新生代半成巖工程特性分析及工程巖體分級方法

楊曉芳 李玉倩 馬秉務(wù)

(1.北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038；2.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100055)

0 引言

近些年，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大及新城的規(guī)劃建設(shè)，越來越多的特殊性巖土問題在工程建設(shè)過程中凸顯出來，直接影響工程的經(jīng)濟(jì)投入和施工的安全進(jìn)行。

我國新生代半成巖地層分布廣泛，西部和南方為多，且多為裸露型；中部和北方分布相對較少，多以埋藏型為主。由于沉積年代短，成巖作用差，自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，物理力學(xué)性能差，新生代半成巖的工程性質(zhì)在施工過程中易受工程環(huán)境改變的影響產(chǎn)生明顯變化。因此，在工程實施過程中對其工程性質(zhì)進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評價顯得尤為重要。

本文通過總結(jié)北京市新生代半成巖的分布特征，收集北京市城區(qū)及周邊新生代半成巖淺埋區(qū)及出露區(qū)各類工程的勘察及施工資料，歸納新生代半成巖的直觀地質(zhì)特征、物質(zhì)成分、物理力學(xué)與水理性質(zhì)，依據(jù)各相關(guān)規(guī)范[1-7]中的工程巖體分級(類)方法對新生代半成巖進(jìn)行分級評價，分析各分級方法對新生代半成巖的適用性，進(jìn)而在前人研究軟巖與新生代半成巖工程特性及分類的基礎(chǔ)上，探討和提出新生代半成巖的工程巖體分級評價思路。

1 北京地區(qū)新生代半成巖的分布特征

北京地區(qū)的新生代半成巖地層發(fā)育不全，缺失古近系古新統(tǒng)，大部分隱伏于山間盆地及平原第四系之下，在西部山麓地帶有零星出露[8]。與文獻(xiàn)資料中新生代半成巖的分布特征一致，既見于盆地，又見于各型地塹谷和侵蝕溶蝕洼地中，且多為斷陷盆地或坳陷盆地。

1.1 山區(qū)的分布情況

分布于山區(qū)的新生代半成巖為始新統(tǒng)與上新統(tǒng)，主要為由間歇性水流所形成的洪積相砂礫巖夾泥巖，主要分布于豐臺區(qū)長辛店、辛莊、王佐，房山區(qū)良鄉(xiāng)、周口店，昌平區(qū)南口及延慶區(qū)的山前丘陵與淺山過渡帶，或直接出露，或隱伏于第四系之下。山麓地帶礫巖層較厚，泥巖相對較少，巖層厚約50 m；至平原區(qū)逐漸相變?yōu)楹恿?淺湖相沉積的砂巖、泥巖夾礫巖，厚度不大于200 m。

1.2 平原區(qū)的分布情況

自始新世中晚期開始，平原區(qū)初步形成北東向的“二凹一隆”格局。在“北京凹陷”盆地內(nèi)沉積了厚度較大的新生代半成巖地層，隱伏于第四系松散覆蓋層下幾米至數(shù)百米，沉積厚度200～1000 m，主要分布始新統(tǒng)長辛店組(E2c)、始-漸新統(tǒng)前門組(E2-3q)、中-上新統(tǒng)天壇組(N1-2t)與上新統(tǒng)天竺組(N2tz)。巖性自西向東由山區(qū)洪積相砂礫巖夾泥巖逐漸過渡為河湖相砂巖、泥巖夾礫巖。

2 新生代半成巖的工程特性

根據(jù)工程實踐過程中鉆探、開挖揭示的情況以及室內(nèi)試驗的結(jié)果(見表1)，新生代半成巖具有以下工程特性：

表1 某工程新生代半成巖物質(zhì)成分、物理力學(xué)室內(nèi)試驗及野外特征分析結(jié)果

(1)單層厚度大，成巖層理不甚發(fā)育，產(chǎn)狀平緩，副巖性多呈夾層及透鏡體狀分布；地層中記錄構(gòu)造應(yīng)力場作用的形跡少，僅在膠結(jié)程度較好的鈣質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖中發(fā)現(xiàn)少量陡傾、平直光滑、附泥膜的剪節(jié)理發(fā)育；整體呈厚層狀—巨厚層狀結(jié)構(gòu)，地層巖性力學(xué)性能差，勘察過程中鉆取的巖芯多呈柱狀—短柱狀。

