维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ５２ ・ 港工技术 ２００７年１Ｏ月 Ｎｏ．５ 洋山深水港管理中心工程岩土工程勘察 乌孟庄，胡振明 （中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海２００２３２） 摘要：总结洋山深水港管理中心岩土工程勘察的主要手段和方法，对今后类同工程的岩土工程勘察提出一些建议。 关键词：岩土工程勘察；基坑；破碎带 中图分类号：ＴＵ４１２；ＴＵ４５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—９５９２（２ＯＯ７）Ｏ５—００５２—０４ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｏｆ Ｙａｎｇｓｈａｎ Ｄｅｅｐ Ｗａｔｅｒ Ｈａｒｂｏｕｒ Ｗｕ Ｍｅｎｇｚｈｕａｎｇ，Ｈｕ Ｚｈｅｎｍｉｎｇ （ＣＣＣ Ｔｈｉｒｄ Ｈａｒｂｏｕｒ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ，Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅａｎ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｅｎｔｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｙａｎｇｓｈａｎ Ｄｅｅｐ Ｗａｔｅｒ Ｈａｒｂｏｕｒ ａｒｅ ｓｕｍ ｕｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｓｈａｔｔｅｒ ｚｏｎｅ １ 工程概况 洋山深水港管理中心工程位于小洋山岛观音山 的半山腰。该建筑工程为钢筋混凝土框架一剪力墙 结构，主楼地上１１层，裙房地上４层，室外地面至 ｌ１层屋面的高度为４９．４ ｍ，结构总高度为５５．８ ｍ。 主楼、裙房设１层地下室，主楼、裙房的上部结构、地 上车库基础和地下室均连成整体。基础为天然地基 浅基础，地下室处基础埋深６．１～８．５ ｍ，基础类型 １）查明建筑影响范围内岩土层的分布发育规律 及其工程特性； ２）查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、 发展趋势和危害程度，以及施工过程中挖方、卸载等 对山坡和基坑边坡稳定性的影响； ３）查明地下水的类型和埋藏条件，以及对建筑 地基和场地的影响； ４）确定抗震设防烈度、设计基本地震加速度、设 计地震分组、场地类别和地基土类型，划分抗震有 利、不利或危险地段，对地震效应作出分析与评价； ５）对场地的稳定性和适宜性作出评价，推荐基 础持力层，提供地基承载力和基础与基坑设计、施工 及地基处理所需的岩土参数，对地基基础、基坑开挖 与支护、地基处理及施工方案进行论证分析，并提出 相应的合理化建议。 １．２勘察技术方法 分别为柱下独立基础，墙下条形基础和筏型基础，主 楼地下室底板底面处的荷载标准值为２６０ ｋＮ／ｍ 。 １．１勘察目的 本次岩土工程勘察的目的是，查明拟建场地的 岩土工程地质条件，并针对拟建工程的性质与要求， 作出相应的分析与评价，为基础与基坑的设计及施 工提供岩土工程地质依据和有关参数。本次勘察主 要应解决的岩土工程技术问题是： 采用工程地质调查、工程钻探、工程物探、岩石 收稿日期：２００６—１２ １６ 室内试验和工程测量等勘察手段和方法。 １）工程地质调查 作者简介：鸟孟庄（１９４２一），男，高级工程师，主要从事工程地质勘察 工作。 主要查明场地的地形、地貌、基岩露头的岩性、 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年１０月 Ｎｏ．５ 港工技术 ・ ５３ ・ 构造、风化情况以及场地的水文地质条件与物理地 ２．２地形、地貌 质现象。