不平,大小不等的窪地居於其中,以及發育NE向的小型沙波。西槽——伶仃水道受蕉門來沙和西灘迫淤的影響,水道嚴重淤淺萎縮。槽溝屬於自然和人工相互作用的地貌類型。河流和潮流的沖淤作用,在口門處形成水道,由於人類的需要(通航或泄洪等),在原有的槽溝上或周圍,進行了挖沙清淤或圍墾造地活動,既改變了槽溝的面貌,也改變了周圍的水動力環境。
在伶仃洋的西岸,承泄了虎門、蕉門、洪奇門、橫門等眾多水道的來水和攜沙,受水流分異作用和泄載沖積,水道口外多有淺灘、沙壩堆積或槽溝發育。臨岸港灣則多見軟泥淤填,有圍墾造田,水產養殖之便,伶仃洋出口有淇澳島和內伶仃島。
3 淺層地球物理特徵及層序
根據3.5 kHz淺層剖面和單道地震剖面,依據反射波的特徵劃分出三個反射層序A、B、C(圖1)。
層A:為水平層,反射能量較弱,連續性好,為平行整一的披蓋式反射結構。
該層厚度變化較大,為0~26.4m,總體上近岸和近島厚度小,離岸和河道範圍內厚度變大的趨勢。內伶仃洋北部厚度最大,東部的大鏟島附近該層缺失。
層B:為一套中低頻、中振幅、中低連續的反射層組,雜亂式充填、河谷充填型,基本平行、亞平行反射結構。層B全區廣泛分布,與層A呈不整合接觸,層B頂面經嚴重削蝕,底面為起伏的基岩,與下伏地層呈上超關系。
層B內部有些反射較為紊亂、無層次,反射能量時強時弱,地層有起伏,具有河谷充填型的陸相沉積特徵,可能是一個沖刷剝蝕、沉積較活躍的異常地區,局部可見小范圍的河道侵蝕特徵。
層C:為一套中低頻、中振幅、低連續的弱反射層組,雜亂反射結構,為基岩面。
根據層C內部的反射特徵,結合鑽探、陸地和附近島嶼地層的分布情況,認為層C主要為基岩風化物和基岩。深圳香港-珠海澳門海域的基岩有三種類型:一是花崗岩,主要為燕山三期(
基岩埋深變化較大,為0~-64.1m,總體上近岸邊和近島變淺,離岸和河道內變深的趨勢。
圖1 單道地震剖面顯示的層序和斷層、埋藏古河道
Fig.1 Sea-floor buried ancient-river channels and Fault
鑽孔揭露層A的沉積物主要為粘土質砂和砂-粉砂-粉砂質粘土。據淺層剖面反射特徵,結合區域地質資料、海底取樣和鑽孔資料分析,層A地質時代為全新世冰後期海侵以來逐漸堆積而成的沉積物,層A反射層序主要為全新世淺海相沉積,但局部受河流影響,有河道沉積。岩性主要為粘土質砂和粉砂質粘土,含貝殼等生物碎屑。
鑽探揭示層B為一套粘土質粉砂、細砂-粗砂(含礫)、粉砂質粘土—粘土,以陸相沉積和剝蝕為主,局部為海陸交互相沉積。從其頂界R1界面起伏不平被侵蝕的特點,對比伶仃洋段大橋鑽探的地層資料,據14C測年,層B取得的樣品測年年齡均大於15000 a(B.P.),結合區域岩性和古生物資料,可以認為是層B沉積後期受到侵蝕所造成的,推斷層B的地質時代為晚更新世,它以凹谷充填在前第四系基底的河谷低地。
4 工程地質特徵
表層沉積土類型共有四類,即:流泥、淤泥、淤泥質土、淤泥混砂或砂混淤泥。
海底表層土微型貫入承載力為15.5~52.1kPa,平均值為30.6kPa。扭力十字板不排水剪切強度為2.8~11.6kPa,平均值為6.7kPa。
海底表層土凝聚力(三軸抗剪)為0.3~18.6kPa,平均值為8.8kPa。在淇澳島至內伶仃島、內伶仃島至大鏟島一帶變化較大,為1.6~10.0kPa。
海底表層土摩擦角(三軸抗剪)為2.31°~14.9°,平均值為4.88°。在淇澳島至內伶仃島、內伶仃島至大鏟島一帶變化較大,為3.7°~10.2°。
海底表層土天然含水率為27.6%~111%,平均值為76.7%。在內伶仃島以北至大鏟島、淇澳島以北區域變化較大,為43%~95%,總體變化趨勢為由岸邊至江心逐漸減小。
海底表層土天然孔隙比為0.701~2.861,平均值為2.016。在內伶仃島以北至大鏟島區域、淇澳島附近以北區域變化稍大,為1.0~2.2、1.6~2.5,總體變化趨勢為由岸邊至中心逐漸減小。
海底表層土壓縮系數為0.44~3.380MPa-1,平均值為1.55MPa-1。在淇澳島以北區域變化較大,為1.0~2.2MPa-1。
綜上所述,海底表層土的凝聚力、摩擦角、天然含水率、天然孔隙比和壓縮系數在淇澳島-內伶仃島-大鏟島一帶變化較大,在其餘區域變化較為平緩;天然含水率和天然孔隙比的總體變化趨勢還有一個特點,即由岸邊至江心逐漸減小。
自海底而下工程地質層有:
(1)覆蓋層
a.全新世海相淤泥,灰-黑灰色,流塑,飽和,富含有機質,厚度6.0~25.0m。
b.粘土,褐黃、橘紅、灰白等雜色,不規則花斑狀構造,可塑為主,為沉積間斷時期的風化產物。僅見於東、西部,厚1.5~5.6m。
c.淤泥質土,全新世海相沉積,暗灰、灰黑,流塑-軟塑,全區廣布,厚度平均10.0m。
d.砂層,發育於晚更新世晚期,有粉、細砂、中、粗砂和礫砂、圓礫、卵石,分選差,相互交錯過渡,常呈透鏡狀,厚薄不等,楔狀產出,具有上細下粗的層序結構。砂層多為中密-密實,上部稍密-中密,向兩岸厚度在10~15m,且變薄尖滅,中間地段最大厚度在24.0~37.0m。
(2)基岩
由燕山期花崗岩、古生代花崗片麻岩、震旦紀花崗片麻岩、白堊紀含礫粗砂岩和硅化角礫岩、碎裂花崗岩組成,岩性復雜多變,明顯受區內構造斷層影響,岩石單軸飽和抗壓強度25.0~106.0MPa。基岩面在東西兩端高差起伏很大,埋深0~45.0m之下,中部埋深多在55.0~60.0m。
5 主要地質災害因素
海底地質災害因素是指海底及以下地層中,對於海上構築物的建設和安全具有某種直接或潛在危險的地質因素(馮志強等,1995)。分析結果表明,區內主要地質災害因素有淺層氣、活動性斷層、沙波、地震活動、不規則基岩、埋藏古河道、沖刷槽溝和水下淺灘(圖2)。它們對海上構築物均有直接或潛在危險性。
5.1 淺層氣(反射模糊區)
海底淺層氣主要分布於河口與陸架海區的淺沉積層中,既是一種常見的地質現象,也是一種十分危險的海洋災害地質因素。據調查,在我國東南沿海及長江流域的沖積平原區,如江蘇、浙江、安徽、上海、福建、廣東、湖北、湖南等地都有淺層氣分布(葉銀燦等,2003;陳少平等,2004)。
圖2 深圳香港—珠海澳門海域潛在地質災害因素分布示意圖
Fig.2 Distribution map of potential geological hazard factors in LingdingYang area
