管道穿越工程巖土特性研討

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1工程概況

某管道長江穿越工程地處湖北省公安縣北郊，長江東岸為江陵縣，西岸為公安縣城關北郊，穿越斷面位于高壓過江鐵塔下游約100m處，距下游公安縣城關約2500m。西岸為長江江堤，東岸為民堤，長江干堤位于民堤內約2km一3km處，穿越區水陸交通較為便利。通過地質測繪、物探、勘探、原位測試和室內試驗等勘測方法及手段¨0]，初步總結穿越區域的工程地質條件，不僅為合理設計穿越方式提供工程地質資料，也為同類地質上的工程應用提供可參考的技術參數。

2區域工程地質概況

2．1地形、地貌

穿越區地處江漢平原西部，屬平原及河漫灘地貌，長江河谷曲折寬闊、比降和緩，兩岸地勢平坦，湖泊棋布，河流縱橫。穿越段長江近南北向流經本區，兩岸岸線平整順直，穿越軸線方向與長江河道近直交。工程區50年超越概率10％地震動峰值加速度為0．05g，相應地震基本烈度為6度。

2．1．1西岸西岸分布長江干堤，江水直臨堤腳。堤走向北西約333。。堤頂高約43m，寬約8m，鋪設水泥路；堤內坡種植草皮護坡；堤外坡分兩級，上部為混凝土六面體護面，下部為不規則塊石護面，馬道寬約10m，地表種植防護林。堤內地勢平坦開闊，地面高程一般為33m一35m，地表種植防護林，距堤腳50m～100m分布池塘，池塘順堤分布寬23m～55m，最窄處位于擬定穿越斷面附近。

2．1．2東岸東岸河漫灘前緣分布民堤，堤走向北西約330。。堤頂高約42．6m，寬約3m，碎石鋪面；堤兩側坡面布滿雜草。堤內地勢平坦開闊，地面高程一般37m～38m，主要為旱地。長江大堤布置于民堤內2km一3km處。堤外漫灘寬50m～100m，高程37m～39m，主要為荒地，零星分布農田，鄰近堤腳有寬約20m的防護林帶。

2．1．3長江水域長江河床寬廣，江面開闊，按勘察期間長江水位34．60m計，水面寬約950m。長江斷面總體呈寬緩的“u”形，西岸長江江水直臨大堤，堤坡較陡，坡度為30。一35。，坡面為不規則塊石護坡，從水下探測地形來看，水線以下岸坡總體較平緩，地形坡度約26。。穿越區河道開闊，河床面起伏較小，地面高程14．85m一20．66m，起伏差一般1m～2．5m，最大為5．85m，其深泓位于中心偏東側。水域震探工作期間正逢洪水期剛過，水位開始下落，水深為14．1m～19．5m，是水域震探較好的水深和地形條件。

2．2地層巖性

為了解穿越段巖土層分布，本階段物探工作采用了地震波反射法與高密度電法進行管道軸線剖面測試’。根據實測資料和鉆探結果顯示，工程區除兩岸江堤及西岸堤內局部分布人工回填層外，地表均為第四系全新統平原組沖、洪積物(Q+p1)覆蓋，從上至下依次分布粘性土、粉細砂及卵礫石。覆蓋層上部為粉細砂層、下部為砂礫石層，兩岸表層為粘性土分布。粉細砂層東岸分布較厚；水域分布較薄，且呈現近岸段厚、中間薄的分布規律，厚度范圍在1．58m一8．40m。卵礫石層頂界面分布基本穩定，一般頂界面高程在5．10m～l5．23m，局部稍低，兩岸與水域未發現較大的高程差異。根據水域多道地震反射影像，地表以下30m范圍內，未見明顯較大孤立塊體。

2．3水文地質

穿越區西岸分布長江干堤，東岸分布民堤，地表水總體以長江為最低排泄基準面進行排泄。枯水期長江水位低，堤內大氣降水主要通過周邊溝渠向長江排泄，部分下滲補給地下水；洪水期，江水位較高，甚至高于堤內地表，地下水具承壓性，大氣降水主要通過周邊電排站排入長江，部分下滲補給地下水。

3巖土物理力學性質

3．1原位測試

本次勘察期間對場區內主要土層進行了大量的標準貫人及重型觸探試驗，計63段，有效數據55段(見表1)。試驗嚴格按照相關規程進行現場操作，鉆孔做到了孔壁垂直穩定、清孔徹底，試驗時觸探桿豎直，標記準確，試驗值較為可靠。從試驗數據的分布來看，水平方向上，受長江動態淤積影響，不同地貌單元土體密實程度存在一定差異；垂直方向上，粉細砂及卵礫石層有從上至下密實程度增加的趨勢。

