曹妃甸某矿石码头工程地质勘察报告.docx

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曹妃甸某矿石码头工程地质勘察报告

曹妃甸矿石码头工程（水域）工程地质勘察报告

1.前言

1.1工程概况

受唐山曹妃甸实业开发有限公司的委托，我院勘察处承担了曹妃甸矿石码头工程（水域）工程地质勘察任务。

曹妃甸工业区矿石专用码头位于曹妃甸甸头深水区，在唐山地区南部海域中，距陆地岸线约20km，港址西距天津新港38海里，东北距秦皇岛港92海里，距京唐港33海里。

拟建工程包括25万吨矿石码头两座及配套引堤、引桥等项目。

勘察阶段为施工图阶段。

1.2勘察目的及技术要求

本次勘察目的是查明构筑物荷载作用范围内地基土层的构成与分布规律及其物理、力学性质指标，反映场地的工程地质条件和评价场地土的工程地质性质，为曹妃甸矿石码头工程（水域）工程地质勘察施工图阶段的设计和施工提供足够的地质资料和可靠的地质参数。

勘察技术要求由中交水运规划设计院提出：

①钻孔布置及数量个

本次勘察共布设钻孔38个，分为码头和引堤、引桥两部分，码头部分共布钻孔31个，钻孔编号分别为M01～M31，原状孔15个，标准贯入孔16，其中控制性钻孔5个；引堤、引桥部分共布钻孔7个，原状孔4个，标准贯入孔3个，其中控制性钻孔2个。

详见钻孔平面位置图。

②钻探深度要求

一般性钻孔要求钻至50米，控制性钻孔要求钻至60米，引堤、Y01～Y03孔要求钻至35米。

③取样、原位测试与土工试验要求

原状孔要求粘性土每1.0米采取原状土样一件，遇砂性土每1.5米进行标准贯入试验一次，并留取扰动土样。

标准贯入孔要求每1.5米进行标准贯入试验一次，并留取扰动土样。

室内试验粘性土要求进行常规物理、力学性试验；砂性土要求做颗粒分析，提供天然坡角；对标准贯入孔20米以上粉土提供粘粒含量（分散剂为六偏磷酸钠）。

此外，每层粘性土和砂性土均应进行三轴试验，绘制相应的应力应变关系曲线，粘性土用原状土样进行固结不排水试验（CU），砂性土按原位密度配置重塑土样进行固结排水试验（CD）。

1.3勘察工作

1.3.1勘察依据

（1）勘察技术要求；

（2）工程地质勘察任务书；

（3）行业标准《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）；

（4）国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

（5）国家标准《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；

（6）行业标准《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）；

（7）行业标准《水运工程抗震设计规范》（JTJ225-98）。

1.3.2勘察工作概况

现场勘察工作由我院勘察处钻探队承担，自2004年4月7日开始至2004年9月9日结束，实际完成了钻孔36个（详见钻孔数据一览表及钻孔平面位置图）。

总进尺1829.22自然米，采取原状土样481件（薄壁61件，厚壁420件），扰动土样991件，现场进行标准贯入试验947次。

土工试验由我院勘察处土工试验室完成。

1.4坐标及高程系统

坐标系统采用北京坐标系，高程系统以曹妃甸理论深度最低潮面为基准，钻孔位置采用全球卫星定位系统GPS测定。

1.5施工说明

Y04、Y05两孔所处位置水深仅2.60米（高潮时），两孔周围为大范围砂质漫滩（中密状），加之该区域复杂的天气及海流影响，在此施工钻孔存在诸多不安全因素，施工条件不成熟，经业主及设计同意，上述2孔未进行钻探。

2.地形、地貌及区域地质

曹妃甸（及附近砂岛）为古滦河在大庄河、泊河一带入海时形成的砂嘴、砂坝，因滦河北移，泥砂供应不足而冲刷成为的残余砂岛。

勘察区位于曹妃甸南侧，分码头区和栈桥区两部分。

栈桥区属浅海区，泥面坡度3º～5º，水深0～3米；甸头向南300余米为码头区，水深骤增至30余米，为建港提供了良好的水深水域条件。

从区域地质构造来看，曹妃甸港区位于新华夏系黄骅坳陷带北部，西受沧东断裂带控制，东受伸入渤海的郯-庐断裂带影响，这两条大断裂曾诱发过多次地震，如1976年唐山里氏7.8地震。

离港区最近的次一级断裂主要有NE向黄骅断裂（距曹妃甸30公里）、滦南-南堡断裂（距曹妃甸20公里）。

在基底构造之上该区域沉积了巨厚的第三系、第四系地层。

第四纪以来，在曹妃甸一带发生多次海进海退，形成数百米的海陆交互相地层，这些地层是滦河改道东行后沉积的滦河古三角洲冲积扇，其中第四系全新统（Q4）底标高约在-30米，上更新统（Q3）底标高约在-140米。