珠江口淺層氣以生物成因為主,主要成分為甲烷、二氧化碳、硫化氫、氮氣、氨氣等。受上覆水層、土層、岩層壓力作用,淺層氣多沿斷層或裂隙向上運移。淺層氣以沉積物中氣的形式存在時,沉積物中的氣體改變了沉積層土質的力學性質,使其強度降低,結構變松,破壞了土質原始穩定性,減小了基底支撐力,在外載荷重下,含氣沉積物會發生蠕變,可能導致下陷,側向或旋轉滑動,導致其上的建築物最終失去平衡,發生傾斜壓塌。層狀儲集的淺層氣層,其含氣量大,有一定的壓力,一旦平台樁腿插於其上,輕則造成設備受損,重則造成鑽井過程中的「井噴」事故,危害巨大。在美國墨西哥灣、英國北海、印度尼西亞爪哇海、阿拉斯加海、波斯灣、加勒比海等水域進行海洋油氣資源勘探開發時,由於對淺層氣調查和認識不足,都曾造成一定的災害損失(馮志強等,1995)。
珠江口沉積物厚度較大,以富含有機質的陸源碎屑沉積物為主,尤其在泥質沉積層中以腐殖型為主的有機質豐度頗高,在生物降解作用下,有利於生物氣(沼氣)等生成,這類氣體無需經長距離運移,就可能被陸架水下河道沙體、三角洲沙體等類型的儲集層近源捕獲而聚集,亦可呈游離狀分散在區域層間,形成大范圍的含氣沉積物。
淺層剖面和單道地震記錄顯示,含氣沉積物層間反射雜亂,連續性較好的反射波突然中斷,同相軸時隱時現,或完全消失,或反射模糊,伴有空白帶,呈柱狀、囊狀、條帶狀或不規則狀(圖3),在不同水深,都發現了這種沉積層的含氣特徵。這是由於地層含氣量增加,使地震傳播速度降低,反射波能量快速衰減造成剖面上形成聲學空白帶,即淺層氣在剖面上表現為「反射模糊區」(馮志強等,1995)。在淺層氣大量溢出的地方常引起海底地形的凹凸不平,聲吶記錄上多為麻坑狀顯示。
淺層氣與古河道關系密切,古河道常出現異常地震反射,即聲波被吸收或嚴重屏蔽,產生反射空白帶、區,為含氣沉積物。古河道的沉積物、充填物,以陸源碎屑為主,含有比較豐富的有機質,河流的快速搬運堆積,將其迅速掩埋,隨著河流體系、岩相古地理條件的改變,有機質在一定熱變質或生物作用下,可能演化成甲烷、沼氣,這些氣體呈分散狀滲透在河道沉積物的層間,或者聚集在河流沙體中產生氣囊,成為含氣地層。
圖3 淺層剖面顯示的反射模糊區
Fig.3 Soil layer with gas
珠江口近岸共發現一處大的淺層氣區和多處小范圍的淺層氣區,淺層氣區總面積大約420km2,其中以伶仃洋西側海域淺層氣分布范圍最廣,淺層氣區位於伶仃洋水道西側,從東四門沿水道下行,至桂山島南側,但埋藏深度不甚清楚,含氣地層厚度不明。總體說來淺層氣分布主要沿珠江的八大門下行,在河流下切形成的入海古河道、分支河道、河漫灘等分布較廣,主要貯存於第四紀沉積物中,淤泥層為蓋層。
5.2 活動性斷層
在海洋工程上一般將其定義為晚更新世以來仍有活動的斷層。其形成原因是由於地殼活動和沉積作用引起地層的錯動,造成兩盤沉積物厚度不同。
斷層引起的地面錯動及其伴生的地面變形,往往會損害跨斷層修建或建於附近的建築物,同時斷層還會導致海底產生過大的差異沉降,對海洋工程危害巨大。
區內中部發現一條第四紀以來有過活動的淺正斷層(圖1),位於114°45′00″~114°50′00″E,22°25′30″~22°29′00″N之間,內伶仃島以北1.5km。呈北西向延伸,長7km,斷層距海底25m以內,基岩被切割,其上第四系部分錯移,斷距7~25m,從西北往東南斷距變大,傾角50°~80°,鑽探也揭示該斷層的存在。
根據鑽探和區域地質構造資料,NEE向五華-深圳斷裂帶潛入伶仃洋後,可分為九尾嶺斷裂和橫崗-羅湖斷裂,並切穿橋址基岩。
a.九尾嶺斷裂:該斷裂東起深圳橫崗,呈NEE斷續延伸,過蛇口,出赤灣,在內伶仃島西北處斜切橋軸線,直插珠海唐家灣,其走向為NE45°~60°,斷面傾向東南,傾角70°以上。
b.橫崗-羅湖斷裂:該斷裂東起橫崗,NEE延伸達羅湖,基本平行深圳灣的南岸,在香港爛角咀外斜切橋軸線,貫穿伶仃洋,過橫琴島北側,繼而西延,以及NW走向的龍頭山斷裂、白泥-沙灣斷裂、淇澳-桂山島斷裂切過橋址。
區內是珠江三角洲斷陷盆地區,多組斷裂在此交會,活動斷裂的交會地帶是發生強烈差異運動的場所,經常伴生地震,引發次生地質災害。
5.3 沙波
沙波是砂質海底在水動力作用下所形成的。當水動力條件改變時,特別是在風暴潮的作用下,沙波的形態和分布都會發生變化,並產生移動。當地震活動發生時,振動可能引起沙體液化。沙波的遷移、活動和改造,不但直接影響錨泊,而且對其上的工程設施會造成極大的危害。沙波的遷移對其移動前方的工程設施,亦有掩埋、沖擊、拖曳等嚴重威脅,因此對活動沙波的移動方向和速率的研究極為重要。
在物探剖面上,海底沙波表現為海底反射呈連續鋸齒起伏,強振幅,海底二次反射波較強,在淺層剖面上砂質結構的海底對其下形成反射屏蔽;通過對旁側聲吶圖像分析,表現為有規律的黑白深淺相間的反射。
區內發現有多處海底沙波,沙波主要沿槽溝分布。波高一般小於1m,波峰走向以NE向為主,與水流方向近正交。它們的存在指示海底泥沙運動較強,海底穩定性差,當台風或颶風發生引起風暴潮時,沙波的形態及分布均可能發生變化和位移。
5.4 不規則淺埋基岩
不規則淺埋基岩在物探剖面上主要表現為其界面反射多為圓錐狀或尖峰狀強反射,而其內部反射模糊,無層次,反射形態為隨機的高低起伏,部分可見繞射波。
對於工程建設,基岩是很好的承力層,但若基岩面起伏不平,高低差異較大,由於其與圍岩岩性的不均一,就會產生承載力的差異。
區內不規則淺埋基岩廣泛分布,不規則基岩面埋深為-14.4~-67.3m,起伏變化較大,東部大鏟島周圍,西南部淇澳島東面,內伶仃島北面,埋深較小,變化大,局部地方,出露海底成為暗礁。
5.5 埋藏古河道
在單道地震剖面上,埋藏古河道(圖1)的底界呈連續波狀起伏的強反射,內部的雜亂相為辮狀河道沉積。有的底界面反射波下凹,內部反射有些雜亂,為砂礫充填物;有些為弱反射,為泥質充填所形成。淺層剖面上可看到河道底界面下凹、連續強反射特徵,內部充填物結構清晰,還可見到側向加積、頂部加積、充填物的旋迴性及斜層理等特徵。埋藏古河道的內部沉積與其圍岩岩性有較大的差異,承載力明顯不均勻,對海洋工程設施有不可忽視的潛在性危害。