采用路线穿越法，观测路线的布置与勘探 剖面线一致，纵横共１０条呈网格状，另沿场地周边 布置了２条观测路线。实际观测路线的长度为 ２ ３００ ｍ，完成观测点８０个。 ２）工程钻探 建筑场地地形起伏较大，东面地势较高，西、南 面地势较低，高程４９．０～３０．０ ｍ。场地内原分布较 多岛民住宅，勘察施工时已拆除，因此场地表遗留有 建筑垃圾、民宅基础和耕植土（素填土）。 小洋山岛岛屿基岩经受强烈的风化、海蚀作用， 是典型的海蚀残丘地貌。 ２．３构造、节理裂隙 主要查明地面以下一定深度范围内岩土层的分 布发育规律及其工程特性，尤其是基岩的岩性、构造 和风化情况。钻孔呈网格状布置，纵横勘探剖面１０ 小洋山岛裸露的和勘察揭露的基岩均为花岗岩 条，孔距１９～３５ ｍ，共布置２４个钻孔，一般性钻孔 孔底高程不高于３１．０ ｍ，达基础底面下３ ｍ以上， 如终孔处岩性较破碎，中等风化层钻孔加深不小于 ２ ｍ，控制性钻ＳＬＳＬ底高程不高于２１．０ ｍ，达基础底 面下１３ ｍ以上。钻孔实际进基岩（中一微风化层） １３．３ ｍ，最浅４．９ ｍ（微风化层），最深达２１ ｍ。 ３）工程物探 根据岩土层波速和电阻率等物性特征，进一步 辅助工程地质调查和工程钻探，查明拟建场地钻探 深度范围内基岩岩体的完整程度和风化情况，以及 构造破碎带的分布发育规律。工程物探采用地震折 射波法和高密度电法及面波法，物探剖面线的布置 与勘探剖面线基本一致。实际地震折射波法完成测 线１０条，长度５２９ ｍ，高密度电法测线５条，长度 ５９０ ｍ，另还完成面波法１０个测点。 ４）岩石室内试验 进行岩石单轴抗压强度试验、三轴压缩强度试 验和单轴压缩变形试验，测定岩石的单轴抗压强度、 三轴抗剪强度、弹性模量和泊松比等岩石力学性质 指标，完成岩石试验２８块。 ５）工程测量 钻孔、物探测线、地质调查点的施放和实测采用 极座标法，孔口高程由水准仪直接测定。坐标系统 为１９５４年北京坐标系（１２２。带），高程系统为小洋山 理论最低潮面。 ２场地工程地质条件 根据本次勘察和洋山深水港区其它工程勘察及 相关资料，查明或基本查明了场地的工程地质条件。 ２．１气象、潮汐 小洋山岛区域位于北亚热带南缘的东亚季风盛 行区，全年风向多偏北和偏东南。年平均气温为 １７．２℃，极端最高气温为３４．９℃，极端最低气温为 一３．５℃；年平均降水量为１ ０１３．０ ｍｍ；８月份雷暴 日相对频繁；７～９月份常受热带气旋影响。本区域 潮汐属非正规浅海半日潮型，潮汐强度中等。 中、微风化岩。 本次勘察在建筑场地内未发现构造断裂破碎 带，仅基岩节理裂隙较为发育，在一些地质应力相对 较集中的节理面，岩石破碎、风化强烈，呈深褐色的 强风化状。在拟建场地的中部分布ＳＷＷ—ＮＥＥ 走向，宽约４０ ｍ，节理裂隙相对较发育的条带，尤其 是场地的西南部，不但多处见节理裂隙软弱带的露 头，还发现从软弱带中流出的基岩裂隙泉水，地震折 射波法和高密度电法也反映出该处基岩裂隙较发 育，纵波波速和视电阻率较低。 ２．４岩土层的构成与工程特征 根据岩土层的地质时代、成因类型、工程特征以 及岩石的风化程度，将勘察范围内的岩土层分成２ 个大层，４个亚层，岩土层的基本构成可见图１。 各岩土层具体的工程特性叙述如下： １）填土（Ｋｃ）。主要为杂色，松散，由建筑垃圾、 块石组成的杂填土，零星地段见素填土。分布在拟 建场地的表部，厚度一般仅０．５ ｍ，在场地东侧的局 部地段，厚度可达３．３～５．６ ｍ。 ２）花岗岩强风化层（ｒｚ（３））。杂色（以浅肉红色、 灰褐色为主），湿～稍湿，硬。上部风化较强烈，呈粘 性土混砾砂或砾砂混粘性土状。其下部岩样成形， 结构可辨，但长石等晶体已明显高岭土化；底部风化 程度减弱，近中等风化。在拟建场地内强风化层并 不发育，厚度一般小于１ ｍ，只是在场地中部的局部 地段稍为发育，厚度达２．６０～２．９５ ｍ。 ３）②。花岗岩中等风化层（ 。 ）。浅肉红、灰 褐色，坚硬，岩石花岗结构清晰，节理裂隙较发育，钻 探岩芯大多呈短柱状，节理裂隙断面常见铁锈斑迹 侵染。在拟建场地内中等风化层较为发育，普遍分 布，揭露厚度９．