对工程地质与地质基础的评价
Ⅰ 对工程地质学的建议
工程地质学是20世纪才建立和发展起来的一门地球科学。工程地质专业在工程建设中具有十分重要的位置。工程地质工作的质量,对工程方案的决策和工程建设的顺利进行至关重要。由于地质问题引起的工程事故时有发生,轻则修改设计延误工期,严重时造成工程失事给人民生命财产带来重大损失。近年来,工程地质勘察质量有下滑现象,工程地质分析不够深入,有的甚至出现工程地质评价的结论性错误。今后十年,将有可能成为水利水电工程建设的又一个事故高发期。工程地质对地球环境的保护要发挥重要作用。工程地质面临着新的机遇和挑战。关键词 。
关键词:工程地质 水利水电 勘察 环境 分析 人才 机遇
工程地质对于工程师来说并不陌生。然而,由于人类工程活动引起地质环境的改变,工程地质问题造成工程建设的被动与失败的若干实例证实,许多人对工程地质又是陌生的。
人类历史刚刚翻开新千年新世纪的第一页,一场以高新技术为前导的产业革命却早已开始了,工程地质学科必将在这场革命中获得新生。当然,我们更应该看到技术的每一次革命性进步,都伴随着矛盾与冲突,特别是体制和机制问题,是生产力与生产关系的相互作用,需要协调与适应,改革就成为必然。
当前,工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质专业正面临着新的发展机遇。人类与自然的关系不是斗争而是相互作用和相互影响;人类工程活动不是改造自然而是如何顺应自然。人类赖以生存的地球环境问题,工程地质学家和地质师都要认真关注,并勇敢地承担起应尽的职责。
1 工程地质学科的起源与发展
工程地质学是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地球科学。20世纪初,为了适应兴建各种工厂、水坝、铁路、运河等工程建设的需要,地质学家开始介入解决工程建设中与地质有关的工程问题,不断地进行着艰苦的工程实践和开拓性的理论探索,首次出版了“工程地质学”专著,工程地质学开始成为地球科学的一个独立分支学科,工程地质勘察则成为工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。二次世界大战以后,全世界有了一个较为稳定的和平环境,工程建设的发展十分迅速,工程地质学在这个阶段迅速成长起来了。经过半个多世纪的工程实践和理论探索,工程地质学大为长进,内涵和外延都焕然一新,成为了现代科学技术行列中的重要分支学科。
中国的工程地质事业在解放前基本上是空白,建国后才有了长足的进步和发展。50年代初开始引进苏联工程地质学理论和方法,走过了我们自己的工程实践和理论创新的辉煌历程,形成了有自己特色的工程地质学体系。特别是在水利水电行业,举世瞩目的三峡、小浪底等特大型水利枢纽工程的开工建设,澜沧江、红水河、雅砻江、乌江、黄河等大江大河众多大型梯级水电站的兴建,以及若干正在开展前期工作的其它水利水电工程,充分积累了在各类岩性地区和各种复杂地质条件下进行地质工作的丰富经验,建立了一套比较完整的工程地质勘察规程规范。重大工程建设不断地将数理学科的新成就和高新技术及时吸收进来,极大地丰富了工程地质学科的内容,有力地促进了工程地质学科的发展,使我国工程地质学达到现代科技水准,逐渐成为国际工程地质界的重要成员之一。
今天,工程地质专业学科的内涵已经远远超出了传统工程地质定性描述和定性评价的范畴,发展成为集多种勘探手段去获取基础性地质资料,并对这些资料进行归类汇总、整理分析、定性评价、定量评价、地质预测、工程措施的建议等等既特殊又复杂的综合性专业。任何一个成熟的设计师,都会清楚地意识到工程地质专业在工程设计中的重要位置。无数重大工程成败的实例足以证明工程地质专业在工程建设中的权威性。
在学术界,有国际工程地质学会,国内的中国地质学会、中国水利学会和水力发电工程学会等全国性学术组织都专门设立有工程地质专业委员会,水利水电行业中全国性的学术组织还有“水利水电工程地质信息网”。此外,全国性的勘测技术协会主要还是工程地质专业。这些学术组织为我国各行各业的工程建设作出了重大贡献,发挥了巨大作用。
2 水利水电工程地质的特点
2.1 特殊性与复杂性
在水利水电、电力、工民建、交通、港航、航天、航空、地矿、市政建设等等凡是存在土建工程,要与地质体(地基)打交道的行业,都有工程地质专业,因此,我们称工程地质专业是工程建设的基础性专业,是不必争议的。由于水利水电工程建设自身的特殊性和复杂性,使得水利水电工程地质又是所有这些不同行业的工程地质专业中涉及面最广、问题最复杂、任务最艰巨、声望最高、最具权威性的业界龙头。
水利水电工程建设的特殊性首先表现在工程建筑物的特殊性。工业与民用建筑到处可以见到基本相同甚至完全相同的建筑物,可以部分或全部套用标准设计图纸。而水工建筑物则不然,世界上有成千上万座水库大坝,你就很难找到两座完全相同的大坝。决定大坝的规模、坝型、结构等工程要素的自然条件很复杂,而工程地质条件则是最主要的自然条件之一。水工建筑物的第二个特殊性是与水打交道,所承受的主要荷载是水荷载。水利水电工程不允许失事,一旦失事,损失将十分惨重。
水利水电工程建设的复杂性主要表现在工程规模大,专业多,涉及面广,投资大,工期长,建筑物的形式、结构、功能、荷载组合等等都十分复杂,特别是大型特大型水利水电工程更是如此。例如举世瞩目的三峡水利枢纽工程,涉及到中国的政治、经济、社会、资源、环境、文化等方方面面,你很难找到其它基建工程可以等同于这样的水利水电工程。因此,水利水电工程地质专业的特殊性与复杂性是由水利水电工程建设的特殊性和复杂性所决定的,同时,工程区自然地质环境的复杂性也决定了这个专业的技术难度。
2.2 实践性与经验性
水利水电工程地质的另一特点是强烈的实践性与经验性。在中国水利学会勘测专委会1999年度学术研讨会上,工程地质界知名前辈专家天津院的李仲春教授语重心长地警示工程界:工程地质这个专业太难了,工程地质决策不是通过计算和试验所能左右的,很大程度上取决于我们的工程经验,即是十分成功的工程,也很难证明它既安全可靠又经济合理。李仲春教授的肺腑之言充分表达了工程地质专业的实践性与经验性的深刻含义。
工程地质理论上的任何一项新进展,新方法,新技术,都必须通过大量试验研究、分析论证和工程实践的检验。例如,近二十年来随着数理基础学科和计算机技术的发展,坝基、洞室和边坡稳定性分析计算的理论和方法有了长足的进展,但是这些计算成果仍然只能是工程设计和决策的一种参考,因此在工程界有一种通用说法:不可不信也不可全信。许多工程实例足以说明采取慎重态度的必要性。有些工程从分析计算上看是安全的,实际上却出了问题;而另一些工程通过计算认为不安全,但却安全运行了数十年。因此我们搞工程建设,工程经验往往又是起决定作用的。
2.3 工程地质问题的长期性与隐伏性