3．土层分布情况

根据野外钻探和土工试验成果，该区土层分布较有规律，自上而下主要有：

①2粉细砂、②1淤泥质粉质粘土、②2粉质粘土、⑤1粉质粘土、⑤2粉质粘土、⑤3粉质粘土、⑥1粉土、⑥2粉细砂、⑦粉质粘土、⑧粉土及⑨粉质粘土。

现分码头区和引堤与引桥区自上而下分述如下：

（1）码头区

①2粉细砂

灰褐色，褐色，松散，局部稍密状，局部以中砂为主（见土工试验大表），含贝壳碎屑及少量淤泥质土，夹粘性土薄层，土质不均。

该层层位稳定，分布连续，个别钻孔夹有淤泥混砂、粉土及淤泥质粉质粘土透镜体。

该层底标高在-30.80米～-35.12米之间。

②1淤泥质粉质粘土

褐色，褐灰色，流塑～软塑状，中～中上塑性，顶部混多量粉细砂，夹粉细砂薄层，上部土质不均。

该层层位稳定，码头区内广泛分布，局部夹有粉细砂透镜体。

该层底标高在-37.00米～-40.25米之间。

②2粉质粘土层在码头区缺失。

⑤1粉质粘土

褐色，灰褐色，黄褐色，浅褐色，可塑状，中塑性，夹少量砂斑。

该层分布不连续，夹粉土透镜体，其中M01、M02、M04、M19及M20五孔缺失该层。

分布底标高约为-39.50米～-44.85米。

粉土透镜体

浅褐色，灰褐色，褐黄色，稍密～中密状，夹少量砂粒、铁锈斑、碎贝壳和粘土薄层。

分布不连续，见于M01～M04、M15、M17、M18～M27、M30孔。

⑤2粉质粘土

灰色，青灰色，褐灰色，可塑状，中塑性，夹砂斑。

该层在区内广泛分布，层位稳定。

该层底标高在-49.40米～-55.73米之间。

⑤3粉质粘土

褐灰色，浅褐色，灰色，硬塑状，局部可塑状，中下塑性，局部铁质浸染，该层层位稳定，区内广泛分布。

局部夹有粉细砂透镜体，M15～M17和M28～M31七孔缺失该层。

该层底标高在-52.70米～-57.82米之间。

⑥1粉土

灰褐色，褐色，浅褐色，中密～密实状，含零星贝壳碎屑，该层分布较为连续，在区内层面起伏较大，厚薄不均，分布不连续，夹粉质粘土透镜体，仅M10和M26二孔缺失该层。

该层底标高在-56.15米～-60.88米之间。

⑥2粉细砂

浅褐色，浅黄色，褐色，密实状，主要为石英、长石，含云母碎屑，该层层位稳定，分布连续。

该层底标高在-61.62米～-67.50米之间。

⑦粉质粘土

褐灰色，褐黄色，褐色，硬塑状，中塑性，土质不均，可见少量铁质浸染，夹粉土薄层，上部夹粉土透镜体，该层层位较稳定，厚度变化较大，最厚10.50米（在M16孔可见），最薄1.25米（M18孔可见），M30孔缺失。

⑧粉土

褐灰色，褐色，密实状，含粉细砂颗粒、少量贝壳碎屑及云母碎片，夹粘性土薄层，分布较稳定，厚薄不均，层面起伏较大，分布不连续，局部夹有粘土和粉细砂透镜体。

个别钻孔缺失该层。

最厚5.55米（在M30孔可见）。

⑨粉质粘土

褐灰色，灰褐色，灰色以及褐色，硬塑状，中塑性，含少量云母碎片，可见少量铁质浸染，夹粉土及粉细砂薄层，该层分布连续，层位稳定，局部夹有粉土及粉细砂透镜体。

个别钻孔未钻至该层，本次勘察为穿透该层。

（2）引堤与引桥区

引堤与引桥区处于浅水区，在该区域范围内，②1层和⑤1层地层缺失。

①2粉细砂

褐灰色，褐色，褐黄色，Y01～Y03孔区域呈中密状，平均标贯击数Naverage=25.2，最大标贯击数Nmax=40，最小标贯击数Nmin=13，夹粉质粘土薄层。

靠近码头区的Y06及Y07孔该层密实度较低，y06孔主要呈松散状，Y07孔呈松散～稍密状，平均标贯击数Naverage=11.1，最大标贯击数Nmax=20，最小标贯击数Nmin=2，夹淤泥质土，含贝壳碎屑。

