李愛華 蔡長發(fā) 何輝祥 李明

第一作者簡介：李愛華（1987-），女，工程師。研究方向為巖土工程勘察、巖土試驗測試。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.045

摘? 要：為發(fā)揮巖土工程勘察在水泥工廠建筑場地評價中的核心作用，根據(jù)水泥工廠生產線的建筑特點，通過地質調查、鉆探、原位測試、波速測試、取樣和室內試驗等方法，查明擬建水泥廠的工程地質條件，水文地質條件，不良地質條件等，進一步評價場地適宜性及穩(wěn)定性，提出巖土工程參數(shù)和可行的基礎方案，為設計和施工提供科學合理的地質依據(jù)，并為印尼類似工程建設提供勘察經(jīng)驗。

關鍵詞：巖土工程；勘察；水泥工廠；場地評價；基坑支護

中圖分類號：TV523? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）13-0188-05

Abstract： In order to give full play to the core role of geotechnical engineering investigation in the construction site evaluation of cement plant， according to the architectural characteristics of cement plant production line， through geological survey， drilling， in-situ test， wave velocity test， sampling and laboratory test， find out the engineering geological conditions， hydrogeological conditions and bad geological conditions of the proposed cement plant， and further evaluate the suitability and stability of the site. The geotechnical engineering parameters and feasible foundation scheme are put forward， in order to provide scientific and reasonable geological basis for design and construction as well as survey experience for similar projects in Indonesia.

Keywords： geotechnical engineering; investigation; cement plant; site evaluation; foundation pit support

“十三五”期間中國水泥工業(yè)“一帶一路”走出去取得了豐碩的成果，在“一帶一路”沿線18個國家投資建設了23條水泥熟料生產線。水泥建設工程項目占全球市場份額45%以上。我國水泥工業(yè)在國際上已經(jīng)形成一定的產業(yè)優(yōu)勢。筆者針對印尼某水泥工廠地質勘察工程的經(jīng)驗，根據(jù)張耀國[1]、朱鵬飛[2]、何輝祥[3]和蔡長發(fā)[4]的研究成果，結合國內GB 51014—2014《水泥工廠巖土工程勘察規(guī)范》、GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》及印尼SNI1726：2012《Earthquake Resistance Planning Ordinance for Building Structures and Non-building》等規(guī)范，對擬建工廠的工程地質條件，不良地質作用，巖土參數(shù)進行選取，為基礎設計、基坑支護及施工方案等提供重要參考依據(jù)，為印尼類似工程建設提供勘察經(jīng)驗。

1? 工程概況及勘察技術要求

1.1? 工程概況

本項目位于印尼三寶壟市GROBOGAN縣，為一條6 000 t/d大型水泥工廠生產線，勘察范圍包括破碎系統(tǒng)、堆料系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、筒倉系統(tǒng)和燒成系統(tǒng)等11個工程類別及配套辦公樓等建筑物。勘察等級為甲級。共布置勘探點243個，剪切波速測試孔23個。

1.2? 勘察技術要求

①提出各巖土層物理力學指標、樁端持力層和有關必要的設計參數(shù)。②根據(jù)印尼當?shù)貥藴剩Y合國標相關規(guī)范的相關內容，按照國標標準確定地震烈度及對場地的震害，提出建筑場地類別和特征周期。③查明使用場地范圍內的地層結構、成因類型、分布范圍及各地層的物理力學性質。查明基巖巖性結構、埋藏深度、巖面變化規(guī)律（趨勢和坡度）、基巖風化程度及風化層厚度，對場地地基的穩(wěn)定性和各地層承載能力作出評價。④查明場地內有無溶洞、土洞、軟土和采空區(qū)等不良工程地質構造以及有無古建筑等。如有，則請查明其具體位置、深度、平面邊界范圍及對建筑物的危害程度。

2? 勘察方法及工作完成情況

本次勘察采用鉆探（雙管鉆進繩索取芯）、標準貫入試驗、圓錐動力觸探試驗、波速測試、室內試驗等方法。完成鉆探8 868.93 m，標貫測試1 126次，重型圓錐動力觸探15.70 m，原狀樣152組，巖石樣31組，水質簡分析4個，地表土樣2組，波速測試3孔。

3? 場地地質條件簡述與評價

3.1? 巖土層分布情況

素填土（1）：主要為近5年內修路堆填而成，深灰色、灰黃色，稍密，稍濕，為近期人工堆填的黏土、淤泥質黏土和少量風化巖組成。層厚0.5～3.2 m，平均層厚1.24 m。

坡積粉質黏土（2）：局部分布，分布在場地南側礦山及礦山坡腳處，灰黃色，灰色，可塑，主要由黏粉粒組成，夾含較多碎巖屑、巖塊，干強度中等，韌性中等。層厚0.5～1.2 m，平均層厚0.72 m。