水利水电工程地质的第三大特点:在地质体中留下的工程隐患具有长期性和隐伏性,甚至具有不可预见性。法国Malpasset拱坝失事和意大利Vajont水库大滑坡,均为水工史上震惊世界的惨痛教训,其地质隐患在整个勘测设计施工的全过程中没有丝毫警觉。葛州坝工程坝基软弱夹层问题导致工程停工,重新补充勘探并对设计进行重大修改。南盘江天生桥二级水电站厂房建在一个古滑坡上,开工后实在施工不下去了,搬出滑坡体后又位于另一个滑坡体的脚下。该电站的引水隧洞工程地质条件更是复杂得令建设者们防不胜防。由于地质体中留下的工程隐患造成的工程事故,轻则修改设计,重则工程报废,或造成生命财产的重大损失,这样的例子实在太多,举不胜数。
2.4 工程地质测不准原理
著名的量子力学测不准原理:“不能同时测准粒子在某一瞬间的速度和位置”。我们不妨借用这个原理来揭示工程地质的一些本质性问题。事实上,地质体中的某些性质的确是测不准的。例如某一组结构面的产状,你只能用一个区间值来表述,如果仅用一个确定值来表述则肯定不符合客观实际。又如工程地基岩体的物理力学参数,它只能是一个区间值或统计值,因为地质体中每一点的性质都可能是变化的。地质参数精确到某一个具体数值的时候,千万不要把它当成是绝对准确的,否则会误导精确评价的可信性。据此,我们可以将工程地质测不准原理表述为:“地质体的工程性质不可能用绝对准确的参数来确定,它们只能是通过地质测绘、勘探、试验、分析、统计和经验判断后提出一个建议区间值,供设计师根据建筑物的性质在这个区间值中选取设计采用值”。近二十年来,概率统计、模糊数学、灰色理论等数理学科广泛应用于工程地质分析领域,可以说是对工程地质测不准原理的有力支持。有些设计师不能理解地质师为什么只能提出区间值,而不提出确定的数值,当他们对测不准原理透彻理解之后,这种疑问将会自然消除。3 工程地质的技术进步
工程地质勘察技术近二十年来有了长足的进展。测量、物探、钻探、试验等在仪器、设备、新技术、新方法、新手段方面不断推陈出新,为工程地质提供了强有力的技术依托。由于有了各种新技术的支持,工程地质分析从定性到定量就成为可能。定量分析的新理论层出不穷,在学术界十分活跃。
计算机技术的发展对工程地质来说是一场真正的技术革命,从外业资料收集和内业资料整理的工作程序、工作方法、产品成果、质量标准等等均与传统的工程地质有较大的差异,应用前景振奋人心。“工程地质计算机应用技术协作网”业已正式成立,必将对工程地质技术进步起到积极的推动作用。工程地质计算机应用主要包括六大课题:①数值计算;②制图;③数据库;④文档管理;⑤专家系统;⑥网络系统。这六大课题既是多年来本专业计算机应用的实践,也是我们将继续探讨的主要课题,还需要在今后的实践中赋予新的内涵。
4 工程地质专业的任务与责任
工程地质专业的主要任务是:①选址,选择在地质条件上相对最优的工程建筑地区或场地;②评价,阐明工程建筑区或场地的工程地质条件,进行定性和定量的工程地质评价,准确界定工程地质问题;③预测工程建筑物兴建和运用过程中地质条件的可能变化,为研究改善和治理工程地质缺陷的措施提供依据;④调查工程建筑物所需的天然建筑材料等。归纳起来的表述:为工程建设提供基础性和专门性地质资料,为工程选址、建筑物设计以及不良地质条件的工程处理提供技术依据,同时对地质环境的变化作出预测。
为了完成以上任务,需要针对工程建筑物区进行工程地质勘察和工程地质分析,界定和研究主要工程地质问题。工程地质勘察需要勘察目的明确,工程概念清晰,勘察手段多样,勘探精度满足要求。工程地质分析要求方法正确,计算可靠,参数可信,建议措施符合工程实际。工程设计最关心的是建筑物地基的工程地质条件和物理力学性质,因此工程地质工作的最终体现是工程地质定性和定量评价。
工程地质专业只对提交给设计采用的地质资料负责,其物理力学参数也仅仅是建议值,不在建议值范围之内的设计采用值和不适应地质条件的设计方案,地质师不负责。但是,地质师有责任对不符合或不适应地质条件的设计方案提出质疑,对可能存在的工程隐患要与设计师充分交底,对不良工程地质缺陷有责任提出工程处理措施的建议。
一般说来,正规勘测设计院的勘测队伍,已经过几十年工程实践的检验,在正常情况下都可以完成以上任务并尽到地质专业的责任。本文以下章节列出的工程地质工作中存在的若干问题,是归纳了笔者从事工程地质工作十多年来的所见所闻,供地质师们分析问题时参考。
5 工程地质工作存在的问题与对策
5.1 工程地质勘察的质量问题
在工程地质勘察过程中,一般问题较多的是工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;地质报告中基本地质条件不清楚,主要工程地质问题界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性更大。
5.2 相关专业的理解问题
一种情况是地质师对其它专业不理解,这需要加强跨专业的学习。另一类现象是设计施工等相关专业对工程地质的不理解。有的不懂地质却偏要提出一些不切实际的勘探要求,有的工程由设计人员来布置地质勘探工作;有的设计人员对地质专业知其然不知其所以然,自以为是包打天下,不结合地质条件设计不当;也有的是不尊重自然地质规律,野蛮施工,严重破坏地质体的自然结构,造成重大工程事故。所有这些非地质专业的问题,往往在出了问题之后又向地质专业推卸责任,令地质师们不知所云。工程地质界知名专家学者孙广忠教授指出:“实际上,在地质工程实践中脱离地质实际的实例随手可拾,可以说,地质工程施工中出现事故的绝大部分是设计和施工脱离地质实际的结果,或者是对工程地质条件没有搞清楚或认识不清的结果,如果离开了地质基础,则其理论必将脱离地质实际必将作出错误的结论”。
潘家峥院士等前辈专家早已强调过地质学水工,水工学地质。足以可见专业之间的交叉渗透问题,早已被专家们的真知灼见道出了关键,就看我们作何行动。
5.3 勘测周期不合理的问题
从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理。但有些工程没有基础性的前期投入,一旦要报项目,立即就要求提交地质报告;还有些工程是今天提交了可研报告,明天就提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,地质条件不清楚,投资控制不住,施工后修改设计,或由于地质问题造成承包商巨额索赔等等。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大工程事故。
5.4 规程规范的问题
规程规范的问题较多,甚至产生了一些混乱。水利系统与水电系统的勘测设计阶段不一致,规程规范也有区别。历经十多年的编写报批,1999年才颁布的国家标准《水利水电工程地质勘察规范》,在勘测程序和新技术的应用方面都已经明显地落后于时代的发展,一经颁布实施就难以把握。更为令人难以理解的是另一部国标《岩土工程勘察规范》并不完全适合于水利水电工程地质,而建设部的一些工程勘察监督机构则以此为依据对水利水电勘测设计单位实施质量检查,使勘测单位不得不准备满足两种规范的两套地质报告分别对付审查和检查。规程规范的修订和出台周期太长,完全不能满足工程建设的需要。水利与水电分家之后,对于工程地质这个专业来说其工作性质是一样的,但却存在不同的技术标准和勘测程序,这种情况还要继续下去,需要寻求解决或协调方案。
