濱海岸灘地區(qū)勘察方法及巖土工程特性研究

魏嘉新，冀東，王偉，李云鵬，仇革，劉元賢

（1.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東青島 266032）

濱海岸灘地區(qū)勘察方法及巖土工程特性研究

魏嘉新1，2*，冀東1，2*，王偉1，2*，李云鵬1，2*，仇革1，2*，劉元賢1，2*

（1.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東青島 266032）

介紹青島市環(huán)灣綠道整治工程勘察工作的實(shí)施情況。建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分多位于濱海淺灘區(qū)域，海域感潮的特殊條件對(duì)工程地質(zhì)勘察工作帶來了一定的困難。在現(xiàn)場(chǎng)踏勘及分析擬建物特征的基礎(chǔ)上，組織實(shí)施了濱海平臺(tái)鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等勘察工作，揭示了場(chǎng)區(qū)巖土層分布及其工程特性，推薦了地基基礎(chǔ)形式及持力層，對(duì)設(shè)計(jì)施工中可能存在的巖土工程問題進(jìn)行了評(píng)價(jià)。工作成果可為類似水域勘察工作的組織實(shí)施提供指導(dǎo)借鑒與技術(shù)支撐。

濱海岸灘；勘察方法；鉆探平臺(tái)；巖土工程特性

1　引 言

近年來隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，進(jìn)一步夯實(shí)和完善城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益重要，位于江河湖海等水域周邊的工程建設(shè)項(xiàng)目呈逐年增加的趨勢(shì)［1］。山東省青島市作為全國(guó)首批沿海開放城市，近年來經(jīng)濟(jì)持續(xù)保持高速發(fā)展，陸續(xù)在沿海地區(qū)新建了大批堤防、港口、濱海住宅及城市景觀項(xiàng)目。目前，膠州灣岸線整治工程、歡樂濱海城等重點(diǎn)項(xiàng)目已處于全面開工建設(shè)階段。

作為青島海岸線建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分，碼頭、防洪堤及城市景觀橋等均位于濱海淺灘等感潮區(qū)域，工程選址處于海岸線上甚至深入海域遠(yuǎn)離岸線。水域工程中涉及的勘察工作，尤其是海域水上勘察，因其所處工作環(huán)境的特殊性，水流條件復(fù)雜、鉆孔深度大且施工周期易受海潮、海霧影響，各類不確定因素可能影響到勘察的質(zhì)量、進(jìn)度和成本控制［2～4］。上述因素對(duì)濱海岸灘地區(qū)的巖土工程勘察工作提出了更高的要求，如何選取科學(xué)合理的勘察手段、制定有效可行的實(shí)施方案，已成為勘察專業(yè)技術(shù)人員日益關(guān)注的問題［5］。

2　工程概況

項(xiàng)目擬建場(chǎng)地位于青島市環(huán)灣大道以西的濱海岸灘區(qū)域，建設(shè)工程包括3座觀景平臺(tái)、4座環(huán)灣路橋涵及1處輪滑廣場(chǎng)［6］。3座觀景平臺(tái)位于環(huán)灣大道以西防波堤外側(cè)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)約45 m～170 m，擬采用樁基礎(chǔ)；擬建橋涵包括地面橋2座及過街天橋2座，其中過街天橋長(zhǎng)約45 m，為1～2跨式橋梁，橫跨環(huán)灣大道，擬采用樁基礎(chǔ)；地面橋長(zhǎng)約 30 m，寬約 8 m，為2跨式橋梁，擬采用樁基礎(chǔ)；擬建輪滑廣場(chǎng)位于新近填海造地地段，長(zhǎng)約140 m，寬約35 m，擬采用筏板基礎(chǔ)。各擬建物詳細(xì)特征如表1所示。

建筑特征一覽表　表1

本次勘察的任務(wù)主要包括查明場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖土層的類型、深度、分布、工程特性、分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載力；如有不良地質(zhì)現(xiàn)象，查明其成因類型、分布、性質(zhì)、規(guī)模，分析評(píng)價(jià)其誘發(fā)條件、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)地下結(jié)構(gòu)的危害程度，并提出計(jì)算參數(shù)及整治措施建議；查明水文地質(zhì)、地下水的類型、埋藏條件、水位、水量、補(bǔ)給及對(duì)結(jié)構(gòu)腐蝕性；對(duì)場(chǎng)區(qū)巖土工程問題進(jìn)行評(píng)價(jià)，并推薦持力層。

