孟加拉國Patuakhali 地區(qū)基本地質(zhì)條件及巖土工程問題初探

孫長(zhǎng)帥 秦秀娟 黃香林

(1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東濟(jì)南 250100; 2.山東黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)南 250013;3.山東正元建設(shè)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250100)

0 引言

孟加拉Patuakhali地區(qū)是孟加拉國規(guī)劃建設(shè)的重要能源基地，該地區(qū)規(guī)劃建設(shè)多個(gè)大型火力發(fā)電站、液化天然氣終端站、海港等重大工程，近年來，該地區(qū)已成為我國“一帶一路”投資建設(shè)的熱點(diǎn)區(qū)域。博杜阿卡利地區(qū)位于世界最大的三角洲——孟加拉三角洲外緣地帶，距離孟加拉灣僅20 km左右，特殊的地理位置造就了該區(qū)復(fù)雜而獨(dú)特的地質(zhì)條件，本文以在該區(qū)域開展的多個(gè)工程項(xiàng)目勘察數(shù)據(jù)為依托，綜合鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、深層靜力觸探、載荷試驗(yàn)、試樁、室內(nèi)土工試驗(yàn)等數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域基本地質(zhì)條件進(jìn)行了初步分析，對(duì)該區(qū)存在的吹填土、軟土、地震液化、深層沉降等主要巖土工程問題進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，提出了多種的地基處理方案，為該地區(qū)同類工程提供參考。

1 自然地理?xiàng)l件

孟加拉國位于南亞次大陸東北部，全境大約85%的國土面積是由恒河、布拉馬普特拉河、梅格納河的三角洲及其沖、洪積層組成的平原地區(qū)，全國河道縱橫密布，水量充沛［1］。Patuakhali地區(qū)位于梅格納河下游支流Galachlpa河畔，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，沼澤發(fā)育。

2 區(qū)域地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

孟加拉國是孟加拉盆地的一部分。孟加拉盆地北面為前寒武紀(jì)西隆高原，西面為印度高地，東部褶皺隆起帶，南面傾入至孟加拉灣。孟加拉盆地是一個(gè)外枝準(zhǔn)地槽，古地臺(tái)四周上升使厚厚的巖屑沉積物堆積其中。覆蓋在基底上的沉積層厚度，西部為180m，向南東厚度增加，在孟加拉國東部厚度超過18 000m，沉積物固結(jié)引起的沉降是該地區(qū)普遍的工程地質(zhì)問題［2-5］。

孟加拉盆地為前陸盆地，西部發(fā)育前寒武紀(jì)大陸基底，以北東—南西向盆地邊緣斷裂帶為邊界;北鄰西隆地塊，以東西向Dauki斷層為界;東與若開山脈接壤，以Disang Flysch造山帶為界;南部延伸進(jìn)入孟加拉深海扇中［6］。

孟加拉盆地自西向東劃分為陸架區(qū)、前淵區(qū)和東部褶皺帶。Patuakhali地區(qū)位于孟加拉盆地前淵區(qū)［7，8］。

2.2 地震

孟加拉和印度東北部各州一直以來是世界上地震活躍地區(qū)之一。根據(jù)孟加拉國政府災(zāi)害管理與救助部網(wǎng)站公布信息，150年內(nèi)的地震記錄顯示，孟加拉國和周邊地區(qū)主要經(jīng)歷了七次大地震(MB＞7)，詳細(xì)信息見表1。

表1 孟加拉國主要的大地震

近年來，一些中等到嚴(yán)重等級(jí)的地震已經(jīng)發(fā)生在孟加拉及周邊地區(qū)。如錫爾赫特地震(MB=5.6 1997.5.8)、班多爾班地震(MB=6.0 1997.11.21)、莫海什卡利地震(MB=5.1 1999.7.22)和蘭加馬蒂地震(MB=5.5 2003.7.27)。

根據(jù)孟加拉國地震歷史記載，Patuakhali地區(qū)未發(fā)生過震級(jí)大于6級(jí)的地震，在孟加拉國處于地震影響相對(duì)較小區(qū)域，地震破壞影響主要來自周邊區(qū)域地震波及。

2.3 地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù)孟加拉國國家建筑規(guī)范《Bangladesh National Building Code 2010》，該地區(qū)位于地震區(qū)劃的1區(qū)，其地震分區(qū)參數(shù)為Z=0.12(seismic zone coefficient Z=0.12)，對(duì)應(yīng)在巖石場(chǎng)地條件下(剪切波速Vs＞800 m/s)50年超越概率2%的地震動(dòng)峰值加速度值為0.12g。該數(shù)值在孟加拉國位于較低水平，按照國內(nèi)建筑抗震規(guī)范轉(zhuǎn)化，在Ⅱ類場(chǎng)地條件下，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)約為0.108g，地震烈度為7度。