5.5 人才问题
文革十年造成的人才断层已经出现。有丰富工程实践经验的前辈地质师相继离岗,各勘测设计院明显缺地质总工人才,八十年代期间各院比较整齐的地质副院长和院级地质总工,近年来在一些勘测设计院已经相继断档,或后继无人,或后备人才尚不成熟。勘测行业不景气,社会地位和经济地位与工程地质专业不相适应,工作环境、工作条件的局限,人才资源开发机制的问题,择业行为中的浮躁动机等等,都不同程度地影响着优秀地质师的成长。
高质量高水平的工程地质分析成果,出自于高水平高素质的地质师。有人说二、三年就可以培养出地质专家,实属无知。要培养出一个具有工程地质分析能力,能够解决复杂问题的地质师,没有十年以上的功夫,大量的工程实践,自身的敬业精神,理论联系实际,相关学科专业的学习和渗透,是决不可能的。十年树木百年树人,在地质师的培养过程中可以充分体现出来。培养优秀地质师的难度可以说远远超过培养博士、研究员和教授的难度。
社会的发展和日趋激烈的竞争市场,对地质师素质的要求也将越来越高,最好是跨专业的复合型人才。竞争的实质是人才的竞争。勘测队伍要走向市场,必须重视高素质人才的培养,重视人才资源的开发。
5.6 技术管理问题
工程地质勘察质量的控制,技术管理是主要环节之一。近年来一些单位提交的勘测设计报告中的地质章节不是地质师写的,报告的编制人中没有地质专业负责人,或地质报告没有院级地质负责人审查把关,报告和图纸中的错误较多。这种情况给总院增加了审查难度,同时也有损勘测设计单位的质量和水平形象,还会延误工程报批的时机。当然也有上级单位工程审查把关不严,助长了这种技术责任心不强的现象。
5.7 其它问题
前期工作投入不够,有些地方部门长期拖欠勘测经费;体制问题,市场竞争不规范,非水利水电勘测单位从事水利水电勘测工作存在工作方法、技术要求和工程地质评价等方面的差异;勘测工作经费仍然按落后的实物工作量计算,造成多勘探多争钱,地质分析多出力多赔本的事实上的不合理现象,长期以来得不到解决。勘测技术的科技含量低,新技术新方法投入少,不能满足现代工程技术发展的要求。
5.8 今后十年将进入工程事故的高发期
鉴于对以上若干问题的担忧,今后十年有可能是我国水利水电工程事故的又一个高发期,这一悲观性预测有些危言耸听,但愿不要成为被不幸言中的事实。
5.9 解决问题的对策
解决问题首先要分清责任。规程规范和部分技术管理方面的问题应该由总院负责;勘测周期不合理,前期工作投入不够等问题应该是地方部门或者计划部门负责;质量、人才、相关专业的协调等问题自然应该由勘测设计单位负责;其它问题大家都有责任,但主要还是取决于大环境。
责任分清楚了,落实到要有人来抓,所有问题虽然我们不敢说都能很好地得到全面解决,但至少可以前进一大步。最可怕的是大家都在畅谈必要性重要性,结果都是纸上谈兵,没有实际行动。笔者在这里也就是夸夸其谈而已,不可能提出可以操作的具体解决方案,这种方案也不该我们提,该谁提?当然应该是谁负责抓,谁就提方案追落实精指挥勤检查,最终归结到谁领导的关键问题上。到此为此,我们的对策就算出台了。
其实,我们这里列出来的众多实际问题,本质上和深层次的是体制和机制问题,需要通过改革才能从根本上解决。随着勘测设计市场化进程的加快,新技术与旧管理的冲突,老观念与新思想的交锋,既是矛盾又是改革的动力,这是不难理解的。
6 工程地质要抓住机遇迎接挑战
汪恕诚部长曾经讲话强调:“不能老修改设计,因为搞招投标尤其是国际合同,修改设计就意味着被索赔”。少修改或不修改设计,是对工程地质提出的更高要求。基本地质资料不准,修改设计就是必须的。高标准严要求就是挑战和机遇。
人类社会的进步与发展,实际上又是一部人与自然相互协调和相互影响的壮丽史诗。以前我们把人与自然的关系当成是与天斗与地斗的斗争关系,实践证明,人与大自然斗争的结果,虽然取得了一些局部性的小胜利,而大自然反过来对人类的惩罚却是灾难性的。人类的每一次产业革命,无不与工程建设有直接关系,与地质环境有直接或间接关系。建国以来,我国的基本建设此起彼伏,水利水电工程建设从无到有,新一轮的建设高潮正在兴起。在多专业组成的基建队伍这个庞大乐团中,地质师要起到指挥和首席演奏家的作用,甚至还要担负起独奏华彩乐章的作用。
尽管工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质工作也存在着这样那样的问题和难题,然而这更是机遇。抓住机遇迎接挑战,顺应自然,保护环境,防止灾害,造福人类,是工程地质学家和地质师的艰巨任务和不可推卸的责任。主要参考
Ⅱ 常见的工程地质问题和对工程危害程度的评述
一、常见的工程地质问题
深圳地区常见的工程地质问题有软土地基不均匀沉降,岩溶地面塌陷,砂页岩互层软弱地层的崩塌、滑坡和对工程桩的影响,中生代晚期花岗岩中北西向断裂对工程桩的影响,北东向断裂对工程的影响。
二、对工程危害程度的评述
(一)软土地基不均匀沉降对工程的影响
深圳湾沿岸、珠江口东岸的沙井-妈湾、盐田港区、坝光西岸等地广泛分布着浅海相或海-陆交互相淤泥、淤泥质黏性土、泥炭、泥炭质土等,一般厚度为5~10m,部分为10~16m,最厚达22 m,加上填海造地时填土为5~10m,总厚度为15~25m。软土的特点是含水量高,压缩性高、强度低、透水性差,具有流变性和不均匀性,其工程特性远不能满足建筑物的变形和承载力及地面使用要求,必须进行加固处理。深圳地区近十多年来进行了皇岗口岸、福田保税区、深港西部通道口岸、后海填海区、滨海大道及其北部填海区、前海湾填海区、铜鼓航道填海区、深圳国际机场、盐田港填海区、坝光化工基地等大面积的填海造地,已经或将要填海总面积60km2以上,必须对厚5~22m的淤泥或淤泥质土进行加固处理,否则将会出现地基沉降或不均匀沉降,总变形量达软土总厚度的20%~30%。目前填海造陆普遍采用的方法是先抛石挤淤或爆破挤淤形成海堤或隔堤,然后抽排海水,晾晒淤泥、铺砂垫层、插塑料排水板,堆载预压或强夯加固等方法处理。
工程实例一福田保税区的赛意法(超大)厂区软土地基不均匀沉降对工程的影响
该厂位于福田保税区西部,地貌单元为海积平原,软土厚度10~15m。在进行保税区大面积软基处理时,未对该厂区的软基进行插塑料排水板,堆载预压或强夯加固处理,直接进行桩基础和上部建筑物施工,建筑物竣工后出现室内外地面不均匀沉降,造成室内隔墙严重变形开裂、设备倾斜下陷、室外道路严重下沉,管线变形断裂,无法按期交付使用。经国内外岩土专家论证分析,认为是因桩间软土未进行加固处理引起地面不均匀沉降。
工程实例二益田中学软土地基不均匀沉降对工程的影响
益田中学位于益田村东侧,地貌单元为海积平原、软土厚度5~10m。设计建筑地面采用搅拌桩处理,设计桩长均为14m,上部建筑基础采用桩基础,以残积土中下部或强风化岩为持力层。建筑物竣工后,在使用的初期,礼堂、部分教室及连廊地面出现不均匀下沉、倾斜、开裂,无法按期提供使用。经检测,部分搅拌桩未穿过淤泥层,桩底残留淤泥1~3m,因淤泥的沉降变形引发部分地面下沉。