沖洪積淤泥質黏土層（3-1）：該層普遍分布，灰色、深灰色，飽和，軟塑～流塑，黏粉粒組成，富含有機質，干強度低，韌性中等。該層為特殊巖土層，屬于軟土層，力學性質差。層厚0.3～8.9 m，平均層厚2.91 m。

沖洪積粉質黏土層（3-2）：該層局部分布，黃褐色、灰黃色，可塑，局部軟塑，黏粉粒組成，夾含較多砂礫，黏性好，干強度中等，韌性好。層厚1.10～14.80 m，平均層厚4.72 m。

沖洪積中粗砂層（3-3）：該層呈透鏡體狀局部分布，灰色、灰黃色，稍密，飽和，石英質砂，分選性一般，級配差，夾含少量礫砂。層厚1.10～1.90 m，平均層厚1.54 m。

沖洪積含淤泥黏土層（3-4）：該層普遍分布，灰色、灰黑色，可塑，局部軟塑，黏粉粒組成，富含有機質和砂礫，黏性好，干強度低，韌性中等。層厚0.60～23.60 m，平均層厚5.94 m。

沖洪積粉質黏土層（3-5）：該層局部分布，灰色、灰黃色，硬塑，黏粉粒組成，夾含砂礫，黏性好，干強度低，韌性中等。層厚3.80～6.70 m，平均層厚5.73 m。

殘積粉質黏土（4-1）：該層普遍分布，灰黃色、深灰色，可塑，局部硬塑，主要由黏粉粒組成，夾含礫砂和碎巖屑，巖芯遇水易軟化，干強度中等，韌性中等。層厚0.40～37.80 m，平均層厚10.49 m。

殘積粉質黏土（4-2）：該層主要分布在場地北側，灰黃色、深灰色，硬塑～堅硬，主要由黏粉粒組成，夾含礫砂和碎巖屑，巖芯遇水易軟化，干強度中等，韌性中等。層厚1.30～38.50 m，平均層厚19.62 m。

第三系全風化石灰?guī)r（5-1）：該層局部有分布?；尹S色，灰色，原巖風化劇烈，結構可辨，巖芯呈堅硬土狀，夾含風化巖碎塊石，遇水易軟化、崩解。層厚0.80～8.40 m，平均層厚3.23 m。

第三系強風化石灰?guī)r（5-2）：該層在場地南側普遍分布，灰黃色，灰色，原巖風化強烈，結構清晰，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀、塊狀，巖質極軟，遇水易軟化、崩解。巖石屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚0.70～28.60 m，平均層厚12.62 m。

第三系中風化石灰?guī)r（5-3）：該層在場地南側局部有揭露，多呈薄層狀，以夾層的形式分布，層厚不均勻。灰黃色，灰色，微晶結構，層狀構造，鈣質膠結，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀，塊狀，局部夾薄層強風化，巖質軟。巖石屬軟巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚0.80～7.90 m，平均層厚3.12 m。

第三系強風化泥灰?guī)r（6-1）：該層在場地南側普遍分布?；疑嗷疑?，原巖風化強烈，結構清晰，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀、塊狀，巖質極軟，遇水易軟化、崩解，局部巖質偏中風化。巖石屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚0.70～35.00 m，平均層厚8.94 m。

第三系中風化泥灰?guī)r（6-2）：該層在場地南側局部有揭露。淺灰色，青灰色，泥晶結構，層狀構造，泥質膠結，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀，塊狀，局部夾薄層強風化，巖質軟。巖石屬極軟巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚0.70～23.70 m，平均層厚5.50 m。

典型工程地質剖面圖具體如圖1所示。

3.2? 地震效應評價

本項目擬建工程的總降壓變電站和中央控制室建筑抗震設防類別為乙類（重點設防類）；擬建裝載機棚、推土機棚、卷揚機房、扳道房、各種小型物料堆棚、材料庫和廁所等建筑抗震設防類別為丁類（適度設防類）；其余子項建筑抗震設防類別為丙類（標準設防類）。

根據(jù)波速測試測試成果，本場地土的類型劃分如下：素填土、淤泥質黏土屬于軟弱土；可塑狀的粉質黏土、含淤泥黏土屬于中軟土；硬塑狀的粉質黏土、全風化石灰?guī)r屬于中硬土；強風化石灰?guī)r、強風化泥灰?guī)r屬于堅硬土或軟質巖石；中風化石灰?guī)r、中風化泥灰?guī)r屬于巖石。

本項目地震基本烈度可劃分為7度地區(qū)，設計地震分組為第一組。本區(qū)屬穩(wěn)定區(qū)域。場地類別Ⅰ類區(qū)設計特征周期值為0.25 s；場地類別Ⅱ類區(qū)設計特征周期值為0.35 s；場地類別Ⅲ類區(qū)設計特征周期值為0.45 s。場地屬對建筑抗震不利地段。