(2)細(xì)顆粒的物質(zhì)成分中含有大量的親水黏土礦物(蒙脫石、伊利石、高嶺石等)，其中，蒙脫石含量高達(dá)19.07%～47.18%；另外，交換性陽離子以鈣鎂為主。遇水易膨脹崩解，失水易干縮開裂，干巖塊浸水后的反應(yīng)多為快速完全崩解為泥膏狀、砂泥狀或散狀砂、礫、泥，置于地表易風(fēng)化解體，長期受外因作用易形成“土化現(xiàn)象”。圖1為某地鐵工程采用SH30型孔內(nèi)錘擊鉆機(jī)在地面下深度8.0～12.0 m采取的巖芯照片，其中，10.6～11.6 m鉆遇的泥礫巖長期受地下水浸泡作用形成的“泥包礫”土化層，之下為正常狀態(tài)下的泥礫巖。

圖1 某工程中的新生代半成巖“土化現(xiàn)象”

(3)沉積年代短，成巖作用差，多以泥質(zhì)、鈣質(zhì)的半膠結(jié)—弱膠結(jié)狀態(tài)存在；基質(zhì)與細(xì)顆粒充填物中的黏土礦物含量高，導(dǎo)致巖體的透水性差，多屬微—極微透水，局部弱膠結(jié)、結(jié)構(gòu)松散及顆粒級配不良的粗砂巖或砂礫巖呈中透水。

(4)抗壓強(qiáng)度低，飽和單軸抗壓試驗難以實現(xiàn)，一般情況下室內(nèi)試驗得到的巖塊強(qiáng)度可等同于巖體強(qiáng)度使用。天然巖塊抗壓強(qiáng)度一般小于1 MPa，受顆粒不均影響、膠結(jié)程度較差的砂礫巖巖塊抗壓強(qiáng)度甚至低于0.1 MPa，極少量膠結(jié)程度較好的鈣質(zhì)砂巖巖塊抗壓強(qiáng)度可達(dá)到2～3 MPa。

3 現(xiàn)行規(guī)范工程巖體分級方法的應(yīng)用

工程巖體分級是采用工程地質(zhì)調(diào)查、勘探、野外測試、室內(nèi)試驗等手段，依據(jù)單項或多項分類指標(biāo)將工程建設(shè)所涉及的巖體(地基、圍巖、邊坡等)分成若干等級，其目的是對工程巖體的質(zhì)量進(jìn)行分級評價，為合理設(shè)計和安全施工提供科學(xué)依據(jù)。

沉積物在向沉積巖的成巖作用過程中主要經(jīng)歷：壓固作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用和成巖礦物的形成等[9]。新生代半成巖雖然經(jīng)歷了長期的成巖作用，具備一定“巖”的特性，但由于其形成時間較短，僅完成了“壓固”與“膠結(jié)”兩步成巖過程，仍不能完全定義為“巖”。再加上其自身的工程特性，應(yīng)用現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范[1-7]中的工程巖體分級方法對新生代半成巖進(jìn)行分級評價具有一定的難度，本文僅進(jìn)行探討性的應(yīng)用，進(jìn)而分析其適用性。

3.1 按堅硬程度劃分

相關(guān)規(guī)范[1-7]根據(jù)飽和單軸抗壓強(qiáng)度的大小將巖石劃分為：堅(或極)硬巖、較堅硬(或較硬、中硬、硬)巖、較軟巖、軟巖和極軟巖5個等級。

通過力學(xué)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，隨機(jī)選取的新生代半成巖巖樣天然單軸抗壓強(qiáng)度均小于5 MPa，且多因巖樣浸水后迅速解體無法進(jìn)行飽和單軸抗壓試驗。各相關(guān)規(guī)范對飽和單軸抗壓強(qiáng)度也可根據(jù)計算公式利用飽水點荷載試驗強(qiáng)度IS(50)換算獲取飽和單軸抗壓強(qiáng)度。但由于新生代半成巖的遇水膨脹崩解及蠕變特性，同樣難以獲取IS(50)值。