(二)岩溶及岩溶地面塌陷对工程的影响
深圳市龙岗区的横岗、龙岗、坪地、坪山、坑梓、葵涌等地面覆盖层下,广泛分布有石炭系下统石磴子组灰岩、白云质灰岩、大理岩,多为厚层状、质纯。分布面积100km2以上。可分为覆盖型和埋藏型两种,覆盖型岩溶分布于横岗-龙岗-坪地河谷平原,碧岭-坪山-坑梓河谷平原和葵涌盆地中,覆盖层厚度一般10~25m,部分5~10m,覆盖层上部为第四系冲洪积粉质黏土,厚度8~20m,下部为含卵石砾砂,厚度1.0~5.0m。埋藏型岩溶分布于上述河谷平原的两侧及葵涌盆地周边,埋藏于石炭系下统测水组砂页岩的下部,多呈假整合接触,即石磴子组海相灰岩形成后,地壳上升,灰岩露出地表,接受风化剥蚀,地表水的冲刷溶蚀,形成溶沟、溶槽、石芽、石笋和石柱等岩溶地貌,并在沟槽中堆积了坡积物。地壳又缓慢下降形成浅海,接受浅海相砂泥质沉积,形成测水组砂岩、页岩、炭质页岩、泥岩等互层。埋藏深度一般大于30 m。据大量工程场地岩土工程勘察资料,钻孔见溶洞率为40%~80%,溶洞高度一般为0.5~3.0m,个别大于20m,可分为3~5层,上部溶洞大多为开口型,多被冲洪积或坡洪积含碎石粉质黏土全充填,分析可能属溶沟或溶槽堆积。下部溶洞较小,多为闭合型,半充填,深部溶洞为无充填。沿断裂带溶洞更为发育,溶洞和溶蚀裂隙中含丰富的岩溶裂隙水,且一般连通性好,与地表水联系密切。据志联佳、龙跃大夏场地群孔抽水试验,水位降深1.58~11.90m时,单井涌水量173.15~4968.00m3/d,渗透系数28.3~83.1m/d。
强岩溶发育区因地下岩溶和土层内土洞的不断发育和抽取地下水,引发地面塌陷。从1990年起该区发生多起地面塌陷灾害。例如:1990年冬在坑梓镇深汕公路两侧约10km范围陆续发生10余处大小不一的突发性地面塌坑;人民大道塌陷约10m2,深5m,造成一辆正在行驶的汽车掉入坑内;田心村在建的四层民居的中心柱下突然塌陷,陷坑面积30 m 2,深度4 m。1992年3月4日晚,龙岗镇巫屋村商业一条街刚封顶不到一个月的一栋三层楼的一角墙基突然塌陷,陷坑直径3 m,1994年6月龙岗镇盛平村一栋施工到三层的宿舍楼,突然倒塌,造成数十人伤亡。
上述强岩溶发育区为建设用地适宜性差区,被判定为不适宜建高层、超高层建筑区,如要兴建高层建筑则地基处理难度大,处理费用相当高。
工程实例一 龙岗中心城志联佳大厦岩溶塌陷对工程的影响
志联佳大厦原设计地上27层,地下2层,采用挖孔桩基础,先挖两层地下室基坑,再进行挖孔桩施工,基坑挖至冲洪积含卵石砾砂层时涌水量并不大,可用明沟及集水井和常用水泵排除。当各挖孔桩至灰岩顶板时则涌水,水头高约4m,一般涌水量5~20m3/h,最大50m3/h,整个基坑总涌水量大于3000 m 3/d,基坑很快被水淹,深约4 m。后采用封闭式降水井方案,在基坑周边布置18口大口径降水井,19个观测井,先进行试验性抽水试验,最大水位降深7.5m,观测井水位降低1.58~4.96m,平均3.72m,涌水量4968.0m3/d,降落漏斗半径约40m。然后选5口降水井,采用大排量水泵同时抽水,21个观测井,水位降低5.9~11.9m,平均8.28m,观测井水位降低1.71~7.58m,平均5.95m,总涌水量10841m3/d,平均单井涌水量2168.26m3/d,降落漏斗半径50m。数天后,基坑底及降水井周围出现5处地面塌陷,塌陷面积0.84~14.8m2,体积0.72~36.0m3。为了将地下水位降下去,满足挖孔桩施工要求,持续降水近一个月,每天排水量保持在11000m 3/d左右,后来引发场地南部800m处的西瓜铺村中道路突然塌陷,直径约15m,深度大于3m,四周30~40m范围内的房屋出现不同程度裂缝和倾斜。在村民集体向龙岗区政府强烈要求下,区建设局下令志联佳大厦停止降水。就此宣告志联佳大厦人工挖孔桩失败,直接经济损失400多万元人民币,间接经济损失难于估量,延误工期1年多。此后龙岗区政府一直未批准过在龙岗中心区(强岩溶发育区)超过20层的建筑物。
工程实例二 深圳市东部供水地下干线横岗西坑段地面塌陷对工程的影响
深圳市东部供水网格干线工程用于统筹解决深圳市的缺水问题,是深圳市城市供水系统的重要组成部分。取水点设在东江的惠州市东部水口镇,经惠阳县的马安、永湖、秋长、至龙岗区坑梓,引入松子坑水库。干线起点在松子坑水库11号坝下部,终点为南山区的西丽水库和宝安区的铁岗水库。输水建筑以隧洞为主,全线采用重力流输水方式。一号隧洞从碧岭谷地南缘汤坑村附近进洞,在深圳水库沙湾大望桥北侧出洞,全长17958m。隧洞断面净宽4.2m,净高5.3m。隧洞穿越横岗镇西坑村北侧,该段地面标高82.0m,设计隧洞底板标高40.2m,埋深42.0m。隧洞顶部地层自上而下为第四系全新统冲洪积砂卵石层,厚度1.3~11.2m;上更新统冲洪积含砾粉质黏土,厚度2.9~23.8m;石炭系下统测水组绢云母片岩、泥质粉砂岩风化残积土;石炭系下统石磴子组大理岩化灰岩或大理岩,西坑段隧洞位于灰岩部位。一号隧洞由东向西掘进至西坑村东北部F38断裂破碎带时(2000年5月3日)洞内突然涌水,涌水量约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干枯,大面积地面下沉开裂,民居墙壁倾斜开裂,一处民居突然倒塌,地面塌陷、陷坑直径大于4m,深度不详,总变形面积约7.3×104m2,地面普遍下沉2~5cm。塌陷出现在晚上,“轰”的一声巨响,振动新老屋村几平方公里范围,当地居民以为是发生地震。村、镇领导立即将老屋村村民紧急疏散,撤离到高处空旷地带,涌水事件震动了省、市政府各部门及大、小报媒体。市领导责令市水务局邀请在深圳的地质专家,研讨涌水原因和处理方法。并请深圳市勘察研究院对西坑盆地隧道段和老屋村受影响范围进行详勘,布置钻孔46个,群孔抽水试验2组,隧道段钻孔结合跨孔CT进行探测。请深圳市地质建设工程公司进行地表地质测绘和地面物探。总勘察费用80多万元人民币,隧洞停止施工长达半年以上,后采用径向全断面小导管超前注浆加固的堵水方法,逐段掘进,获得成功。直接经济损失近千万元人民币,延误工期近一年。
(三)软弱地层的崩塌、滑坡对工程的影响
深圳市龙岗区的横岗、平湖、龙岗、坪地、坪山、坑梓及葵涌镇等广泛分布的石炭系下统测水组泥质粉砂岩、石英砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。地貌单元一般为低丘陵或残丘谷地。当道路建设和开发建设用地的削坡坡度大于30°时则极容易出现崩塌或滑坡,多为顺层(顺层面或裂隙面)崩塌或滑坡,支护治理很困难,工程费用高,且难于根治,在台风暴雨季节极易复发。
