濱海大陸架特殊性巖土工程勘察鉆探實踐

李先經(jīng)

(青島地質工程勘察院，山東 青島 266100)

1　工程概況

受青島萬達游艇產(chǎn)業(yè)投資有限公司的委托，我院(巖土公司)承擔了青島萬達游艇產(chǎn)業(yè)園D區(qū)的巖土工程詳勘工作。擬建場地原屬濱海大陸架區(qū)域，后期經(jīng)過人工拋石筑壩圍堰，前灣港碼頭航道疏浚港池吹填淤泥、淤泥質土、砂土等而成現(xiàn)狀，后經(jīng)吹填時間約為10年，后來現(xiàn)場統(tǒng)一整平成現(xiàn)狀情況。

本擬建場區(qū)真空預壓地基處理由中交天津港灣工程設計院有限公司設計，具體設計如下。

1.1　墊層系統(tǒng)

由一層150 g/m2的編織布形成下部墊層系統(tǒng)，之后進行上部中粗砂墊層的施工。

1.2　排水系統(tǒng)

1.2.1水平排水通道

土工布上面鋪設0.4 m厚中粗砂墊層。要求中粗砂墊層含泥量<5%，干密度>15 kN/m3，滲透系數(shù)>1×10-2cm/s。

1.2.2垂直排水通道

采用B型塑料排水板作為垂直排水通道，排水板呈正方形布置，間距為900 mm，塑料排水板打設底標高平均約為-20.0 m(至淤泥質粉質粘土層底)。

1.3　抽氣系統(tǒng)

采用?63 mm軟式濾管+一層150 g/m2的編織布+兩層密封膜+射流泵組成抽氣系統(tǒng)，真空射流泵要求能形成不小于0.096 MPa的真空壓力。

1.4　預壓穩(wěn)定、卸荷標準

(1)固結度≥85%；

(2)連續(xù)5～10 d的實測，平均沉降速率≯2 mm/d；

(3)十字板剪切強度處理深度均值≮10 kPa；

(4)有效滿載預壓時間≮90 d。

2　水文及工程地質條件

2.1　波浪

薛家島灣以北向灣內(nèi)自生浪為主，其次是外海E向傳入的涌浪，但形成最大波浪情況的是黃海中部刮NE風。薛家島灣是半封閉性海灣，波高在0.50 m以下的天數(shù)一年內(nèi)有260 d以上，而波高>1.50 m的天數(shù)僅有1 d。

2.2　潮汐、潮流

青島近海海域的潮流由于受南黃海半日無潮點和日潮無潮差的影響，形成了規(guī)則半日潮流，即每天有兩次高潮、兩次低潮。薛家島灣為正規(guī)半日潮，平均潮差為2.63 m，最大潮差達4.00 m。

擬建場地東側緊鄰膠州灣、南側毗鄰薛家島灣、北側及西側毗鄰前灣港，地下水與海水之間有一定的水力聯(lián)系，據(jù)現(xiàn)場勘察期間實際觀測資料，擬建場地地下水位隨著海潮的漲落而起輕微變化。由于擬建場地一定深度范圍內(nèi)的地層主要為第①2層粉土、粉砂吹填土和第⑥層淤泥質粉質粘土，第①2層粉土、粉砂吹填土，滲透性相對較好，對地下水與海水之間水力聯(lián)系的阻隔作用較弱；第⑥層淤泥質粉質粘土滲透性較弱，對地下水位受海水影響起到了緩沖、消減作用，綜合考慮上述影響因素后擬建場地地下水位最大變化幅度約3 m。

2.3　地形、地貌

2.3.1地形

擬建場地經(jīng)過整平后整體較為平坦，在場地東側堆填有回填整平場地用的素填土，場地南側也有少量回填整平場地用的素填土，場地整體孔口地面標高2.23～8.02 m，最大高差為5.79 m。

2.3.2地貌

擬建場地地貌類型原屬濱海大陸架區(qū)域，后經(jīng)人工拋石筑壩圍堰，前灣港碼頭航道疏浚港池吹填淤泥、淤泥質土、砂土、粘性土等而成現(xiàn)狀，且近期再次經(jīng)過人工回填、真空預壓、現(xiàn)場整平，現(xiàn)場局部地區(qū)高差較大。

2.4　巖土層及其工程特性

擬建場地勘察深度范圍內(nèi)地層結構較簡單，層序較清晰，上覆第四系由素填土、粉土、粉砂吹填土、中、細砂吹填土、(淤泥質)粉質粘土、粉質粘土組成，下伏基巖為石前莊組流紋斑巖，局部發(fā)育有后期侵入的燕山晚期大珠山-嶗山脈帶-煌斑巖脈。根據(jù)地層巖性、成因時代及工程特性的不同，按《青島市區(qū)第四系層序》的相關規(guī)定，地層分述如下。

