汪志濤， 禹 峰， 孫同輝

(中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

珊瑚礁巖土主要由珊瑚等生物殘骸碎屑組成,主要分布于北緯30°和南緯30°之間的熱帶或亞熱帶氣候的大陸架和海岸線一帶。珊瑚礁巖土包括珊瑚礁灰?guī)r、珊瑚礁砂、珊瑚礁碎屑和珊瑚礁灰?guī)r殘積土,由于其特殊的物質(zhì)組成和形成條件, 而使得其與其他常見的巖土材料具有較大的差異[1-5]。本文依托印尼某電廠項(xiàng)目研究了珊瑚礁巖土基本工程特性, 對同類工程巖土工程勘察具有一定的借鑒意義。

印尼某電廠項(xiàng)目位于印度尼西亞MAKASAR市南約60km的某鎮(zhèn)境內(nèi),是印尼第二期1 000萬kW電力計劃的主要項(xiàng)目之一,該電廠裝機(jī)容量為2臺100MW機(jī)組。本工程建設(shè)場地可劃分為陸域和海域兩大部分。陸域主要有主廠房、煙囪、煤場、灰場、升壓站、輸煤棧橋、化水區(qū)建筑等。本工程場址地基土主要為珊瑚礁巖土層。

1 場地工程地質(zhì)條件

1.1 場地地形地貌

擬建廠區(qū)陸域部分毗鄰海邊,屬于海岸平地～海岸階地(淺丘)地貌。平地地段地面標(biāo)高一般為1.0～3.0 m,殘丘地段地面標(biāo)高一般為3.0～7.0 m。場址地勢呈東高西低態(tài)勢分布,地勢整體較為平緩、開闊。海岸平地地段地勢相對較洼,地下水較為豐富,在雨季時節(jié),多可形成內(nèi)澇。煙囪、灰場位于殘丘地段,主廠房主要位于殘丘地段,局部位于平地地段,煤場、輸煤棧橋、化水區(qū)建筑等位于平地地段。

1.2 地層巖性分布特征

場址巖土層根據(jù)地質(zhì)成因可分為四大層。① 層沖積、淤積相黏性土層,② 層沖積、濱海沉積相砂類土,③ 層殘積相黏性土,④ 層灰?guī)r。各層根據(jù)其物理力學(xué)狀態(tài)的不同,可劃分為多個亞層(表1)。

表1 場地地基土巖土名稱及狀態(tài)

② 層細(xì)砂為珊瑚礁碎屑砂層,主要分布于平地地段,為沖積及濱海沉積相。呈灰、灰白色,顆粒分選性差,局部具有弱膠結(jié)特征。松散或稍密狀砂層顆粒分選性差,?；煊猩汉鹘杆樾俭w,偶見少量海洋貝殼殘體;珊瑚碎屑粒徑一般為2～50 mm,分選性差,碎屑硬度小,敲擊易碎,珊瑚碎屑常堆積形成顆粒骨架,其間充填黏性土或砂粒。中密或密實(shí)狀砂層組成顆粒主要為細(xì)砂粒和少量細(xì)小珊瑚礁碎屑顆粒,具有弱膠結(jié)特征;密實(shí)狀砂層土開挖常呈塊狀,錘擊易呈散體狀。

珊瑚礁砂(碎屑) 與普通的石英砂具有較大的區(qū)別,珊瑚礁碎屑砂層中碳酸鈣含量在50%以上,因此其密實(shí)程度除了受沉積壓密影響外,還與鈣化膠結(jié)程度有關(guān)。該類土層密實(shí)度在垂直分布上規(guī)律性差,經(jīng)常出現(xiàn)相鄰勘探孔揭露出的密實(shí)度層序不一致的情況。

③ 層粉質(zhì)黏土為珊瑚礁灰?guī)r殘積黏性土,顏色以灰白為主、灰黃色次之,層內(nèi)偶見少量殘留的灰?guī)r巖塊,局部粉性較大,可變相為粉土層。該層土具有遇水軟化特點(diǎn)。

④ 層灰?guī)r為原生珊瑚礁碎屑沉積巖,灰白色,微晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,鈣(泥)質(zhì)膠結(jié)。天然單軸抗壓強(qiáng)度平均值為6.75MPa,飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為3.27 MPa,屬于極軟巖。該層局部可見少量溶蝕現(xiàn)象。

1.3 地下水

地下水以孔隙潛水為主,基巖裂隙水次之?？紫稘撍饕x存于覆蓋層中,在地勢低洼地段,以② 層砂類土為主要含水層,該類土具有良好的透水及存水性能,地下水含量豐富;殘丘地段地下水主要賦存于③ 層粉質(zhì)黏土中,含水量少,水力聯(lián)系較弱。勘探期間平地地段地下水埋深一般為1.5～3.0 m,殘丘地段地下水埋深一般為3.0～6.0 m。