新生代半成巖巖樣的天然單軸抗壓強(qiáng)度一般小于5 MPa。根據(jù)理論與實踐驗證，巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度正常均小于天然單軸抗壓強(qiáng)度，因此，可直接將新生代半成巖劃為極軟巖。

3.2 按完整程度劃分

根據(jù)巖體完整性指(系)數(shù)(Kv)將巖體分為“完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎”5個等級[1-4,6-7]或“完整、較完整、完整性差、較破碎和破碎”5個等級[5]。

從巖體完整性指數(shù)的定義分析，Kv由兩部分構(gòu)成，一部分是工程巖體的彈性波波速值，另一部分是工程巖體中巖塊的彈性波波速值，兩部分的彈性波波速值均可通過測試獲得。由于新生代半成巖仍處于成巖過程中，其成巖作用差，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，巖體與巖塊的彈性波波速值基本無明顯的規(guī)律性差異；即便用同層位下部巖體的彈性波波速值代替巖塊的彈性波波速值，與上部巖體的彈性波波速值亦相差不大。另外，新生代半成巖整體呈厚層—巨厚層狀結(jié)構(gòu)，且各類結(jié)構(gòu)面在巖體中不甚發(fā)育，采用巖體體積節(jié)理數(shù)(Jv)對應(yīng)巖體完整性指數(shù)(Kv)基本無明顯的差別。因此，新生代半成巖按照完整程度劃分的結(jié)果為完整—較完整。

3.3 按基本質(zhì)量等級劃分

相關(guān)規(guī)范[1-7]根據(jù)上述兩項指標(biāo)綜合評判，將巖體基本質(zhì)量劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個等級。其中，部分規(guī)范[3-4,6-7]針對土質(zhì)圍巖對圍巖基本質(zhì)量進(jìn)行了對應(yīng)，并增加了Ⅵ級；另外，部分規(guī)范[6-7]針對構(gòu)造作用強(qiáng)烈的巖質(zhì)圍巖進(jìn)行了圍巖基本質(zhì)量等級具體定義。

結(jié)合3.1與3.2章節(jié)對新生代半成巖按照完整程度與堅硬程度的劃分結(jié)果與相關(guān)論述，依據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-7]綜合評價，新生代半成巖的巖體(巖質(zhì)圍巖)基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；依據(jù)相關(guān)規(guī)范[3-4,6-7]中對土質(zhì)圍巖級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，新生代半成巖的圍巖基本分級可劃至Ⅳ級—Ⅴ級。

3.4 按風(fēng)化程度劃分

相關(guān)規(guī)范[1-7]根據(jù)巖石的風(fēng)化程度將巖石劃分為：全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等(或弱)風(fēng)化、微風(fēng)化及未風(fēng)化(或新鮮巖體)5個等級，具體各風(fēng)化等級對應(yīng)的巖體野外特征及相關(guān)參數(shù)可參見各相關(guān)規(guī)范[1-7]中的對應(yīng)內(nèi)容。

上述各相關(guān)規(guī)范均未對新生代半成巖與巖石風(fēng)化程度劃分之間建立起必然聯(lián)系與對應(yīng)關(guān)系，并且均將半成巖列入風(fēng)化程度劃分的適用范圍之外，但是也存在規(guī)定與應(yīng)用自相矛盾的情況。其中，《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001，2009年版)[1]在附錄A表A.0.3注中規(guī)定，泥巖和半成巖可不進(jìn)行風(fēng)化程度劃分，并在3.2.1—3.2.3條文說明中闡明新生代砂巖、泥巖等半成巖處于巖石與土之間，劃分風(fēng)化帶意義不大。然而，在該相關(guān)條文說明中，又以微風(fēng)化新生代砂巖舉例說明巖體基本質(zhì)量等級的劃分情況。筆者認(rèn)為規(guī)范中存在這種模棱兩可和分歧之處尚存不妥，導(dǎo)致有些勘察單位和技術(shù)人員在執(zhí)行規(guī)范的過程中概念不清和錯誤理解，習(xí)慣性將新生代半成巖劃分為全風(fēng)化—中等風(fēng)化，甚至有部分專家要求對新生代半成巖進(jìn)行風(fēng)化分帶。

