鉆探施工中水文地質(zhì)條件評價(jià)分析

郭萬得

（廣東明源勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 河源 517000）

1 概述

（1）工程概況。根據(jù)市政工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)方案，工程擬建長為1.293km。工程等級為一級，防洪標(biāo)準(zhǔn)按100 年一遇6600m3/s 洪水流量設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)形式為漿砌石縫護(hù)岸，基底持力層為卵石層或風(fēng)化基巖。

（2）施工場地分類與勘察。擬施工項(xiàng)目為修建堤防工程，以保護(hù)城市?？紤]到現(xiàn)有場地的條件，并且地基的特征，勘察場地定為II 類。在施工設(shè)計(jì)中，堤壩類型分為重力式砌體結(jié)構(gòu)II 型天然地基路堤。根據(jù)市政工程設(shè)計(jì)研究院提供的設(shè)計(jì)方案和《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)，擬建堤岸的設(shè)計(jì)等級為I 級，可靠等級為II 級，場地條件復(fù)雜程度中等。而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為Ⅲ級地基。依據(jù)工程的重要性，結(jié)合場地和地基的特點(diǎn)，該工程的巖土勘察設(shè)定為乙級。

2 地質(zhì)條件分析

（1）場地地形地貌。工程施工地選擇在河流左岸，為I級階地，主要施工地點(diǎn)位于中心灘漫灘的過渡區(qū)域。整體地勢較為平緩，地表特點(diǎn)是西高東低。地面高程范圍處于3.1m～3.9m 之間，20 世紀(jì)80 年代至90 年代，南北兩岸先后占領(lǐng)漫灘，修建堤防和道路。新的河岸向南移動到河岸中部，發(fā)展為當(dāng)前的地形特征。

（2）地層及巖性的分布特征。依據(jù)鉆孔結(jié)果，施工場地內(nèi)的地層條件較為簡單?？碧椒秶鷥?nèi)，基巖為砂質(zhì)泥巖③-2，局部范圍存在沉積薄層泥質(zhì)砂巖③-1。

鉆探結(jié)果表明，場地巖性結(jié)構(gòu)簡單，自上而下分別為雜填土、細(xì)砂、卵石以及基巖。勘探范圍內(nèi)，基巖主要為砂質(zhì)泥巖，局部范圍存在薄層泥質(zhì)砂巖，巖性物質(zhì)的分布特征為：雜填土①：外觀為雜色，稍含水，質(zhì)地稍密至密實(shí)，存在較大的壓實(shí)程度。細(xì)砂②-1：外觀黃褐色，整體稍密，稍濕。礦物成分主要為云母、石英等。不同砂粒分布均勻，偶有礫石顆粒存在。卵石②：外觀雜色，形狀為亞圓形，主要成分為花崗巖、石英巖碎屑，外表磨圓度好，大小不一，分選性差。粒徑范圍經(jīng)為20mm～60mm，占總重量的約34%，大于60mm 的粒徑占總重量的20%以上。充填砂土，中密至密實(shí)。泥質(zhì)砂巖③-1：棕紅色，板狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)。砂質(zhì)泥巖③-2：棕紅色～褐紅色，強(qiáng)～中風(fēng)，泥質(zhì)膠結(jié)，密實(shí)，粒狀結(jié)構(gòu)，厚層。

3 場地水文地質(zhì)條件

勘察表明，擬建施工場地鉆孔均存在地下水。穩(wěn)定區(qū)域的地下水位深度范圍1.3m～2.3m，對應(yīng)的高程約1.00m。施工區(qū)域地下水集中于卵石層，整體為孔隙潛水類。水文方面，鉆探施工區(qū)域范圍的地下水一般由北向南排泄，汛期，鄰近河段地下水位上升快速，地下水與地表水交替存在，共同實(shí)現(xiàn)補(bǔ)給與排泄。地下水動態(tài)主要受水位影響，水力交替性較強(qiáng)。水位波動幅度約為1.4m，隨季節(jié)發(fā)生明顯變化。區(qū)域地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)表明，通常條件下，發(fā)生的最大變化范圍可考慮為1.4m，在100 年一遇的最大流量6600m3/s 的情況下，地下水位將在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步上升。

4 勘察場地主要工程地質(zhì)評價(jià)

4.1 河床顆粒分析

取粗粒土擾動樣分析顆粒度，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

4.2 物理試驗(yàn)

鉆探施工場地的底部區(qū)域多分布第三系極厚風(fēng)化基巖，主要類型為巖性以砂質(zhì)泥巖，伴有少許泥質(zhì)砂巖，為了掌握風(fēng)化基巖層的物理性質(zhì)，在鉆孔中取巖樣進(jìn)行了不同條件下的物理力學(xué)性能試驗(yàn)和力學(xué)性能試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，③-1層的泥質(zhì)砂力學(xué)性能類別于③-2 層砂質(zhì)泥巖。數(shù)學(xué)分析可歸為相同樣本加以分析與計(jì)數(shù)，結(jié)果見表2。

表1 粗顆粒土平均顆粒組成百分比

表2 礦石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

4.3 場地地震效應(yīng)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)的相關(guān)規(guī)定，并參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）的相關(guān)內(nèi)容，本區(qū)域的抗震等級為8 度，設(shè)計(jì)加速度0.20g，設(shè)計(jì)中地震待續(xù)分為兩組。鉆探施工區(qū)域內(nèi)無不良地質(zhì)，無地震災(zāi)害隱患，整體為抗震有利?，F(xiàn)場地質(zhì)無不良斷層。地基土組成為密礫石和風(fēng)化基巖層，厚度分布均勻。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（(GB 50011-2001)）的規(guī)定，也是抗震有利地段。