４～１４．３ ｍ，局部地段未能揭穿。中 等风化层的物理特征如波速、视电阻率也相对较低。 花岗岩中等风化层的纵波波速约为２ ８００～３ ３００ ｍ／ｓ，剪切波速约为１ ０００ ｍ／ｓ，视电阻率小于８００ Ｑ・ｍ，单轴饱和抗压强度平均值为７３ ＭＰａ。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ５４ ・ 港 工技术 ２００７年１Ｏ月 Ｎｏ．５ Ｙ１０ ＋３５ ①辩± 陉园②ｌ羞－・Ｉ＾似 区 ０ｚｌ¨中．＾“ 匝卫 ｔ＿・．＾似 蠢（＾］ 图１工程地质剖面图 ４）②。花岗岩微风化层（ｒ ）。浅肉红、灰白 及基岩露头均为中等风化或微风化，但节理面大多 平直且呈闭合状，结合性好，中一微风化岩体整体较 完整。因此，拟建场地稳定性较好，适宜工程建设。 色，坚硬，岩石断面新鲜，花岗结构清晰，节理裂隙较 中等风化层明显减少，钻探岩芯较完整，柱面较光 滑。在本次勘察范围内微风化层也较为发育，勘探 未能揭穿，揭露最大厚度为１８．６ ｍ，顶板起伏较大， ３岩土工程地质条件的分析与评价 ３．１天然地基 由北向南倾伏，高程４７．６５～３８．２８ ｍ，降至２７．８～ ２４．６５ ｍ。微风化层的工程性质明显比中等风化层 好，其纵波波速一般大于３ ８００ ｍ／ｓ，剪切波速约为 管理中心工程设计采用天然地基浅基础，基础 类型为柱下独立基础、墙下条形基础和筏形基础，基 础埋深６．１～８．５ ｍ，底面高程３４．４～３２．０ ｍ。 根据勘察资料，拟建场地除了浅表部分布厚度 不大的填土和花岗岩强风化层外，在高程１８．０ ｍ 以上的范围内均为花岗岩中等风化层与花岗岩微风 化层，按照管理中心浅基础埋深设计高程，这两层应 为浅基础的天然地基持力层。从前述花岗岩风化层 的工程特性可知，②。花岗岩中等风化层，基本质量 等级为Ⅲ级，节理裂隙软弱带发育的局部地段为Ⅳ 级；②。花岗岩微风化层属坚硬岩，岩体较完整，基 １ ７００ ｍ／ｓ，视电阻率大于１ ０００ Ｑ・ｍ，单轴饱和抗 压强度平均值为１０５ ＭＰａ，三轴压缩强度凝聚力为 ３２ ＭＰａ，内摩擦角为５Ｏ。。 ２．５地下水 水文地质条件比较简单，岛上没有长年性迳流， 大气降水大部分顺坡形成片流直泄大海，少量通过 岩石节理裂隙渗到地下，形成基岩裂隙水，或滞留在 地势低洼处。在场地东北部有１个水塘和２个蓄水 井，用来汇集上层滞水和基岩裂隙水。此外还在场 地的西南端发现一处基岩裂隙水的露头一泉，泉流 量约０．１ Ｌ／ｓ。根据泉水与塘水的水质分析资料， 勘察区无污染源的情况，综合判断基岩裂隙水和受 其影响的岩土层对混凝土等建材无侵蚀性。 ２．６场地的地震效应及稳定性 本质量等级为Ⅱ级。根据文献Ｅ３］、［４］以及花岗岩 风化层的工程特性与力学指标，综合确定花岗岩中 等风化层的地基承载力特征值为２ ０００ ｋＰａ，②。花 岗岩微风化层的地基承载力特征值为３ ５００ ｋＰａ，均 远远大于基础底面２６０ Ｋｐａ的设计荷载。 但根据管理中心工程的重要性和拟建场地的地 形、地貌、构造特征，以及岩土层的工程特性，基础设 崎岖列岛区域仅有小于５级大于４．７５级地震 记载ｌ１次，无活动性断裂通过本地区，潜在震源距 计必须注意地基存在的岩土工程问题。 １）拟建场地位于小洋山观音山的半山腰，场地 离本地区数百公里。因此，拟建场地属地震稳定区。 根据文献［２］拟建场地抗震设防烈度为７度，设 计基本地震加速度为０．１０ ｇ，场地特征周期为０．３５ Ｓ，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，地基土类 型属坚硬土和岩石，无液化土层和软弱土层分布。 拟建场地位于地震稳定区和抗震有利地段，场 地内和周边地段未发现断裂破碎带、滑坡、崩塌等不 良地质作用，只是节理裂隙较发育，存在节理裂隙软 弱带；海蚀风化作用也较强烈，本次勘探揭露的基岩 地形不平坦，东高西南低，高程４９．Ｏ～３０．０ ｍ，根据 管理中心基础底面设计高程（３４．４～３２．