3 基本地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

根據(jù)孟加拉國地貌分區(qū)圖［2］，位于孟加拉國潮汐和河口洪積平原區(qū)，該區(qū)域地貌類型為平地，地勢(shì)開闊，地形平坦，地面高程一般為1.00 m～1.50 m，區(qū)域內(nèi)分布有眾多河流，水量充沛。

3.2 地層巖性

根據(jù)區(qū)域內(nèi)地表下60 m深度范圍內(nèi)工程勘察資料，本區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層()。巖性主要為粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土，部分區(qū)域分布有淤泥質(zhì)土。主要地層特征描述如下:

①粉質(zhì)粘土:黃褐色，軟塑～可塑，壓縮性中等 ～高，層厚2.00 m ～4.80 m。

②粉砂:灰褐色，稍密～中密為主，含云母，局部松散，與粉質(zhì)粘土呈互層狀，壓縮性中等 ～高，層厚一般為8.70 m～16.00 m。

②-1淤泥質(zhì)土:深灰色，軟塑～流塑，壓縮性高，飽和，稍有腥味，層厚6.00 m ～8.90 m，局部區(qū)域分布。

③粘土:灰色，軟塑～可塑，土質(zhì)較均勻，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土，夾粉砂、粉土薄層，壓縮性高，層厚一般為5.30 m～11.80 m。

④粉砂:灰、灰褐等色，密實(shí)，含云母，砂質(zhì)較均勻，局部含粘性土，壓縮性中等～低，層厚一般為8.50 m～16.70 m。

⑤粉質(zhì)粘土:灰色，軟塑～可塑，飽和，土質(zhì)不均，與粉砂、粉土呈互層狀分布，壓縮性中等 ～高，層厚一般為8.50 m～20.90 m。

⑥粉細(xì)砂:灰褐、黃褐等色，密實(shí)，飽和，含少量云母，壓縮性中等 ～低，層厚一般為10.00 m～14.80 m。

3.3 水文地質(zhì)條件

該區(qū)域地下水類型為第四系孔隙潛水，主要賦存于第四系砂土、粉土層中，大氣降水、地下徑流、河流側(cè)向補(bǔ)給為其主要補(bǔ)給來源，地面蒸發(fā)、地下徑流以及人工取水為其主要排泄方式。

該區(qū)域地下水位埋深一般為0.30 m～1.80 m，常年最高地下水位可達(dá)地表，地下水位變幅在2 m左右。在濕交替條件下，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具中等腐蝕性。長(zhǎng)期浸水條件下，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

3.4 土層物理力學(xué)參數(shù)

該區(qū)域土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值見表2。

表2 地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

4 主要巖土工程問題

Patuakhali地區(qū)所處區(qū)域受潮汐和河流沖積雙重沉積作用影響，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，致使該地區(qū)工程建設(shè)活動(dòng)遇到諸多巖土工程問題，對(duì)工程項(xiàng)目的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成不利影響，這些巖土工程問題主要有以下幾種:

1)松散吹填土層。

該區(qū)域原始地面海拔較低，受河水泛濫和風(fēng)暴潮影響，工程場(chǎng)地建設(shè)項(xiàng)目常采用吹填的方式進(jìn)行回填，吹填面積較大，填土厚度較厚，填土主要成分為粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，需要進(jìn)行場(chǎng)地預(yù)處理。

2)軟弱土和高壓縮性土層。

該區(qū)域存在的粘性土、淤泥質(zhì)土等土層，地層強(qiáng)度低，壓縮性高，在建筑物荷載作用下，沉降量大，壓縮固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，天然地基難以滿足建(構(gòu))筑物的要求。粘性土層多具較高的壓縮性，作為樁端持力層或下臥層時(shí)易引起較大的沉降變形。

3)地震液化和震陷。

該區(qū)域上部分布有粉砂，且地下水位埋深比較淺，地基土存在發(fā)生液化的可能，局部區(qū)域分布的淤泥質(zhì)土有震陷的可能性。

4)深層沉降。

該區(qū)域第四系覆蓋層厚度巨大，根據(jù)土工試驗(yàn)成果可知，該區(qū)域許多土層孔隙比大和壓縮模量低，具有較高的壓縮性。場(chǎng)地大面積回填后，在堆載的作用下，壓縮下部土層，引起場(chǎng)地長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的沉降，樁周土層壓密固結(jié)下沉導(dǎo)致樁基具有負(fù)摩阻力。

5)降水難度大。

該區(qū)域地下水位埋深較淺，上部分布的砂土層具有較高的透水性，工程建設(shè)基坑開挖需要采取適當(dāng)?shù)慕邓c基坑支護(hù)措施，尤其是雨季施工時(shí)，由于降水量充沛，常常發(fā)生基坑積水情況，影響工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。

