工程勘察巖土地層劃分標準研究

［關鍵詞］工程勘察；膠萊平原剝蝕準平原區；地層劃分；力學性質；風化程度

工程勘察是工程建設程序中非常重要的內容之一，對項目的投資具有先導和決定性的影響；作為前期基礎工作，是項目重要環節，勘察質量的好壞直接影響整個項目質量并影響整個項目投資。在勘察過程中，對于同一場地地層定名與物理力學性質指標的確定，不同勘察單位在巖土工程勘察經驗和表達方式方面存在明顯差異，勘察報告雖有地層編號，但它以單一工程為核心，層序劃分僅滿足單個工程需要，一般從地表開始，自上向下順序編號，與相鄰工程相同地層的編號可能不一致。尤其在地形地貌、周邊及地下環境復雜區域差別更大，不統一的地層劃分嚴重影響了地層勘查成果共享，造成不必要的資源浪費，且對勘查數據庫的建設、野外勘查可操作性影響重大。因此，對工程勘察地質數據資料進行統一匯總，通過科學、系統、準確地分層，建立標準地層，提供可靠的物理力學參數，為工程勘察數據庫建設、野外勘查可操作性、共享行業成果、地方性規范規程的編制提供基礎數據；從而加快工程勘察資料的規范化、信息化、標準化、統一化[1]。仝霄金等[2]通過多種研究方法及手段，與區域地層進行對比，按“時代-成因-巖性”劃分了層級地層單位，并制訂了唯一地層序號，確定了濟南市市區標準地層層序的劃分。邵萬強等[3]通過采用適合城市的多種第四系研究方法及手段，確定了青島市市區第四系層序的劃分；并與區域地層進行對比，在厘定組級地層單位基礎上，按巖性組合劃分了層級地層單位，并確定了唯一地層序號；馬娟等[4]對濰坊市城區第四系地層研究，通過濰坊市城區第四系厚度等值線圖、第四紀不同地層單位沉積厚度等值線圖及地層埋深剖面圖、模型圖等，對第四系各土層的空間分布規律及其結構變化特征，控制因素進行初步分析和探討。

本文以膠萊平原剝蝕準平原區為例，結合區域地質、構造、地形地貌、水文地質、地層巖性等，土層按“地質年代（組段）—土層名稱—力學性質”建立了統一標準地層，“地質年代（組段）”對應主層層序，“土層名稱—力學性質”對應亞層及次亞層；巖層按“時代成因—巖石名稱—風化程度”建立了統一標準地層，“地質成因”對應主層層序，“土層名稱”對應亞層層序，“風化程度”對應次亞層層序，確定唯一地層序號，使我們對膠萊平原剝蝕準平原區地層有了統一認識。通過標準地層查詢勘察區域地層，通過層序（層級）即可對應時代成因、巖土名稱與風化程度，對應關系明確、條理清晰，使現場可以快捷辨識場地地層層序和工程特征，該標準地層的建立為區域地質研究、地方行業標準和規程制定提供重要的基礎資料。

1. 區域地質概況

1.1 地形地貌與地質構造

膠萊平原剝蝕準平原區位于魯東的中部，即墨北部，大沽河東側，膠州、高密之間，昌邑東南部，以及平度西北部；其南、北、東三側大致以海拔50m等高線與山地丘陵區為界，西側大致以濰河東岸狹長地帶與泰魯沂山前傾斜平原為界。

膠萊平原剝蝕準平原區位于魯東平原地區，局部為丘陵地帶，大地構造單元有膠遼隆起區和魯西隆起區2個二級構造單元，沂沭斷裂帶、膠北隆起和膠萊盆地西部3個三級構造單元，濰坊斷陷、汞丹山斷隆、安丘—莒縣斷陷、膠北斷隆、高密-諸城斷陷和平度-膠州斷陷6個四級構造單元，坊子凹陷、馬宋—荊山洼凸起、夏莊凹陷、朱里潛凹陷、金冢子凹陷、明村—但山凸起、高密—景芝凹陷、膠州—蘭底凹陷8個五級構造地質單元[3]。

