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性质。通过工程实例,讲述了海塘堤基因所处位置和沉积环境的变化而引起的地质结构和工程地质性质的差别。海塘加固工程地质勘察为海塘加固提供地质依据和基础,其成果质量直接影响工程加固设计、建设和造价,应针对具体工程具体勘察,提供反映加固海塘的工程地质资料和岩土技术参数,为海塘加固设计、施工服务。
关键词:海塘加固;软土地基;地质勘察;地质资料;技术参数。
1 海塘加固工程地质勘察的必要性和重要性
台州地处浙江沿海中部,濒临东海,境内海岸线曲折绵长,河口港湾众多优良,海岛星罗棋布,大陆海岸线长达745公里,一线海塘全长405公里。台州经常遭受台风暴潮袭击,海塘工程屡遭破坏,灾情严重。1997年11号台风在台州温岭登陆,一线海塘(除山东十塘2.05公里外)几乎全线损毁。在“9711”台风后,我市累计建成标准海塘320公里,形成了沿海防台御潮的生命线。由于台州一线海塘均为软土地基,沉降变形大,这些沉降不但导致海塘的防潮御浪能力降低,还造成海塘变形、塘身开裂及连接段错位,影响海塘结构安全。为保障沿海地区人民群众生命财产安全和社会稳定,确保海塘安全运行,海塘加固势在必行,进行海塘加固工程地质勘察是非常有必要的。由于海塘所处具体位置和沉积环境的变化,海塘堤基地质结构和工程地质性质的差别,而且工程地质勘察成果是海塘加固的地质依据和基础,因此进行海塘加固工程地质勘察尤其重要。
2 海塘堤基的工程地质特性
台州一线海塘堤基均为软土地基,岩性主要为淤泥、淤泥质土,通常呈软塑~流塑状态,属高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度软土,主要成因类型为第四系全新统滨海相 (Q4m)沉积。因此,海塘堤基的工程地质特性主要为:
⑴触变性。当原状土受到震动时,结构连接被破坏,强度随之降低或变成稀释状态。常用灵敏度St来表示,淤泥、淤泥质土的St一般为3~6,个别可达8~9。
⑵流变性。除排水固结引起变形外,在剪应力作用下,土体会发生缓慢而长期的剪切变形,对建筑物地基的沉降有较大影响,对斜坡、堤岸及地基稳定性不利。
⑶高压缩性。压缩系数a1~2大于0.5MPa-1,建筑物的沉降量大,大部分压缩变形发生在垂直眼里为100 kPa左右时。
⑷低强度。不排水抗剪强度小于30kPa。
⑸低透水性。垂向渗透系数为i×(10-6~10-8)cm/s,对排水固结不利。
⑹不均匀性。由于沉积环境的变化,淤泥、淤泥质土中常局部夹有厚薄不等的粉土、粉砂、细砂等,在水平和垂直向分布上有差异,作为建筑物地基易产生差异沉积。
3 海塘加固工程地质勘察的思路
3.1勘察的目的和任务
勘察的主要目的是提供反映所加固海塘堤基的详细地质资料和岩土技术参数,为海塘加固设计服务。勘察的主要任务是:⑴ 查明堤身和堤基的构成及其特性;⑵提供反映各土层工程地质性质的主要岩土参数。
3.2 勘察的方法和要求
一般采用工程地质调查与测绘、钻探取样、室内试验结合原位测试等方法。
工程地质钻孔是获取地质资料的主要途径,能直接鉴别岩性和划分地层,并可在孔内进行原位测试和取原状土样进行室内试验。钻孔资料的准确性、可靠性,不但影响勘察质量,而且影响到工程的建设和造价。工程地质钻孔一般要求如下:
⑴ 钻进深度和岩土分层深度的量测精度,不应低于±5cm。
⑵ 应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺,使分层精度符合要求。
⑶ 钻进应采用回转方式,不得采用底喷式钻头钻进。
钻孔中采取原状土样的要求:
⑴ 取土器直径一般要大于75mm。
⑵ 下放取土器前应仔细清孔,清除扰动土,余土厚度不应大于取土器废土段长度。
⑶ 采取土样宜用快速静力连续压入法。
4工程实例
某海塘位于沿海某港湾尾部地带,堤长约746m。海塘自建成以来,由于堤基沉降及潮水冲刷,降低防潮御浪能力,虽然自2004年以来逐年多有加固,但现状海堤防潮能力仍严重不足。经业主委托,由我院对其进行地质勘察。经勘察,除坝体①层素填土外,堤基土层自上而下为:②-1层淤泥质粘土、②-2层淤泥、②-3层淤泥质粘土、③层粉质粘土、④层淤泥质粘土。由②-1层、②-2层、②-3层组成堤基浅部软土层,相应层厚分别为2.20~2.90m、2.60~8.40m、1.50~5.90m,此三层为堤基抗滑稳定和沉降变形的控制层,总厚在8.60~10.70m。③层为中压缩性、中等强度土,层厚2.80~4.50m。④層为高压缩性、低强度软土,揭露厚度10.10m。各土层主要物理力学指标建议值:
②-1层:含水量ω=51.9%,湿密度ρ=1.73g/cm3,孔隙比e0=1.404,压缩模量Es0.1~0.2=2.15MPa;快剪:cq=12.3kPa、φq=3.9°;固快:cc=12.3kPa、φc=11.8°;地基承载力fak=65kPa。
②-2层淤泥:含水量ω=69.6%,湿密度ρ=1.62g/cm3,孔隙比e0=1.885,压缩模量Es0.1~0.2=1.39MPa;快剪:cq=5.4kPa、φq=0.4°;固快:cc=9.3kPa、φc=5.6°;地基承载力fak=40kPa。
②-3层:含水量ω=54.6%,湿密度ρ=1.70g/cm3,孔隙比e0=1.470,压缩模量Es0.1~0.2=1.46MPa;快剪:cq=7.9kPa、φq=1.9°;固快:cc=9.6kPa、φc=7.0°;地基承载力fak=55kPa。
③层:含水量ω=31.1%,湿密度ρ=1.90g/cm3,孔隙比e0=0.861,压缩模量Es0.1~0.2=4.57MPa;快剪:cq=17.3kPa、φq=9.3°;固快:cc=21.6kPa、φc=15.6°。
④层:含水量ω=42.6%,湿密度ρ=1.78g/cm3,孔隙比e0=1.180,压缩模量Es0.1~0.2=2.88MPa;快剪:cq=14.2kPa、φq=3.7°;固快:cc=16.7kPa、φc=12.3°。
该海塘堤基浅部地质结构为多层结构,由②-1层淤泥质粘土、②-2层淤泥及②-3层淤泥质粘土组成。根据土层成因及其指标数据分析得出:⑴ 坝体正下方一般存在坝体与堤基的过渡层(②-1层),呈倒钟形状,由堤基土(②-2层)在坝体自重压力下排水固结而成,在工程地质性质方面有明显提高。⑵ 堤基浅部(除②-1层外)在坝体下方土体较堤坝两侧土体在含水量、孔隙比上有明显降低,但在抗剪强度上无明显提高。
与海塘附近地质资料进行比较分析发现:⑴在堤基地质结构组成上,该海塘表部软土组成更为复杂,下部土层则相近。⑵在工程地质性质方面,该海塘堤基表部土层要差的多,下部土层则与附近资料接近。
5.结语
台州海塘堤基虽多为软土地基,但由于其位置及沉积环境的不同,具体地质结构和工程地质性质的差别,进行海塘加固工程地质勘察非常必要和重要。海塘加固首要研究的是抗滑稳定和沉积变形问题,与此密切相关的岩土参数是影响海塘加固工程设计、建设和造价的关键,应针对具体工程进行具体的、仔细的勘察,提供反映需加固海塘的工程地质资料和岩土技术参数,为海塘加固设计、施工服务。
参考文献:
⑴ 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版).中国建筑工业出版社.