古河道的沉積物、充填物以粗碎屑砂礫石為主,孔隙度較大,層間水循環快,具有較強的滲透性,在地層中經長期的侵蝕、沖刷,上覆荷載下容易引起局部塌陷,破壞地層的原始結構,造成基底的不穩定。
古河道縱向切割深度不同,橫向沉積相變迅速,在近距離范圍以內存在完全不同的力學支撐,諸如河床沙體和河漫灘泥質沉積物,顯然具有不同的抗剪強度,軟的粘土沉積在不均勻壓實或受重力和地震力的作用下,極易產生蠕變,引起滑坡,導致地質災害。
古河道的沉積物、充填物,以陸源碎屑為主,含有比較豐富的有機質,河流的快速搬運堆積,將其迅速掩埋,在一定熱變質或生物作用下,可能演化成甲烷、沼氣,這些氣體呈分散狀滲透在河道沉積物的層間,或者聚集在河流沙體中產生氣囊,成為含淺層氣地層,形成地質災害。
區內埋藏古河道發育,層A、層B均有古河道存在。這兩層的河道有的自成體系,更多的是互相疊置長期發育,河床多次遷移,形成很大的河道沉積物體系,難於劃分出具體的河道,其規模及走向無法詳細描述。有的河道直接暴露於海底,往往與海底淺槽共存,說明水動力作用較強。這種河道會直接給工程帶來麻煩。
5.6 槽溝
槽溝是海底表層沉積物遭受侵蝕沖刷而成的。主要分布在兩側島嶼狹束,潮流或水流較急的區域,是海洋工程應當避讓或必須處理的不利條件。它在各種物探調查資料上表現為海底反射波的波形發生明顯扭曲,反射界面突然斷開或下陷,兩側對稱,與周圍地形差異較大。
珠江口內伶仃洋段沖刷槽溝的發育受控於地形,槽溝是較大型的沖刷槽,伶仃洋槽溝發育。槽溝人工開挖痕跡明顯,槽溝的高度和坡度變化較大,陡峭的沖刷槽形成陡坎可能伴生滑坡。島嶼附近易發育水下沖刷槽,水下沖刷槽多與不規則基岩相伴生。槽溝可以說是較大型的沖刷槽,槽溝可以形成航道,但對海上工程則具有明顯的制約作用。
5.7 水下淺灘
水下淺灘的形成是在近岸泥沙供應較為豐富,水動力條件較弱的環境下形成的,是一種水下堆積物。當水動力條件改變時,特別是在風暴潮的作用下,淺灘的形態和分布都會發生變化,並產生移動。淺灘的遷移、活動和改造,不但直接影響錨泊,而且對其上的海洋工程設施會造成極大的危害,並對其移動前方的工程空間,亦有掩埋、沖擊、拖曳等嚴重威脅。橋區內存在許多淺灘,與周圍地形高差1~3m。
6 討論
粵港澳跨海大橋海域具有獨特的自然條件以及復雜的海洋工程地質特徵。海底地形地貌呈三灘兩槽分布,地貌類型主要包括:槽溝、沙波、窪地和淺灘等;表層沉積土類型有流泥、淤泥、淤泥質土、淤泥混砂或砂混淤泥四類;海底以下為淤泥、粘土、淤泥質土、砂層和基岩;存在淺層氣、活動性斷層、沙波、地震活動、不規則淺埋基岩、埋藏古河道、沖刷槽溝和水下淺灘等潛在災害地質因素,這些地質災害是潛在的威脅;當然,這些潛在的地質災害並非一觸即發,在有斷層活動、地震或較大的災害性天氣影響下可能誘發。
橋址區厚層狀、流塑、高壓縮性淤泥質軟土層,具有低強度、高壓縮性、靈敏度較高特性,在震動作用下則可能會產生觸變現象,其工程性質極差,不利於工程築構;粉砂、細砂層存在地震液化問題;岩石殘積土、全-強風化岩遇水具崩解性。
基岩風化深槽的巨大差異,新鮮基岩的岩面埋深變化,不利於工程構築基礎的選型,不利於持力層的選擇,尤其對荷載較大的跨海大橋,從其持久耐用、安全牢靠,不得不到較深部基岩中去選擇持力層時,增加了基礎工程的難度。
伶仃洋面臨南海,是台風和熱帶風暴登陸點之一,台風和熱帶風暴也是區內最嚴重自然災害之一。特別是,極端的風荷載不利於高層建築或長距離、大跨度懸空構築。
對付地質災害主要以預防為主,首先查明各種地質災害的成因、分布和發育規律,並對一些具有較大潛在危險的地質災害進行必要的監測、預報以便防避,或制訂抑制災害形成和發育的有效措施,對於漸發性的地質災害則要加強災害成生規律的研究。
1)各種地質災害因素,如大型活動斷層等。由於無法控制這些地質災害因素,工程必須謹慎而行。
2)對於較小的、不具活動能力的限制性地質條件,可以採取措施予以清除,如用爆破的方式清除底部出露或淺埋基岩。
3)對一些規模小、處於能量積累過程中的地質災害因素,可以採取人工方法,誘使其提前發生,減小能量,增強穩定性。
4)對一些小規模的地質災害因素,在施工期較短的情況下可採用加固的方法,使工程順利進行。
參考文獻
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Engineering Geological Features of The Bridge of Guangdong And Hong Kong And Macao
Ma Shengzhong1,2Chen Yanbiao1Chen Taihao1
(1.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760;2.China University of Geosciences,Beijing,100083,China)
Abstract:Based on geophysical prospectings,acoustic survey,core sampling and geotechnical test,the offshore of Hong Kong is found to has special natural conditions but complex topographical and geomorphological sea floor features.There are many geological hazard factors such as seismic,landslide collapses,buried river channels,faults,sand wave,shallow gas and possible liquefaction of sand,which will bring potential dangers to this area.Especially at the edge of the continental shelf and slope of the study area,the deep slope may cause potential geological hazard.Attention should be paid to dangerous factors.