區域斷裂構造較發育，其形成主要受華夏式構造體系與新華夏構造體系控制，區域控制性斷裂主要有安丘－莒縣斷裂、昌邑－大店斷裂、安丘－辛興斷裂、景芝－賈悅斷裂、井溝－諸城斷裂、蘭底－東化山斷裂、柴溝－膠州斷裂、百尺河－二十五里夼斷裂、五蓮－青島斷裂。

1.2 水文工程地質條件

地表水系較發育，河流、小型溪流和溝谷分布較多，匯水面積大，主要為濰河、渠河、膠河、墨水河、膠萊河、北溝河等河流。水量較豐富，水位受季節影響漲落起伏較大。

膠萊平原剝蝕準平原區為魯中南中低山丘陵水文地質區和魯東低山丘陵水文地質區；沂沭斷裂帶水文地質亞區和膠萊坳陷為主水文地質亞區；安丘谷地、諸城盆地和膠萊盆地孔隙、裂隙水水文地質小區。地下水含水巖組大致可分為第四系松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組和變質巖類裂隙及巖溶裂隙含水巖組。

2. 巖土地層劃分標準研究

地層劃分標準研究是一個比較復雜的過程，一般從區域地質、構造單元、地形地貌、水文地質、地層巖性等多方面采用多種方法綜合研究，地層層序按照地層形成的新老次序關系編制，一般情況下，形成時代晚的巖土層層序在上，層序編號小，形成時代早的巖土層層序在下，層序編號大。主層定名考慮地質時代、成因、巖石名稱、包含物、顏色等特征，土層按“地質年代（組段）—土層名稱—力學性質”編制主層和亞層；巖層按“時代成因—巖石名稱—風化程度”編制主層、亞層及次亞層。

2.1 巖土層劃分依據

巖土層劃分主要以《工程地質手冊（第五版）》[5]、《巖土工程勘察規范》GB50021-2001（2009 年版）[6]為主要依據，主要考慮以下因素：

（1）土層劃分依據

①地層形成的地質年代、成因類型、巖相條件、土層性狀、標志層與包含物等因素。

②根據地質成因，土層可劃分為沖積土、洪積土、沖洪積土、坡積土、殘積土和風積土等。

③以整個場區大部分地區有揭露且具有標志的層或標志層所在的層作為主層。

④在主層的基礎上，對同一主層內巖性或工程性狀有明顯差異的地層劃分為亞層、次亞層。

（2）巖層劃分依據

①巖石的成因、地質年代、類型、風化特點、巖相古地理環境、分布規律及接觸關系等因素。

②按基巖的成因時代、風化程度、巖性或巖石類型等特征劃分層序。

③按成因類型，巖石可劃分為沉積巖、變質巖、巖漿巖。

④按風化程度，巖石可劃分為全風化、強風化（含砂土狀、碎塊狀）、中風化、中風化（破碎）、微風化及未風化。

⑤巖層層序按“時代成因（組）—巖石名稱—風化程度”編制主層、亞層及次亞層；“地質成因”對應主層層序，“土層名稱”對應亞層層序，“風化程度”對應次亞層層序，確定唯一地層序號。

2.2 膠萊平原剝蝕準平原區標準地層的建立

在收集了大量工民建、公路、市政等項目鉆孔原始資料數據的基礎上，參照上述巖土層層序劃分依據和定名原則，并參考相關文獻[7]～[10]及國內其他地區的部分研究成果，對膠萊平原剝蝕準平原區進行了標準地層劃分，土層主要考慮其形成時代、成因類型、工程性狀和包含物等因素，按“時代成因—土層名稱（工程性狀）”劃分了土層層級單位，“地質年代（組段）”對應主層層序，“土層名稱—力學性質”對應亞層及次亞層；巖層主要考慮其時代成因、巖性、風化程度、完整性等因素，按“時代成因—巖石名稱—風化程度”，“地質成因”對應主層層序，“土層名稱”對應亞層層序，“風化程度”對應次亞層層序，劃分了巖層層級單位；該標準地層按照上新下老的順序劃分主層層序（層級）17個，亞層層序42個，次亞層層序109個（表1）。