3　勘察方法及組織實(shí)施

本次勘察按照工程重要等級(jí)二級(jí)、場(chǎng)地復(fù)雜程度等級(jí)二級(jí)、地基復(fù)雜程度等級(jí)二級(jí)、乙級(jí)巖土工程勘察等級(jí)詳細(xì)勘察要求進(jìn)行工作布置［7］。依據(jù)勘察目的、有關(guān)規(guī)范具體要求及擬建物特征，結(jié)合濱海岸灘特殊的場(chǎng)地條件，采取了包括陸域及濱海平臺(tái)鉆探、十字板剪切試驗(yàn)、聲波測(cè)井、水質(zhì)分析及土樣腐蝕性分析等多種勘察、測(cè)試手段［8］。

3.1填海造地區(qū)域鉆探

根據(jù)場(chǎng)區(qū)周邊地質(zhì)資料顯示，擬建環(huán)灣路橋涵及輪滑廣場(chǎng)的勘探鉆孔多位于填海造陸形成的場(chǎng)地上，人工回填厚度約 7 m～9 m且填料多為大塊徑塊石。普通XY-1型鉆機(jī)及常規(guī)鉆探工藝在實(shí)際應(yīng)用效果不理想，為保障勘察鉆探施工的順利實(shí)施，必須采用合理的鉆探設(shè)備及工藝［9］。為此，現(xiàn)場(chǎng)選用GXY-100型工程鉆機(jī)和偏心鉆鉆探工藝，結(jié)合套管跟進(jìn)及泥漿護(hù)壁，采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、小進(jìn)尺多回次的鉆探方法，順利高效地完成了填海造地區(qū)域的勘察鉆探作業(yè)。

3.2濱海潮間帶平臺(tái)鉆探

本工程的觀景平臺(tái)及環(huán)灣路橋涵的相當(dāng)一部分勘察鉆孔位于濱海潮間帶，高低潮水位落差可達(dá)5 m，特殊的作業(yè)環(huán)境對(duì)鉆機(jī)順利就位造成了很大困難。鋼架平臺(tái)的搭設(shè)難度大且進(jìn)度緩慢，難以滿足勘察工期要求。為此，針對(duì)濱海潮間帶勘察鉆探作業(yè)的特殊要求，應(yīng)用了濱海鉆探作業(yè)平臺(tái)（如圖1所示）。該平臺(tái)自身具有可靠的剛度與充裕的載重空間，可搭載XY-100、GJ200-1A等常見型號(hào)的鉆探設(shè)備；鉆探平臺(tái)安全穩(wěn)固、移動(dòng)方便特性使得其在本工程中具有較強(qiáng)的適用性，節(jié)省工程設(shè)施費(fèi)的同時(shí)顯著縮短了勘察的工期。

圖1　濱海鉆探作業(yè)平臺(tái)

3.3其他勘察手段

除填海造地區(qū)域取芯鉆探、濱海潮間帶平臺(tái)取芯鉆探的手段外，勘察過程中還采用了標(biāo)準(zhǔn)貫入、動(dòng)力觸探、波速測(cè)試、十字板剪切試驗(yàn)等原位測(cè)試手段。此外還在現(xiàn)場(chǎng)采集原狀土樣、擾動(dòng)土樣、水樣等樣品近200件，送至土工試驗(yàn)室對(duì)含水率、濕密度、孔隙比、液限、塑限、壓縮系數(shù)、壓縮模量、黏聚力、摩擦角、天然坡角以及水土腐蝕性、PH值等指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)判。

4　巖土工程特性評(píng)價(jià)

4.1巖土層分布及其工程特性

場(chǎng)區(qū)地貌為濱海岸灘，后經(jīng)人工填海改造形成陸地。通過現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，層序清晰；第四系主要由全新統(tǒng)人工填土、海相沉積層、洪沖積層組成，下伏基巖主要為白堊系青山群八畝地組角礫巖。依據(jù)《青島市區(qū)第四系層序劃分》中的標(biāo)準(zhǔn)地層劃分原則，參考地質(zhì)時(shí)代、土性分類、工程特征等信息對(duì)揭露的地層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層序劃分，共劃分標(biāo)準(zhǔn)層7個(gè)，亞層3個(gè)［10］。按地質(zhì)年代由新到老、標(biāo)準(zhǔn)地層層序自上而下的順序，對(duì)各巖土層分布特征及其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行描述，如表2所示。