5 地基處理方案建議

5.1 土壤改良

Patuakhali地區(qū)工程建設(shè)一般需要經(jīng)歷吹填、土壤改良、樁基施工、上部結(jié)構(gòu)施工等階段。結(jié)合本地區(qū)工程實(shí)踐，綜合考慮Patuakhali地區(qū)地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件、施工工期、工程投資、處理效果等因素，可采取的土壤改良方案有以下幾種:

1)堆載預(yù)壓。

采用堆載預(yù)壓方案進(jìn)行土壤改良，能提高場(chǎng)地吹填土及上部軟弱土層承載力，降低其壓縮性;可提高上部砂土密實(shí)度，降低場(chǎng)地地震液化等級(jí);該方法影響深度大，可降低深部土層壓縮性，大大減小大面積回填引起的工后沉降;與場(chǎng)地吹填結(jié)合施工，可節(jié)約工程投資，縮短工程總工期;預(yù)壓后影響深度內(nèi)土層壓縮模量，可降低擬建建(構(gòu))筑物附加應(yīng)力引起的沉降變形。

2)強(qiáng)夯方案。

采用強(qiáng)夯法進(jìn)行場(chǎng)地預(yù)處理可以提高表層場(chǎng)地吹填土承載力，降低其壓縮性;該方法具有施工速度快，造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)。但是該方法處理深度小，對(duì)于提高下部土層的承載力和壓縮模量、降低場(chǎng)地液化、降低深層沉降等效果不明顯。

3)擠密砂石樁法。

該方法能夠完全消除地震液化或部分消除地震液化等級(jí);可提高場(chǎng)地吹填土及上部20 m以內(nèi)軟弱土層承載力，降低其壓縮性。但是孟加拉國缺少砂石，采用該方法工程量巨大，工期長(zhǎng)，造價(jià)高，且不能處理大面積回填引起的深層沉降，采用該方法處理上部土層，擠密后形成硬殼層，下部土層仍未固結(jié)穩(wěn)定，將增加樁基負(fù)摩阻力。

5.2 樁基

綜合考慮該區(qū)域工程地質(zhì)條件、施工條件及周圍環(huán)境等因素，該地區(qū)適用樁型主要有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、灌注樁以及鋼管樁。

PHC管樁具有質(zhì)量可靠、施工速度快、施工擠土效應(yīng)可部分消除液化等優(yōu)勢(shì)。PHC管樁的缺點(diǎn)主要為孟加拉國內(nèi)無PHC管樁生產(chǎn)廠家，若采用該樁型，需要從其他國家進(jìn)口，運(yùn)輸、清關(guān)等因素可能對(duì)工期造成一定影響;另外，PHC管樁穿越場(chǎng)地密實(shí)粉砂層時(shí)，可能會(huì)遇到沉樁困難的情況。

灌注樁在孟加拉國應(yīng)用較成熟，鉆孔灌注樁和沉管灌注樁在該國均有廣泛的應(yīng)用。但是鉆孔灌注樁施工過程中易產(chǎn)生夾泥、縮頸、塌孔等現(xiàn)象，成樁質(zhì)量難以控制。沉管管樁受施工能力限制，僅能應(yīng)用于荷載不大的建筑物。

鋼管樁具有錘擊性能好、穿透力強(qiáng)、承載力高、施工速度快、接頭牢靠質(zhì)量易控制、沉樁過程中排土量小、運(yùn)輸方便、可部分消除液化等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是造價(jià)較高、錘擊法施工過程中會(huì)產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)的干擾，對(duì)周圍環(huán)境有一定要求，在荷載大或?qū)Τ两得舾械慕ㄖ锟煽紤]采用該樁型。

6 結(jié)論與建議

1)Patuakhali地區(qū)區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好，在孟加拉處于地震烈度相對(duì)較低位置。

2)Patuakhali地區(qū)處于潮汐和沖積平原區(qū)，區(qū)內(nèi)上覆第四系土層厚度大，工程性質(zhì)差，工程建設(shè)前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的巖土工程勘測(cè)工作，以查明工程場(chǎng)地地質(zhì)條件。

3)Patuakhali地區(qū)工程建設(shè)項(xiàng)目存在的主要巖土工程問題有松散吹填土、軟弱土和高壓縮性土層、地震液化和震陷、深層沉降、降水難度大等，工程建設(shè)時(shí)應(yīng)予以重視。

4)Patuakhali地區(qū)可采用的土壤改良方案有堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯、擠密砂石樁等，工程建設(shè)時(shí)可根據(jù)具體工程條件合理選用。

5)Patuakhali地區(qū)適用的樁型有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、灌注樁以及鋼管樁，不同樁型有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，工程建設(shè)時(shí)可根據(jù)具體工程條件合理選用。