工程实例 深圳市龙岗区坑梓街道北通道市政工程的主道和匝道路堑边坡,分东西两侧边坡,坡长180m,坡高12~42m,分3~5级,每级高约8m,坡角45°~60°。除坡顶有薄层坡残积土层外,均为强-中风化泥质粉砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。在道路建设中已采用浆砌石格构梁+植草进行支护。在交付使用前又出现多处崩塌及滑坡(图2-2-17至图2-2-20)。崩塌及滑坡长15~24m,高10~15m,厚2~3m,总体积300~500m3,多为顺层或顺裂隙面滑动或崩塌。
图2-2-17 北通道匝道区东侧边坡崩塌
图2-2-18 北通道匝道区西侧边坡崩塌
图2-2-19 北通道匝道区东侧边坡顺节理面崩塌
图2-2-20 北通道主道路堑北段沿炭质岩崩塌
(四)石炭系下统测水组砂页岩对工程桩的影响
深圳市龙岗区大面积分布石炭系下统测水组石英砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩和炭质页岩互层。因各种岩性的矿物成分不同,其风化程度相差悬殊。石英砂岩难于风化,一般呈中风化状态,泥质粉砂岩呈强风化状态;泥岩、页岩、炭质页岩容易风化,多呈泥状、土状软弱夹层,相互组成软硬互层。软岩风化深度大,深达百米,硬夹层难于风化,呈中等风化夹层。有的场地地表就见到中风化石英砂岩,但钻穿后数米,甚至上百米见不到中风化地层,造成一栋建筑物的桩长相差很大,甚至找不到稳定的中风化地层。
工程实例 深圳市龙岗区欧景花园三期10、11号楼石炭系下统测水组砂页岩对工程桩的影响
欧景花园三期10、11号楼位于龙岗区中心城,龙岗区人民医院与妇幼保健院之间,建筑物高度为地上17~28层,地下3层的商住楼。场地原始地貌为残丘坡地。地层岩性:①第四系残积粉质黏土,层厚3.05~36.00m,由炭质粉砂岩、页岩风化残积而成,普遍夹强—中风化石英砂岩;②石炭系下统测水组炭质粉砂岩、页岩全风化带,厚度4.00~15.70m,夹较多强—中风化石英砂岩薄层;③强风化炭质粉砂岩、页岩,厚度3.20~36.00m,夹中风化石英砂岩;④中风化炭质粉砂岩,厚度2.30~20.10m,层顶埋深0.00~39.00m;⑤微风化炭质粉砂岩,揭露厚度1.74~13.30m,顶板埋深3.20~40.80m;⑥石炭系下统石磴子组灰岩,层顶埋深14.00~55.00m。场地处于构造小背斜的轴部,背斜轴为北东向。场地属埋藏型岩溶区,其轴部埋藏浅,场地东西两侧(两翼)埋藏深,由轴部向两翼逐渐加深,深达55.00m以下。两翼岩层倾角约75°,且地层挠曲现象明显。灰岩中岩溶发育,其中有13个钻孔见溶洞,洞高0.60~5.40m,大部分为无充填溶洞。
该工程采用冲孔桩基础,以微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩作持力层,施工前进行了施工勘察,基本上采用一桩一孔,复杂部位为一桩2~3个超前钻孔。发现同一根桩各超前孔见微风化灰岩顶板埋深一般相差1~3m,多者相差5.0~7.2m;见微风化炭质粉砂岩顶板埋深相差12.6~13.4m。说明同一根桩的微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩顶板埋深相差悬殊,起伏变化很大,极难将桩端嵌入稳定完整的微风化基岩中。各桩在终桩时均检验岩样后才下钢筋和浇灌混凝土。达到规范规定的龄期后才进行钻心法抽心检测,检查结果发现桩身混凝土质量完好,但有40多根桩的桩底持力层没有达到设计持力层(微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩)要求,甚至部分桩底基岩仍为强风化或全风化炭质粉砂岩。后采用补桩处理,基本上是一根不合格桩补二根桩,增加基础费用200多万元人民币。综上所述,证实在石炭系下统测水组砂页岩分布区不适宜采用端承桩和以微风化砂岩夹层为持力层,宜采用摩擦桩或摩擦端承桩,应尽量采用天然地基基础或复合地基,以避开下伏灰岩强岩溶发育带对基础的影响。
(五)中生代晚期花岗岩中的北西向断裂对工程桩的影响
中生代晚期花岗岩中的北西向断裂一般规模较小,且多被第四系掩盖,地表很难见到露头,但对山间溪谷有较明显的控制作用。断裂走向多为北西30°~50°,大部分倾向北东,个别倾向南西,倾角60°~75°。该组断裂形成于晚中生世以后和喜马拉雅期,几乎切截了北东向和东西向断裂,水平断距一般50~200m,多属张扭性断裂,构造岩为压碎岩、碎裂岩、角砾岩夹薄层糜棱岩,视厚度10~35m,为富水断裂。构造岩风化强烈,上部为土状,中部为砂砾状,下部为碎石状。断裂破碎带部位中、微风化岩埋深比断裂两侧正常基岩埋深大10~35m,对高层建筑工程桩持力层选取造成很大困难,且施工难度大,造价高。
工程实例一 深圳市国通大厦(原名无线大厦)北西向断裂对工程桩的影响
国通大厦位于深圳市福田区滨河大道与新洲二路交汇处的西南侧。设计建筑为四足鼎立的单体塔楼,主塔楼43层(其中地下3层),正方形、边长45m×45m,框架结构,基础砌置深度10m,单位荷重7500kN,属一级建筑物,对差异沉降敏感;副楼9层,矩形,框架结构,基础砌置深度5m,单位荷重180kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高7.10~10.10m,下伏基岩为中生代晚期粗粒花岗岩。据详勘资料,主楼微风化花岗岩顶板埋深大部分地段为32.5~46.9m,标高-22.17~-38.3m。主楼的西南角见北西向断裂破碎带,断裂倾向南西,倾角约65°,构造岩为压碎岩,角砾岩夹薄层糜棱岩,厚度11.0~17.3m,铅直厚度24.3~38.2m,构造岩中可见绿泥石化和挤压现象,构造岩自上而下可分为土状、砾状和块状。主楼基础设计为人工挖孔桩,90%桩端以微风化岩作持力层,有效桩长23.0~36.5m,西南角位于断裂破碎带之上,完整基岩埋深81.0m,地下室底板以下埋深为71.0m,无法采用人工挖孔桩。经勘察、设计单位论证,借鉴已建成高层建筑在构造岩中的成桩处理经验,将西南角的桩端置于砾状构造岩之上,桩长40.0~45.0m,砾状构造岩的桩端承载力标准值取3700kPa。主楼西南角可节约桩长25~30 m,节约基础投资数百万元人民币。建筑物早已建成,安全使用近10年,主楼四角沉降量12.0~15.0mm,相差3.0mm,核心筒沉降量13.8~19.7mm,相差5.9mm,绝对沉降量及沉降差均满足规范要求。
工程实例二 深圳市福田区赛格群星广场北西向断裂对工程桩的影响