另外，筆者認(rèn)為對新生代半成巖進(jìn)行風(fēng)化程度劃分有悖于地質(zhì)學(xué)的基本概念，具體分析如下：

(1)風(fēng)化作用是組成地殼的上部巖體在太陽的輻射、水、大氣及生物等各種營力的作用下使其成分和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變異的地質(zhì)作用的總稱[10]，包括物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。風(fēng)化作用作為外力地質(zhì)作用的一種，主要是針對完全意義的巖石進(jìn)行定義的。由于風(fēng)化作用的存在，引致不同風(fēng)化分帶中的巖石在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、色澤及結(jié)構(gòu)面狀態(tài)等方面產(chǎn)生明顯的差異。

(2)新生代半成巖是早期母巖風(fēng)化作用的產(chǎn)物，經(jīng)搬運、沉積、壓固、膠結(jié)形成現(xiàn)階段的物質(zhì)形態(tài)，但尚未經(jīng)重結(jié)晶與成巖礦化作用形成完全的巖化結(jié)構(gòu)與成巖礦物，仍處于沉積成巖的過程中。

(3)在成巖過程中，雖然存在風(fēng)化作用與成巖作用相伴，但風(fēng)化特征不明顯，結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分等均未產(chǎn)生明顯變化，沒有形成相對鮮明的分帶現(xiàn)象。從野外的表征現(xiàn)象來看，直接出露或被第四系土層覆蓋的新生代半成巖，也僅僅表現(xiàn)為在受大氣、水及生物等外因作用影響，淺表層巖體的膠結(jié)程度相對較弱，力學(xué)性質(zhì)變差，存在一定程度的土化現(xiàn)象，土化層之下的巖體再無明顯的差異性。即便對其進(jìn)行風(fēng)化程度劃分也是在目前狀態(tài)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過漫長的地質(zhì)演變，在未來的某個地質(zhì)時代，將其劃定為特征明顯的風(fēng)化殼層。

綜上分析，按照巖石風(fēng)化程度劃分不適用于新生代半成巖。

3.5 按軟化程度劃分

相關(guān)規(guī)范[1,6]根據(jù)巖石的軟化系數(shù)(KR)將巖石分為兩類：當(dāng)KR值小于或等于0.75時，為軟化巖石；當(dāng)KR值大于0.75時，為不軟化巖石。

工程實踐中隨機(jī)選取的新生代半成巖巖樣多遇水膨脹崩解，難以通過室內(nèi)試驗獲取巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度。參考北京西部地區(qū)新生代半成巖的試驗結(jié)果[11-12](見圖2)，并通過查閱相關(guān)資料[13-15]，新生代半成巖的軟化系數(shù)基本都小于0.75，極少數(shù)新生代巖樣通過試驗獲取的軟化系數(shù)大于0.75。因此，新生代半成巖可初步判定為軟化巖石，最終根據(jù)試驗數(shù)據(jù)定量定義軟化程度分類。

圖2 黏土巖應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線[12]

3.6 按巖石質(zhì)量指標(biāo)劃分

自從1967年由迪爾(Deer)等人提出了巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)[10]，該值被廣泛用于評價巖體的完整性與巖體質(zhì)量分級。根據(jù)RQD值的大小統(tǒng)計判斷巖體的質(zhì)量，將巖體劃分為：好(很好)、較好(好)、較差(中等)、差(壞)、極差(極壞)5個等級[1,6](括號內(nèi)等級為參考文獻(xiàn)[6]中的劃分等級)。

本文采用RQD值對新生代半成巖進(jìn)行分類評價，并未直接采用直徑75 mm二重管金剛石鉆頭鉆進(jìn)取芯，僅通過常規(guī)單管合金鉆頭采取巖芯。從鉆取巖芯的直觀狀態(tài)判斷，除粗砂巖及礫巖外，其它新生代半成巖按RQD值劃分的等級為好—較好。即使砂礫巖巖芯破碎，也是因粗顆粒相對基質(zhì)/膠結(jié)物屬剛性體，在鉆進(jìn)過程中鉆頭研磨巖體帶動粗顆粒旋轉(zhuǎn)破壞弱膠結(jié)作用引致巖芯解體；同時，在巖芯取出巖芯管過程中，鉆探人員往往采用重錘敲打?qū)е聨r芯機(jī)械破碎，而并非巖體自身受結(jié)構(gòu)面切割造成的巖體結(jié)構(gòu)破碎。