０ｍ）拟建物 平面布置可能会遇到基础局部架空的问题； ２）根据基础底面的设计高程和花岗岩中等风化 层与花岗岩微风化层的分布规律，基础底面将座落 在两种不同的风化层上，且花岗岩中等风化层中又 有节理裂隙软弱带分布，软弱带最宽处可达７Ｏ～９Ｏ ｃｍ．这些软弱带还是基础裂隙水的天然渗流通道。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年１０月 Ｎｏ．５ 港 工 技 术 ・ ５５ ・ 虽然花岗岩中、微风化层的强度远胜于拟建物设计 况，尤其是基坑风化岩体和节理裂隙与软弱带的分 荷载的要求，由于工程的重要性，基础设计还是应重 视不均匀地基可能造成的不良影响。 因此，工程的平面布置，应尽可能座落在整体天 然地基上，避免基础出现局部架空的情况，如不能避 布发育规律及工程特性。结构封顶后近１年的沉降 观测资料反映，共２６个观测点，Ｉ３个观测点累计沉 降量为零，其余观测点累计沉降量为Ｉ～５ ｍｍ。这 基本说明了作为管理中心浅基础的天然地基持力层 ② 花岗岩中等风化层和②。花岗岩微风化层完全 满足基础设计对于强度和变形的要求；同时也说明 中等风化层和微风化层在工程特性上的差异，没有 产生不良影响及后果。节理裂隙软弱带经注浆加固 处理后，曾钻孔取芯检测，岩芯上反映强风化软弱带 免，采用人工构筑地基或墩台基础，必须要与天然地 基形成整体；对于节理裂隙软弱带采用高压注浆处 理，通过水泥浆的凝固作用增强软弱带强度，堵塞基 岩裂隙水的渗流通道，并采用素混凝土找平地基。 ３．２ 基坑 管理中心设一层地下室，基础底面埋深６．Ｉ～ 被水泥凝结，呈较硬状，沉降观测资料也证实了采用 水泥注浆加固节理裂隙软弱带的方法是有效的。 ８．５ ｍ，底面高程３４．４～３２．０ ｍ，拟建场地东高西南 低，基坑呈畚箕形，基坑东面的坡高约４．６～Ｉ７．０ ｍ。根据中等风化层与微风化层花岗岩岩体的质量 本次勘察值得总结的经验和该吸取的教训： １）基岩地区的岩土工程勘察，应采用工程地质 调查、勘探、物探、室内外试验等多种手段与方法，查 明勘察区的岩土工程地质条件，从平面到三维立体， 进行综合分析研究与评价； ２）稳定地区的基岩地基，只要没有重大的构造 破碎带和不良地质灾害，一般均能满足基础设计与 施工对地基强度与变形的要求； 等级、边坡的高度及破坏后果，基坑边坡安全等级为 Ⅱ级。虽然花岗岩中等风化层和微风化层岩体基本 质量等级为Ⅲ级与Ⅱ级，且节理裂隙面大多平直、闭 合，结合性好，但仍要注意基坑爆破开挖造成边坡发 生崩塌的危害，尤其是节理裂隙发育，分布软弱带的 地段。根据拟建场地岩体的工程特性及邻近开山工 程的经验，边坡开挖坡角宜小于６０。，坡率比 ３）对于地基岩体的差异，应根据具体情况结合 １：０．５７，对于边坡高度较大或节理裂隙软弱带发育 拟建工程的性质与要求，进行综合研究分析； ４）基岩中发育的节理裂隙和一些规模不大的软 弱破碎带可采用注浆的方法进行加固； ５）物探是个很重要的勘察方法，它能把工程地 质调查的面与勘探的点联系在一起，但物探方法的 的地段，应考虑具体情况采取清坡或锚喷等防患与 支护加固措施，同时加强基坑施工的监测工作，实施 动态管理，确保基坑设计与施工的质量及安全。 ４ 结语 洋山深水港管理中心是上海市在海岛基岩上建 造的第一幢采用天然岩基浅基础的高层建筑。本次 勘察采用工程地质调查、钻探、物探、岩石室内试验 等方法，较好地查明了拟建场地的岩土工程地质条 件，为基础与基坑设计及施工提供了可靠的岩土工 程地质依据。基坑开挖后，证实了勘察报告对拟建 场地岩土工程地质条件的分析与评价，符合实际情 选择和测线的布置很重要，如选择、布置不当会影响 物探的作用与效果。 ［参考文献］ Ｅ１３ ＧＢ ５００２１—２００１，岩土工程勘察规范Ｅｓ３． Ｅ２３ ＧＢ ５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范ＥｓＪ． Ｅ３３ ＧＢ ５００１１—２００１，建筑抗震设计规范Ｅｓ３． Ｅ４３ ＧＢ ５０２１８—９４，工程岩体分级标准ＥＳ３． 公开发行定价：６．００元
