钻探施工中水文地质条件评价分析

郭万得

（广东明源勘测设计有限公司，广东 河源 517000）

1 概述

（1）工程概况。根据市政工程设计研究院设计方案，工程拟建长为1.293km。工程等级为一级，防洪标准按100 年一遇6600m3/s 洪水流量设计。结构形式为浆砌石缝护岸，基底持力层为卵石层或风化基岩。

（2）施工场地分类与勘察。拟施工项目为修建堤防工程，以保护城市。考虑到现有场地的条件，并且地基的特征，勘察场地定为II 类。在施工设计中，堤坝类型分为重力式砌体结构II 型天然地基路堤。根据市政工程设计研究院提供的设计方案和《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)，拟建堤岸的设计等级为I 级，可靠等级为II 级，场地条件复杂程度中等。而基础设计等级为Ⅲ级地基。依据工程的重要性，结合场地和地基的特点，该工程的岩土勘察设定为乙级。

2 地质条件分析

（1）场地地形地貌。工程施工地选择在河流左岸，为I级阶地，主要施工地点位于中心滩漫滩的过渡区域。整体地势较为平缓，地表特点是西高东低。地面高程范围处于3.1m～3.9m 之间，20 世纪80 年代至90 年代，南北两岸先后占领漫滩，修建堤防和道路。新的河岸向南移动到河岸中部，发展为当前的地形特征。

（2）地层及岩性的分布特征。依据钻孔结果，施工场地内的地层条件较为简单。勘探范围内，基岩为砂质泥岩③-2，局部范围存在沉积薄层泥质砂岩③-1。

钻探结果表明，场地岩性结构简单，自上而下分别为杂填土、细砂、卵石以及基岩。勘探范围内，基岩主要为砂质泥岩，局部范围存在薄层泥质砂岩，岩性物质的分布特征为：杂填土①：外观为杂色，稍含水，质地稍密至密实，存在较大的压实程度。细砂②-1：外观黄褐色，整体稍密，稍湿。矿物成分主要为云母、石英等。不同砂粒分布均匀，偶有砾石颗粒存在。卵石②：外观杂色，形状为亚圆形，主要成分为花岗岩、石英岩碎屑，外表磨圆度好，大小不一，分选性差。粒径范围经为20mm～60mm，占总重量的约34%，大于60mm 的粒径占总重量的20%以上。充填砂土，中密至密实。泥质砂岩③-1：棕红色，板状结构，强风化，泥质胶结。砂质泥岩③-2：棕红色～褐红色，强～中风，泥质胶结，密实，粒状结构，厚层。

3 场地水文地质条件

勘察表明，拟建施工场地钻孔均存在地下水。稳定区域的地下水位深度范围1.3m～2.3m，对应的高程约1.00m。施工区域地下水集中于卵石层，整体为孔隙潜水类。水文方面，钻探施工区域范围的地下水一般由北向南排泄，汛期，邻近河段地下水位上升快速，地下水与地表水交替存在，共同实现补给与排泄。地下水动态主要受水位影响，水力交替性较强。水位波动幅度约为1.4m，随季节发生明显变化。区域地质经验表明，通常条件下，发生的最大变化范围可考虑为1.4m，在100 年一遇的最大流量6600m3/s 的情况下，地下水位将在短时间内进一步上升。

4 勘察场地主要工程地质评价

4.1 河床颗粒分析

取粗粒土扰动样分析颗粒度，试验结果如表1 所示。

4.2 物理试验

钻探施工场地的底部区域多分布第三系极厚风化基岩，主要类型为岩性以砂质泥岩，伴有少许泥质砂岩，为了掌握风化基岩层的物理性质，在钻孔中取岩样进行了不同条件下的物理力学性能试验和力学性能试验。根据试验结果，③-1层的泥质砂力学性能类别于③-2 层砂质泥岩。数学分析可归为相同样本加以分析与计数，结果见表2。

表1 粗颗粒土平均颗粒组成百分比

表2 矿石物理力学性质指标统计

4.3 场地地震效应

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)的相关规定，并参考《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）的相关内容，本区域的抗震等级为8 度，设计加速度0.20g，设计中地震待续分为两组。钻探施工区域内无不良地质，无地震灾害隐患，整体为抗震有利。现场地质无不良断层。地基土组成为密砾石和风化基岩层，厚度分布均匀。依据《建筑抗震设计规范》（(GB 50011-2001)）的规定，也是抗震有利地段。