各巖土層工程性狀及主要物理力學(xué)指標(biāo)特征值統(tǒng)計(jì)表　表2

續(xù)表2

4.2水文地質(zhì)及土水腐蝕性評(píng)價(jià)

場(chǎng)區(qū)地表河流主要為樓山河及板橋坊河。由于地處濱海淺灘，場(chǎng)區(qū)受潮汐影響明顯，觀景平臺(tái)全部勘察區(qū)域及環(huán)灣路橋涵部分區(qū)域在漲潮期間被海水浸沒。根據(jù)勘察期間對(duì)潮汐的觀測(cè)，該區(qū)域5月～6月天文大潮時(shí)的最大漲潮水位標(biāo)高可達(dá)2.3 m，在臺(tái)風(fēng)降雨等惡劣天氣下最大潮水位可能接近4.0 m。地下水類型主要為第四系孔隙潛水，主要含水層為第⑦1層粗砂及第⑨層粗砂中，場(chǎng)地內(nèi)地下水富水性好，水量較豐富，與海水水力聯(lián)系較強(qiáng)，并與海水貫通。

勘察期間于場(chǎng)區(qū)內(nèi)取水試樣共計(jì)15件。按Ⅱ類環(huán)境類型綜合判定結(jié)果如下:輪滑廣場(chǎng)及環(huán)灣路橋涵1#橋地段，場(chǎng)區(qū)地下水在干濕交替及無干濕交替情況下對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有強(qiáng)腐蝕性；其他地段地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有中等腐蝕性；按地層滲透性A類強(qiáng)透水層考慮，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)中鋼筋在干濕交替水位條件下有強(qiáng)腐蝕性，在長(zhǎng)期浸水條件下有弱腐蝕性。9件土腐蝕性樣品的分析結(jié)果表明:輪滑廣場(chǎng)地段場(chǎng)地土按含鹽量分類為弱鹽漬土～中鹽漬土，其他地段為非鹽漬土；輪滑廣場(chǎng)及環(huán)灣路橋涵1#、2#橋地段的場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在具有弱腐蝕，在其他地段具有微腐蝕性；輪滑廣場(chǎng)地段對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有中腐蝕性，在其他地段具有弱腐蝕性。

圖2　勘察期間最高潮水位

4.3巖土工程分析

根據(jù)擬建建筑的主要特征及場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件，觀景平臺(tái)、環(huán)灣路橋涵及輪滑廣場(chǎng)的基底絕對(duì)標(biāo)高處對(duì)應(yīng)的巖土層都為填土層。為此，綜合考慮安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的因素，對(duì)場(chǎng)區(qū)各擬建物地基基礎(chǔ)選型及持力層的選擇提出建議，同時(shí)對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)施工過程中可能存在的問題進(jìn)行分析。

建議將輪滑廣場(chǎng)區(qū)域基地對(duì)應(yīng)的雜填土部分挖除，采用砂石墊層進(jìn)行分層碾壓至基底標(biāo)高處；或采用毛石混凝土澆筑至基底。進(jìn)行人工墊層前應(yīng)對(duì)雜填土下的軟弱下臥層進(jìn)行計(jì)算，采用砂石墊層處理后的人工地基需經(jīng)檢測(cè)合格后方可作為基礎(chǔ)持力層使用。

對(duì)于觀景平臺(tái)及環(huán)灣路橋涵，填土及軟弱土層厚度約6.5 m～11.0 m，厚度相對(duì)較大且強(qiáng)度較低，無法滿足設(shè)計(jì)要求。為此，建議采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以第○16層角礫巖強(qiáng)風(fēng)化作為樁端基礎(chǔ)持力層。樁端全斷面應(yīng)進(jìn)入巖石不小于1倍～2倍樁徑，樁底沉渣應(yīng)滿足施工規(guī)范規(guī)程的要求。