根據(jù)標準貫入試驗判別該孔附近砂層為液化層，其液化等級為輕微液化。

本場地淤泥質黏土層根據(jù)實測波速113.59～127.73 m/s，平均值120.74 m/s，其等效剪切波速大于90 m/s， 因此，本場地可以不用考慮軟土震陷的問題。

3.3? 地基均勻性評價

場地區(qū)域為土層覆蓋，覆蓋層厚度變化較大，最小厚度0.5 m，最大厚度大于80 m，整體為南側覆蓋層較厚，北側靠近礦山區(qū)域覆蓋層較薄。從整個場地地質勘察結果來看，素填土局部分布，呈條帶狀，厚度變化大；坡積層粉質黏土主要分布在礦山及坡腳處，分布不均勻；洪積層淤泥質土、含淤泥質土、粉質黏土等分布廣泛，但是層位起伏變化較大，力學性質差異稍大；殘積粉質黏土分布不均勻，層位起伏變化較大。全風化石灰?guī)r和泥灰?guī)r分布不規(guī)則，層位變化較大。

場地基巖風化不均勻，強風化層分布不均勻，主要分布在場地北側，局部以“土層-強風化巖-土層”中間硬，上下軟的特點分布，巖面最小埋深0.50 m，最大埋深大于80 m；中風化層巖面層埋深變化較大，層厚不穩(wěn)定，分布不均勻，多以夾層或薄層形式出現(xiàn)。綜合分析，場地地基為不均勻地基。

3.4? 工程建設場地適宜性評價

本工程建設場地地形相對平坦，地貌較簡單。地層結構較復雜，巖土種類多，強風化巖面起伏較大，土質不均勻。地下水對工程建設影響較小，地表排水條件尚可。本場地無活動斷層，屬于抗震不利地段，不良地質作用和地質災害發(fā)育程度為弱發(fā)育，地質條件復雜程度為中等復雜，場地治理難易程度為容易治理。場地穩(wěn)定性為穩(wěn)定性差；工程建設適宜性為適宜性差。通過換填、地基處理、樁基礎等措施，本場地適宜本工程建設。

3.5? 特殊性巖土評價

①人工填土。場地成條帶狀局部分布，成分不均勻，近期堆填的淤泥質黏土，部分路基下面的填土由殘積土黏土、粉質黏土及風化巖組成，不能做為基礎持力層，在進行樁基礎設計時，建議不考慮本層的側摩阻力。②軟土，主要為淤泥質黏土，該土層屬高壓縮性土，軟塑，局部區(qū)域流塑狀態(tài)，承載力低。當樁周軟土及之上土層的沉降大于樁基沉降時將會對樁基礎產生負摩阻力，其會影響樁基承載力，在設計中應充分考慮其不利影響。③殘積土，屬中壓縮性土，承載力稍好。但局部夾含較多砂礫，遇水土體顆粒之間黏聚力迅速降低導致土體軟化，易發(fā)生土體崩解，沖樁時會出現(xiàn)縮頸、塌孔等現(xiàn)象。鉆探過程中該層出現(xiàn)過多次塌孔和縮孔的情況。設計、施工時應充分考慮該土層的不利影響。④風化巖，為半巖半土狀、碎塊狀，具有遇水易軟化崩解特性。強風化中中風化夾層較多，對樁基施工不利，設計、施工時應充分考慮該土層的不利影響。

3.6? 地下水和地表土腐蝕性分析評價

本項目場地環(huán)境類型判定為Ⅱ類；場地地下水為B類弱透水層中的地下水。

地下水對混凝土結構具微腐蝕性；對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。地下水位以上土對混凝土結構具微腐蝕性；對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。

4? 基礎方案選型及施工注意事項

4.1? 基礎方案選型建議

對于荷載小的，對沉降要求不敏感的建（構）筑物可采用天然地基淺基礎方案。對于荷載不大、對沉降要求不敏感的建（構）筑物，若采用天然地基變形計算不能滿足規(guī)范要求或不經(jīng)濟時可考慮采用地基處理方案。適宜本場地的地基處理方式為換填處理、CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基和水泥攪拌樁復合地基。在天然地基和地基處理不滿足設計要求的情況下亦可考慮采用樁基礎，成樁工藝可以選擇鉆（沖）孔樁或預應力管樁。