3．2室內試驗

本次勘察在鉆孔中取粘性土層原狀樣進行了室內常規物理力學性質試驗，取粉細砂層原狀及擾動樣進行了自然休止角試驗。

3．2．1東岸粉質粘土：含水量26．1％～36．1％，干密度1．31g／cm～1．58g／crn3，孔隙比0．72～1．06，液I生指數一般0．23～0．91，軟塑一可塑狀；壓縮系數一般0．23lPa～～0．32MPa～，具中等壓縮性。抗剪強度指標c值平均為24．5kPa，妒值15．65。。含淤泥質粘土：含水量30．2％～40．2％，干密度1．31g／cm～1．54g／cm，孔隙比0．75—1．07，液性指數一般0．79～1．06，軟塑狀為主，局部呈流塑狀；壓縮系數0．28MPa～一0．69MPa～，一般具中等壓縮性，局部具高壓縮性。抗剪強度指標C值平均為21．4kPa，值平均為16．2。。粉細砂：本次勘察粉細砂層內取一組原狀樣進行了自然休止角試驗，試驗表明：粉細砂充分風干的情況下，自然休止角為37。；水下自然休止角為26。。

3．2．2西岸粘土：含水量32．3％～48．1％，干密度1．19g／cm~～1．53g／cm~，孔隙比0．77—1．28，液性指數0．98—1．39，軟塑狀～流塑狀；壓縮系數0．29MPa～～0．68MPa～，一般具中等壓縮性，局部具高壓縮性。抗剪強度指標C值平均為23．57kPa，值平均為15．53。

3．3砂土液化東岸堤外地表以下15m范圍內存在全新統粉細砂，厚約23m，需進行砂土液化判別。

3．3．1地震液化判別根據《建筑抗震設計規范》判斷，本工程屬乙類建筑工程，地震液化判別應提高1度，按抗震設防烈度7度進行砂土液化判別。工程區設計地震分組為第一組。研究期間東岸堤外地下水位深1．8m，砂土主要位于江水水體以下或地下水中，即處于水下，呈飽和狀態。在地表以下15m范圍內取兩組砂土樣進行了顆粒分析(見表2)，砂土粘粒含量局部小于10％。按《油氣田及管道巖土工程勘察規范》[1o3判定，需進一步判別。

3．3．2砂土液化等級依據鉆孔標貫試驗成果進行砂土液化判別見表3。部分計算指標按下述進行取值和考慮：土層均為砂層，粘粒含量參考顆粒分析試驗偏安全考慮取4％；地下水位深度按1．8m計；標準貫入錘擊數基準值按6擊。根據表3可見，穿越段東岸堤外下伏砂土具輕微液化性。

3．4土層滲透性

為了解穿越段土層的滲透性，研究進行了鉆孔原位注水試驗及室內滲透性試驗。

3．4．1鉆孔注水試驗在粘性土層中進行了兩段注水試驗，滲透系數值為2．2×10～cm／s～9．1X10一cm／s，屬微透水。

3．4．2室內試驗取粘性土原狀樣5組，進行了室內滲透性試驗，試驗成果見表4。由表4可見，穿越段粘性土具微～弱滲透性。

3．4．3各土層滲透性評價根據上述試驗成果，并類比有關工程經驗，對各土層的滲透性作如下初步評價：粘性土滲透系數值為X10。。cm／s～iX10～em／s，為微透水，屬相對隔水層；粉細砂滲透系數后值為X10～cm／s，為中等透水層；卵礫石滲透系數值為i×10～env''''s，為強透水層。

3．5巖土物理力學參數建議值

在以上試驗成果的基礎上，并結合本工程的實際情況，提出各巖土體的物理力學指標建議值(見表5)。

4結語

穿越段覆蓋層深厚，粘土性，分布于兩岸地表，主要為粘土及粉質粘土，層厚4m一23m；粉細砂，分布于河床表部及兩岸堤內粘性土之下，青灰色為主，少部呈灰黃色，砂質較均勻，松散一稍密狀，底部較密實，西岸粘粒含量較高；下部卵礫石厚度較大，分布連續，主要由圓礫及卵石組成。水平方向上，受長江動態淤積影響，不同地貌單元土體密實程度存在一定差異；垂直方向上，粉細砂及卵礫石層有從上至下密實程度增加的趨勢。粉質粘土、含淤泥質粘土、粘土三者相比，粘土具有較高的含水量、液性指數和較大的孔隙比，粉質粘土含水量、液性指數和最低孔隙比相對較小；粘土的干密度最小，而粉質粘土的干密度最大。粉質粘土一般呈軟塑一可塑狀，具中等壓縮性，局部具有高壓縮性。含淤泥質粘土以軟塑狀為主，局部呈流塑狀，具中等壓縮性，局部具高壓縮性。粘土呈軟塑狀一流塑狀，一般具中等壓縮性，局部具高壓縮性，三者抗剪強度相似。東岸堤外下伏砂土具輕微液化性，粘性土具微～弱滲透性。