整個(gè)場(chǎng)區(qū)上部土層軟土分布較廣泛，主要為第④層淤泥質(zhì)細(xì)砂、第④1層淤泥及第⑥層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，壓縮性高且穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致孔壁不穩(wěn)定；建議采用護(hù)筒將軟土層隔離，同時(shí)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力可能對(duì)樁基承載力及沉降的影響，必要時(shí)對(duì)上述地層進(jìn)行處理。由于砂層的特性及孔隙水壓力的影響，鉆進(jìn)第⑨層粗礫砂時(shí)鉆孔內(nèi)和含水層之間的水頭差易引起孔壁破壞，導(dǎo)致塌孔；下伏基巖角礫巖強(qiáng)風(fēng)化帶浸水易軟化、崩解，有誘發(fā)孔壁坍塌的可能；為此可使用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，保持孔內(nèi)泥漿高度大于孔隙承壓水水頭，也可將護(hù)筒下至基巖面將其完全隔離，以防止塌孔事故發(fā)生。角礫巖強(qiáng)風(fēng)化層中局部存在軟弱夾層，軟硬不均，容易造成樁基施工過程進(jìn)尺快慢不均，樁基施工時(shí)應(yīng)穿透軟弱夾層，直到進(jìn)尺連續(xù)穩(wěn)定后方可停止。施工過程中，還應(yīng)采取措施防止護(hù)壁泥漿外流入周邊水域造成污染。

5　結(jié) 語

濱海岸灘或感潮水域上的工程勘察項(xiàng)目，應(yīng)在明確勘察任務(wù)、了解鉆探施工海域水文資料的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的勘察方案，采用合理的鉆探測(cè)試手段；針對(duì)惡劣天氣、復(fù)雜環(huán)境條件及工期長(zhǎng)等因素提前做好工作計(jì)劃，做好安全、質(zhì)量、工期各方面工作的協(xié)調(diào)；根據(jù)地層條件，確保取樣樣品質(zhì)量，滿足原位測(cè)試資料準(zhǔn)確性和可靠性要求，查明填土及軟弱土層的分布范圍及工程特性；依據(jù)擬建建筑物特征提出可靠、經(jīng)濟(jì)的地基基礎(chǔ)選型及施工方案，對(duì)設(shè)計(jì)施工中可能存在的巖土工程問題進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)價(jià)，最終為濱海建設(shè)項(xiàng)目的安全、穩(wěn)步推進(jìn)保駕護(hù)航。

［1］魏厚峰，李雅彬，王希科等.十字板剪切試驗(yàn)在天津?yàn)I海軟土勘察中的應(yīng)用分析［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015 （9）：2604～2604.

［2］陳寶，陳寧，劉毅等.淺談水域工程地質(zhì)勘察項(xiàng)目的實(shí)施［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2011，11（5）：165～166.

［3］李友龍，周永.淺談水上勘察的安全防護(hù)措施［J］.山西建筑，2011，37（1）：236～237.

［4］李慶耀，劉廣華.濱海工程勘察施工方法與工藝［J］.浙江水利科技，2005（3）：71～72.

［5］吳漢志.巖土工程勘察中技術(shù)與管理方法的綜合運(yùn)用研究［J］.公路，2010（10）：170～172.

［6］姜德鴻，魏嘉新.環(huán)灣綠道李滄區(qū)二期工程膠州灣岸線整治工程（金水路至樓山河入海口段）巖土工程勘察報(bào)告［R］.青島市勘察測(cè)繪研究院，2015.

［7］GB 50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［8］孫東風(fēng)，趙居代.原位測(cè)試在水上勘察中推廣問題的分析［J］.港工技術(shù)，2009（1）：17～19.

［9］冀東，呂三和，姜德鴻等.GXY-2BT型地質(zhì)勘探鉆機(jī)及雙層巖芯筒取芯技術(shù)在地鐵勘察項(xiàng)目中的應(yīng)用［J］.城市勘測(cè)，2015（3）：154～157.

［10］DBJ/T 14-094-2012.工程勘察巖土層序列劃分方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Research on Survey Methods and Geotechnical Engineering Properties of Coastal Beach Area

Wei Jiaxin1，2，Ji Dong1，2，Wang Wei1，2，Li Yunpeng1，2，Chou Ge1，2，Liu Yuanxian1，2
（1.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China；2.Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao，Qingdao 266032，China）

The implementation of survey work for Qingdao huanwan road regulation project is introduced in this paper.Important part of the project is mainly located in coastal beach area，ocean tide causes the difficulty for engineering geological investigation.Drilling by coastal platform，in-situ test，laboratory experiment are carried out based on field reconnaissance and analysis of building features；Distribution and engineering characteristics of formation in ground are revealed；Meanwhile，base foundation forms and bearing stratum are recommended；Possible geotechnical engineering problems in design and construction are evaluated at last.Achieved results will provide certain lessons and technical support for arrangement and implementation of similar survey projects in water areas.

coastal beach；survey method；drilling platform；geotechnical engineering properties

1672-8262（2016）04-164-04

TU195.1

B

2016—01—29

魏嘉新（1983—），男，助理工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)等技術(shù)工作。