巖土工程勘察需注意的問題

巖土工程勘察

需注意的幾個問題林本海廣州大學(xué)土木工程學(xué)院廣州大學(xué)建筑設(shè)計研究院2012年09月一、地質(zhì)構(gòu)造的宏觀控制作用褶皺控制著地層的走向和產(chǎn)狀，主要分背斜和向斜兩種。斷層斷裂不僅使巖性破碎，而且是地下水的運移通道和賦存空間；風(fēng)化深槽是地下水作用、地層特性與構(gòu)造影響綜合作用的結(jié)果。線路勘察因長短不同可能跨越不同構(gòu)造單元，分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造意義重大。點狀勘察雖不跨越構(gòu)造體但處于不利部位影響顯著。1、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造指褶皺和斷層，褶皺控制著地層的走向和產(chǎn)狀，主要分背斜和向斜兩種。廣州海珠城廣場基坑場地所處的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造位置（珠江向斜南翼，巖層傾向北西，傾角20～35°，開挖期間實測傾角25°）海珠城廣場基坑坍塌現(xiàn)場（05年7月21日12：30）海珠城廣場基坑南邊坍塌現(xiàn)場（7月22日）海珠城廣場基坑南側(cè)土釘墻支護(hù)剖面海珠城廣場基坑南側(cè)垮塌的內(nèi)在根源

場地位于珠江向斜南翼，巖性為白堊系三水組泥質(zhì)粉砂巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，由東南向北西傾斜，傾角20～35°，開挖期間實測傾角25°。雖然6米下即為巖層，但巖性破碎，存在3個強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化軟弱帶，開挖期間出現(xiàn)流水和流泥現(xiàn)象；

南側(cè)順坡且?guī)r體裂隙發(fā)育風(fēng)化強(qiáng)烈，加上存在軟弱結(jié)構(gòu)面等不利因素相互交集，是造成本次基坑垮塌的內(nèi)在根源。廣州金沙洲局部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。①吳川-四會深斷裂帶，②恩平-新豐深斷裂帶，③高要-惠來深斷裂帶恒大名都邊坡里橫路東側(cè)巖層的單斜層理恒大名都邊坡里橫路東側(cè)的單斜順坡與局部逆坡層理大坦沙島向斜構(gòu)造：核部為大塱山組(K2dl)紅層，翼部主要為白堊系三水組(K2ss)泥灰?guī)r。大坦沙島7號勘探線地質(zhì)剖面圖（向斜）濱江東路某基坑開挖現(xiàn)場（08-12-20）（設(shè)計深度8.9m，采用鉆孔樁+角撐+錨索支護(hù)，嵌固2.6m，巖層埋深淺但由南向北傾斜）濱江東路某基坑開挖現(xiàn)場（開挖表明巖層由南向北傾斜，傾角約20°）濱江東路某基坑開挖現(xiàn)場（開挖表明巖層由南向北傾斜，傾角約20°）2、斷裂作用主斷裂作用引起地層的錯層主斷裂作用往往造成次生平行燕狀斷裂斷裂作用引起巖性的破碎形成破碎帶斷層破碎帶往往是地下水的通道和富集場所。廣州地區(qū)大地構(gòu)造位置圖廣州東西向西灣路—麓景路段工程地質(zhì)剖面廣從斷裂帶廋狗嶺斷裂帶廣州南北向中山四路-東風(fēng)路-越秀山-廣園路段斷裂帶發(fā)育剖面圖廋狗嶺斷裂清泉街?jǐn)嗔褟V從斷裂環(huán)市路斷裂瘦狗嶺斷裂帶剖面圖

K2—上白堊紀(jì)；1—砂巖；2—礫巖；3—斷層角礫巖；4—硅化巖；5—碎裂狀硅化巖；6—糜棱巖；7—裂隙；J1Y—早侏羅世花崗巖越秀山—桂花崗逆掩斷層示意圖