另外，迪爾(Deer)等人最初提出巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)只是應(yīng)用于硬質(zhì)巖體中，后來得到工程人員的認(rèn)同并在世界各國的巖石工程中得以廣泛應(yīng)用，應(yīng)用范圍基本限于完全意義的巖石地層中。對于軟弱的巖石、完整程度差的巖體來說，RQD值往往存在很大的差距。

3.7 按結(jié)構(gòu)類型劃分

相關(guān)規(guī)范[1-7]按結(jié)構(gòu)類型劃分巖體的思路主要有兩種，巖土工程勘察規(guī)范及其它規(guī)范[1,6-7]將巖體劃分為：整體狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂狀結(jié)構(gòu)、散體狀結(jié)構(gòu)5個等級；工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)及其它規(guī)范[2-5]將巖體劃分為：塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)5個主級，進(jìn)而劃分為13個亞級。

上述規(guī)范中按照結(jié)構(gòu)類型劃分有所差異，前者主要是從幾何指標(biāo)出發(fā)，結(jié)合成巖機(jī)理，更加注重幾何指標(biāo)；而后者是從成巖機(jī)理出發(fā)，結(jié)合幾何指標(biāo)，更加注重成巖機(jī)理。

新生代半成巖作為沉積巖，層理、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面均不發(fā)育，不同巖性的巖層之間呈膠結(jié)狀態(tài)。按前者劃分新生代半成巖屬“整體狀結(jié)構(gòu)”，按后者則屬于“層狀結(jié)構(gòu)之巨厚層狀結(jié)構(gòu)”。按照結(jié)構(gòu)類型劃分巖體，筆者更傾向于采用后者的劃分體系。

4 各工程巖體分級方法的適用性評價

通過上述對相關(guān)規(guī)范[1-7]工程巖體分級方法在新生代半成巖中的探討性應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用上述各種工程巖體分級方法對新生代半成巖的工程巖體分級評價缺乏準(zhǔn)確性和針對性，存在較大程度的局限性和不適用性，但其中部分指標(biāo)對新生代半成巖仍具有一定的指導(dǎo)意義。

(1)按照完整程度與巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)劃分工程巖體主要用于評價成巖程度好、節(jié)理發(fā)育硬質(zhì)巖的質(zhì)量好壞，對成巖程度差、呈巨厚層狀的新生代半成巖適用性差。

(2)新生代半成巖尚未完成整個的巖化過程，對其進(jìn)行風(fēng)化程度的劃分不符合地質(zhì)學(xué)的基本概念。因此，按巖石風(fēng)化程度對巖體進(jìn)行劃分不適用于新生代半成巖。

(3)從按結(jié)構(gòu)類型劃分巖體的主級與亞級分析，主要適用于成巖節(jié)理與構(gòu)造節(jié)理均有所發(fā)育且存在淺表生改造作用的堅硬節(jié)理型巖體，對各類結(jié)構(gòu)面不發(fā)育的軟弱新生代半成巖適用性不強(qiáng)。

(4)按巖石的堅硬程度與軟化程度劃分巖體等級在新生代半成巖中雖具有一定程度的適用性，但相對分級界限過于寬泛，新生代半成巖間難以劃分，缺乏針對性。

(5)上述相關(guān)規(guī)范[1-7]中的工程巖體分級方法主要適用于水電站、山區(qū)鐵路及高速公路等大型土木工程中所涉及的多巖性、地質(zhì)作用強(qiáng)烈、差異性明顯的非特殊性地質(zhì)體，用以評價同一地質(zhì)狀態(tài)不同巖性、不同地質(zhì)狀態(tài)同一巖性與不同地質(zhì)狀態(tài)不同巖性之間的工程性質(zhì)差異，進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計施工。

因此，對于新生代半成巖地區(qū)，為給工程設(shè)計和施工提供更為準(zhǔn)確和科學(xué)的依據(jù)，確保合理設(shè)計、安全施工，有必要在上述相關(guān)規(guī)范[1-7]工程巖體分級方法的基礎(chǔ)上針對新生代半成巖這一類具特殊性的巖體進(jìn)行專門的工程巖體分級評價研究。

