1、曹妃甸礦石碼頭工程（水域）工程地質勘察報告1.前言1.1工程概況受唐山曹妃甸實業開發有限公司的委托，我院勘察處承擔了曹妃甸礦石碼頭工程（水域）工程地質勘察任務。曹妃甸工業區礦石專用碼頭位于曹妃甸甸頭深水區，在唐山地區南部海域中，距陸地岸線約20km，港址西距天津新港38海里，東北距秦皇島港92海里，距京唐港33海里。擬建工程包括25萬噸礦石碼頭兩座及配套引堤、引橋等項目。勘察階段為施工圖階段。1.2勘察目的及技術要求本次勘察目的是查明構筑物荷載作用范圍內地基土層的構成與分布規律及其物理、力學性質指標，反映場地的工程地質條件和評價場地土的工程地質性質，為曹妃甸礦石碼頭工程（水域）工程地質勘察施工
2、圖階段的設計和施工提供足夠的地質資料和可靠的地質參數。勘察技術要求由中交水運規劃設計院提出：鉆孔布置及數量個本次勘察共布設鉆孔38個，分為碼頭和引堤、引橋兩部分，碼頭部分共布鉆孔31個，鉆孔編號分別為M01M31，原狀孔15個，標準貫入孔16，其中控制性鉆孔5個；引堤、引橋部分共布鉆孔7個，原狀孔4個，標準貫入孔3個，其中控制性鉆孔2個。詳見鉆孔平面位置圖。鉆探深度要求一般性鉆孔要求鉆至50米，控制性鉆孔要求鉆至60米，引堤、Y01Y03孔要求鉆至35米。取樣、原位測試與土工試驗要求原狀孔要求粘性土每1.0米采取原狀土樣一件，遇砂性土每1.5米進行標準貫入試驗一次，并留取擾動土樣。標準貫入孔要
3、求每1.5米進行標準貫入試驗一次，并留取擾動土樣。室內試驗粘性土要求進行常規物理、力學性試驗；砂性土要求做顆粒分析，提供天然坡角；對標準貫入孔20米以上粉土提供粘粒含量（分散劑為六偏磷酸鈉）。此外，每層粘性土和砂性土均應進行三軸試驗，繪制相應的應力應變關系曲線，粘性土用原狀土樣進行固結不排水試驗（CU），砂性土按原位密度配置重塑土樣進行固結排水試驗（CD）。1.3勘察工作1.3.1勘察依據（1）勘察技術要求；（2）工程地質勘察任務書；（3）行業標準港口工程地質勘察規范（JTJ240-97）；（4）國家標準巖土工程勘察規范（GB50021-2001）；（5）國家標準土工試驗方法標準（GB/T50
4、123-1999）；（6）行業標準港口工程樁基規范（JTJ254-98）；（7）行業標準水運工程抗震設計規范（JTJ225-98）。1.3.2勘察工作概況現場勘察工作由我院勘察處鉆探隊承擔，自2004年4月7日開始至2004年9月9日結束，實際完成了鉆孔36個（詳見鉆孔數據一覽表及鉆孔平面位置圖）。總進尺1829.22自然米，采取原狀土樣481件（薄壁61件，厚壁420件），擾動土樣991件，現場進行標準貫入試驗947次。土工試驗由我院勘察處土工試驗室完成。1.4坐標及高程系統坐標系統采用北京坐標系，高程系統以曹妃甸理論深度最低潮面為基準，鉆孔位置采用全球衛星定位系統GPS測定。1.5施工說明
5、Y04、Y05兩孔所處位置水深僅2.60米（高潮時），兩孔周圍為大范圍砂質漫灘（中密狀），加之該區域復雜的天氣及海流影響，在此施工鉆孔存在諸多不安全因素，施工條件不成熟，經業主及設計同意，上述2孔未進行鉆探。2.地形、地貌及區域地質曹妃甸（及附近砂島）為古灤河在大莊河、泊河一帶入海時形成的砂嘴、砂壩，因灤河北移，泥砂供應不足而沖刷成為的殘余砂島。勘察區位于曹妃甸南側，分碼頭區和棧橋區兩部分。棧橋區屬淺海區，泥面坡度35，水深03米；甸頭向南300余米為碼頭區，水深驟增至30余米，為建港提供了良好的水深水域條件。從區域地質構造來看，曹妃甸港區位于新華夏系黃驊坳陷帶北部，西受滄東斷裂帶控制，東受伸
