《西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察标准》研究与编制

杨永康 杨武 谢书领 王影 冯春燕

（海南有色工程勘察设计院，海南海口 570100）

0 引言

珊瑚礁是造礁石珊瑚群体死亡后其残骸经过漫长地质作用形成的岩土体。全球现代珊瑚礁主要分布在南北回归线之间的热带海洋中，我国珊瑚礁主要分布于北回归线以南的热带海岸和海洋中。散布于南海中的岛礁绝大部分由珊瑚礁构成。西沙群岛位于南海西北部，由永乐群岛和宣德群岛组成，是南海四大群岛之一。根据西沙群岛区域勘察及相关试验资料，除高尖石岛外，其余各岛礁均由珊瑚礁构成。珊瑚礁的岩土类型主要为珊瑚碎屑砂、珊瑚碎屑碎石土及珊瑚礁灰岩，具有独特的工程环境特性和工程地质特性。国内外还未制定珊瑚岛（礁）地区工程建设的国家、行业专项标准[1-4]。

1 编制背景

西沙群岛珊瑚岛（礁）地区由于其地理位置分布的局限性，限制了珊瑚礁岩土工程特性的研究。20世纪70 年代，由于工程建设需要，逐步开始珊瑚礁工程地质调查，并开展了岩土工程性质的现场测试和室内试验，初步解决了工程建设中遇到的工程问题。但已建的工程都不同程度地存在着场址选择不够合理、地基不均匀沉降导致建筑物出现裂缝、海浪潜蚀引起护坡失稳以及建设成本过高等问题[5-6]。

2012 年7 月，海南省三沙市成立，各岛（礁）的环岛路、渔民定居点、学校、医院、环境监测站、码头、机场扩建、堤防等各项基础设施及房屋建设逐步开展。勘察、设计人员不熟悉珊瑚岛（礁）地区地形地貌、岩土特性及建设条件，对工程与环境的适宜性和适应性认识不清，容易错误地估计工程力学性质，导致场址选择不合理、设计参数不准确。

为了适应和满足西沙群岛珊瑚岛（礁）地区工程建设要求，制定了《西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察标准》（DBJ 46-060-2022）。

2 编制工作流程

《西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察标准》（DBJ 46-060-2022）编制流程如图1 所示。

图1 编制流程图

3 标准主要内容

《西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察标准》由正文、附录及条文说明组成，正文由总则、术语与符号、地貌与岩土分类、勘察基本要求、地下水、原位测试与室内试验、地基承载力与变形、岩土工程分析评价和成果报告等8 章组成。

3.1 总则

总体明确本标准的编制目的及适用范围，适用于西沙群岛珊瑚岛（礁）地区各类工业与民用建筑工程、市政工程、港口工程等岩土工程勘察工作，并提出在勘察过程中的环保要求，避免对岛（礁）珊瑚生态系统、海水水质、岸滩等产生影响。

3.2 术语与符号

定义了岛屿海岸地貌、礁坪地貌、珊瑚岛（礁）、珊瑚礁灰岩、海滩岩、珊瑚碎屑、珊瑚碎屑砂土、珊瑚碎屑碎石土等8 个术语，列出标准中应用的符号。

3.3 地貌与岩土分类

（1）划分珊瑚岛（礁）海岸地貌类型及特点见表1。

表1 珊瑚礁海岸地貌分类

（2）划分珊瑚岛（礁）地区常见的岩层，分为珊瑚礁灰岩和海滩岩，并对其坚硬程度、岩石质量指标、岩体完整性、岩体基本质量等级作分类。

（3）划分珊瑚岛（礁）地区土层，按地质成因主要分为生物沉积土和海积土，定名粗颗粒土按颗粒级配分为珊瑚碎屑碎石土、珊瑚碎屑砂土。

（4）给出西沙群岛珊瑚岛（礁）地区50 m 深度范围地质年代，顶部珊瑚碎屑砂土及碎石土的地质年代为第四纪全新世，下部珊瑚礁灰岩的地质年代为第四纪晚更新世。

（5）规定珊瑚碎屑碎石土和砂土描述、密实度划分标准，对于珊瑚碎屑碎石土，采用修正后重型、超重型圆锥动力触试验击数进行密实度分类，如表2、表3 所示，对于珊瑚碎屑砂土，采用标准贯入试验锤击数实测值进行密实度分类，如表4 所示。