1－上白白堊統(tǒng)；2－下侏羅統(tǒng)；3－震旦系；4－混合巖；5－砂頁巖；6－粗砂巖；7－逆掩斷層

地鐵六號線橫沙站附近的風(fēng)化深槽3、注意風(fēng)化深槽次生斷裂破碎帶往往也是富水區(qū)和排水通道，且造成附近巖土層裂隙發(fā)育，在地下水作用下容易形成風(fēng)化深槽廣州地鐵三號線延長線梅花園站平面圖梅花園站基坑中部的地連墻的變形達(dá)95mm梅花園站風(fēng)化的花崗巖殘積土深槽由北向南傾斜角度達(dá)30°，造成南邊土壓力大于北邊土壓力，變形也南邊大北邊小。地連墻的變形北邊小南邊大并整體向北移動北邊的墻體測斜特點南邊的墻體測斜特征二、地層巖性變化與強(qiáng)度差異1、三大類巖石工程特征差異顯著沉積巖：包括陸相碎屑巖，如“紅層”，分布面積7259km2。海相沉積巖，如碳酸鹽巖出露分布面積7221km2。巖漿巖：噴出或侵入巖，主要為花崗巖類，占全省的1/3。變質(zhì)巖：由花崗巖經(jīng)后期發(fā)生變質(zhì)作用形成的混合巖；由沉積巖經(jīng)后期變質(zhì)作用形成的片麻巖或白云大理巖。2、基底巖性不同，其工程特性差異顯著

巖石類的工程特征差異與地層時代關(guān)系不是很明顯，而與巖石類型密切相關(guān)。

硬質(zhì)巖：花崗巖>80~100MPa(微風(fēng)化)灰?guī)r>40~60MPa混合巖>25~40MPa碎屑巖（鈣鐵硅質(zhì)膠結(jié)）>20MPa軟質(zhì)巖：以泥質(zhì)系列膠結(jié)為主(微風(fēng)化)礫巖15~30MPa砂巖15~20MPa粉砂巖10~15MPa泥巖6~10MPa中、微風(fēng)化軟質(zhì)巖強(qiáng)度特征表微風(fēng)化巖（MPa）中風(fēng)化巖（MPa）泥質(zhì)礫巖15-3010-20泥質(zhì)砂巖10-156-12泥質(zhì)粉砂巖8-124-8泥質(zhì)4-81.8-4注：如果芯樣的RQD<30%一般不能定為中風(fēng)化巖。全、強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖的強(qiáng)度特征標(biāo)貫擊數(shù)f0(kPa)E0(MPa)全風(fēng)化30<N<50600-70070-100土狀強(qiáng)風(fēng)化50<N<60700-80090-120半巖半土狀強(qiáng)風(fēng)化55<N<65800-1000100-150碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化N>60跳錘1000-1200120-200餅狀強(qiáng)風(fēng)化餅高1-3cm1200-1500150-250短柱狀強(qiáng)風(fēng)化柱高3-8cm1500-2000250-350三、土的強(qiáng)度特征1、殘積土花崗巖風(fēng)化殘積土與母巖組成有關(guān)：礫質(zhì)粘性土的母巖為粗粒花崗巖（下地殼巖漿巖），砂質(zhì)粘性土母巖為二長花崗巖（中地殼巖漿巖），粘性土的母巖為正長花崗巖（上地殼巖漿巖）?；旌蠋r風(fēng)化殘積土的母巖為各類花崗巖的變質(zhì)巖，其顆粒經(jīng)重結(jié)晶后一般較粗，殘積土基本只有礫質(zhì)粘性土和砂質(zhì)粘性土。泥質(zhì)軟巖風(fēng)化殘積土也可根據(jù)母巖不同分為含泥砂土、粉土、粉質(zhì)粘土及粘土。殘積土和一般粘性土的強(qiáng)度特征NF0(kPa)Es/E0（MPa）堅硬狀20~30500-70040-60/E0硬塑狀15-20350-50030-40/E0（硬）可塑狀10-15250-35020-30/E0（軟）可塑狀5-10150-2504-8/Es軟塑狀3-5100-1502.5-4/Es2、軟土的定義淤泥質(zhì)土：定義為天然含水量大于液限，1.0<e0<1.5；