4.4 地基滲透情況

勘探結(jié)果表明，鉆探施工區(qū)域的巖土的組成為沖洪積成的礫石，下部主要為第三系泥巖、砂巖，整體厚度較大。結(jié)合碎石顆粒分析結(jié)果及實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，該區(qū)域的土級配連續(xù)性差異，細(xì)顆粒含量多低于25.1%，PC=7.49%～24.13%。根據(jù)規(guī)范，該土層的滲流變形破壞類型為管涌型。

磁層礫石中的細(xì)顆粒含量和層的滲透系數(shù)（考慮為k=80m/d），礫石層區(qū)域的臨界水力梯度JCR0.23（中位數(shù)）。

因基巖土具有較強(qiáng)的滲透性，堤內(nèi)的地表水位近似于堤外地下水位，沒有形成較大的水位差。堤基下水力坡度較小，低于礫石層臨界坡降。在鉆探施工中管涌滲透變形不會發(fā)生，在施工前設(shè)計(jì)時(shí)，不用考慮發(fā)生滲漏變形存在的破壞作用。

4.5 確定地基承載力與變形

室內(nèi)進(jìn)行了土工試驗(yàn)，現(xiàn)場也進(jìn)行了試驗(yàn)，依據(jù)《建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的相關(guān)規(guī)定，并依據(jù)相關(guān)區(qū)域的施工經(jīng)驗(yàn)，綜合場地條件的評價(jià)結(jié)果，地基承載力與變形指數(shù)取值如下：

人工填土層：FAK=160kPa ES=6.0Mpa；

卵石層：FAK=650kPa E0=45.0mpa；

風(fēng)化砂巖層：FAK=5000kpa E0=45.0mpa。

4.6 持力層與穩(wěn)定性驗(yàn)算

依據(jù)地基條件分析結(jié)果，上部地基土組成為①雜填土，此層作為近年來承接填筑物?；靥畈牧铣煞謴?fù)雜多變，密實(shí)度不一，工程性能差，埋深淺，厚度變化大，壓縮性高，承載力低，應(yīng)加以清除。

鉆探施工場地下部區(qū)域的地基包括2 層卵石、另有部分③-1 泥質(zhì)砂巖與③-2 砂質(zhì)泥巖。體現(xiàn)出整體強(qiáng)度高、不易壓縮、地基均勻。施工區(qū)域地基承載層可以保證穩(wěn)定可靠。

結(jié)合區(qū)域的特性，除了要保證地基的均勻性、強(qiáng)度、變形，還要保證地基的沖刷深度。沖刷深度計(jì)算結(jié)果較小時(shí)，要使用2 層卵石可作為堤壩的基礎(chǔ)承重層?；A(chǔ)埋深要大于局部沖刷線下部1.5 米；沖刷深度計(jì)算結(jié)果較大時(shí)，要選擇③-1 層泥質(zhì)砂巖與③-2 層為基礎(chǔ)持力層，埋深要大于淺基巖層，深度要大于0.5m。

在鉆探施工過程中，應(yīng)清除松散填料層和沖刷線上方的礫石層，將堤壩地基放在基巖土層上，并具有良好的力學(xué)性能。承重層被選為②層礫石層時(shí)，堤壩與礫石層界面之間的摩擦系數(shù)f 的范圍是0.45～0.50，礫石的飽和抗剪系數(shù)C=0，取Φ40°；堤壩基礎(chǔ)部分的持力層采用③-1 層泥質(zhì)砂巖，部分層土中存在③-2 層砂質(zhì)泥巖。鉆探施工中計(jì)算抗滑穩(wěn)定性，堤壩基層與風(fēng)化巖層不同界面的摩擦系數(shù)f 范圍是0.30～0.35。

5 結(jié)論與建議

（1）明確了場地的地層結(jié)構(gòu)，地層中自上而下分別為雜填土①、卵石②、細(xì)砂②-1 以及泥質(zhì)砂巖③-1、砂質(zhì)泥巖③-2。由于淺埋深度和工程性能差，①層雜填土強(qiáng)度不足，考慮到堤壩地基承重的需要，要予以拆除。②層卵石、③-1泥質(zhì)砂巖、③-2 層地基均勻性好，強(qiáng)度可以保證，并且壓縮性低，可以作為地基承載層。

（2）鉆探施工前要先考慮到沿線地下情況，受水位的影響存在交替性。水位變化幅度依據(jù)1.4m 考慮；在最大流量6600m3/s 的情況下，地下水位將在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步上升。

（3）地基土的承載力能力與變形特征可使用4.5 節(jié)提出的建議值；針對穩(wěn)定性，參數(shù)可依據(jù)4.6 節(jié)提出的建議值。

（4）本區(qū)的抗震級別為8 度，地震為第二組，地震加速度0.20g，屬于地震有利地段，抗震類別為二類。

（5）除了要滿足地基的均勻性、強(qiáng)度和變形的影響外，還分析地基的沖刷深度。如果沖刷深度較小時(shí)，可以將②層卵石作為堤體的基礎(chǔ)承重層。地基的埋深在高于局部沖刷線以下1.5 米處；計(jì)算沖刷深度如果較大時(shí)，可以采用③-1層泥質(zhì)砂巖，必要時(shí)采用③-2 層砂質(zhì)泥巖，基底埋深建議高于強(qiáng)風(fēng)化軟化的淺基巖埋深0.5m 以上。