表2 珊瑚碎屑碎石土密实度按N63.5 分类

表3 珊瑚碎屑碎石土密实度按N120 分类

表4 珊瑚碎屑砂土密实度分类

3.4 勘察基本要求

规定了珊瑚岛（礁）地区建筑与市政工程、基坑工程、港口工程、地基处理、边坡工程等各阶段的勘察要求、勘探和取样要求、原位测试和室内试验要求，无特殊要求的工程可合并勘察阶段。

（1）建筑与市政工程重点分析场地的地貌形态、海蚀破坏情况、海水与地下水联系、水腐蚀性、珊瑚礁类岩（土）层的物理力学性质。

（2）基坑工程勘察宜与主体建（构）筑物同步进行，地下水与海水联系紧密的区域，重点分析评价基坑开挖期间高低平潮时引起地下水的变化对基坑工程的影响。

（3）港口工程除按《水运工程岩土勘察规范》JTS 133 的相关要求执行外，尚应分析评价风暴潮、台风等极端气候条件对建筑场地的影响，珊瑚礁类岩土的工程特性和分级、可挖性，疏浚岩土管道输送和作为填土的适用性，并对水下开挖边坡提出建议。

（4）地基处理勘察主要包括换填垫层法、强夯法、复合地基等勘察内容。

（5）边坡工程勘察先进行工程地质测绘，重点查明影响边坡稳定的海蚀洞、海蚀崖等不良地质作用的成因和发育情况，调查海浪、风暴潮等特殊季节对边坡的冲刷、侵蚀情况，评价其对边坡稳定性的影响。