6、入渤海的郯-廬斷裂帶影響，這兩條大斷裂曾誘發過多次地震，如1976年唐山里氏7.8地震。離港區最近的次一級斷裂主要有NE向黃驊斷裂（距曹妃甸30公里）、灤南-南堡斷裂（距曹妃甸20公里）。在基底構造之上該區域沉積了巨厚的第三系、第四系地層。第四紀以來，在曹妃甸一帶發生多次海進海退，形成數百米的海陸交互相地層，這些地層是灤河改道東行后沉積的灤河古三角洲沖積扇，其中第四系全新統（Q4）底標高約在-30米，上更新統（Q3）底標高約在-140米。3土層分布情況根據野外鉆探和土工試驗成果，該區土層分布較有規律，自上而下主要有：2 粉細砂、1 淤泥質粉質粘土、2粉質粘土、1 粉質粘土、2 粉質粘土、3 粉
7、質粘土、1 粉土、2粉細砂、粉質粘土、粉土及粉質粘土。現分碼頭區和引堤與引橋區自上而下分述如下： （1） 碼頭區2 粉細砂灰褐色，褐色，松散，局部稍密狀，局部以中砂為主（見土工試驗大表），含貝殼碎屑及少量淤泥質土，夾粘性土薄層，土質不均。該層層位穩定，分布連續，個別鉆孔夾有淤泥混砂、粉土及淤泥質粉質粘土透鏡體。該層底標高在-30.80米-35.12米之間。1 淤泥質粉質粘土褐色，褐灰色，流塑軟塑狀，中中上塑性，頂部混多量粉細砂，夾粉細砂薄層，上部土質不均。該層層位穩定，碼頭區內廣泛分布，局部夾有粉細砂透鏡體。該層底標高在-37.00米-40.25米之間。2 粉質粘土層在碼頭區缺失。1 粉質粘土
8、褐色，灰褐色，黃褐色，淺褐色，可塑狀，中塑性，夾少量砂斑。該層分布不連續，夾粉土透鏡體，其中M01、M02、M04、M19及M20五孔缺失該層。分布底標高約為-39.50米-44.85米。粉土透鏡體淺褐色，灰褐色，褐黃色，稍密中密狀，夾少量砂粒、鐵銹斑、碎貝殼和粘土薄層。分布不連續，見于M01M04、M15、M17、M18M27、M30孔。 2 粉質粘土灰色，青灰色，褐灰色，可塑狀，中塑性，夾砂斑。該層在區內廣泛分布，層位穩定。該層底標高在-49.40米-55.73米之間。3 粉質粘土褐灰色，淺褐色，灰色，硬塑狀，局部可塑狀，中下塑性，局部鐵質浸染，該層層位穩定，區內廣泛分布。局部夾有粉細砂透
9、鏡體，M15M17和M28M31七孔缺失該層。該層底標高在-52.70米-57.82米之間。1 粉土灰褐色，褐色，淺褐色，中密密實狀，含零星貝殼碎屑，該層分布較為連續，在區內層面起伏較大，厚薄不均，分布不連續，夾粉質粘土透鏡體，僅M10和M26二孔缺失該層。該層底標高在-56.15米-60.88米之間。2粉細砂淺褐色，淺黃色，褐色，密實狀，主要為石英、長石，含云母碎屑，該層層位穩定，分布連續。該層底標高在-61.62米-67.50米之間。 粉質粘土褐灰色，褐黃色，褐色，硬塑狀，中塑性，土質不均，可見少量鐵質浸染，夾粉土薄層，上部夾粉土透鏡體，該層層位較穩定，厚度變化較大，最厚10.50米（在M
10、16孔可見），最薄1.25米（M18孔可見），M30孔缺失。粉土褐灰色，褐色，密實狀，含粉細砂顆粒、少量貝殼碎屑及云母碎片，夾粘性土薄層，分布較穩定，厚薄不均，層面起伏較大，分布不連續，局部夾有粘土和粉細砂透鏡體。個別鉆孔缺失該層。最厚5.55米（在M30孔可見）。粉質粘土褐灰色，灰褐色，灰色以及褐色，硬塑狀，中塑性，含少量云母碎片，可見少量鐵質浸染，夾粉土及粉細砂薄層，該層分布連續，層位穩定，局部夾有粉土及粉細砂透鏡體。個別鉆孔未鉆至該層，本次勘察為穿透該層。（2） 引堤與引橋區 引堤與引橋區處于淺水區，在該區域范圍內，1 層和1 層地層缺失。2 粉細砂褐灰色，褐色，褐黃色，Y01Y03孔區
11、域呈中密狀，平均標貫擊數Naverage=25.2，最大標貫擊數Nmax=40，最小標貫擊數Nmin=13，夾粉質粘土薄層。靠近碼頭區的Y06及Y07孔該層密實度較低，y06孔主要呈松散狀，Y07孔呈松散稍密狀，平均標貫擊數Naverage=11.1，最大標貫擊數Nmax=20，最小標貫擊數Nmin=2，夾淤泥質土，含貝殼碎屑。該層層位穩定，分布連續。該層底標高在-25.26米-30.45米之間。2 粉質粘土褐灰色，灰色，可塑狀為主，中中上塑性，混夾多量粉細砂和粉土透鏡體，土質不均，該層層位穩定，分布連續，其中Y01Y03三孔未揭穿該層。（該三孔深度要求為35米，以下各土層均未揭露，后不贅述）