Key Words:engineering geology geological hazard factors the bridge of Guangdong and Hong Kong and Macao
8. 土木工程地質名詞解釋 孤石
岩石在風化應力的作用下,其結構、成分和性質已產生不同程度的變異,應定名為風化岩。根據風化程度的不同劃分為全、強、中、微四類。已完全風化成土而未經搬運的應定名為殘積土。
一般來說,全風化裡面的強風化、強風化裡面的中風化、中風化裡面的微風化定名為風化夾層。
全風化、強風化裡面的微風化定名為風化球。
殘積土、全風化裡面的中風化、微風化定名為孤石。
(8)殘積土的工程地質性質擴展閱讀:
岩土分類:
從岩土的分類來看有不同的方面以及標准,主要的分類有成因的分類,還有按堅硬的程度來進行劃分、按完整度來進行劃分、岩土按風化程度進劃分、按岩體結構類型進行劃分、岩體按岩石的質量指標進行劃分、以及按岩體基本質量等級來進行分類。
從開挖的岩土的分級來看,主要的類別是一類土也可以說是松軟土,這種土也叫砂土、粉土、沖積砂土層、疏鬆的程度可以達到種植土、淤泥或是泥炭,堅固系數可以達到0.5-0.6左右,平均容重是6.0-15.0之間,開挖的方法用杴、鋤頭等進行挖掘就可以了。
對於二類土來說也叫普通土,這種土是粉質粘土,也可以是潮濕的黃土、夾有碎石、卵石的砂,粉土混卵碎石的植土或是填土,堅固系數是0.6-0.8之間,平均的容重是11.0-16.0之間,開挖的方法可以用杴、鋤頭進行挖掘,少用鎬翻鬆處理。
三類土是堅土,這種土是軟及中等密實的粘土,重粉質粘土、礫石土、干黃土、含有的碎石卵石的黃土、粉質粘土、壓實的填土,堅固系數是0.8-1.0之間,平均的容重是17.5-19.0之間,開挖的方法主要是用鎬,很少用杴,鋤頭等方式來挖掘,對於部分用撬棍來進行挖掘。
9. 土木工程常用的英語
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3. 土的分類飽和土saturated soil
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3. 土的分類充重塑土
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3. 土的分類分散性土dispersive soil
3. 土的分類粉土silt, mo
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3. 土的分類高嶺石kaolinite
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3. 土的分類年粘性土cohesive soil, clayey soil
3. 土的分類膨脹土expansive soil, swelling soil
3. 土的分類欠固結粘土underconsolidated soil
3. 土的分類區域性土zonal soil
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3. 土的分類未壓密土(台)underconsolidated clay
3. 土的分類無粘性土cohesionless soil, frictional soil, non-cohesive soil
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3. 土的分類有機質土organic soil
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3. 土的分類淤泥質土mucky soil
3. 土的分類原狀土undisturbed soil
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4. 土的物理性質液限liquid limit
4. 土的物理性質液性指數liquidity index
4. 土的物理性質游離水(台)free water
4. 土的物理性質有效粒徑effective diameter, effective grain size, effective siz
e
4. 土的物理性質有效密度effective density
4. 土的物理性質有效重度effective unit weight
4. 土的物理性質重力密度unit weight
4. 土的物理性質自由水free water, gravitational water, groundwater, phreatic wa
ter
4. 土的物理性質組構fabric
4. 土的物理性質最大幹密度maximum dry density
4. 土的物理性質最優含水量optimum water content
5. 滲透性和滲流達西定律Darcy s law
5. 滲透性和滲流管涌piping
5. 滲透性和滲流浸潤線phreatic line
5. 滲透性和滲流臨界水力梯度critical hydraulic gradient
5. 滲透性和滲流流函數flow function
5. 滲透性和滲流流土flowing soil
5. 滲透性和滲流流網 flow net
5. 滲透性和滲流砂沸sand boiling
5. 滲透性和滲流滲流seepage
5. 滲透性和滲流滲流量seepage discharge
5. 滲透性和滲流滲流速度seepage velocity
5. 滲透性和滲流滲透力seepage force
5. 滲透性和滲流滲透破壞seepage failure
5. 滲透性和滲流滲透系數coefficient of permeability
5. 滲透性和滲流滲透性permeability
5. 滲透性和滲流勢函數potential function
5. 滲透性和滲流水力梯度hydraulic gradient
6. 地基應力和變形變形deformation
6. 地基應力和變形變形模量molus of deformation
6. 地基應力和變形泊松比Poisson s ratio
6. 地基應力和變形布西涅斯克解Boussinnesq s solution
6. 地基應力和變形殘余變形resial deformation
6. 地基應力和變形殘余孔隙水壓力resial pore water pressure
6. 地基應力和變形超靜孔隙水壓力excess pore water pressure
6. 地基應力和變形沉降settlement
6. 地基應力和變形沉降比settlement ratio
6. 地基應力和變形次固結沉降secondary consolidation settlement
6. 地基應力和變形次固結系數coefficient of secondary consolidation
6. 地基應力和變形地基沉降的彈性力學公式elastic formula for settlement calculat
ion
6. 地基應力和變形分層總和法layerwise summation method
6. 地基應力和變形負孔隙水壓力negative pore water pressure
6. 地基應力和變形附加應力superimposed stress
6. 地基應力和變形割線模量secant molus
6. 地基應力和變形固結沉降consolidation settlement
6. 地基應力和變形規范沉降計演算法settlement calculation by specification
6. 地基應力和變形回彈變形rebound deformation
6. 地基應力和變形回彈模量molus of resilience
6. 地基應力和變形回彈系數coefficient of resilience
6. 地基應力和變形回彈指數swelling index
6. 地基應力和變形建築物的地基變形允許值allowable settlement of building
6. 地基應力和變形剪脹dilatation
6. 地基應力和變形角點法corner-points method
6. 地基應力和變形孔隙氣壓力pore air pressure
6. 地基應力和變形孔隙水壓力pore water pressure
6. 地基應力和變形孔隙壓力系數Apore pressure parameter A
6. 地基應力和變形孔隙壓力系數Bpore pressure parameter B
6. 地基應力和變形明德林解Mindlin s solution
6. 地基應力和變形紐馬克感應圖Newmark chart
6. 地基應力和變形切線模量tangent molus