赛格群星广场位于深圳市华强北商业街北部,华强北路与红荔路交汇处的东南侧,建筑物由一栋40层写字楼及两栋32层商住楼组成,裙楼4层,局部8层,设3层地下室,基础埋深14.5m,建筑结构采用框剪-核心筒结构。建筑结构荷载大且差异大,单柱单桩荷载10000~152500 kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高13.1~14.5m,下伏基岩为中生代晚期粗粒花岗岩、微风化基岩顶板埋深一般为27.5~38.8m,标高-14.0~-34.8m。写字楼西侧受北西向断裂影响,微风化基岩顶板埋深50.8~60.5m,标高-36.9~-46.6m,微风化基岩面与一般地段微风化基岩面相差22.9~11.8m,构造岩厚度10.0~14.2m。设计采用人工挖孔桩基础,一般桩端以微风化岩作持力层,写字楼西侧桩端以砾状构造岩带作持力层,取桩端承载力标准值3500kPa,经设计计算可满足单桩承载力及布桩要求,缩短了桩长,节约了基础投资400万元人民币。建筑物已建成使用7年,沉降量20~32mm,建筑物东西端沉降差6mm,绝对沉降量及沉降量差均满足规范要求。
Ⅲ 工程地质学的特点是什么有哪些具体的学习要求
工程地质学是研究与人类工程建筑等活动有关的地质问题的学科。地质学的一个分支。工程地质学的研究目的在于查明建设地区或建筑场地的工程地质条件,分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题及其对建筑物和地质环境的影响和危害,提出防治不良地质现象的措施,为保证工程建设的合理规划以及建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用,提供可靠的地质科学依据。研究方法包括地质学方法、实验和测试方法、计算方法和模拟方法。地质学方法,即自然历史分析法,是运用地质学理论查明工程地质条件和地质现象的空间分布,分析研究其产生过程和发展趋势,进行定性的判断,它是工程地质研究的基本方法,也是其他研究方法的基础。实验和测试方法,包括为测定岩、土体特性参数的实验、对地应力的量级和方向的测试以及对地质作用随时间延续而发展的监测。计算方法,包括应用统计数学方法对测试数据进行统计分析,利用理论或经验公式对已测得的有关数据,进行计算,以定量地评价工程地质问题。模拟方法,可分为物理模拟(也称工程地质力学模拟)和数值模拟,它们是在通过地质研究深入认识地质原型,查明各种边界条件,以及通过实验研究获得有关参数的基础上,结合建筑物的实际作用,正确地抽象出工程地质模型,利用相似材料或各种数学方法,再现和预测地质作用的发生和发展过程。电子计算机在工程地质学领域中的应用,不仅使过去难以完成的复杂计算成为可能,而且能够对数据资料自动存储、检索和处理,甚至能够将专家们的智慧存储在计算机中,以备咨询和处理疑难问题,即所谓的工程地质专家系统(见数学地质)。
Ⅳ 工程地质学与地质学的关系是什么
一、专业不同
1、地质学是一门探讨地球如何演化的自然哲学。地质学专业培养具备地质学基本理论、基本知识、基本技能和相关学科基础知识,具有较好的科学素养及初步的研究、教学和管理能力。
能在科研机构、学校从事地质科学研究或教学工作,在地矿、冶金、建材、石油、煤炭、材料、环境、基础工程、旅游开发从事技术开发与技术管理工作以及在行政部门从事管理工作的高级专门人才。
2、地质工程专业是研究人类工程活动与地质环境之间相互制约关系,主要研究如何获取地质环境条件,并分析研究人类工程活动与地质环境相互制约形式。
进而研究认识、评价、改造和保护地质环境的一门科学,是地质学的一个分支,是地质学与工程学相互渗透、交叉的边缘学科。
二、主修课程不同
1、地质学专业
地质学、结晶矿物学、古生物学、地史学、岩石学、构造地质学、矿床学、地球物理及勘探方法、地球化学、遥感技术等。
2、地质工程专业
《高等数学》、《大学外语》、《大学物理》、《大学化学》、《工程制图》、《大学计算机信息技术》、《程序设计语言》、《概率论与数理统计》、《普通地质学》、《矿物岩石学》、《水文地质学基础》、《地质工程设计》、《基础工程》等。
三、就业方向不同
1、地质学专业
地质学专业的学生毕业后不仅可在高等院校从事地质科学的教学工作,也可以向国家资源能源勘探、开发与环保、城市建设、城市交通、港口、水利水电建设、国防和地质灾害监测与防治等机构从事研究工作。
2、地质工程专业
毕业后可在国土资源、工矿企业、工程设计院、资源勘查与评价,环境评价,城市与环境水文地质,工程勘察、设计和施工、生产管理等方面的开发、科研与管理工作。
Ⅳ 工程地质评价
1、工程场地的稳定性与适宜性;
2、工程地质、水文地质条件;
3、预测工程对既有建筑的影响,工程建设产生的地质环境变化,以及地质环境变化对工程的影响;
4、提出各类建筑物工程措施建议意见;
5、预测施工、运营过程中可能出现的工程地质问题,并提出相应的防治措施和合理的施工方法。
Ⅵ 地质工程和工程地质的区别
1、概念不同
工程地质学是一门应用地质学的原理为工程应用服务的学科。
地质工版程权利用工程手段来解决问题的科学。
2、研究方向不同
地质工程的目的在于研究地质问题。
工程地质主要研究内容涉及地质灾害,岩石与第四纪沉积物,岩体稳定性,地震等。
3、侧重点不同
地质工程侧重于对地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;工程地质学则是应用地质学的基本原理为工程建设服务的应用学科。
4、目的不同
它以现代钻、掘工程技术、现代测试和计算机技术为手段,以工程涉及的地质体及工程所在的地质环境为研究对象,服务于矿产资源勘查与开发,土木、水利工程的规划、设计、施工,水文工程、环境地质的评价、监测与保护,地质灾害预测与防治和地下深部探测等领域。
工程地质的目的是为了查明各类工程场区的地质条件,对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价,分析、预测在工程建筑作用下,地质条件可能出现的变化和作用,选择最优场地,并提出解决不良地质问题的工程措施,为保证工程的合理设计、顺利施工及正常使用提供可靠的科学依据。
Ⅶ 工程地质学基础有哪些
业务培养目标:本专业培养具备基础地质学、地球物理学、地球化学、水文地质学、工程地质学、地质工程等方面的基本理论知识,具有从事资源地质勘查的初步能力和解决常见地质工程问题的基本能力,能在资源勘查、工程勘察、设计、施工、管理等领域从事资源勘查与评价、管理、各类工程建设地质等方面工作的高级工程技术人才。
业务培养要求:本专业学生在学习数学、物理、化学、外语、计算机的墓础上,主要学习基础地质、矿产地质,水文地质、工程地质、应用地球物理、应用地球化学、地质工程的基本理论和基本知识,受到工程师的基本训练,掌握运用现代地质学理论和先进科技手段,进行资源地质工作及解决与各类工程建设有关的地质工程问题的基本能力,并具有合理利用与保护自然地质环境的初步能力。本专业在培养方向上可以在矿产资源勘查、矿产资源评价与管理、勘察技术与工程等方面有所侧重。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
1.掌握地质资源与地质工程学科的基本理论和基本知识;
2.掌握区域地质调查、矿产资源普查勘探的基本方法,初步掌握工程勘察、地球物理勘探、地球化学勘探的常用技术和测试方法,掌握常见地质工程问题的分析方法;