具體基礎方案建議見表1。

4.2? 樁基施工應注意的巖土工程問題及建議

4.2.1? 設計采用灌注樁時應注意事項

①本項目殘積土、全（強）風石灰?guī)r及強泥灰?guī)r屬于特殊巖土，具有遇水易軟化、崩解的特點，如工程樁采用鉆（沖）孔樁以這些土層做為樁端持力層，設計應充分考慮由于擾動、沉渣、遇水軟化等帶來的不利影響，可以采用后注漿技術來提供承載力。選擇中等風化石灰?guī)r或泥灰?guī)r做為樁端持力層能有效控制樁基的沉降量，但由于本場地中等風化石灰?guī)r、泥灰?guī)r層位不穩(wěn)定，層厚變化較大，多夾在強風化中，樁基設計時應充分利用樁側阻力，樁型可按“端承摩擦樁”考慮。②鉆（沖）孔灌注樁施工時應控制好泥漿稠度和失水率，以防孔壁坍塌和泥皮過厚影響樁周土的側阻力。③沖樁至設計深度，應注意沖樁對樁底持力層的影響。注意檢查樁孔垂直度，防止偏心。④局部區(qū)域地層為“土層-強風化-土層”上下軟，中間硬的特點，若采用樁基礎，選取5-2層強風化做為樁端持力層，建議對該區(qū)域進行一樁一孔做施工勘察，進一步查明強風化巖面埋深及強風化層的厚度，確保樁端入強風化一定深度。

4.2.2? 采用預應力混凝土管樁方案時應注意事項

①樁基工程正式施工前，應結合成樁可行性分析進行試樁，以核實施工條件，核實相應的樁尖標高，核實單樁承載力。②樁基設計應考慮殘積土及基巖風化層遇水軟化、崩解的特性，及時對樁底進行密封。

4.3? 地下水對樁基礎設計和施工的影響

勘察施工期間，穩(wěn)定水位埋深為0.10～3.00 m，平均埋深0.44 m。地下水受降雨影響變化比較大，年變化幅度約2 m。地下水對樁基施工有一定的影響，具體影響如下：①對灌注樁施工，地下水可對成孔過程造成不利影響，如成孔困難、塌孔等，還能對灌注過程造成影響，如頸縮和混凝土不能將泥漿水擠出而影響強度等。②對于預制樁，當樁體穿過潛水含水層時，在施工期可能引起臨近地下水位上升，但孔隙水壓力會隨時間逐漸消退，最終會穩(wěn)定到施工前的地下水狀態(tài)。③地下水應該對擠土樁的承載力有一定的影響，但影響的程度應該和土質、地下水的特征有關。對于非擠土的鉆孔灌注樁而言，地下水對樁基承載力應該影響不大。

5? 基坑支護方案建議

本項目原料粉磨、窯尾、均化庫和石灰石破碎等構筑物開挖時將形成臨時邊坡，工期較短，開挖基坑深2～8 m考慮。結合周邊環(huán)境、工程特征、破壞后果和嚴重程度、基坑深度、工程地質和地下水條件，本場地的基坑工程安全等級為三級，按照本場地基坑特點，建議如下：①場地開闊，附近無建筑物，建議采用放坡開挖+錨噴支護，對于場地要開挖超過4.00 m的基坑，可采用分級放坡。②地下水控制。由于場地基巖埋藏淺，地下水位淺，不利于采用帷幕止水方案，建議采用井點降水方案。③根據(jù)現(xiàn)場地內地下水水位埋深、年變化幅值等，地下水設防水位建議采用建筑物的室外地坪標高或采用當?shù)刈罡吆樗?。巖土參數(shù)建議值表見表2、表3。

6? 結束語

本文結合印尼大型水泥工程建設實例，利用巖土工程勘察方法，查明了場地的地質條件，巖土層分布特征，對場地的適宜性，地基的均勻性，地震效應，特殊巖土、地下水和地表土發(fā)腐蝕性進行了評價，并提出了設計所需的巖土力學參數(shù)，提供了基礎方案和基坑支護方案，并對施工注意事項進行了建議。

根據(jù)水泥工廠生產線的特點，生產線建筑物子項多，場地占地范圍大，本文選取多個子項進行波速測試，并結合地層條件，有針對性地對該項目按子項進行建筑場地類別的劃分。

本項目所處區(qū)域為珊瑚礁形成的石灰?guī)r，局部區(qū)域地層為“土層-強風化-土層”上下軟，中間硬的特點，采用樁基礎時，建議對該區(qū)域進行一樁一孔的施工勘察，進一步查明強風化巖面埋深及強風化層的厚度，確保樁端入強風化一定深度。

參考文獻：

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[2] 朱鵬飛.基于巖土工程勘察地基均勻性和穩(wěn)定性評價方法研究[J].安徽建筑，2021，28（4）：104-105.

[3] 何輝祥，蔡長發(fā).巖土工程勘察質量的提高管控方法探討[J].四川地質學報，2021，41（4）：682-687.

[4] 蔡長發(fā).印尼佳通水泥廠場地工程地質特征及危害[J].科學技術創(chuàng)新，2018（13）21-22.