⑵ 《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008).中国计划出版社.
⑶ 《堤防工程地质勘察规程》(SL188-2005).中国水利水电出版社.
关键词:海塘加固;软土地基;地质勘察;地质资料;技术参数。
1 海塘加固工程地质勘察的必要性和重要性
台州地处浙江沿海中部,濒临东海,境内海岸线曲折绵长,河口港湾众多优良,海岛星罗棋布,大陆海岸线长达745公里,一线海塘全长405公里。台州经常遭受台风暴潮袭击,海塘工程屡遭破坏,灾情严重。1997年11号台风在台州温岭登陆,一线海塘(除山东十塘2.05公里外)几乎全线损毁。在“9711”台风后,我市累计建成标准海塘320公里,形成了沿海防台御潮的生命线。由于台州一线海塘均为软土地基,沉降变形大,这些沉降不但导致海塘的防潮御浪能力降低,还造成海塘变形、塘身开裂及连接段错位,影响海塘结构安全。为保障沿海地区人民群众生命财产安全和社会稳定,确保海塘安全运行,海塘加固势在必行,进行海塘加固工程地质勘察是非常有必要的。由于海塘所处具体位置和沉积环境的变化,海塘堤基地质结构和工程地质性质的差别,而且工程地质勘察成果是海塘加固的地质依据和基础,因此进行海塘加固工程地质勘察尤其重要。
2 海塘堤基的工程地质特性
台州一线海塘堤基均为软土地基,岩性主要为淤泥、淤泥质土,通常呈软塑~流塑状态,属高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度软土,主要成因类型为第四系全新统滨海相 (Q4m)沉积。因此,海塘堤基的工程地质特性主要为:
⑴触变性。当原状土受到震动时,结构连接被破坏,强度随之降低或变成稀释状态。常用灵敏度St来表示,淤泥、淤泥质土的St一般为3~6,个别可达8~9。
⑵流变性。除排水固结引起变形外,在剪应力作用下,土体会发生缓慢而长期的剪切变形,对建筑物地基的沉降有较大影响,对斜坡、堤岸及地基稳定性不利。
⑶高压缩性。压缩系数a1~2大于0.5MPa-1,建筑物的沉降量大,大部分压缩变形发生在垂直眼里为100 kPa左右时。
⑷低强度。不排水抗剪强度小于30kPa。
⑸低透水性。垂向渗透系数为i×(10-6~10-8)cm/s,对排水固结不利。
⑹不均匀性。由于沉积环境的变化,淤泥、淤泥质土中常局部夹有厚薄不等的粉土、粉砂、细砂等,在水平和垂直向分布上有差异,作为建筑物地基易产生差异沉积。
3 海塘加固工程地质勘察的思路
3.1勘察的目的和任务
勘察的主要目的是提供反映所加固海塘堤基的详细地质资料和岩土技术参数,为海塘加固设计服务。勘察的主要任务是:⑴ 查明堤身和堤基的构成及其特性;⑵提供反映各土层工程地质性质的主要岩土参数。
3.2 勘察的方法和要求
一般采用工程地质调查与测绘、钻探取样、室内试验结合原位测试等方法。
工程地质钻孔是获取地质资料的主要途径,能直接鉴别岩性和划分地层,并可在孔内进行原位测试和取原状土样进行室内试验。钻孔资料的准确性、可靠性,不但影响勘察质量,而且影响到工程的建设和造价。工程地质钻孔一般要求如下:
⑴ 钻进深度和岩土分层深度的量测精度,不应低于±5cm。
⑵ 应严格控制非连续取芯钻进的回次进尺,使分层精度符合要求。
⑶ 钻进应采用回转方式,不得采用底喷式钻头钻进。
钻孔中采取原状土样的要求:
⑴ 取土器直径一般要大于75mm。
⑵ 下放取土器前应仔细清孔,清除扰动土,余土厚度不应大于取土器废土段长度。
⑶ 采取土样宜用快速静力连续压入法。
4工程实例