6. 地基應力和變形蠕變creep
6. 地基應力和變形三向變形條件下的固結沉降three-dimensional consolidation settl
ement
6. 地基應力和變形瞬時沉降immediate settlement
6. 地基應力和變形塑性變形plastic deformation
6. 地基應力和變形談彈性變形elastic deformation
6. 地基應力和變形談彈性模量elastic molus
6. 地基應力和變形談彈性平衡狀態state of elastic equilibrium
6. 地基應力和變形體積變形模量volumetric deformation molus
6. 地基應力和變形先期固結壓力preconsolidation pressure
6. 地基應力和變形壓縮層
6. 地基應力和變形壓縮模量molus of compressibility
6. 地基應力和變形壓縮系數coefficient of compressibility
6. 地基應力和變形壓縮性compressibility
6. 地基應力和變形壓縮指數compression index
6. 地基應力和變形有效應力effective stress
6. 地基應力和變形自重應力self-weight stress
6. 地基應力和變形總應力total stress approach of shear strength
6. 地基應力和變形最終沉降final settlement
7. 固結巴隆固結理論Barron s consolidation theory
7. 固結比奧固結理論Biot s consolidation theory
7. 固結超固結比over-consolidation ratio
7. 固結超靜孔隙水壓力excess pore water pressure
7. 固結次固結secondary consolidation
7. 固結次壓縮(台)secondary consolidatin
7. 固結單向度壓密(台)one-dimensional consolidation
7. 固結多維固結multi-dimensional consolidation
7. 固結固結consolidation
7. 固結固結度degree of consolidation
7. 固結固結理論theory of consolidation
7. 固結固結曲線consolidation curve
7. 固結固結速率rate of consolidation
7. 固結固結系數coefficient of consolidation
7. 固結固結壓力consolidation pressure
7. 固結回彈曲線rebound curve
7. 固結井徑比drain spacing ratio
7. 固結井阻well resistance
7. 固結曼代爾-克雷爾效應Mandel-Cryer effect
7. 固結潛變(台)creep
7. 固結砂井sand drain
7. 固結砂井地基平均固結度average degree of consolidation of sand-drained groun
d
7. 固結時間對數擬合法logrithm of time fitting method
7. 固結時間因子time factor
7. 固結太沙基固結理論Terzaghi s consolidation theory
7. 固結太沙基-倫杜列克擴散方程Terzaghi-Renlic diffusion equation
7. 固結先期固結壓力preconsolidation pressure
7. 固結壓密(台)consolidation
7. 固結壓密度(台)degree of consolidation
7. 固結壓縮曲線cpmpression curve
7. 固結一維固結one dimensional consolidation
7. 固結有效應力原理principle of effective stress
7. 固結預壓密壓力(台)preconsolidation pressure
7. 固結原始壓縮曲線virgin compression curve
7. 固結再壓縮曲線recompression curve
7. 固結主固結primary consolidation
7. 固結主壓密(台)primary consolidation
7. 固結准固結壓力pseudo-consolidation pressure
7. 固結K0固結consolidation under K0 condition
8. 抗剪強度安息角(台)angle of repose
8. 抗剪強度不排水抗剪強度undrained shear strength
8. 抗剪強度殘余內摩擦角resial angle of internal friction
8. 抗剪強度殘余強度resial strength
8. 抗剪強度長期強度long-term strength
8. 抗剪強度單軸抗拉強度uniaxial tension test
8. 抗剪強度動強度dynamic strength of soils
8. 抗剪強度峰值強度peak strength
8. 抗剪強度伏斯列夫參數Hvorslev parameter
8. 抗剪強度剪切應變速率shear strain rate
8. 抗剪強度抗剪強度shear strength
8. 抗剪強度抗剪強度參數shear strength parameter
8. 抗剪強度抗剪強度有效應力法effective stress approach of shear strength
8. 抗剪強度抗剪強度總應力法total stress approach of shear strength
8. 抗剪強度庫侖方程Coulomb s equation
8. 抗剪強度摩爾包線Mohr s envelope
8. 抗剪強度摩爾-庫侖理論Mohr-Coulomb theory
8. 抗剪強度內摩擦角angle of internal friction
8. 抗剪強度年粘聚力cohesion
8. 抗剪強度破裂角angle of rupture
8. 抗剪強度破壞准則failure criterion
8. 抗剪強度十字板抗剪強度vane strength
8. 抗剪強度無側限抗壓強度unconfined compression strength
8. 抗剪強度有效內摩擦角effective angle of internal friction
8. 抗剪強度有效粘聚力effective cohesion intercept
8. 抗剪強度有效應力破壞包線effective stress failure envelope
8. 抗剪強度有效應力強度參數effective stress strength parameter
8. 抗剪強度有效應力原理principle of effective stress
8. 抗剪強度真內摩擦角true angle internal friction
8. 抗剪強度真粘聚力true cohesion
8. 抗剪強度總應力破壞包線total stress failure envelope
8. 抗剪強度總應力強度參數total stress strength parameter
9. 本構模型本構模型constitutive model
9. 本構模型邊界面模型boundary surface model
9. 本構模型層向各向同性體模型cross anisotropic model
9. 本構模型超彈性模型hyperelastic model
9. 本構模型德魯克-普拉格准則Drucker-Prager criterion
9. 本構模型鄧肯-張模型Duncan-Chang model
9. 本構模型動剪切強度
9. 本構模型非線性彈性模量nonlinear elastic model
9. 本構模型蓋帽模型cap model
9. 本構模型剛塑性模型rigid plastic model
9. 本構模型割線模量secant molus
9. 本構模型廣義馮·米賽斯屈服准則extended von Mises yield criterion
9. 本構模型廣義特雷斯卡屈服准則extended tresca yield criterion
9. 本構模型加工軟化work softening
9. 本構模型加工硬化work hardening
9. 本構模型加工硬化定律strain harding law
9. 本構模型劍橋模型Cambridge model
9. 本構模型柯西彈性模型Cauchy elastic model