1.4 地震動參數(shù)

② 層砂土等效剪切波速在200～350 m/s,③ 層黏性土等效剪切波速在150～400 m/s,④ 層灰?guī)r等效剪切波速在400～500 m/s;20 m深度范圍內(nèi)鉆孔等效剪切波速在320～450 m/s,場地土為中硬土,場地類別為Ⅱ類。根據(jù)本工程地震安評報告,推薦的場址在50年超越概率為10%的情況下,地表地震動峰值加速度值為0.15g。

2 珊瑚礁巖土層主要力學(xué)參數(shù)

2.1 天然地基承載力

本場地的珊瑚礁巖土層,由于其特殊的物質(zhì)成分,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和成因類型與國內(nèi)常見的巖土層存在較大差異,尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系用于計算該類巖土天然地基承載力,因此本工程采用了多種方法進(jìn)行計算對比,通過綜合分析確定該項(xiàng)指標(biāo)。

在利用標(biāo)貫數(shù)據(jù)計算天然地基承載力方面,采用了Terzaghi天然地基承載力計算公式(fak=12～15N)和工程地質(zhì)手冊(第四版)表4-5-35～4-5-37;在利用靜探數(shù)據(jù)計算天然地基承載力方面,采用了工程地質(zhì)手冊(第四版)推薦的國外天然地基承載力計算公式(fak=25～33qc),同時采用了《工程地質(zhì)手冊》(第四版)中的表3-4-5推薦的黏性土計算公式(fak=104ps+26.9)和表3-4-6推薦的砂土計算公式(fak=20ps+59.5);另外根據(jù)地層分布特點(diǎn)、基礎(chǔ)埋深和設(shè)計要求要求,分別在③2和③3層黏性土上進(jìn)行了平板載荷試驗(yàn)。各種方法確定的天然地基承載力結(jié)果見表2。

表2 多種方法計算天然地基承載力成果表

通過表2分析可以發(fā)現(xiàn),靜探數(shù)據(jù)計算結(jié)果要大于標(biāo)貫計算結(jié)果。這一方面由于采用的靜探計算公式不適宜本場址地基土,另一方面本工程采用的靜探設(shè)備為機(jī)械式雙橋靜探,其測試精度要遠(yuǎn)低于國內(nèi)常用的電測式靜探設(shè)備[6,7]。在標(biāo)貫數(shù)據(jù)計算方面,Terzaghi地基承載力計算公式計算結(jié)果相對于查表法更接近于載荷試驗(yàn),比較適宜本工程地基土天然地基承載力計算。

2.2 樁基巖土設(shè)計參數(shù)

在確定樁基巖土設(shè)計參數(shù)時,分別采用了《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)表5.3.5和綜合試樁成果。計算結(jié)果見表3。

表3 樁基巖土設(shè)計參數(shù)確定成果表

通過綜合試樁結(jié)果和規(guī)范查表法對比,可見對于覆蓋土層而言,綜合試樁確定的樁基巖土設(shè)計參數(shù)均在查表法確定的區(qū)間內(nèi),由此可見對于樁基而言,采用查表法仍適合本場址珊瑚礁巖土層。另外值得注意的是,《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)并未給出中等風(fēng)化巖石樁基巖土設(shè)計參數(shù)取值區(qū)間,如果根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007-2002)式8.5.5-2和式5.2.6,可按下式計算樁基極限端阻力最大值為:

qpk=2×ψr×frk

(1)

式中:qpk為樁基極限端阻力;ψr為巖體完整性折減系數(shù);frk為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度。為了求取樁基極限端阻力最大值,取ψr為0.5,frk為3 270 kPa,則計算的樁基極限端阻力最大值為3 270 kPa,該值要選小于綜合試樁結(jié)果。由此可見,利用式(1)在計算本工程中等風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r時,具有一定的局限性。

3 巖土工程分析與評價

3.1 膨脹性、濕陷性、軟化性評價

為了查明③ 層黏性土是否具有膨脹性,共進(jìn)行了11組自由膨脹率試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,③ 層黏性土自由膨脹率在10.0%～30.0%,為非膨脹性黏土。

③ 層黏土具有遇水軟化的特點(diǎn)。為了查明其是否具有一定的濕陷性,進(jìn)行了6組濕陷性試驗(yàn)。試驗(yàn)最大壓力為200 kPa,濕陷系數(shù)為0.01%～0.36%,濕陷變形值非常小,為非濕陷性土層。