5 新生代半成巖工程巖體分級方法的探討

5.1 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外用于風(fēng)化劃分鮮明、節(jié)理發(fā)育的硬質(zhì)巖體的工程巖體分級方法很多，針對軟巖提出的工程巖體分級方法也不少，然而對新生代半成巖具有一定適用性的工程巖體分級方法卻很少。主要有以下幾種：

(1)1988年，曲永新等人依據(jù)大量不同類型的未擾動巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度和干燥飽和吸水率提出了泥質(zhì)巖的工程分類方法[16]，分為：極軟、軟、中硬、硬、特硬5個強(qiáng)度分級，進(jìn)而又結(jié)合巖塊的干燥飽和吸水率對5類泥質(zhì)巖的膨脹性細(xì)分為：非膨脹、弱膨脹、膨脹、強(qiáng)膨脹、劇膨脹5個膨脹性分級。

(2)1996年，李承先結(jié)合伊朗卡爾赫工程的礫巖、砂巖和泥巖等軟巖，采用巖石的可鉆性、滲透性、動力特征和變形性質(zhì)等參數(shù)探討了軟巖的工程分類方法[17]，分為：鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖、砂巖(一般，代號C1)，鈣、泥質(zhì)膠結(jié)礫巖、砂巖(差，代號C2)，以及泥質(zhì)膠結(jié)、固結(jié)不好的礫巖、砂巖(非常差，代號C3)，接觸膠結(jié)、固結(jié)不好的礫巖、砂巖(極差，代號C4)，泥巖(非常差，代號M)。

(3)1997年，陳慶敏等人從巖體結(jié)構(gòu)特征、地應(yīng)力狀況及簡單實用的角度出發(fā)，將軟巖劃分為：松散型、軟弱型、破碎型、高應(yīng)力型及膨脹型五種基本類型[18]。

(4)2007年，萬宗禮、聶德新等依托黃河上游新生代半成巖地區(qū)的電站工程建設(shè)從新生代半成巖的形成地質(zhì)環(huán)境、巖石及巖體特征、水文地質(zhì)特征、工程特性及相關(guān)工程地質(zhì)問題等對新生代半成巖進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[13,19]。

(5)1997年，國外提出基于抗壓強(qiáng)度的分類，將土、軟巖、硬巖進(jìn)行了明確的界限劃分，分為：極軟土、軟土、硬土、堅土、極堅土、極軟巖或堅硬土、軟巖、中軟巖、中硬巖、硬巖、極硬巖[13]。

5.2 方法探討

通過上述對新生代半成巖工程特性的分析研究，再加上探討性應(yīng)用相關(guān)規(guī)范[1-7]中的各工程巖體分級方法對其評價，發(fā)現(xiàn)常規(guī)的工程巖體分級方法存在較大程度的局限性和不適用性，并且缺乏準(zhǔn)確性和針對性。在工程建設(shè)中，難以突出和體現(xiàn)新生代半成巖自有工程特性及其對工程建設(shè)的影響。

以常規(guī)的工程巖體分級方法為基礎(chǔ)，參考目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，依據(jù)新生代半成巖的工程特性，結(jié)合工程類型與工程地質(zhì)環(huán)境，形成新生代半成巖的工程巖體分級評價思路如下：

(1)從新生代半成巖自身的膠結(jié)物與膠結(jié)程度、堅硬程度、軟化性、崩解性、膨脹性及蠕變性著手，進(jìn)行針對性的細(xì)化分級，建立適用于新生代半成巖的工程巖體分級體系。

上述學(xué)者及研究人員針對巖石的某些特性進(jìn)行了細(xì)致的等級劃分，例如：① 根據(jù)膠結(jié)系數(shù)劃分為弱膠結(jié)、中等膠結(jié)、強(qiáng)膠結(jié)、極強(qiáng)膠結(jié)；② 根據(jù)單軸抗壓強(qiáng)度劃分為極軟土、軟土、硬土、堅土、極堅土、極軟巖、軟巖等；③ 將崩解性劃分為強(qiáng)崩解、中崩解、弱崩解、不崩解；④ 將膨脹性劃分為劇膨脹、強(qiáng)膨脹、膨脹、弱膨脹、非膨脹。這些對特性指標(biāo)細(xì)化研究的方法和思路可以在對新生代半成巖的分級評價中加以借鑒與利用。