该层层位稳定，分布连续。

该层底标高在-25.26米～-30.45米之间。

②2粉质粘土

褐灰色，灰色，可塑状为主，中～中上塑性，混夹多量粉细砂和粉土透镜体，土质不均，该层层位稳定，分布连续，其中Y01～Y03三孔未揭穿该层。

（该三孔深度要求为35米，以下各土层均未揭露，后不赘述）

⑤2粉质粘土

褐灰色，浅褐色，可塑状，中塑性，夹砂斑。

该层底标高在-51.95米～-53.04米之间。

⑤3粉质粘土

灰褐色，浅褐色，深褐色，硬塑状，局部可塑状，中下塑性。

该层底标高在-57.60米～-59.39米之间。

⑥2粉细砂

浅灰色，浅褐色，褐灰色，密实状，主要为石英、长石，含云母碎屑。

仅Y06孔穿透该层。

⑦粉质粘土

灰色，褐灰色，硬塑状，中塑性，可见少量铁质浸染，Y06孔揭露但未穿透该层。

4.各土层主要物理、力学性质指标

各土层主要物理、力学性质指标参看表1（土壤主要物理、力学性质指标统计表）,表中砂土有效抗剪强度指标为Фd。

（1）.各土层各项指标采用算术平均值法进行数理统计,分别统计计算出指标的件数、算术平均值、最大值、最小值、平均值和变异系数。

（2）.除①2粉细砂和②2粉质粘土外，引堤与引桥区其他各土层指标件数较少，相应各土层主要物理、力学性质指标未进行单独统计，设计使用时可参看各孔土工试验成果表和参考指标统计表1。

（3）.在土层物理、力学性质指标统计表中给出了压缩系数

a0.１～０.２值，并将各主要土层的综合压缩试验数据整理如下表：

各土层综合压缩数据统计表

P（kPa）

层号及土名

e

0

50

100

200

400

②1

淤泥质粉质粘土

1.090

0.981

0.921

0.848

0.768

②2

粉质粘土

0.899

0.833

0.801

0.765

0.719

⑤1

粉质粘土

0.699

0.683

0.662

0.633

0.699

夹层

粉土

0.641

0.604

0.590

0.572

0.551

⑤2

粉质粘土

0.763

0.742

0.715

0.676

0.763

⑤3

粉质粘土

0.585

0.562

0.544

0.518

0.585

⑥1

粉土

0.563

0.531

0.518

0.501

0.483

⑦

粉质粘土

0.699

0.677

0.647

0.612

0.699

⑧

粉土

0.640

0.597

0.584

0.571

0.557

⑨

粉质粘土

0.756

0.725

0.704

0.674

0.634

5.原位测试

原位测试采用标准贯入试验

各主要土层的标准贯入击数按码头和引堤与引桥区分别统计如下表：

各土层标准贯入击数指标统计表

区域

土层编号

①2

②1

②2

⑤1

⑤2

⑤3

⑥1

⑥2

⑦

⑧

⑨

土层名称

粉细砂

淤泥质粉质粘土

粉质粘土

粉质粘土

粉质粘土

粉质粘土

粉土

粉细砂

粉质粘土

粉土

粉质粘土

码

头

区

件数

135

73

31

84

32

36

130

39

40

58

最大值

15

4

13.0

16

37

50

>50

45

50

44

最小值

2

<1

7.0

5

12

10

45

15

29

18

平均值

6.8

<1

9.9

8.3

23.0

34.3

>50

26.3

41.0

28.0

变异系数

0.52

0.18

0.24

0.31

0.32

0.27

0.18

0.21

引堤与引桥区

件数

97

18

7

4

6

最大值

40

15

10

37

最小值

6

4

8

30

平均值

19.4

9.3

8.7

32.8

>50

变异系数

0.40

0.42

0.09

0.09

注：

各土层标贯击数均为实测值，统计时未经过任何修正

6．水质分析试验

本次勘察对该区域环境水（海水）低潮和高潮各采取2组共4瓶水样（编号分别为I、II，每组其中一瓶加大理石粉），进行水质分析。

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）,并根据曹妃甸地区的气候条件、地理位置、场地的土层特性及勘察区的环境类别，对环境水的腐蚀性判别如下：

环境水对混凝土结构的腐蚀性评价见下表：

腐蚀介质

环境类型Ⅱ

腐蚀等级

I（低潮）

II（高潮）

I（低潮）

II（高潮）

硫酸盐SO42-（mg/L）

4622.9>3000

1500<2641.6<3000

强

中

镁盐Mg2+（mg/L）

1000<1778.4<2000

1000<1276.8<2000

弱

弱

总矿化度（mg/L）

20000<35638.2<50000

20000<33300.8<50000

弱

弱

环境水对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性评价见下表:

水中的Cl-含量（mg/L）

I（低潮）

II（高潮）

腐蚀等级

干湿交替

19501.13>5000

19094.4>5000

强

强

长期浸水

弱

弱

注：

水中的Cl-含量=水中的Cl-含量+硫酸盐SO42-﹡0.25

环境水对钢结构的腐蚀性评价见下表:

腐蚀介质

I（低潮）

II（高潮）

腐蚀等级

pH值

3<8.02<11

3<8.05<11

中

中

水中的（Cl-+SO42-）含量（mg/L）

22968.3>500

21075.6>500

通过环境水质分析结果得出：

环境水对混凝土结构有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替情况下有强腐蚀性，长期浸水情况下有弱腐蚀性，对钢结构有中等腐蚀性。

7.场地地震效应

（1）.抗震设防烈度与地震加速度

根据国标《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），场区内抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第一组。

（2）.场地土类型

场地土类型为软弱场地土。

（3）.砂土液化判别

场区内深度20米以内的①2粉细砂及粉土和砂土透镜体，据《水运工程抗震设计规范》（JTJ225-98），进行了地震液化判别。

判别公式如下：

Ncr=N0[0.9+0.1（ds-dw）]

（ds≤20m）

（1）

公式

（1）中各符号意义请参看《水运工程抗震设计规范》（JTJ225-98）之4.2.4-2。

经判别，①2粉细砂及砂土透镜体为可液化土层，粉土透镜体为非液化土层。

8.地基土容许承载力及桩基参数

根据钻探、原位测试和土工试验成果，按《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）和《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）有关规定，各土层的容许承载力和钢筋混凝土打入桩桩基参数建议值见下表：

各土层容许承载力及桩基参数建议值

土层

编号

土层名称

土的状态

土层

平均

深度

（米）

钢筋混凝土打入桩

地基土容许承载力

f

（kPa）

桩侧极限摩阻力标准值qf（kPa）

桩端极限阻力标准值qR（kPa）

①2

粉细砂

码头区

N=6.8

3.8

25

80

引堤与引桥区

Y01～Y03

N=25.2

14.1

74

160

Y06、Y07

N=11.1

9.7

50

100

②1

淤泥质粉质粘土

W=40.5

IL=1.51

10.6

19

75

②2

粉质粘土

IL=0.99

e=0.88

31.7

42

120

⑤1

粉质粘土

IL=0.86

e=0.73

15.7

33

160

夹层

粉土

IL=0.84

w=22.0

e=0.63

16.2

48

180

⑤2

粉质粘土

IL=0.90

e=0.81

22.0

37

150

⑤3

粉质粘土

IL=0.42

e=0.57

28.0

75

210

⑥1

粉土

IL=0.37

w=19.2

e=0.58

31.2

99

3800

230

⑥2

粉细砂

N>50

36.0

130

6600

340

⑦

粉质粘土

IL=0.50

e=0.70

41.5

66

240

⑧

粉土

IL=0.44

w=22.4

e=0.64

44.8

85

230

⑨

粉质粘土

IL=0.46

e=0.72

48.8

85

230

9．工程地质评价

（1）.根据野外钻探和土工试验成果，该区土层分布简单而有规律，分层位均较稳定，分布较连续，自上而下主要为：

①2粉细砂、②1淤泥质粉质粘土、②2粉质粘土、⑤1粉质粘土、⑤2粉质粘土、⑤3粉质粘土、⑥1粉土、⑥2粉细砂、⑦粉质粘土、⑧粉土及⑨粉质粘土，其中②2粉质粘土在码头区缺失，②1淤泥质粉质粘土和⑤1粉质粘土在引堤和引桥区缺失。

（2）.码头区⑤3粉质粘土层以上土层工程地质性质相对较差，其中①2粉细砂主要呈松散状，②1淤泥质粉质粘土呈流塑～软塑状，⑤1粉质粘土、⑤2粉质粘土呈可塑状，引堤与引桥区①2粉细砂在靠近南护岸的Y01～Y03附近主要呈中密状，而在靠近码头区的Y06～Y07附近与码头区相似，呈松散状，②2粉质粘土呈可塑状；其余以下各层工程地质性质均较好，⑤3粉质粘土、⑦粉质粘土、⑨粉质粘土呈硬塑状，⑥1粉土、⑧粉土呈中密～密实状，⑥2粉细砂呈密实状。

（3）.根据野外钻探和土工试验成果揭示，⑥2粉细砂在区内广泛分布，层位稳定，平均标贯击数N>50击，层厚4～10米不等，可作为良好桩基持力层。

（4）.①2粉细砂及砂土透镜体为可液化土层，粉土透镜体为非液化土层。

（5）.对环境水质分析结果得出：

环境水对混凝土结构有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替情况下有强腐蚀性，长期浸水情况下有弱腐蚀性，对钢结构有中等腐蚀性。