9. 本構模型拉特-鄧肯模型Lade-Duncan model
9. 本構模型拉特屈服准則Lade yield criterion
9. 本構模型理想彈塑性模型ideal elastoplastic model
9. 本構模型臨界狀態彈塑性模型critical state elastoplastic model
9. 本構模型流變學模型rheological model
9. 本構模型流動規則flow rule
9. 本構模型摩爾-庫侖屈服准則Mohr-Coulomb yield criterion
9. 本構模型內蘊時間塑性模型endochronic plastic model
9. 本構模型內蘊時間塑性理論endochronic theory
9. 本構模型年粘彈性模型viscoelastic model
9. 本構模型切線模量tangent molus
9. 本構模型清華彈塑性模型Tsinghua elastoplastic model
9. 本構模型屈服面yield surface
9. 本構模型沈珠江三重屈服面模型Shen Zhujiang three yield surface method
9. 本構模型雙參數地基模型
9. 本構模型雙剪應力屈服模型twin shear stress yield criterion
9. 本構模型雙曲線模型hyperbolic model
9. 本構模型松崗元-中井屈服准則Matsuoka-Nakai yield criterion
9. 本構模型塑性形變理論
9. 本構模型談彈塑性模量矩陣elastoplastic molus matrix
9. 本構模型談彈塑性模型elastoplastic molus
9. 本構模型談彈塑性增量理論incremental elastoplastic theory
9. 本構模型談彈性半空間地基模型elastic half-space foundation model
9. 本構模型談彈性變形elastic deformation
9. 本構模型談彈性模量elastic molus
9. 本構模型談彈性模型elastic model
9. 本構模型魏汝龍-Khosla-Wu模型Wei Rulong-Khosla-Wu model
9. 本構模型文克爾地基模型Winkler foundation model
9. 本構模型修正劍橋模型modified cambridge model
9. 本構模型准彈性模型hypoelastic model
10. 地基承載力沖剪破壞punching shear failure
10. 地基承載力次層(台)substratum
10. 地基承載力地基subgrade, ground, foundation soil
10. 地基承載力地基承載力bearing capacity of foundation soil
10. 地基承載力地基極限承載力ultimate bearing capacity of foundation soil
10. 地基承載力地基允許承載力allowable bearing capacity of foundation soil
10. 地基承載力地基穩定性stability of foundation soil
10. 地基承載力漢森地基承載力公式Hansen s ultimate bearing capacity formula
10. 地基承載力極限平衡狀態state of limit equilibrium
10. 地基承載力加州承載比(美國)California Bearing Ratio
10. 地基承載力局部剪切破壞local shear failure
10. 地基承載力臨塑荷載critical edge pressure
10. 地基承載力梅耶霍夫極限承載力公式Meyerhof s ultimate bearing capacity formu
la
10. 地基承載力普朗特承載力理論Prandel bearing capacity theory
10. 地基承載力斯肯普頓極限承載力公式Skempton s ultimate bearing capacity formu
la
10. 地基承載力太沙基承載力理論Terzaghi bearing capacity theory
10. 地基承載力魏錫克極限承載力公式Vesic s ultimate bearing capacity formula
10. 地基承載力整體剪切破壞general shear failure
11. 土壓力被動土壓力passive earth pressure
11. 土壓力被動土壓力系數coefficient of passive earth pressure
11. 土壓力極限平衡狀態state of limit equilibrium
11. 土壓力靜止土壓力earth pressue at rest
11. 土壓力靜止土壓力系數coefficient of earth pressur at rest
11. 土壓力庫侖土壓力理論Coulomb s earth pressure theory
11. 土壓力庫爾曼圖解法Culmannn construction
11. 土壓力朗肯土壓力理論Rankine s earth pressure theory
11. 土壓力朗肯狀態Rankine state
11. 土壓力談彈性平衡狀態state of elastic equilibrium
11. 土壓力土壓力earth pressure
11. 土壓力主動土壓力active earth pressure
11. 土壓力主動土壓力系數coefficient of active earth pressure
12. 土坡穩定分析安息角(台)angle of repose
12. 土坡穩定分析畢肖普法Bishop method
12. 土坡穩定分析邊坡穩定安全系數safety factor of slope
12. 土坡穩定分析不平衡推理傳遞法unbalanced thrust transmission method
12. 土坡穩定分析費倫紐斯條分法Fellenius method of slices
12. 土坡穩定分析庫爾曼法Culmann method
12. 土坡穩定分析摩擦圓法friction circle method
12. 土坡穩定分析摩根斯坦-普拉斯法Morgenstern-Price method
12. 土坡穩定分析鉛直邊坡的臨界高度critical height of vertical slope
12. 土坡穩定分析瑞典圓弧滑動法Swedish circle method
12. 土坡穩定分析斯賓賽法Spencer method
12. 土坡穩定分析泰勒法Taylor method
12. 土坡穩定分析條分法slice method
12. 土坡穩定分析土坡slope
12. 土坡穩定分析土坡穩定分析slope stability analysis
12. 土坡穩定分析土坡穩定極限分析法limit analysis method of slope stability
12. 土坡穩定分析土坡穩定極限平衡法limit equilibrium method of slope stability
12. 土坡穩定分析休止角angle of repose
12. 土坡穩定分析揚布普遍條分法Janbu general slice method
12. 土坡穩定分析圓弧分析法circular arc analysis
13. 土的動力性質比阻尼容量specific gravity capacity
13. 土的動力性質波的彌散特性dispersion of waves
13. 土的動力性質波速法wave velocity method
13. 土的動力性質材料阻尼material damping
13. 土的動力性質初始液化initial liquefaction
13. 土的動力性質地基固有周期natural period of soil site
13. 土的動力性質動剪切模量dynamic shear molus of soils
13. 土的動力性質動力布西涅斯克解dynamic solution of Boussinesq
13. 土的動力性質動力放大因素dynamic magnification factor
13. 土的動力性質動力性質dynamic properties of soils
13. 土的動力性質動強度dynamic strength of soils
13. 土的動力性質骨架波akeleton waves in soils
13. 土的動力性質幾何阻尼geometric damping
13. 土的動力性質抗液化強度liquefaction stress