該評價思路是針對新生代半成巖建立相對獨立的分級評價體系，需要對體現(xiàn)新生代半成巖工程特性的分級因子進(jìn)行系統(tǒng)性的梳理與厘定，需要搜集和積累大量的工程實踐經(jīng)驗、室內(nèi)試驗與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)作為技術(shù)支撐，是對于新生代半成巖和涉及的大多工程類型具有一定普適性的評價思路。

(2)結(jié)合具體工程類型的特點與其所處的工程地質(zhì)環(huán)境，著重研究和評價新生代半成巖因工程環(huán)境改變而引致其工程性能大幅度損傷的特性指標(biāo)，規(guī)避因?qū)μ匦灾笜?biāo)研究深度不足或劃分精度不夠造成在施工與運維過程中因施工工藝的不當(dāng)和工程環(huán)境的改變而帶來的投資增加和安全隱患。

該評價思路是針對具體的工程項目建立的。評價工作的開展需要依據(jù)具體項目的工程特點與設(shè)計條件，結(jié)合具體的工程場地及周邊工程環(huán)境條件(氣象、水文、地質(zhì)、已有設(shè)施等)，深入研究場區(qū)內(nèi)新生代半成巖對工程建設(shè)有重大影響及對工程環(huán)境條件改變存在敏感反應(yīng)的工程特性。根據(jù)與工程建設(shè)相關(guān)的特性差異細(xì)致劃分場區(qū)內(nèi)新生代半成巖地層，制定與之相匹配的施組方案，采取與之相適應(yīng)的施工工藝，規(guī)避在施工與運維過程中因工程環(huán)境條件改變造成其工程性能的降損。或者，根據(jù)新生代半成巖的工程特性，結(jié)合項目所處的工程環(huán)境條件，考慮因工程環(huán)境條件改變造成的工程性能降損，進(jìn)而調(diào)整工程項目的設(shè)計條件，確保工程項目的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

該評價思路是結(jié)合具體的工程項目和工程地質(zhì)問題，針對新生代半成巖的某種或幾種工程特性，開展的具體的分級評價思路。

6 結(jié)論

新生代半成巖在全國范圍內(nèi)廣泛分布，且因其在軟化性、崩解性、膨脹性與蠕變性等方面的特性涉及諸多工程地質(zhì)問題[20-21]。本文通過對工程中涉及的新生代半成巖工程特性的分析與總結(jié)，并應(yīng)用現(xiàn)行各相關(guān)規(guī)范中的工程巖體分級方法對其進(jìn)行了基本分級，進(jìn)而開展了相關(guān)的適用性分析與評價。得出以下結(jié)論：

(1)雖然在正常的賦存環(huán)境條件下新生代半成巖自身的工程性能要優(yōu)于一般的土體，但如若對其在軟化性、崩解性、膨脹性與蠕變性等方面的工程特性認(rèn)識不清，不當(dāng)?shù)氖┕すに嚭凸こ汰h(huán)境的改變將會導(dǎo)致其工程性能大幅度降損，造成工程投資增加，并帶來安全隱患。

(2)目前現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范中的各工程巖體分級方法對新生代半成巖的適用性不強(qiáng)，評價結(jié)果難以突顯新生代半成巖不同于常規(guī)意義“巖”與“土”的特殊性工程特性對工程建設(shè)的影響。

(3)本文探討性地提出了“基于大多工程類型、具有一定普適性、相對獨立的綜合性評價”與“基于具體工程項目和工程地質(zhì)問題、針對某一或幾種工程特性指標(biāo)的專門性評價”兩種新生代半成巖的工程巖體分級評價思路。

通過以往工程案例的勘察揭示與施工驗證，筆者認(rèn)為有必要針對新生代半成巖或某些特殊工程建立起適宜于評價新生代半成巖的工程巖體分級方法，進(jìn)而制定適合此類巖體工程的施工方法與處理措施，確保工程的設(shè)計合理和施工安全。