一般3<N<2擊、流塑狀、30%<w0<50%。淤泥：定義為天然含水量大于液限、e0>1.5、流塑狀；

一般N<2擊，50%<w0<120%。不能只以土的顏色為黑色或灰黑色就定名為淤泥或淤泥質(zhì)土。廣東地區(qū)的淤泥軟土與全國其他地區(qū)如上海、天津等地相比，具有自己獨特的性質(zhì)，主要表現(xiàn)為①高含水量，②富有機(jī)質(zhì)，③大壓縮性，④低承載力，⑤厚度大且變化無常，⑥固結(jié)速度相對較快或很慢。3、對第四紀(jì)地層的認(rèn)識珠江三角洲的第四系軟土又可細(xì)分為六組，自下而上為石排組（Q2-13）、西南組（Q2-23）、三角組（Q33、Q14）、橫攔組（Q2-14）、萬頃沙組（Q2-24）和燈籠沙組（Q34），其中西南組、橫攔組和燈籠沙組主要為含貝殼淤泥和淤泥質(zhì)土，夾在以粉砂、礫砂或不純粘土為主的石排組、三角組和萬頃沙組地層之間，反映了珠江三角洲經(jīng)歷了三次海侵、三次海退的過程。平均厚度25.1m，總的趨勢為南厚北薄、越靠近珠江或珠江口處越厚。如珠海淤泥最厚的超過30m，而珠江以北地區(qū)的則普遍為1～3m左右；廣州雖在洲內(nèi)偏北，但荔灣區(qū)由于古地貌為海灣，所以其淤泥厚度也有20m。4、砂土液化的判別的依據(jù)設(shè)防烈度>6°深度<15m或20mm（樁基）狀態(tài)：松散，N<10擊顆粒級配：粉細(xì)砂，粉土粘粒含量：<10%（0.005mm）飽和狀態(tài)：地下水位以下年代：Q4四、灰?guī)r區(qū)溶、土洞的發(fā)育條件灰?guī)r區(qū)的主要工程地質(zhì)問題是土洞和溶洞的發(fā)育。溶洞形成三要素：1）巖性，對于質(zhì)純的鈣質(zhì)灰?guī)r比較容易被溶解形成溶洞，對于白云質(zhì)灰?guī)r或變質(zhì)灰?guī)r（白云巖或大理巖）則以鎂質(zhì)含量較高，一般不太容易溶解而發(fā)育溶洞；2）構(gòu)造作用，天然完整的灰?guī)r體即使有地下水作用也只有表面溶蝕，但由于構(gòu)造作用使灰?guī)r體破碎或產(chǎn)生裂隙尤其是聯(lián)通的裂隙，這是地下水流動的通道；3）流動的地下水。但對于溶洞的形成年代往往需要用地質(zhì)年代衡量，溶蝕速率較為緩慢。土洞發(fā)育的特點由于灰?guī)r面的起伏變化大，溶洞、溶溝、溶槽和溶蝕裂隙的存在和聯(lián)通，往往導(dǎo)致在其上覆的土層中發(fā)育土洞。土洞形成的規(guī)律：1）土洞往往發(fā)育于下覆有溶洞、溶溝、溶槽和溶蝕裂隙的上方或附近側(cè)邊，下覆的洞槽實際上是土體顆粒的儲藏庫；2）當(dāng)灰?guī)r面上的地層為砂土或粉土?xí)r較易形成土洞，因土體顆粒間的凝聚力小，如果在灰?guī)r面上有一層粘性土隔水層，這樣在粘性土層上有砂層分布，發(fā)育成土洞的可能性要小的多；3）有流動的地下水并水位變化起伏大，是土洞發(fā)育的重要誘因。五、地下水的特性巖土工程在很大程度上都與水有關(guān)，一個巖土工程師如果不重視水的作用必將受到懲罰。主要地下水以松散土層孔隙水和巖類裂隙水為主，碳酸鹽巖裂隙巖溶水也較為豐富，另外構(gòu)造斷層裂隙水也常常給工程建設(shè)帶來不利影響。在沿海區(qū)域和主要大江兩岸的地下水位一般較高，而且其水位除受季節(jié)性雨水影響變化外，還與潮汐作用有關(guān)，動態(tài)的地下水對工程的不利影響應(yīng)予重視。六、巖土地層的歸一性劃分工程意義重大

巖土工程勘察重在地層的物理力學(xué)特性，巖土地層從強(qiáng)度和性質(zhì)成因上進(jìn)行劃分對工程應(yīng)用和對比意義重大。1、不同的勘察單位對同一種地層的分層方法、命名、劃分標(biāo)準(zhǔn)均不相同，極不一致，冠以不同的名稱及編號；難于對勘察成果進(jìn)行共享和利用，造成大量的重復(fù)勘察和嚴(yán)重浪費，不能從已有勘察資料形成對區(qū)域工程地質(zhì)條件的整體認(rèn)識，更難于利用這些資料進(jìn)行大區(qū)域的工程地質(zhì)分區(qū)工作，工程應(yīng)用也很不方便。造成多單位多工種的配合困難，因此采用歸一的巖土地層劃分方案具有重大的工程意義。2、巖土地層歸一性劃分的“九分方案”根據(jù)廣佛地區(qū)巖土地層的結(jié)構(gòu)特征及工程應(yīng)用的方便，廣州地鐵在仔細(xì)研究