13. 土的動力性質孔隙流體波fluid wave in soil
13. 土的動力性質損耗角loss angle
13. 土的動力性質往返活動性reciprocating activity
13. 土的動力性質無量綱頻率dimensionless frequency
13. 土的動力性質液化liquefaction
13. 土的動力性質液化勢評價evaluation of liquefaction potential
13. 土的動力性質液化應力比stress ratio of liquefaction
13. 土的動力性質應力波stress waves in soils
13. 土的動力性質振陷dynamic settlement
13. 土的動力性質阻尼damping of soil
13. 土的動力性質阻尼比damping ratio
14. 擋土牆擋土牆retaining wall
14. 擋土牆擋土牆排水設施
14. 擋土牆擋土牆穩定性stability of retaining wall
14. 擋土牆垛式擋土牆
14. 擋土牆扶垛式擋土牆counterfort retaining wall
14. 擋土牆後垛牆(台)counterfort retaining wall
14. 擋土牆基礎牆foundation wall
14. 擋土牆加筋土擋牆r
10. 常見的工程地質問題和對工程危害程度的評述
一、常見的工程地質問題
深圳地區常見的工程地質問題有軟土地基不均勻沉降,岩溶地面塌陷,砂頁岩互層軟弱地層的崩塌、滑坡和對工程樁的影響,中生代晚期花崗岩中北西向斷裂對工程樁的影響,北東向斷裂對工程的影響。
二、對工程危害程度的評述
(一)軟土地基不均勻沉降對工程的影響
深圳灣沿岸、珠江口東岸的沙井-媽灣、鹽田港區、壩光西岸等地廣泛分布著淺海相或海-陸交互相淤泥、淤泥質黏性土、泥炭、泥炭質土等,一般厚度為5~10m,部分為10~16m,最厚達22 m,加上填海造地時填土為5~10m,總厚度為15~25m。軟土的特點是含水量高,壓縮性高、強度低、透水性差,具有流變性和不均勻性,其工程特性遠不能滿足建築物的變形和承載力及地面使用要求,必須進行加固處理。深圳地區近十多年來進行了皇崗口岸、福田保稅區、深港西部通道口岸、後海填海區、濱海大道及其北部填海區、前海灣填海區、銅鼓航道填海區、深圳國際機場、鹽田港填海區、壩光化工基地等大面積的填海造地,已經或將要填海總面積60km2以上,必須對厚5~22m的淤泥或淤泥質土進行加固處理,否則將會出現地基沉降或不均勻沉降,總變形量達軟土總厚度的20%~30%。目前填海造陸普遍採用的方法是先拋石擠淤或爆破擠淤形成海堤或隔堤,然後抽排海水,晾曬淤泥、鋪砂墊層、插塑料排水板,堆載預壓或強夯加固等方法處理。
工程實例一福田保稅區的賽意法(超大)廠區軟土地基不均勻沉降對工程的影響
該廠位於福田保稅區西部,地貌單元為海積平原,軟土厚度10~15m。在進行保稅區大面積軟基處理時,未對該廠區的軟基進行插塑料排水板,堆載預壓或強夯加固處理,直接進行樁基礎和上部建築物施工,建築物竣工後出現室內外地面不均勻沉降,造成室內隔牆嚴重變形開裂、設備傾斜下陷、室外道路嚴重下沉,管線變形斷裂,無法按期交付使用。經國內外岩土專家論證分析,認為是因樁間軟土未進行加固處理引起地面不均勻沉降。
工程實例二益田中學軟土地基不均勻沉降對工程的影響
益田中學位於益田村東側,地貌單元為海積平原、軟土厚度5~10m。設計建築地面採用攪拌樁處理,設計樁長均為14m,上部建築基礎採用樁基礎,以殘積土中下部或強風化岩為持力層。建築物竣工後,在使用的初期,禮堂、部分教室及連廊地面出現不均勻下沉、傾斜、開裂,無法按期提供使用。經檢測,部分攪拌樁未穿過淤泥層,樁底殘留淤泥1~3m,因淤泥的沉降變形引發部分地面下沉。
(二)岩溶及岩溶地面塌陷對工程的影響
深圳市龍崗區的橫崗、龍崗、坪地、坪山、坑梓、葵涌等地面覆蓋層下,廣泛分布有石炭系下統石磴子組灰岩、白雲質灰岩、大理岩,多為厚層狀、質純。分布面積100km2以上。可分為覆蓋型和埋藏型兩種,覆蓋型岩溶分布於橫崗-龍崗-坪地河谷平原,碧嶺-坪山-坑梓河谷平原和葵涌盆地中,覆蓋層厚度一般10~25m,部分5~10m,覆蓋層上部為第四系沖洪積粉質黏土,厚度8~20m,下部為含卵石礫砂,厚度1.0~5.0m。埋藏型岩溶分布於上述河谷平原的兩側及葵涌盆地周邊,埋藏於石炭系下統測水組砂頁岩的下部,多呈假整合接觸,即石磴子組海相灰岩形成後,地殼上升,灰岩露出地表,接受風化剝蝕,地表水的沖刷溶蝕,形成溶溝、溶槽、石芽、石筍和石柱等岩溶地貌,並在溝槽中堆積了坡積物。地殼又緩慢下降形成淺海,接受淺海相砂泥質沉積,形成測水組砂岩、頁岩、炭質頁岩、泥岩等互層。埋藏深度一般大於30 m。據大量工程場地岩土工程勘察資料,鑽孔見溶洞率為40%~80%,溶洞高度一般為0.5~3.0m,個別大於20m,可分為3~5層,上部溶洞大多為開口型,多被沖洪積或坡洪積含碎石粉質黏土全充填,分析可能屬溶溝或溶槽堆積。下部溶洞較小,多為閉合型,半充填,深部溶洞為無充填。沿斷裂帶溶洞更為發育,溶洞和溶蝕裂隙中含豐富的岩溶裂隙水,且一般連通性好,與地表水聯系密切。據志聯佳、龍躍大夏場地群孔抽水試驗,水位降深1.58~11.90m時,單井涌水量173.15~4968.00m3/d,滲透系數28.3~83.1m/d。
強岩溶發育區因地下岩溶和土層內土洞的不斷發育和抽取地下水,引發地面塌陷。從1990年起該區發生多起地面塌陷災害。例如:1990年冬在坑梓鎮深汕公路兩側約10km范圍陸續發生10餘處大小不一的突發性地面塌坑;人民大道塌陷約10m2,深5m,造成一輛正在行駛的汽車掉入坑內;田心村在建的四層民居的中心柱下突然塌陷,陷坑面積30 m 2,深度4 m。1992年3月4日晚,龍崗鎮巫屋村商業一條街剛封頂不到一個月的一棟三層樓的一角牆基突然塌陷,陷坑直徑3 m,1994年6月龍崗鎮盛平村一棟施工到三層的宿舍樓,突然倒塌,造成數十人傷亡。
上述強岩溶發育區為建設用地適宜性差區,被判定為不適宜建高層、超高層建築區,如要興建高層建築則地基處理難度大,處理費用相當高。
工程實例一 龍崗中心城志聯佳大廈岩溶塌陷對工程的影響
志聯佳大廈原設計地上27層,地下2層,採用挖孔樁基礎,先挖兩層地下室基坑,再進行挖孔樁施工,基坑挖至沖洪積含卵石礫砂層時涌水量並不大,可用明溝及集水井和常用水泵排除。當各挖孔樁至灰岩頂板時則涌水,水頭高約4m,一般涌水量5~20m3/h,最大50m3/h,整個基坑總涌水量大於3000 m 3/d,基坑很快被水淹,深約4 m。後採用封閉式降水井方案,在基坑周邊布置18口大口徑降水井,19個觀測井,先進行試驗性抽水試驗,最大水位降深7.5m,觀測井水位降低1.58~4.96m,平均3.72m,涌水量4968.0m3/d,降落漏斗半徑約40m。然後選5口降水井,採用大排量水泵同時抽水,21個觀測井,水位降低5.9~11.9m,平均8.28m,觀測井水位降低1.71~7.58m,平均5.95m,總涌水量10841m3/d,平均單井涌水量2168.26m3/d,降落漏斗半徑50m。數天後,基坑底及降水井周圍出現5處地面塌陷,塌陷面積0.84~14.8m2,體積0.72~36.0m3。為了將地下水位降下去,滿足挖孔樁施工要求,持續降水近一個月,每天排水量保持在11000m 3/d左右,後來引發場地南部800m處的西瓜鋪村中道路突然塌陷,直徑約15m,深度大於3m,四周30~40m范圍內的房屋出現不同程度裂縫和傾斜。在村民集體向龍崗區政府強烈要求下,區建設局下令志聯佳大廈停止降水。就此宣告志聯佳大廈人工挖孔樁失敗,直接經濟損失400多萬元人民幣,間接經濟損失難於估量,延誤工期1年多。此後龍崗區政府一直未批准過在龍崗中心區(強岩溶發育區)超過20層的建築物。
工程實例二 深圳市東部供水地下干線橫崗西坑段地面塌陷對工程的影響