12、2 粉質粘土褐灰色，淺褐色，可塑狀，中塑性，夾砂斑。該層底標高在-51.95米-53.04米之間。3 粉質粘土灰褐色，淺褐色，深褐色，硬塑狀，局部可塑狀，中下塑性。該層底標高在-57.60米-59.39米之間。2粉細砂淺灰色，淺褐色，褐灰色，密實狀，主要為石英、長石，含云母碎屑。僅Y06孔穿透該層。粉質粘土灰色，褐灰色，硬塑狀，中塑性，可見少量鐵質浸染，Y06孔揭露但未穿透該層。4.各土層主要物理、力學性質指標各土層主要物理、力學性質指標參看表1（土壤主要物理、力學性質指標統計表）,表中砂土有效抗剪強度指標為d。（1）.各土層各項指標采用算術平均值法進行數理統計, 分別統計計算出指標的件數、算
13、術平均值、最大值、最小值、平均值和變異系數。（2）.除2 粉細砂和2 粉質粘土外，引堤與引橋區其他各土層指標件數較少，相應各土層主要物理、力學性質指標未進行單獨統計，設計使用時可參看各孔土工試驗成果表和參考指標統計表1。（3）.在土層物理、力學性質指標統計表中給出了壓縮系數a0.值，并將各主要土層的綜合壓縮試驗數據整理如下表： 各土層綜合壓縮數據統計表P（kPa）層號及土名e0501002004001淤泥質粉質粘土1.090 0.981 0.921 0.848 0.768 2粉質粘土0.899 0.833 0.801 0.765 0.719 1粉質粘土0.6990.6830.6620.6330
14、.699夾層粉土0.641 0.604 0.590 0.572 0.551 2粉質粘土0.763 0.742 0.715 0.676 0.763 3粉質粘土0.585 0.562 0.544 0.518 0.585 1粉土0.563 0.531 0.518 0.501 0.483 粉質粘土0.699 0.677 0.647 0.612 0.699 粉土0.640 0.597 0.584 0.571 0.557 粉質粘土0.756 0.725 0.704 0.674 0.634 5.原位測試原位測試采用標準貫入試驗各主要土層的標準貫入擊數按碼頭和引堤與引橋區分別統計如下表：各土層標準貫入擊數指標
15、統計表區域土層編號21212312土層名稱粉細砂淤泥質粉質粘土粉質粘土粉質粘土粉質粘土粉質粘土粉土粉細砂粉質粘土粉土粉質粘土碼頭區 件數1357331843236130394058最大值15413.016375050455044最小值217.05121045152918平均值6.85026.341.028.0變異系數0.520.180.240.310.320.270.180.21引堤與引橋區 件數9718746最大值40151037最小值64830平均值19.49.38.732.850變異系數0.400.420.090.09注： 各土層標貫擊數均為實測值，統計時未經過任何修正 6水質分析試驗本
16、次勘察對該區域環境水(海水)低潮和高潮各采取2組共4瓶水樣（編號分別為I、II，每組其中一瓶加大理石粉），進行水質分析。依據巖土工程勘察規范（GB50021-2001）,并根據曹妃甸地區的氣候條件、地理位置、場地的土層特性及勘察區的環境類別，對環境水的腐蝕性判別如下：環境水對混凝土結構的腐蝕性評價見下表：腐蝕介質環境類型腐蝕等級I（低潮）II（高潮）I（低潮）II（高潮）硫酸鹽SO42-(mg/L)4622.9300015002641.63000強中鎂鹽Mg2+ (mg/L)10001778.4200010001276.82000弱弱總礦化度(mg/L)2000035638.250000200