某海塘位于沿海某港湾尾部地带,堤长约746m。海塘自建成以来,由于堤基沉降及潮水冲刷,降低防潮御浪能力,虽然自2004年以来逐年多有加固,但现状海堤防潮能力仍严重不足。经业主委托,由我院对其进行地质勘察。经勘察,除坝体①层素填土外,堤基土层自上而下为:②-1层淤泥质粘土、②-2层淤泥、②-3层淤泥质粘土、③层粉质粘土、④层淤泥质粘土。由②-1层、②-2层、②-3层组成堤基浅部软土层,相应层厚分别为2.20~2.90m、2.60~8.40m、1.50~5.90m,此三层为堤基抗滑稳定和沉降变形的控制层,总厚在8.60~10.70m。③层为中压缩性、中等强度土,层厚2.80~4.50m。④層为高压缩性、低强度软土,揭露厚度10.10m。各土层主要物理力学指标建议值:
②-1层:含水量ω=51.9%,湿密度ρ=1.73g/cm3,孔隙比e0=1.404,压缩模量Es0.1~0.2=2.15MPa;快剪:cq=12.3kPa、φq=3.9°;固快:cc=12.3kPa、φc=11.8°;地基承载力fak=65kPa。
②-2层淤泥:含水量ω=69.6%,湿密度ρ=1.62g/cm3,孔隙比e0=1.885,压缩模量Es0.1~0.2=1.39MPa;快剪:cq=5.4kPa、φq=0.4°;固快:cc=9.3kPa、φc=5.6°;地基承载力fak=40kPa。
②-3层:含水量ω=54.6%,湿密度ρ=1.70g/cm3,孔隙比e0=1.470,压缩模量Es0.1~0.2=1.46MPa;快剪:cq=7.9kPa、φq=1.9°;固快:cc=9.6kPa、φc=7.0°;地基承载力fak=55kPa。
③层:含水量ω=31.1%,湿密度ρ=1.90g/cm3,孔隙比e0=0.861,压缩模量Es0.1~0.2=4.57MPa;快剪:cq=17.3kPa、φq=9.3°;固快:cc=21.6kPa、φc=15.6°。
④层:含水量ω=42.6%,湿密度ρ=1.78g/cm3,孔隙比e0=1.180,压缩模量Es0.1~0.2=2.88MPa;快剪:cq=14.2kPa、φq=3.7°;固快:cc=16.7kPa、φc=12.3°。
该海塘堤基浅部地质结构为多层结构,由②-1层淤泥质粘土、②-2层淤泥及②-3层淤泥质粘土组成。根据土层成因及其指标数据分析得出:⑴ 坝体正下方一般存在坝体与堤基的过渡层(②-1层),呈倒钟形状,由堤基土(②-2层)在坝体自重压力下排水固结而成,在工程地质性质方面有明显提高。⑵ 堤基浅部(除②-1层外)在坝体下方土体较堤坝两侧土体在含水量、孔隙比上有明显降低,但在抗剪强度上无明显提高。
与海塘附近地质资料进行比较分析发现:⑴在堤基地质结构组成上,该海塘表部软土组成更为复杂,下部土层则相近。⑵在工程地质性质方面,该海塘堤基表部土层要差的多,下部土层则与附近资料接近。
5.结语
台州海塘堤基虽多为软土地基,但由于其位置及沉积环境的不同,具体地质结构和工程地质性质的差别,进行海塘加固工程地质勘察非常必要和重要。海塘加固首要研究的是抗滑稳定和沉积变形问题,与此密切相关的岩土参数是影响海塘加固工程设计、建设和造价的关键,应针对具体工程进行具体的、仔细的勘察,提供反映需加固海塘的工程地质资料和岩土技术参数,为海塘加固设计、施工服务。
参考文献:
⑴ 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版).中国建筑工业出版社.
⑵ 《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008).中国计划出版社.
⑶ 《堤防工程地质勘察规程》(SL188-2005).中国水利水电出版社.