管道穿越工程岩土特性

某管道长江穿越工程地处湖北省公安县北郊，长江东岸为江陵县，西岸为公安县城关北郊，穿越断面位于高压过江铁塔下游约100m处，距下游公安县城关约2500m。西岸为长江江堤，东岸为民堤，长江干堤位于民堤内约2km一3km处，穿越区水陆交通较为便利。通过地质测绘、物探、勘探、原位测试和室内试验等勘测方法及手段¨0]，初步总结穿越区域的工程地质条件，不仅为合理设计穿越方式提供工程地质资料，也为同类地质上的工程应用提供可参考的技术参数。

 

 

2．1地形、地貌

 

穿越区地处江汉平原西部，属平原及河漫滩地貌，长江河谷曲折宽阔、比降和缓，两岸地势平坦，湖泊棋布，河流纵横。穿越段长江近南北向流经本区，两岸岸线平整顺直，穿越轴线方向与长江河道近直交。工程区50年超越概率10％地震动峰值加速度为0．05g，相应地震基本烈度为6度。

 

2．1．1西岸西岸分布长江干堤，江水直临堤脚。堤走向北西约333。。堤顶高约43m，宽约8m，铺设水泥路；堤内坡种植草皮护坡；堤外坡分两级，上部为混凝土六面体护面，下部为不规则块石护面，马道宽约10m，地表种植防护林。堤内地势平坦开阔，地面高程一般为33m一35m，地表种植防护林，距堤脚50m～100m分布池塘，池塘顺堤分布宽23m～55m，最窄处位于拟定穿越断面附近。

 

2．1．2东岸东岸河漫滩前缘分布民堤，堤走向北西约330。。堤顶高约42．6m，宽约3m，碎石铺面；堤两侧坡面布满杂草。堤内地势平坦开阔，地面高程一般37m～38m，主要为旱地。长江大堤布置于民堤内2km一3km处。堤外漫滩宽50m～100m，高程37m～39m，主要为荒地，零星分布农田，邻近堤脚有宽约20m的防护林带。

 

2．1．3长江水域长江河床宽广，江面开阔，按勘察期间长江水位34．60m计，水面宽约950m。长江断面总体呈宽缓的“u”形，西岸长江江水直临大堤，堤坡较陡，坡度为30。一35。，坡面为不规则块石护坡，从水下探测地形来看，水线以下岸坡总体较平缓，地形坡度约26。。穿越区河道开阔，河床面起伏较小，地面高程14．85m一20．66m，起伏差一般1m～2．5m，最大为5．85m，其深泓位于中心偏东侧。水域震探工作期间正逢洪水期刚过，水位开始下落，水深为14．1m～19．5m，是水域震探较好的水深和地形条件。

 

2．2地层岩性

 

为了解穿越段岩土层分布，本阶段物探工作采用了地震波反射法与高密度电法进行管道轴线剖面测试’。根据实测资料和钻探结果显示，工程区除两岸江堤及西岸堤内局部分布人工回填层外，地表均为第四系全新统平原组冲、洪积物(Q+p1)覆盖，从上至下依次分布粘性土、粉细砂及卵砾石。覆盖层上部为粉细砂层、下部为砂砾石层，两岸表层为粘性土分布。

 

粉细砂层东岸分布较厚；水域分布较薄，且呈现近岸段厚、中间薄的分布规律，厚度范围在1．58m一8．40m。卵砾石层顶界面分布基本稳定，一般顶界面高程在5．10m～l5．23m，局部稍低，两岸与水域未发现较大的高程差异。根据水域多道地震反射影像，地表以下30m范围内，未见明显较大孤立块体。

 

2．3水文地质

 

穿越区西岸分布长江干堤，东岸分布民堤，地表水总体以长江为最低排泄基准面进行排泄。枯水期长江水位低，堤内大气降水主要通过周边沟渠向长江排泄，部分下渗补给地下水；洪水期，江水位较高，甚至高于堤内地表，地下水具承压性，大气降水主要通过周边电排站排入长江，部分下渗补给地下水。

 

 

3．1原位测试

 

本次勘察期间对场区内主要土层进行了大量的标准贯人及重型触探试验，计63段，有效数据55段(见表1)。试验严格按照相关规程进行现场操作，钻孔做到了孔壁垂直稳定、清孔彻底，试验时触探杆竖直，标记准确，试验值较为可靠。从试验数据的分布来看，水平方向上，受长江动态淤积影响，不同地貌单元土体密实程度存在一定差异；垂直方向上，粉细砂及卵砾石层有从上至下密实程度增加的趋势。

 

3．2室内试验

 