深圳市東部供水網格干線工程用於統籌解決深圳市的缺水問題,是深圳市城市供水系統的重要組成部分。取水點設在東江的惠州市東部水口鎮,經惠陽縣的馬安、永湖、秋長、至龍崗區坑梓,引入松子坑水庫。干線起點在松子坑水庫11號壩下部,終點為南山區的西麗水庫和寶安區的鐵崗水庫。輸水建築以隧洞為主,全線採用重力流輸水方式。一號隧洞從碧嶺谷地南緣湯坑村附近進洞,在深圳水庫沙灣大望橋北側出洞,全長17958m。隧洞斷面凈寬4.2m,凈高5.3m。隧洞穿越橫崗鎮西坑村北側,該段地面標高82.0m,設計隧洞底板標高40.2m,埋深42.0m。隧洞頂部地層自上而下為第四系全新統沖洪積砂卵石層,厚度1.3~11.2m;上更新統沖洪積含礫粉質黏土,厚度2.9~23.8m;石炭系下統測水組絹雲母片岩、泥質粉砂岩風化殘積土;石炭系下統石磴子組大理岩化灰岩或大理岩,西坑段隧洞位於灰岩部位。一號隧洞由東向西掘進至西坑村東北部F38斷裂破碎帶時(2000年5月3日)洞內突然涌水,涌水量約200 m 3/h。因大量地下水被排出地表,引起西坑老屋村水井水位大幅下降或乾枯,大面積地面下沉開裂,民居牆壁傾斜開裂,一處民居突然倒塌,地面塌陷、陷坑直徑大於4m,深度不詳,總變形面積約7.3×104m2,地面普遍下沉2~5cm。塌陷出現在晚上,「轟」的一聲巨響,振動新老屋村幾平方公里范圍,當地居民以為是發生地震。村、鎮領導立即將老屋村村民緊急疏散,撤離到高處空曠地帶,涌水事件震動了省、市政府各部門及大、小報媒體。市領導責令市水務局邀請在深圳的地質專家,研討涌水原因和處理方法。並請深圳市勘察研究院對西坑盆地隧道段和老屋村受影響范圍進行詳勘,布置鑽孔46個,群孔抽水試驗2組,隧道段鑽孔結合跨孔CT進行探測。請深圳市地質建設工程公司進行地表地質測繪和地面物探。總勘察費用80多萬元人民幣,隧洞停止施工長達半年以上,後採用徑向全斷面小導管超前注漿加固的堵水方法,逐段掘進,獲得成功。直接經濟損失近千萬元人民幣,延誤工期近一年。
(三)軟弱地層的崩塌、滑坡對工程的影響
深圳市龍崗區的橫崗、平湖、龍崗、坪地、坪山、坑梓及葵涌鎮等廣泛分布的石炭系下統測水組泥質粉砂岩、石英砂岩、泥岩、頁岩、炭質頁岩互層。地貌單元一般為低丘陵或殘丘谷地。當道路建設和開發建設用地的削坡坡度大於30°時則極容易出現崩塌或滑坡,多為順層(順層面或裂隙面)崩塌或滑坡,支護治理很困難,工程費用高,且難於根治,在台風暴雨季節極易復發。
工程實例 深圳市龍崗區坑梓街道北通道市政工程的主道和匝道路塹邊坡,分東西兩側邊坡,坡長180m,坡高12~42m,分3~5級,每級高約8m,坡角45°~60°。除坡頂有薄層坡殘積土層外,均為強-中風化泥質粉砂岩、泥岩、頁岩、炭質頁岩互層。在道路建設中已採用漿砌石格構梁+植草進行支護。在交付使用前又出現多處崩塌及滑坡(圖2-2-17至圖2-2-20)。崩塌及滑坡長15~24m,高10~15m,厚2~3m,總體積300~500m3,多為順層或順裂隙面滑動或崩塌。
圖2-2-17 北通道匝道區東側邊坡崩塌
圖2-2-18 北通道匝道區西側邊坡崩塌
圖2-2-19 北通道匝道區東側邊坡順節理面崩塌
圖2-2-20 北通道主道路塹北段沿炭質岩崩塌
(四)石炭系下統測水組砂頁岩對工程樁的影響
深圳市龍崗區大面積分布石炭系下統測水組石英砂岩、泥質粉砂岩、泥岩、頁岩和炭質頁岩互層。因各種岩性的礦物成分不同,其風化程度相差懸殊。石英砂岩難於風化,一般呈中風化狀態,泥質粉砂岩呈強風化狀態;泥岩、頁岩、炭質頁岩容易風化,多呈泥狀、土狀軟弱夾層,相互組成軟硬互層。軟岩風化深度大,深達百米,硬夾層難於風化,呈中等風化夾層。有的場地地表就見到中風化石英砂岩,但鑽穿後數米,甚至上百米見不到中風化地層,造成一棟建築物的樁長相差很大,甚至找不到穩定的中風化地層。
工程實例 深圳市龍崗區歐景花園三期10、11號樓石炭系下統測水組砂頁岩對工程樁的影響
歐景花園三期10、11號樓位於龍崗區中心城,龍崗區人民醫院與婦幼保健院之間,建築物高度為地上17~28層,地下3層的商住樓。場地原始地貌為殘丘坡地。地層岩性:①第四系殘積粉質黏土,層厚3.05~36.00m,由炭質粉砂岩、頁岩風化殘積而成,普遍夾強—中風化石英砂岩;②石炭系下統測水組炭質粉砂岩、頁岩全風化帶,厚度4.00~15.70m,夾較多強—中風化石英砂岩薄層;③強風化炭質粉砂岩、頁岩,厚度3.20~36.00m,夾中風化石英砂岩;④中風化炭質粉砂岩,厚度2.30~20.10m,層頂埋深0.00~39.00m;⑤微風化炭質粉砂岩,揭露厚度1.74~13.30m,頂板埋深3.20~40.80m;⑥石炭系下統石磴子組灰岩,層頂埋深14.00~55.00m。場地處於構造小背斜的軸部,背斜軸為北東向。場地屬埋藏型岩溶區,其軸部埋藏淺,場地東西兩側(兩翼)埋藏深,由軸部向兩翼逐漸加深,深達55.00m以下。兩翼岩層傾角約75°,且地層撓曲現象明顯。灰岩中岩溶發育,其中有13個鑽孔見溶洞,洞高0.60~5.40m,大部分為無充填溶洞。
該工程採用沖孔樁基礎,以微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩作持力層,施工前進行了施工勘察,基本上採用一樁一孔,復雜部位為一樁2~3個超前鑽孔。發現同一根樁各超前孔見微風化灰岩頂板埋深一般相差1~3m,多者相差5.0~7.2m;見微風化炭質粉砂岩頂板埋深相差12.6~13.4m。說明同一根樁的微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩頂板埋深相差懸殊,起伏變化很大,極難將樁端嵌入穩定完整的微風化基岩中。各樁在終樁時均檢驗岩樣後才下鋼筋和澆灌混凝土。達到規范規定的齡期後才進行鑽心法抽心檢測,檢查結果發現樁身混凝土質量完好,但有40多根樁的樁底持力層沒有達到設計持力層(微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩)要求,甚至部分樁底基岩仍為強風化或全風化炭質粉砂岩。後採用補樁處理,基本上是一根不合格樁補二根樁,增加基礎費用200多萬元人民幣。綜上所述,證實在石炭系下統測水組砂頁岩分布區不適宜採用端承樁和以微風化砂岩夾層為持力層,宜採用摩擦樁或摩擦端承樁,應盡量採用天然地基基礎或復合地基,以避開下伏灰岩強岩溶發育帶對基礎的影響。
(五)中生代晚期花崗岩中的北西向斷裂對工程樁的影響
中生代晚期花崗岩中的北西向斷裂一般規模較小,且多被第四系掩蓋,地表很難見到露頭,但對山間溪谷有較明顯的控製作用。斷裂走向多為北西30°~50°,大部分傾向北東,個別傾向南西,傾角60°~75°。該組斷裂形成於晚中生世以後和喜馬拉雅期,幾乎切截了北東向和東西向斷裂,水平斷距一般50~200m,多屬張扭性斷裂,構造岩為壓碎岩、碎裂岩、角礫岩夾薄層糜棱岩,視厚度10~35m,為富水斷裂。構造岩風化強烈,上部為土狀,中部為砂礫狀,下部為碎石狀。斷裂破碎帶部位中、微風化岩埋深比斷裂兩側正常基岩埋深大10~35m,對高層建築工程樁持力層選取造成很大困難,且施工難度大,造價高。
工程實例一 深圳市國通大廈(原名無線大廈)北西向斷裂對工程樁的影響
國通大廈位於深圳市福田區濱河大道與新洲二路交匯處的西南側。設計建築為四足鼎立的單體塔樓,主塔樓43層(其中地下3層),正方形、邊長45m×45m,框架結構,基礎砌置深度10m,單位荷重7500kN,屬一級建築物,對差異沉降敏感;副樓9層,矩形,框架結構,基礎砌置深度5m,單位荷重180kN。場地地貌為殘丘坡地,地面標高7.10~10.10m,下伏基岩為中生代晚期粗粒花崗岩。據詳勘資料,主樓微風化花崗岩頂板埋深大部分地段為32.5~46.9m,標高-22.17~-38.3m。主樓的西南角見北西向斷裂破碎帶,斷裂傾向南西,傾角約65°,構造岩為壓碎岩,角礫岩夾薄層糜棱岩,厚度11.0~17.3m,鉛直厚度24.3~38.2m,構造岩中可見綠泥石化和擠壓現象,構造岩自上而下可分為土狀、礫狀和塊狀。主樓基礎設計為人工挖孔樁,90%樁端以微風化岩作持力層,有效樁長23.0~36.5m,西南角位於斷裂破碎帶之上,完整基岩埋深81.0m,地下室底板以下埋深為71.0m,無法採用人工挖孔樁。經勘察、設計單位論證,借鑒已建成高層建築在構造岩中的成樁處理經驗,將西南角的樁端置於礫狀構造岩之上,樁長40.0~45.0m,礫狀構造岩的樁端承載力標准值取3700kPa。主樓西南角可節約樁長25~30 m,節約基礎投資數百萬元人民幣。建築物早已建成,安全使用近10年,主樓四角沉降量12.0~15.0mm,相差3.0mm,核心筒沉降量13.8~19.7mm,相差5.9mm,絕對沉降量及沉降差均滿足規范要求。
工程實例二 深圳市福田區賽格群星廣場北西向斷裂對工程樁的影響
賽格群星廣場位於深圳市華強北商業街北部,華強北路與紅荔路交匯處的東南側,建築物由一棟40層寫字樓及兩棟32層商住樓組成,裙樓4層,局部8層,設3層地下室,基礎埋深14.5m,建築結構採用框剪-核心筒結構。建築結構荷載大且差異大,單柱單樁荷載10000~152500 kN。場地地貌為殘丘坡地,地面標高13.1~14.5m,下伏基岩為中生代晚期粗粒花崗岩、微風化基岩頂板埋深一般為27.5~38.8m,標高-14.0~-34.8m。寫字樓西側受北西向斷裂影響,微風化基岩頂板埋深50.8~60.5m,標高-36.9~-46.6m,微風化基岩面與一般地段微風化基岩面相差22.9~11.8m,構造岩厚度10.0~14.2m。設計採用人工挖孔樁基礎,一般樁端以微風化岩作持力層,寫字樓西側樁端以礫狀構造岩帶作持力層,取樁端承載力標准值3500kPa,經設計計算可滿足單樁承載力及布樁要求,縮短了樁長,節約了基礎投資400萬元人民幣。建築物已建成使用7年,沉降量20~32mm,建築物東西端沉降差6mm,絕對沉降量及沉降量差均滿足規范要求。