岩土工程特勘察方法性研究

 

     近年来随着我国城镇化进程的不断推进，进一步夯实和完善城市基础设施建设日益重要，位于江河湖海等水域周边的工程建设项目呈逐年增加的趋势［1］。山东省青岛市作为全国首批沿海开放城市，近年来经济持续保持高速发展，陆续在沿海地区新建了大批堤防、港口、滨海住宅及城市景观项目。目前，胶州湾岸线整治工程、欢乐滨海城等重点项目已处于全面开工建设阶段。作为青岛海岸线建设项目的重要组成部分，码头、防洪堤及城市景观桥等均位于滨海浅滩等感潮区域，工程选址处于海岸线上甚至深入海域远离岸线。水域工程中涉及的勘察工作，尤其是海域水上勘察，因其所处工作环境的特殊性，水流条件复杂、钻孔深度大且施工周期易受海潮、海雾影响，各类不确定因素可能影响到勘察的质量、进度和成本控制［2～4］。上述因素对滨海岸滩地区的岩土工程勘察工作提出了更高的要求，如何选取科学合理的勘察手段、制定有效可行的实施方案，已成为勘察专业技术人员日益关注的问题［5］。

 

     项目拟建场地位于青岛市环湾大道以西的滨海岸滩区域，建设工程包括3座观景平台、4座环湾路桥涵及1处轮滑广场［6］。3座观景平台位于环湾大道以西防波堤外侧，设计长约45m～170m，拟采用桩基础;拟建桥涵包括地面桥2座及过街天桥2座，其中过街天桥长约45m，为1～2跨式桥梁，横跨环湾大道，拟采用桩基础;地面桥长约30m，宽约8m，为2跨式桥梁，拟采用桩基础;拟建轮滑广场位于新近填海造地地段，长约140m，宽约35m，拟采用筏板基础。本次勘察的任务主要包括查明场区内岩土层的类型、深度、分布、工程特性、分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力;如有不良地质现象，查明其成因类型、分布、性质、规模，分析评价其诱发条件、发展趋势及其对地下结构的危害程度，并提出计算参数及整治措施建议;查明水文地质、地下水的类型、埋藏条件、水位、水量、补给及对结构腐蚀性;对场区岩土工程问题进行评价，并推荐持力层。

 

     本次勘察按照工程重要等级二级、场地复杂程度等级二级、地基复杂程度等级二级、乙级岩土工程勘察等级详细勘察要求进行工作布置［7］。依据勘察目的、有关规范具体要求及拟建物特征，结合滨海岸滩特殊的场地条件，采取了包括陆域及滨海平台钻探、十字板剪切试验、声波测井、水质分析及土样腐蚀性分析等多种勘察、测试手段［8］。

 

     3.1填海造地区域钻探

     根据场区周边地质资料显示，拟建环湾路桥涵及轮滑广场的勘探钻孔多位于填海造陆形成的场地上，人工回填厚度约7m～9m且填料多为大块径块石。普通XY－1型钻机及常规钻探工艺在实际应用效果不理想，为保障勘察钻探施工的顺利实施，必须采用合理的钻探设备及工艺［9］。为此，现场选用GXY－100型工程钻机和偏心钻钻探工艺，结合套管跟进及泥浆护壁，采用回转钻进、小进尺多回次的钻探方法，顺利高效地完成了填海造地区域的勘察钻探作业。

 

     3.2滨海潮间带平台钻探

     本工程的观景平台及环湾路桥涵的相当一部分勘察钻孔位于滨海潮间带，高低潮水位落差可达5m，特殊的作业环境对钻机顺利就位造成了很大困难。钢架平台的搭设难度大且进度缓慢，难以满足勘察工期要求。为此，针对滨海潮间带勘察钻探作业的特殊要求，应用了滨海钻探作业平台。该平台自身具有可靠的刚度与充裕的载重空间，可搭载XY－100、GJ200－1A等常见型号的钻探设备;钻探平台安全稳固、移动方便特性使得其在本工程中具有较强的适用性，节省工程设施费的同时显著缩短了勘察的工期。

 

     3.3其他勘察手段

     除填海造地区域取芯钻探、滨海潮间带平台取芯钻探的手段外，勘察过程中还采用了标准贯入、动力触探、波速测试、十字板剪切试验等原位测试手段。此外还在现场采集原状土样、扰动土样、水样等样品近200件，送至土工试验室对含水率、湿密度、孔隙比、液限、塑限、压缩系数、压缩模量、黏聚力、摩擦角、天然坡角以及水土腐蚀性、PH值等指标进行了试验评判。

 

      4.1岩土层分布及其工程特性

     场区地貌为滨海岸滩，后经人工填海改造形成陆地。通过现场钻探揭露，场区内地层结构相对较为简单，层序清晰;第四系主要由全新统人工填土(Qml4)、海相沉积层(Qmh4)、洪冲积层(Qal+pl4)组成，下伏基岩主要为白垩系青山群八亩地组角砾岩。依据《青岛市区第四系层序划分》中的标准地层划分原则，参考地质时代、土性分类、工程特征等信息对揭露的地层进行标准层序划分，共划分标准层7个，亚层3个［10］。按地质年代由新到老、标准地层层序自上而下的顺序，对各岩土层分布特征及其物理力学性质进行描述。

 