2.4.1第四系全新統(tǒng)人工填土層

第①層：素填土。黃褐色，稍濕—飽和，松散，成分以近3～4個月人工回填整平場地用的碎石、大塊石、砂礫、粘性土為主，同時還含有真空預壓殘留的中、細砂。該層在擬建場地范圍內(nèi)均有分布，層厚1.10～8.00 m。

第①1層：中、細砂吹填土?；液?、灰褐色為主，局部灰黃色，濕—飽和，松散，以吹填的中細砂為主，局部含有少量淤泥質土成分，細粒含量約10%，吹填方式為前灣港碼頭航道疏浚港池而成，吹填時間約6年。該層在擬建場地范圍分布局限，層厚1.50～12.30 m，平均4.18 m。

第①2層：粉土、粉砂吹填土。灰黑色、灰褐色為主，局部灰黃色，濕—飽和，松散，以吹填的粉土、粉細砂等為主，局部含有淤泥質土成分，吹填方式為前灣港碼頭航道疏浚港池而成，吹填時間約6年，后經(jīng)過真空預壓處理?？紤]到靜力觸探試驗數(shù)據(jù)與深度呈相關性，按與深度之間的變化關系統(tǒng)計出的變異系數(shù)及標準值分別為：靜力觸探qc、fs相關系數(shù)r平均值分別為0.33、0.29，與深度呈弱相關—中等相關，變異系數(shù)分別為0.64、1.39，標準值分別為2.58 MPa、19.43 kPa。

第①3層：淤泥質土吹填土?；液谏珵橹?，局部灰褐色，濕—飽和，松散，以吹填的淤泥、淤泥質粉質粘土為主，局部混有少量粘土成分以及粉細砂，吹填方式為前灣港碼頭航道疏浚港池而成，吹填時間約6年，后經(jīng)過真空預壓處理?？碧竭^程中該層采取原狀樣29/4件進行原狀土物理性質試驗、快剪、固結快剪、不固結不排水剪切試驗等。

第⑥1層：中、細砂?；液凇尹S色，飽和，松散—稍密，分選、磨圓中等，主要礦物成份以長石、石英為主，混貝殼碎屑，局部含淤泥質成分，局部夾小塊礫石相變?yōu)榉奂毶啊?/p>

2.4.2上更新統(tǒng)晚期陸相洪沖積層

該層在場地范圍內(nèi)均有分布，層厚0.50～3.10 m，平均1.08 m。

2.4.3燕山晚期大珠山-嶗山脈帶-煌斑巖脈

3　工程勘察鉆探施工技術

采用回轉鉆進、泥漿護壁鉆進工藝，地下水位以上采用干鉆，遇碎石、拋石地層先使用潛孔錘工程鉆機和空氣壓縮機采用套管跟進、空氣壓縮錘沖擊鉆進的方式進行引孔，目的是劃分地層結構、進行孔內(nèi)原位測試、取樣和觀測地下水位，終孔直徑≮91 mm，回次進尺≯1 m，并滿足鑒別巖土層厚度誤差±5 cm的要求。

3.1　鉆探設備及器具

采用DPP-100型工程鉆機、XY-1型工程鉆機及GY-型潛孔錘鉆車、20 m3空壓機，工程物探等配套設備和土工試驗相關器具。

3.2　鉆探遇到問題及技術措施

(1)本工程上部地層是素填土，以人工回填整平場地用的碎石、砂礫、粘性土為主的鉆探復雜地層，易發(fā)生塌孔、卡鉆及漏漿等問題，鉆進成孔十分困難，故采用中風壓空壓機、鉆車，利用壓縮空氣、偏心潛孔錘鉆具跟管鉆進至原始地層，先引孔然后再采用地質鉆機進行取樣、原位測試，有效解決鉆探技術難題。

(2)在中、細砂吹填土，淤泥質土吹填土，因地層松散，以吹填的淤泥、淤泥質粉質粘土為主，局部混有少量粘土成分以及粉細砂，吹填方式為前灣港碼頭航道疏浚港池而成，吹填時間約6年，后雖經(jīng)過真空預壓處理，在鉆進過程中采用優(yōu)質泥漿護壁，防止孔壁坍塌、縮徑等現(xiàn)象發(fā)生。