為了查明③ 層黏土遇水軟化影響深度有多少,共設(shè)置了3個試驗(yàn)坑,分別在注水前和注水后進(jìn)行靜探試驗(yàn),通過同一深度靜探值對比分析軟化影響情況。試坑浸水時間按不小于48h設(shè)計,通過對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在地層處于原位條件下,③ 層土遇水軟化厚度一般在0.3 m以內(nèi)。

3.2 珊瑚礁灰?guī)r溶蝕作用評價

場址內(nèi)珊瑚礁灰?guī)r為第三系上始新統(tǒng)Tonasa組原生珊瑚礁碎屑沉積巖,屬于生物化學(xué)沉積,與內(nèi)陸地區(qū)形成的灰?guī)r具有較大的差異,礦物成分主要為文石和鎂方解石,符合巖溶形成的物質(zhì)條件。

本工程僅有4個鉆孔發(fā)現(xiàn)巖芯溶蝕現(xiàn)象,巖溶發(fā)育程度十分低。溶蝕主要以小型溶孔為主,孔徑一般小于5 cm,局部分布少量溶蝕微裂隙,未見大的溶洞存在。溶蝕平面分布上主要集中在平地地段,呈零星分布狀;豎向分布主要零星分布于地表以下12.0～18.0 m。上述溶蝕現(xiàn)象對建筑物的整體穩(wěn)定性不會構(gòu)成危害。

3.3 地基基礎(chǔ)方案

對于不同的建筑地段,根據(jù)地層分布、基礎(chǔ)埋深和基底壓力等條件的不同,推薦地基基礎(chǔ)方案。根據(jù)設(shè)計要求,對于場內(nèi)主要建筑若采用天然地基,地基承載力特征值不小于260 kPa。滿足天然地基持力層承載力要求的土層主要為③3層黏性土和②4層細(xì)砂以及基巖層。

煙囪和灰場建筑均位于殘丘地段,基底標(biāo)高處地基土主要為③3層黏性土,可作為天然地基持力層使用。

主廠房主要部分位于殘丘地段,基底標(biāo)高處地基土主要為③3層黏性土,可作為天然地基持力層使用;該建筑地段局部位于平地地段,基底標(biāo)高處地層主要為③2層黏性土和②類砂土,該地段可考慮采用換填處理,換填深度一般小于1.5 m。

煤場地段位于平地地段,基底標(biāo)高處地基土主要為②1～②3類砂土,該類土承載力不滿足設(shè)計要求,若采用天然地基方案需進(jìn)行換填。對于換填厚度在4.0 m以內(nèi),可考慮采用天然地基;當(dāng)換填厚度一超過4.0 m,考慮到基坑開挖在排水和支護(hù)方面都具有一定難度,且在經(jīng)濟(jì)上與樁基相比優(yōu)勢不明顯,因此建議優(yōu)先考慮樁基。

當(dāng)采用③層土作為天然地基持力層時,應(yīng)注意該層土具有遇水軟化的特點(diǎn),基坑開挖需避免該類土水體浸泡,同時建議在開挖到基底標(biāo)高以前約30 cm時,應(yīng)預(yù)留保護(hù)層。若采用樁基方案,樁型建議采用鉆孔灌注樁,樁端持力層以④1層或④2層作為樁端持力層使用。

其他建筑地段地基基礎(chǔ)方案略。

4 結(jié) 論

(1)② 層珊瑚礁砂分選性差,物質(zhì)成分不一,該類土層密實(shí)度垂直分布上規(guī)律性差,經(jīng)常出現(xiàn)相鄰勘探孔揭露出的密實(shí)度層序不一致的情況。③ 層黏性土不具備膨脹性、濕陷性,但其具有遇水軟化的特點(diǎn),受水浸泡后的軟化層厚度一般不超過0.3 m。④ 層灰?guī)r局部存在一定溶蝕現(xiàn)象,但發(fā)育程度非常低,主要以小型溶孔或細(xì)小溶蝕裂隙狀態(tài)存在,對建筑地基整體穩(wěn)定性無影響。

(2) 通過平板載荷試驗(yàn)和綜合試樁工作分析了地基承載力和樁基巖土設(shè)計參數(shù)常用計算方法的適宜性。太沙基地基承載力計算公式在本工程中適宜性較好,國標(biāo)樁基規(guī)范的查表法仍可作為估算本工程樁基巖土設(shè)計參數(shù)使用。

(3) 本工程通過多種巖土工程勘察手段查明了場地巖土結(jié)構(gòu)、地基土工程性能、水文地質(zhì)條件等,滿足了巖土分析評價和設(shè)計要求。對建筑物地基基礎(chǔ)方案提出了具體處理建議和技術(shù)措施。