3.具有对区域地质、矿床地质、成矿地质条件、矿产分布规律等进行综合分析及矿产资源评价、管理的初步能力;具有钻探工程、地球物理勘探、地球化学勘探等现代勘探方法的选择、设计、施工、数据处理以及成果地质解释和运用的初步能力,具有解决工程建设中各种地质问题的初步能力,具有对环境地质作出评价和规划的初步能力;
4.熟悉地质资源、环境、工程建设等方面的方针、政策和法规;
5.了解地质资源与地质工程的理论前沿及技术发展动态;
6.掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有初步的科学研究能力和一定的实际工作能力。
主干学科:地质资源与地质工程。
主要课程:基础地质学、矿产地质学、水文地质学、工程地质学、地球物理勘探、地球化学勘探、钻掘工程学、基础工程施工、环境地质学、地质工程等。
主要实践性教学环节:包括认识实习、地质填图实习、课程设计、生产实习、毕业实习和毕业设汁,一般安排34周。
主要专业实验:矿物、岩石、化石鉴定实验、岩士测试实验、钻探实验、物探实验、水文地质实验等。
修业年限:四年。
授予学位:工学学士。
相近专业:资源勘查工程、勘察技术与工程。
Ⅷ 区域环境工程地质评价
4.3.1区域稳定性分析
黄河三角洲是在基底构造甚为破碎、济阳凹陷的一个次级负向构造单元上发育形成的。由于区内东北部位于北西向的燕山——渤海地震带及北东向的沂沫断裂地震带的交汇部位,因而与新构造运动有关的构造地震异常活跃。据山东省地震局1985年10月布设的东营—垦利、陈家庄—河口的现代形变及牛庄—新刁口的两次a径迹测量结果,埕子口断裂、孤北断裂、陈南断裂、胜北断裂和东营断裂的现代活动都有显示,说明区内的区域稳定性较差。区内新生代以来的断裂活动表现为具有继承性脉动活动的特点。尤其是5号桩,桩西至海港一带位于上述两条活动断裂地震带的交汇复合部位,新生代以来断陷幅度最大,历史上曾发生过3次7~7.5级地震,区域稳定性差。根据以上的地震预测,影响烈度一般都在Ⅶ度以上,5号桩一带为Ⅷ度。根据我国建筑规范规定,一切建筑物都应设防加固,以保安全。
区内饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件。在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。
由于黄河三角洲地质体物质组成主要是粉砂,且孔隙度较高,加之形成期堆积速率快,造成地质体中含水量高。随着时间推移,在上覆沉积物挤压下,孔隙中水逐渐被挤压,造成地质体压缩,导致地面下沉。根据1988年在黄河海港地区实测,该地区压实下沉速率可达6cm/a,因此由于地面下沉所引起的海面相对上升则更加剧了海岸侵蚀。
另外,近几十年来的人为活动加剧了本区地面沉降的发展,如:建筑地基承载力不足引起的土体压缩,地下水、石油、卤水的开采所引起的含水层、储油层压缩等。
由此可见,黄河三角洲地区环境工程地质问题颇多,本节将对直接影响东营市经济发展和规划的地表下25m土体工程地质类型及其物理力学性质、工程地质性质的区域性变化等进行深入研究。
4.3.2土体的工程地质分类及工程地质特征
区内小清河以北为黄河三角洲平原,小清河以南多为山前冲洪积平原,基岩埋深在数百米以下,表层均为第四系松散沉积物,鉴于一般工业与民用建筑物地基持力层一般均在15m以上,一般中高层建筑物持力层一般在25m以上的特点,下面仅以0~25m的土体为对象,进行分析和研究(图4-6)。
图4-6地表土体类型示意图
1.土体的岩性与结构特征
(1)土体岩性分类
区内0~25m深度内的地层多为第四系全新统地层,其沉积环境受黄河和海洋交互或共同影响,形成了以细颗粒为主的地层。所表现出的岩性以粉土最为广泛,其次为粉质粘土、粉砂、粘土,局部有细砂,其主要岩性特征见表4-6。
表4-6黄河三角洲0~25m地层岩性分类及主要特征表
(2)土体结构特点
区内土体结构无单层结构,多为多层结构,(多层结构是指一定深度内由3层或3层以上的地层构成),这也是区内的沉积环境所决定的,该区濒临渤海,是河流的最下游段,河道游荡较频繁,古地貌特点反复变化,携带泥、砂的水动力特点也随之变化,因此,区内一般无巨厚的单层岩性沉积。
2.土体工程地质特征
(1)山前冲洪积平原区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、洪积(
(2)古黄河三角洲区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、海积、湖沼相沉积(
(3)现代黄河三角洲平原区土体工程地质特征
该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积海积物(
3.地表下0~25m土体物理力学指标的变化规律
(1)古黄河三角洲区的物理力学性质总体上好于现代黄河三角洲,这正是由于现代黄河三角洲的成陆时间晚于古黄河三角洲,其自重固结的程度差于前者。
(2)无论是古黄河三角洲区还是现代黄河三角洲区各类岩性土层的物理力学指标显示出一个较明显的规律,即从地表向下随深度的增加土层的物理力学指标以较好—较差—好发生变化。一般较差的深度段在5~10m和10~15m。这一变化规律也与区内的沉积环境相吻合,力学指标较差的深度段为1855年黄河改道以前沉积的冲湖积、冲海积相为主的地层。
4.3.3天然地基承载力、饱和砂土液化及软土与盐渍土
1.天然地基承载力
黄河三角洲地区基土承载力在不同位置、不同层位均有较大变化,从小于80kPa到大于300kPa。天然地基承载力指自地表算起的第一层或第二层基土(当第一层厚度小于3m,且第二层基土承载力高于第一层时,取第二层承载力数据)的承载力。区内天然地基承载力可分为4个等级(表4-7),其分布与变化规律与地貌单元有较密切的相关关系(图4-7)。
(1)承载力低区(fk<80kPa)的分布
① 呈条带状分布于现代黄河三角洲工程地质区内。如利津县虎滩乡西南—河口区义和镇南部、河口东南孤河水库—渤海农场总场北以及现代黄河入海口北侧等地,以上各地带多为1855年以后成陆,且位于滨海低地或洼地内,排水条件差,自重固结程度低。
表4-7天然地基承载力分区特征表
② 呈小片状分布于古黄河三角洲平原区。如东营区胜利乡南部,利津县王庄乡南部等。
(2)承载力较低区(80≤fk<100kPa)的分布
① 沿海岸线分布,宽度不一。
② 沿黄河泛流主流带边缘、前缘和洼地展布。如利津县大赵乡—虎滩—罗镇—河口区一带、集贤乡—渤海农场总场、孤北水库北部、利津前刘乡—东营区西城,以及东营区龙居乡—西范乡一带。
(3)承载力中等区(100≤fk<120kPa)的分布
① 分布于决口扇的顶部及缓平坡地区。如利津县南宋—北宋—明集,东营区龙居乡—油郭乡—六户镇—广饶县丁庄乡以及胜坨乡—高盖乡等地。
② 分布于现代黄河三角洲顶点附近。如宁海乡—汀河乡、宁海乡—傅窝乡一带。