3.5 地下水

（1）规定地下水的勘察要求及地下水作用的评价内容。

（2）给出水文地质参数（地下水位、水的流向及流速、渗透系数、孔隙水压力）测定方法。

（3）给出珊瑚礁灰岩、珊瑚碎屑碎石土、珊瑚碎屑砂土适用的降水方法（见表5），提出降水引起工程环境问题的评价内容。

表5 降水方法适用范围

3.6 原位测试与室内试验

（1）给出适用于珊瑚碎屑砂、碎石土、珊瑚礁灰岩的原位测试手段及室内试验方法。

（2）提出珊瑚礁灰岩的孔隙率估算方法（不考虑内孔隙），如式（1）所示。

式中：Vv为孔隙体积，m3；V为岩样体积，m3；ρw为水的密度，kg/m3；mw为饱和质量，kg；md为干燥质量，kg。

3.7 地基承载力与变形

（1）提出标准贯入试验评价法，并给出标贯击数与珊瑚碎屑砂土地基承载力特征值及变形模量对照表（见表6）。

表6 珊瑚碎屑砂土地基承载力特征值fak 及变形模量E0（标准贯入试验评价法）

（2）提出重型动力触探试验评价法，并给出采用修正动探锤击数与珊瑚碎屑砂土地基承载力特征值及变形模量对照表（见表7）。

表7 珊瑚碎屑砂土地基承载力特征值fak 及变形模量E0（重型动力触探试验评价法）

3.8 岩土工程分析评价和成果报告

（1）给出岩土参数的分析、选定及各阶段岩土工程评价的要求。

（2）提出岩土工程勘察报告应包括的内容。

3.9 附录

提出采用纵波波速成果来间接估算珊瑚礁灰岩抗压强度，如表8 所示。

表8 单轴抗压强度与岩块纵波波速关系表

给出珊瑚碎屑砂土、碎石土、珊瑚礁灰岩、海滩岩的图例，如表9 所示。

表9 珊瑚碎屑砂土、碎石土、珊瑚礁灰岩、海滩岩图例

4 重点研究内容

4.1 标准贯入试验评价法

为更合理地确定珊瑚碎屑砂土地基承载力特征值，标准提出了标准贯入试验评价法，采用标准贯入试验间接确定珊瑚碎屑砂土地基承载力。

选取西沙群岛珊瑚礁地区不同深度及不同地貌单元的66 个平板载荷试验点进行标贯击数与珊瑚碎屑砂土地基承载力相关性研究（见表10）。

表10 各地貌单元平板载荷试验点分布数量

珊瑚碎屑砂土层由珊瑚等造礁生物遗骸破碎堆积而成，由于其沉积过程大多未经长途搬运，保留了原生生物骨架中的细小孔隙，形成了颗粒多孔隙、形状不规则、易破碎、胶结性差等特点，导致该层大小颗粒混杂、砾石和砂砾相间堆积、碎屑物的密实度变化大、粒径总体自上而下逐渐变粗。其地基承载力及变形特性受此影响较大。因此，珊瑚碎屑砂土层夹的珊瑚礁块含量对标准贯入试验影响较大，在统计过程中应结合现场钻探取样、标贯试验结束后贯入器中的芯样情况等对标准贯入锤击数进行分析，剔除异常数值。根据试验及统计结果，标准采用的为标准贯入试验修正锤击数平均值。

以上平板载荷试验、标准贯入试验的试验地层为表层珊瑚碎屑中砂层，因此，表6 中数值适用于珊瑚碎屑中、粗、砾砂，对于粉、细砂应适当降低承载力特征值。

4.2 重型动力触探试验评价法

标准提出了采用重型动力触探试验间接确定珊瑚碎屑砂土、珊瑚碎屑碎石土地基承载力。

在表10 所列平板载荷试验点处除了实施标准贯入试验，还实施了重型动力触探试验。修正后的重型动力触探锤击数N63.5取相应影响深度（承压板底下0.5 m）的厚度加权平均值作为统计依据。

由于平板载荷试验仅布置于珊瑚碎屑砂，标准中有关珊瑚碎屑碎石土层的承载力及变形模量参数可在珊瑚碎屑砂成果基础上适当提高。

5 需进一步研究的内容

（1）地下水与海水连通性好，地下水水位受潮汐影响大，还应重点研究潮汐对地下水水位波动的影响，以及地下水腐蚀性特性问题。

（2）珊瑚碎屑颗粒具有内孔隙、易破碎等特点，对地基压实性评价、压实后的物理力学性质有直接影响，应针对内孔隙及颗粒破碎评价开展进一步的试验研究。

（3）珊瑚碎屑砂具有比重小、无黏性、级配差、透水性强等特点，形状与普通砂也有区别，应对其密度、比重、渗透性等进行针对性试验，以此反映珊瑚碎屑砂的分类特征。

（4）珊瑚碎屑砂、珊瑚碎屑碎石土的力学指标对于控制低层建筑至关重要，还需增加压缩模量、抗剪强度试验研究。

（5）西沙群岛珊瑚岛（礁）由于其特殊的地质构造背景和小型孤立海岛地理环境的制约，对破坏性地震及其次生灾害（液化、海啸等）的响应十分显著，防范地震灾害意义重大，还需查明其周边地震构造环境、以及地震诱发次生灾害的影响，提供满足工程建设需要的设计地震动参数。

6 结语

目前国内外缺少珊瑚礁地区工程建设的国家、行业专项标准，《西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察标准》（DBJ 46-060-2022）总结了在西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程领域取得的研究成果和地方经验，满足了大型珊瑚礁工程建设要求，使西沙群岛珊瑚岛（礁）地区岩土工程勘察有据可依。