3 . 工程應用

本文選取了膠萊平原剝蝕準平原區中部的某線性項目進行應用，該項目為東西向，地形起伏較大，項目橫穿“高密拒城河—膠河—膠濟鐵路—墨水河—膠西火車站—九層嶺北”等區域。

該項目特點是規模大（超過1000個鉆孔）、線路長、構筑物類型多，沿線區域地質、工程地質、水文地質條件復雜，場區存在多種特殊性巖土，如填土、風化巖、殘積土及砂土液化等。區域土層主要為全新統沂河組、臨沂組、黑土湖組地層，巖性為黏性土、粉土、砂土等；區域巖層為白堊系下統萊陽群水南組砂巖、頁巖，萊陽群楊家莊組砂巖、泥巖、頁巖、礫巖，杜村組礫巖。青山群八畝地組安山巖、玄武巖。在地貌單元交界處，地層和層面變化大，巖性多樣，巖石風化程度和工程性質差異大。因此，選擇該線性項目對膠萊平原剝蝕準平原區地層劃分標準應用。地層劃分標準應用分三步進行：

第一步：根據膠萊平原剝蝕準平原區地層劃分標準（見表1）對該項目場地地層進行初步了解；項目進場后對整條公路全線進行地質調繪并結合地質資料，發現全線共涉及第四系及白堊系下統兩種地層，包括3個統，5個組；根據表1，土層按照“地質年代（組段）”確定主層；巖層按照“時代成因”確定主層。

第二步：根據項目完成的鉆探、物探測試、土工試驗和原位測試等多種手段形成的鉆孔地層資料，與表1進行對比，確定了亞層和次亞層；第三步：把完成的鉆孔資料采用膠萊平原剝蝕準平原區地層劃分標準（表1）進行層號編制，生成地質柱狀圖、剖面圖（圖1），編制勘察報告。

結果表明：膠萊平原剝蝕準平原區地層劃分標準基本涵蓋了該項目所涉地層，且現場可以快捷辨識場地地層層序和工程特征，為本勘察工作快速、完整、準確獲得地質資料提供了指導，該標準取得了較好的應用效果。

4. 結語

（1）通過對膠萊平原剝蝕準平原區地層劃分標準的研究，綜合考慮區域地質、構造、地形地貌、水文地質、地層巖性等因素，土層按“地質年代（組段）—土層名稱—力學性質”建立了統一標準地層，“地質年代（組段）”對應主層層序，“土層名稱—力學性質”對應亞層及次亞層；巖層按“時代成因—巖石名稱—風化程度”建立了統一標準地層，“地質成因”對應主層層序，“土層名稱”對應亞層層序，“風化程度”對應次亞層層序，確定唯一地層序號，建立了“膠萊平原剝蝕準平原區標準地層劃分表”，使我們對高密市、膠州市地層有了新的認識。

（2）標準地層對巖土工程勘察具有一定可操作性。根據標準地層查詢勘察區域的地層，建立對地層的初步認識，使現場可以快捷辨識場地地層層序和工程特征，為野外勘探和巖土測試提供依據。標準地層的建立為區域地質研究、地方行業標準和規程制定提供基礎資料。

（3）巖土工程勘察信息系統的建設是勘察行業的未來趨勢，建設勘察數據庫平臺首要考慮的是統一巖土層序號問題，通過對建庫區域進行地層的統一劃分，確定巖土層數量及唯一地層序號，實現對工程勘察數據的統一管理。

（4）地層層序劃分具有延續性和擴展性，在今后工作中還需更多的原始勘察數據進行修訂和完善。