(3)選用優(yōu)質膨潤土加燒堿(NaOH)配置優(yōu)質泥漿，鉆探泥漿主要性能參數(shù)：粘度20～22 s，密度1.10～1.2 g/cm3，膠體率98%，pH值8～10，泥漿護壁效果好。根據(jù)地層情況及時調整泥漿性能，不僅能夠成功抑制孔壁坍塌，而且攜帶孔內(nèi)巖粉、巖屑能力強，保持孔內(nèi)干凈，提高鉆進效率。

(4)下鉆鉆進時先沖洗孔底沉渣，防止沉渣過多而埋鉆。遇到松散、漏漿地層，鉆進困難時向孔內(nèi)投入粘土球護壁。對于需進行標貫試驗的砂層，必須嚴防涌砂現(xiàn)象，適當提高泥漿密度以增加孔內(nèi)壓力。

3.3　鉆探技術要求

(1)鉆孔深度和巖土分層深度的精度，不低于±5 cm。

(2)嚴格控制鉆進的回次進尺，軟土回次進尺≯2.0 m，使分層精度符合要求；鉆進時，準確測量鉆桿、鉆具尺寸。

(3)巖心采取率滿足要求，應大于80%。

(4)鉆孔時注意觀測地下水位，測量地下初見水位和穩(wěn)定水位。鉆探結束后，次日測量孔內(nèi)靜止水位。

(5)采用泥漿鉆進，保持孔內(nèi)泥漿液面等于或高于地下水位。

本次巖土工程勘察采用了野外鉆探、原位測試、工程測量和室內(nèi)試驗相結合的手段，做到了定性與定量相結合，分析方法合理，勘察成果可靠、準確，所有工作均滿足國家現(xiàn)行有關規(guī)范、標準及我院質量管理標準的要求。

鉆探現(xiàn)場情況見圖1。

圖1　鉆探現(xiàn)場

4　取得的效果

4.1　圓滿完成了勘察任務

在濱海大陸架區(qū)域鉆孔，因回填區(qū)域存在較多塊石，成孔非常困難，傳統(tǒng)鉆探工藝回轉鉆進難以滿足工程進度要求，故采取偏心潛孔錘引孔，跟管鉆進工藝至穩(wěn)定的原始地層，再采用常規(guī)鉆探工藝，極大地提高了鉆進效率，鉆探進尺從不足10 m/臺日提高到20 m/臺日，有效地縮短了工期，滿足了建設單位的進度要求。

本次勘察作業(yè)共完成鉆孔213個，鉆探進尺5546.10 m，重型動力觸探11.9 m/12孔，靜力觸探953.2 m/53孔，標準貫入試驗386次/35孔，取得了較好的經(jīng)濟、社會效益。

4.2　積累了在特定場地的鉆探施工經(jīng)驗

該勘查區(qū)域原屬濱海大陸架區(qū)域，后通過人工拋石筑壩圍堰，再經(jīng)吹填而成，我單位在這種特定的地質場地進行勘察經(jīng)歷不多，所以并無更多經(jīng)驗可供借鑒。從鉆進參數(shù)的選取，到各種技術手段的運用，特殊問題的處理乃至土與巖土巖性的認定，都要靠自己在勘察過程中一點點摸索、探討，總結積累經(jīng)驗。為確?？辈斐晒|量，從開工之初，我們就組織相關人員深入學習鉆探規(guī)程，了解吹填地層的鉆探方法和工藝，在鉆進過程嚴格按照規(guī)程實地操作，地層描述一定要精準，變層尺寸要測量、記錄無誤，鉆探過程中遇到的異常情況以及處理方法均做詳細記錄，組織技術人員將已有巖性描述、巖土分層等地質構造按區(qū)域分門別類地錄入巖土勘察信息庫，為今后類似地層巖土工程勘察積累了工作經(jīng)驗。

5　結語

(1)濱海大陸架吹填、回填區(qū)域在勘察鉆探過程中應充分考慮到地層的復雜性，應事先搞好質量策劃，制定可行的實施方案。

(2)在地質條件復雜的巖土工程勘察鉆探時，工作更應細致，技術手段全面可靠。

(3)基礎施工或在地基處理工程中若發(fā)現(xiàn)地層異常時應及時和勘察、設計單位溝通。復雜地質條件下，應注意地層和巖土工程勘察報告的一致性。

(4)本場區(qū)進行真空預壓處理后上部地層滿足了勘察作業(yè)的需要，巖土參數(shù)得到了有效的整治。

(5)濱海復雜地層鉆進，泥漿性能至關重要，優(yōu)質泥漿護壁結合跟管鉆進可有效地保護孔壁穩(wěn)定，提高鉆進效率。