③ 分布于现代黄河三角洲北部、东部。如河口区新户—刁口乡、孤东水库—五号桩、垦利县建林乡—孤东水库、建林—西宋乡。
(4)承载力较高区(fk>120kPa)的分布
① 分布于古黄河三角洲的南部。如牛庄—陈官—小清河一带。
② 分布于小清河以南的山前冲洪积平原区。
③ 零星分布于近代黄河三角洲平原区的地势较高处。
2.饱和砂土液化
砂土液化是指处于地下水位以下松散的饱和砂土,受到震动时有变得更紧密的趋势。但饱和砂土的孔隙全部为水充填,因此,这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力骤然上升,而在地震过程的短暂时间内,骤然上升的孔隙水压力来不及消散,这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力(有效压力)减少,当有效压力完全消失时,砂层会完全丧失抗剪强度和承载能力,变得像液体一样的状态,即通常所说有砂土液化现象。
区内的饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件,在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。
液化判别就是根据土的物理力学性质及其他工程地质条件,对土层在地震过程中发生液化的可能性的判别。国家标准《建筑基础抗震设计规范》(GBJ11-89)中规定了饱和砂土、饱和粉土的液化判别方法,在对区内饱和砂土、饱和粉土的液化判别时,即依照了前述规范提供的方法,在液化势宏观判定的基础上,采用了原位测试资料——标准贯入试验进行了液化临界值和液化指数的计算。根据液化指数对地基液化等级的划分见表4-8。区内液化砂土的分布规律见图4-8。
(1)严重液化区
① 分布于现代黄河三角洲顶点,向北向东呈扇形展布的黄河泛流主流带的中上游部位,主要在陈庄镇—六合乡、虎滩乡—义和镇一带。
图4-7天然地基承载力分区示意图
表4-8地基液化等级表
② 零星分布于废弃河道带和决口扇,如下述地带:东营区永安乡—广北水库一线,呈条带状分布,为废弃河道带;利津县店子乡—前刘乡,呈片状分布,为决口扇的中部;东营区史口乡附近、东营区六户镇西侧、河口区新户乡东北等地。
该区内的饱和粉土、饱和粉砂颗粒均匀,粘粒含量低,沉积厚度较大,形成年代新,固结程度差,因此是最易发生液化的地区。
(2)中等液化区
① 分布于较大的决口扇及决口扇前缘坡地地带,利津县城东—明集乡—大赵乡、东营区胜利乡—董集乡—油郭乡一带。
② 分布于黄河泛流主流带或其边缘地带。宁海乡—垦利县城;陈庄镇—傅窝乡;渤海农场总场东—建林乡—新安乡;义和水库南—河口区。
③ 在滨海低地带内有零星片状分布,五号桩及以东地区;刁口码头东北—孤北水库北部;新户乡以西及以北的近海地带。该区一般位于严重液化区的外围及决口扇顶部位或零星分布于小规模的黄河主流带,饱和粉土、粉砂的粘粒含量较低,固结程度较差,因此是较易发生液化的地区。
(3)轻微液化区
① 分布于古黄河三角洲泛滥平原及决口扇边缘,如下述地带:利津县南宋乡—北宋乡;东营区龙居乡—广饶县陈官乡—丁庄乡。
② 分布于现代黄河三角洲的非黄河泛流主流带区,如下述地带:利津县王庄乡—垦利县胜坨乡;利津县集贤乡—垦利县城东部;河口区太平乡—义和水库。
该区粉土、粉砂的沉积厚度较小,粘粒含量较高,因此液化程度较轻。
(4)非液化区
① 分布于工作区小清河以南的山前冲洪积平原,该区地下水位埋藏深,水位以下的饱和粉土,粉砂密实程度较好,因此不易液化。
② 分布于沿海地带的滨海低地,该区除河口相沉积外,地层粘粒含量较高或以粘性土为主,因此不易液化。
3.软土与盐渍土
(1)软土
软土一般是指天然含水量高、压缩性大、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。黄河三角洲地区地处渤海之滨,具有软土的沉积环境,钻探资料亦证明,区内呈片状分布着软土。
① 软土的划分标准
本次划分软土时采用如下方法:当满足下列条件之一时,并且厚度大于0.50m,将其确定为软土:承载力标准值fk<80kPa;标贯锤击数N63.5≤2;静力触探锥头阻力qc<0.5MPa;流塑状态。
② 软土的空间分布
软土主要分布于区内的东北部滨海地带、河口—刁口码头一带。利津县罗镇—黄河故道西、垦利县下镇乡东部,另外在利津县明集乡—广南水库一线呈不连续片状、碟状分布。
③ 软土的成因及主要物理力学性质
区内的软土具有两种成因:①烂泥湾相沉积:在历次河口的两侧,沉积的以细粒成分为主的土层,一直处于饱和状态,排水固结过程进展缓慢,所以土的力学性质很差。颜色以灰褐色为主,流塑态,土质细腻,岩性以粉质粘土为主,夹粉土和粘土薄层。②滨海湖沼相沉积:颜色以灰—灰黑色为主,有机质含量较高,具腥臭味,为淤泥或淤泥质土。
图4-8地基砂土液化分区示意图
表4-9软土的主要物理力学指标统计表
从表4-9中可以看出:区内软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低的特点,在荷载作用下变形较大,对建筑物极为不利。因此,在工程建设规划时,应尽量避开有软土分布的地区。在无法避开软土的建筑物,应对区内的软土有足够的重视,采取一定的处理措施,对于一般工业民用建筑可采取粉喷桩法进行处理,对于高层重型建筑物应采取深基础,如沉管灌注桩等,以避开软土的不利影响(图4-9)。
(2)盐渍土
当土中的易溶盐含量大于0.5%,且具有吸湿、松胀等特性的土称为盐渍土。区内的盐渍土为滨海盐渍土,按含盐性质则大部分属氯盐渍土,局部为硫酸盐渍土,盐渍土按含盐量可分为弱盐渍土(0.5%~1%),中盐渍土(1%~5%)、强盐渍土(5%~8%)和超盐渍土(>8%),区内的盐渍土主要为弱盐渍土,局部地段有中盐渍土(见图4-10)。
4.3.4工程地基适宜性评价
工程建筑地基适宜性受多种因素的影响,为达到评价结果清晰简洁、合理反映出区内建筑适宜性等级的目的,选用了专家聚类法(亦称总分法)进行评价。评价过程为:首先拟定评价因子,对各评价因子量化、分级并给定各级别的标准分,其次用傅勒三角形法确定各评价因子的权重,然后计算各勘测点单项因子分值和总分值,再按各点的总分值进行分区。最终的评价结果见表4-10、4-11、4-12、4-13。
图4-9软土分布示意图
图4-10盐碱土分布示意图
表4-10一般工业与民用建筑地基适宜性评价方案(评价深度10m)
① 沉降因子
② DⅠ——山前冲洪积平原;DⅡ——古黄河三角洲平原;DⅢ——现代黄河三角洲平原。
表4-11一般工业与民用建筑地基适宜性评价分区说明表
表4-12高层重型建筑物地基适宜性评价方案(评价深度25~30m)
表4-13高层重型建筑物地基适宜性评价分区说明表
一般建筑、高层建筑物地基适应性评价分区见图4-11、4-12。
图4-11一般建筑物地基适宜性评价分区示意图
图4-12高层建筑物地基适宜性评价分区示意图