本次勘察在钻孔中取粘性土层原状样进行了室内常规物理力学性质试验，取粉细砂层原状及扰动样进行了自然休止角试验。

 

3．2．1东岸粉质粘土：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生指数一般0．23～0．91，软塑一可塑状；压缩系数一般0．23lPa～～0．32MPa～，具中等压缩性。抗剪强度指标c值平均为24．5kPa，妒值15．65。。

 

含淤泥质粘土：含水量30．2％～40．2％，干密度1．31g／cm～1．54g／cm，孔隙比0．75—1．07，液性指数一般0．79～1．06，软塑状为主，局部呈流塑状；压缩系数0．28MPa～一0．69MPa～，一般具中等压缩性，局部具高压缩性。抗剪强度指标C值平均为21．4kPa，值平均为16．2。。

 

粉细砂：本次勘察粉细砂层内取一组原状样进行了自然休止角试验，试验表明：粉细砂充分风干的情况下，自然休止角为37。；水下自然休止角为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，液性指数0．98—1．39，软塑状～流塑状；压缩系数0．29MPa～～0．68MPa～，一般具中等压缩性，局部具高压缩性。抗剪强度指标C值平均为23．57kPa，值平均为15．53。

 

3．3砂土液化东岸堤外地表以下15m范围内存在全新统粉细砂，厚约23m，需进行砂土液化判别。

 

3．3．1地震液化判别根据《建筑抗震设计规范》判断，本工程属乙类建筑工程，地震液化判别应提高1度，按抗震设防烈度7度进行砂土液化判别。工程区设计地震分组为第一组。研究期间东岸堤外地下水位深1．8m，砂土主要位于江水水体以下或地下水中，即处于水下，呈饱和状态。在地表以下15m范围内取两组砂土样进行了颗粒分析(见表2)，砂土粘粒含量局部小于10％。按《油气田及管道岩土工程勘察规范》[1o3判定，需进一步判别。

 

3．3．2砂土液化等级依据钻孔标贯试验成果进行砂土液化判别见表3。部分计算指标按下述进行取值和考虑：土层均为砂层，粘粒含量参考颗粒分析试验偏安全考虑取4％；地下水位深度按1．8m计；标准贯入锤击数基准值按6击。根据表3可见，穿越段东岸堤外下伏砂土具轻微液化性。

 

3．4土层渗透性

 

为了解穿越段土层的渗透性，研究进行了钻孔原位注水试验及室内渗透性试验。

 

3．4．1钻孔注水试验在粘性土层中进行了两段注水试验，渗透系数值为2．2×10～cm／s～9．1X10一cm／s，属微透水。

 

3．4．2室内试验取粘性土原状样5组，进行了室内渗透性试验，试验成果见表4。由表4可见，穿越段粘性土具微～弱渗透性。

 

3．4．3各土层渗透性评价根据上述试验成果，并类比有关工程经验，对各土层的渗透性作如下初步评价：粘性土渗透系数值为X10。。cm／s～iX10～em／s，为微透水，属相对隔水层；粉细砂渗透系数后值为X10～cm／s，为中等透水层；卵砾石渗透系数值为i×10～env's，为强透水层。

 

3．5岩土物理力学参数建议值

 

在以上试验成果的基础上，并结合本工程的实际情况，提出各岩土体的物理力学指标建议值(见表5)。

 

 

穿越段覆盖层深厚，粘土性，分布于两岸地表，主要为粘土及粉质粘土，层厚4m一23m；粉细砂，分布于河床表部及两岸堤内粘性土之下，青灰色为主，少部呈灰黄色，砂质较均匀，松散一稍密状，底部较密实，西岸粘粒含量较高；下部卵砾石厚度较大，分布连续，主要由圆砾及卵石组成。

 

水平方向上，受长江动态淤积影响，不同地貌单元土体密实程度存在一定差异；垂直方向上，粉细砂及卵砾石层有从上至下密实程度增加的趋势。粉质粘土、含淤泥质粘土、粘土三者相比，粘土具有较高的含水量、液性指数和较大的孔隙比，粉质粘土含水量、液性指数和最低孔隙比相对较小；粘土的干密度最小，而粉质粘土的干密度最大。

 

粉质粘土一般呈软塑一可塑状，具中等压缩性，局部具有高压缩性。含淤泥质粘土以软塑状为主，局部呈流塑状，具中等压缩性，局部具高压缩性。粘土呈软塑状一流塑状，一般具中等压缩性，局部具高压缩性，三者抗剪强度相似。东岸堤外下伏砂土具轻微液化性，粘性土具微弱渗透性。