4.4 地基渗透情况

勘探结果表明，钻探施工区域的岩土的组成为冲洪积成的砾石，下部主要为第三系泥岩、砂岩，整体厚度较大。结合碎石颗粒分析结果及实际试验结果，该区域的土级配连续性差异，细颗粒含量多低于25.1%，PC=7.49%～24.13%。根据规范，该土层的渗流变形破坏类型为管涌型。

磁层砾石中的细颗粒含量和层的渗透系数（考虑为k=80m/d），砾石层区域的临界水力梯度JCR0.23（中位数）。

因基岩土具有较强的渗透性，堤内的地表水位近似于堤外地下水位，没有形成较大的水位差。堤基下水力坡度较小，低于砾石层临界坡降。在钻探施工中管涌渗透变形不会发生，在施工前设计时，不用考虑发生渗漏变形存在的破坏作用。

4.5 确定地基承载力与变形

室内进行了土工试验，现场也进行了试验，依据《建筑地基设计规范》（GB50007-2011）的相关规定，并依据相关区域的施工经验，综合场地条件的评价结果，地基承载力与变形指数取值如下：

人工填土层：FAK=160kPa ES=6.0Mpa；

卵石层：FAK=650kPa E0=45.0mpa；

风化砂岩层：FAK=5000kpa E0=45.0mpa。

4.6 持力层与稳定性验算

依据地基条件分析结果，上部地基土组成为①杂填土，此层作为近年来承接填筑物。回填材料成分复杂多变，密实度不一，工程性能差，埋深浅，厚度变化大，压缩性高，承载力低，应加以清除。

钻探施工场地下部区域的地基包括2 层卵石、另有部分③-1 泥质砂岩与③-2 砂质泥岩。体现出整体强度高、不易压缩、地基均匀。施工区域地基承载层可以保证稳定可靠。

结合区域的特性，除了要保证地基的均匀性、强度、变形，还要保证地基的冲刷深度。冲刷深度计算结果较小时，要使用2 层卵石可作为堤坝的基础承重层。基础埋深要大于局部冲刷线下部1.5 米；冲刷深度计算结果较大时，要选择③-1 层泥质砂岩与③-2 层为基础持力层，埋深要大于浅基岩层，深度要大于0.5m。

在钻探施工过程中，应清除松散填料层和冲刷线上方的砾石层，将堤坝地基放在基岩土层上，并具有良好的力学性能。承重层被选为②层砾石层时，堤坝与砾石层界面之间的摩擦系数f 的范围是0.45～0.50，砾石的饱和抗剪系数C=0，取Φ40°；堤坝基础部分的持力层采用③-1 层泥质砂岩，部分层土中存在③-2 层砂质泥岩。钻探施工中计算抗滑稳定性，堤坝基层与风化岩层不同界面的摩擦系数f 范围是0.30～0.35。

5 结论与建议

（1）明确了场地的地层结构，地层中自上而下分别为杂填土①、卵石②、细砂②-1 以及泥质砂岩③-1、砂质泥岩③-2。由于浅埋深度和工程性能差，①层杂填土强度不足，考虑到堤坝地基承重的需要，要予以拆除。②层卵石、③-1泥质砂岩、③-2 层地基均匀性好，强度可以保证，并且压缩性低，可以作为地基承载层。

（2）钻探施工前要先考虑到沿线地下情况，受水位的影响存在交替性。水位变化幅度依据1.4m 考虑；在最大流量6600m3/s 的情况下，地下水位将在短时间内进一步上升。

（3）地基土的承载力能力与变形特征可使用4.5 节提出的建议值；针对稳定性，参数可依据4.6 节提出的建议值。

（4）本区的抗震级别为8 度，地震为第二组，地震加速度0.20g，属于地震有利地段，抗震类别为二类。

（5）除了要满足地基的均匀性、强度和变形的影响外，还分析地基的冲刷深度。如果冲刷深度较小时，可以将②层卵石作为堤体的基础承重层。地基的埋深在高于局部冲刷线以下1.5 米处；计算冲刷深度如果较大时，可以采用③-1层泥质砂岩，必要时采用③-2 层砂质泥岩，基底埋深建议高于强风化软化的浅基岩埋深0.5m 以上。