17、0033300.8500019094.45000強強長期浸水弱弱注：水中的Cl-含量=水中的Cl-含量+硫酸鹽SO42-0.25環境水對鋼結構的腐蝕性評價見下表:腐蝕介質I（低潮）II（高潮）腐蝕等級pH值38.021138.0550021075.6500通過環境水質分析結果得出：環境水對混凝土結構有強腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替情況下有強腐蝕性，長期浸水情況下有弱腐蝕性，對鋼結構有中等腐蝕性。7.場地地震效應（1）.抗震設防烈度與地震加速度根據國標建筑抗震設計規范（GB50011-2001），場區內抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g,設計地震分組為第一組。（2）
18、.場地土類型場地土類型為軟弱場地土。（3）.砂土液化判別場區內深度20米以內的2粉細砂及粉土和砂土透鏡體，據水運工程抗震設計規范（JTJ225-98），進行了地震液化判別。判別公式如下：Ncr=N00.9+0.1（ds-dw） (ds20m) (1)公式（1）中各符號意義請參看水運工程抗震設計規范（JTJ225-98）之4.2.4-2。經判別，2粉細砂及砂土透鏡體為可液化土層，粉土透鏡體為非液化土層。8.地基土容許承載力及樁基參數根據鉆探、原位測試和土工試驗成果，按港口工程地質勘察規范（JTJ240-97）和港口工程樁基規范（JTJ254-98）有關規定，各土層的容許承載力和鋼筋混凝土打入樁樁
19、基參數建議值見下表：各土層容許承載力及樁基參數建議值 土層編號土層名稱土的狀態土層平均深度(米）鋼筋混凝土打入樁地基土容許承載力f（kPa）樁側極限摩阻力標準值qf（kPa）樁端極限阻力標準值qR（kPa）2粉細砂碼頭區N=6.83.82580引堤與引橋區Y01Y03N=25.214.174160Y06、Y07N=11.19.7501001淤泥質粉質粘土W=40.5IL=1.5110.619752粉質粘土IL=0.99e=0.8831.7421201粉質粘土IL=0.86e=0.7315.733160夾層粉土IL=0.84w=22.0e=0.6316.2481802粉質粘土IL=0.90e=0
20、.8122.0371503粉質粘土IL=0.42e=0.5728.0752101粉土IL=0.37w=19.2e=0.5831.29938002302粉細砂N5036.01306600340粉質粘土IL=0.50e=0.7041.566240粉土IL=0.44w=22.4e=0.6444.885230粉質粘土IL=0.46e=0.7248.8852309工程地質評價（1）.根據野外鉆探和土工試驗成果，該區土層分布簡單而有規律，分層位均較穩定，分布較連續，自上而下主要為：2 粉細砂、1 淤泥質粉質粘土、2粉質粘土、1 粉質粘土、2 粉質粘土、3 粉質粘土、1 粉土、2粉細砂、粉質粘土、粉土及粉質
21、粘土，其中2粉質粘土在碼頭區缺失，1 淤泥質粉質粘土和1 粉質粘土在引堤和引橋區缺失。（2）.碼頭區3 粉質粘土層以上土層工程地質性質相對較差，其中2 粉細砂主要呈松散狀，1 淤泥質粉質粘土呈流塑軟塑狀，1 粉質粘土、2 粉質粘土呈可塑狀，引堤與引橋區2 粉細砂在靠近南護岸的Y01Y03附近主要呈中密狀，而在靠近碼頭區的Y06Y07附近與碼頭區相似，呈松散狀，2粉質粘土呈可塑狀；其余以下各層工程地質性質均較好，3 粉質粘土、粉質粘土、粉質粘土呈硬塑狀，1 粉土、粉土呈中密密實狀，2粉細砂呈密實狀。（3）.根據野外鉆探和土工試驗成果揭示，2 粉細砂在區內廣泛分布，層位穩定，平均標貫擊數N50擊，層厚410米不等，可作為良好樁基持力層。（4）. 2粉細砂及砂土透鏡體為可液化土層，粉土透鏡體為非液化土層。（5）.對環境水質分析結果得出：環境水對混凝土結構有強腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替情況下有強腐蝕性，長期浸水情況下有弱腐蝕性，對鋼結構有中等腐蝕性。
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