     4.2水文地质及土水腐蚀性评价

     场区地表河流主要为楼山河及板桥坊河。由于地处滨海浅滩，场区受潮汐影响明显，观景平台全部勘察区域及环湾路桥涵部分区域在涨潮期间被海水浸没。根据勘察期间对潮汐的观测，该区域5月～6月天文大潮时的最大涨潮水位标高可达2．3m，在台风降雨等恶劣天气下最大潮水位可能接近4．0m。地下水类型主要为第四系孔隙潜水，主要含水层为第⑦1层粗砂及第⑨层粗砂中，场地内地下水富水性好，水量较丰富，与海水水力联系较强，并与海水贯通。勘察期间于场区内取水试样共计15件。按Ⅱ类环境类型综合判定结果如下:轮滑广场及环湾路桥涵1#桥地段，场区地下水在干湿交替及无干湿交替情况下对混凝土结构有强腐蚀性;其他地段地下水对混凝土结构有中等腐蚀性;按地层渗透性A类强透水层考虑，地下水对混凝土结构具微腐蚀性;对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替水位条件下有强腐蚀性，在长期浸水条件下有弱腐蚀性。9件土腐蚀性样品的分析结果表明:轮滑广场地段场地土按含盐量分类为弱盐渍土～中盐渍土，其他地段为非盐渍土;轮滑广场及环湾路桥涵1#、2#桥地段的场地土对混凝土结构在具有弱腐蚀，在其他地段具有微腐蚀性;轮滑广场地段对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中腐蚀性，在其他地段具有弱腐蚀性。

 

     4.3岩土工程分析

     根据拟建建筑的主要特征及场区工程地质条件，观景平台、环湾路桥涵及轮滑广场的基底绝对标高处对应的岩土层都为填土层。为此，综合考虑安全、技术、经济等方面的因素，对场区各拟建物地基基础选型及持力层的选择提出建议，同时对岩土工程设计施工过程中可能存在的问题进行分析。建议将轮滑广场区域基地对应的杂填土部分挖除，采用砂石垫层进行分层碾压至基底标高处;或采用毛石混凝土浇筑至基底。进行人工垫层前应对杂填土下的软弱下卧层进行计算，采用砂石垫层处理后的人工地基需经检测合格后方可作为基础持力层使用。对于观景平台及环湾路桥涵，填土及软弱土层厚度约6．5m～11．0m，厚度相对较大且强度较低，无法满足设计要求。为此，建议采用钻孔灌注桩基础，以第�灛伂惒憬抢�岩强风化作为桩端基础持力层。桩端全断面应进入岩石不小于1倍～2倍桩径，桩底沉渣应满足施工规范规程的要求。整个场区上部土层软土分布较广泛，主要为第④层淤泥质细砂、第④1层淤泥及第⑥层淤泥质粉质黏土，压缩性高且稳定性差，容易导致孔壁不稳定;建议采用护筒将软土层隔离，同时考虑桩侧负摩阻力可能对桩基承载力及沉降的影响，必要时对上述地层进行处理。由于砂层的特性及孔隙水压力的影响，钻进第⑨层粗砾砂时钻孔内和含水层之间的水头差易引起孔壁破坏，导致塌孔;下伏基岩角砾岩强风化带浸水易软化、崩解，有诱发孔壁坍塌的可能;为此可使用优质泥浆护壁，保持孔内泥浆高度大于孔隙承压水水头，也可将护筒下至基岩面将其完全隔离，以防止塌孔事故发生。角砾岩强风化层中局部存在软弱夹层，软硬不均，容易造成桩基施工过程进尺快慢不均，桩基施工时应穿透软弱夹层，直到进尺连续稳定后方可停止。施工过程中，还应采取措施防止护壁泥浆外流入周边水域造成污染。

 

     滨海岸滩或感潮水域上的工程勘察项目，应在明确勘察任务、了解钻探施工海域水文资料的基础上，制定科学的勘察方案，采用合理的钻探测试手段;针对恶劣天气、复杂环境条件及工期长等因素提前做好工作计划，做好安全、质量、工期各方面工作的协调;根据地层条件，确保取样样品质量，满足原位测试资料准确性和可靠性要求，查明填土及软弱土层的分布范围及工程特性;依据拟建建筑物特征提出可靠、经济的地基基础选型及施工方案，对设计施工中可能存在的岩土工程问题进行科学严谨的评价，最终为滨海建设项目的安全、稳步推进保驾护航。

 

     ［1］魏厚峰，李雅彬，王希科等．十字板剪切试验在天津滨海软土勘察中的应用分析［J］．建筑工程技术与设计，2015(9):2604～2604．

     ［2］陈宝，陈宁，刘毅等．浅谈水域工程地质勘察项目的实施［J］．中国水运(下半月)，2011，11(5):165～166．

     ［3］李友龙，周永．浅谈水上勘察的安全防护措施［J］．山西建筑，2011，37(1):236～237．

     ［4］李庆耀，刘广华．滨海工程勘察施工方法与工艺［J］．浙江水利科技，2005(3):71～72．

     ［5］吴汉志．岩土工程勘察中技术与管理方法的综合运用研究［J］．公路，2010(10):170～172．

     ［6］姜德鸿，魏嘉新．环湾绿道李沧区二期工程胶州湾岸线整治工程(金水路至楼山河入海口段)岩土工程勘察报告［Ｒ］．青岛市勘察测绘研究院，2015．

     ［7］GB50021－2001．岩土工程勘察规范［S］．

     ［8］孙东风，赵居代．原位测试在水上勘察中推广问题的分析［J］．港工技术，2009(1):17～19．

     ［9］冀东，吕三和，姜德鸿等．GXY－2BT型地质勘探钻机及双层岩芯筒取芯技术在地铁勘察项目中的应用［J］．城市勘测，2015(3):154～157．

     ［10］DBJ/T14－094－2012．工程勘察岩土层序列划分方法标准［S］