岩土工程勘察==论文正文

摘 要

岩土工程勘察的主要目的是反应建筑场地的岩土工程条件，分析可能存在的工程问题，

并提出解决这些问题的建议和方法。同时通过对场地条件做出评价，为工程建设施工、安全运行等提供可靠的地质依据。

本次设计主要是对博爱—郑州输气管道工程中南水北调中线干渠穿越工程进行岩土工

程勘察，并针对场地工程地质条件作出地质评价。同时又结合自己现阶段所学的知识及从各方面搜集到的相关资料，对该工程可采用的施工方法提出了建议。由于本次勘察所得的数据资料有限，因此本次设计的内容较为简单，其主要内容包括：（1）了解场地的地形地貌及地质构造，查明是否存在不良地质现象；（2）了解穿越土层特征、厚度变化规律及底层结构、土的物理性质，并对地基土的承载力作出评价；（3）了解穿越段地下水的埋藏及分布，并评价地下水的腐蚀性；（4）判定场地土类别及场地类型，评价场地的地震效应；

（5）评价穿越场地的稳定性，尤其是河床与岸坡的稳定性；（6）建议合理的穿越层位；（7）提出施工方法的建议，并简单了解管道工程中的定向钻穿越施工法。

关键词： 岩土工程勘察 工程地质条件 岩土工程评价 定向钻穿越法

Abstract Geotechnical engineering investigation is a response to the main purpose of the geotechnical engineering construction site conditions, analysis of engineering problems that may exist, and to make recommendations to resolve these problems and methods. At the same time, evaluation of site conditions for construction projects, such as the safe operation and provide a reliable geological basis.

The design of the main love - Zhengzhou Gas Pipeline Project through South-North Water Transfer project trunk geotechnical investigation and site works for the geological evaluation of geological conditions. At the same time, combining their knowledge at this stage and from all the relevant information collected, the project method can be suggested. Obtained as a result of this survey data is limited, therefore the content of this relatively simple design, its main contents include: (1) understand the site's topography and geological structure, the identification of the existence of adverse geological phenomena; (2) understanding through the soil layer characteristics, the thickness variation and the underlying structure, the physical properties of soil and bearing capacity of soil to make the evaluation; (3) understanding of the burial ground water through the paragraph and distribution, and to evaluate the corrosion of underground water; (4) to determine soil category and site type, the evaluation of seismic site effects; (5) evaluation of the stability across the site, especially the stability of the riverbed and banks; (6) proposed a reasonable horizon crossing; (7) proposed methods of construction, and simple understanding of the pipeline projects through the construction of

directional drilling method.

Key words: Geotechnical Engineering Investigation Engineering

geological conditions Geotechnical engineering evaluation

Through the Law of Directional Drilling

目 录

1 前 言………………………………………………………………………6

1.1工程概况…………………………………………………………………6

1.2勘察目的、任务及要求…………………………………………………6

1.3勘察工作依据……………………………………………………………7

1.4勘察方案及工作量………………………………………………………7

1.5工作方法及质量评定……………………………………………………8

2 区域构造环境及场地工程地质条件……………………………11

2.1气象、水文………………………………………………………………11

2.2区域地质构造……………………………………………………………11

2.3地形地貌…………………………………………………………………11

2.4地层岩性…………………………………………………………………11

3 场地岩土工程分析及评价…………………………………………13

3.1土层各种测试试验结果统计及分析……………………………………13

3.2地下水作用评价…………………………………………………………20

3.3场地及地基地震效应评价………………………………………………22

3.4场地稳定性及适宜性评价………………………………………………26

3.5河床与岸坡稳定性分析…………………………………………………26

4 穿越层位比选及施工方法建议……………………………………27

4.1穿越层位比选……………………………………………………………27

4.2施工方法选取建议………………………………………………………27

4.3定向钻的应用与发展……………………………………………………27 5 结论及建议…………………………………………………………29 6结束语………………………………………………………………………31 参考文献………………………………………………………………………33 附录

1、勘探点数据一览表

2、土分析成果表

3、土分析分层成果表

1前言

博爱－郑州输气管道工程北起焦作市博爱县磨头镇焦作首站，南止郑州惠济区古荥镇郑州末站，管线全部位于河南省境内，途径博爱县、温县、武陟县、荥阳市、郑州市。天然气主供郑州市市场。博爱－郑州输气管道工程全长约74.4km，管径Ø559mm，设计压力6.3MPa，设计输量4.5×108m3/a，沿线2 座输气站场（首站1 座、末站1 座）、4 座线路截断阀室。

根据博爱－郑州输气管道工程的初步设计所确定的天然气管道走向，拟在博爱县金城镇西良仕村北约1km处穿越拟建的南水北调中线干渠，本段穿越方式拟定为定向钻方式穿越南水北调中线干渠。

1.1工程概况

南水北调中线干渠穿越段位于博爱县县城南约13km金城镇西良仕村北。该段南水北调中线干渠尚未施工，场地现为小麦田地，场地附近有硬化路面与省道S237相连，能确保车辆至施工现场，交通较为便利。

根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》（SY/T0053-2004）4.7.1之规定，穿越工程的工程等级为中型。场地及地基复杂程度等级为二级，岩土工程勘察等级属乙级。

1.2勘察目的、任务及要求

岩土工程勘察是岩土工程技术体制中的一个首要环节，各项工程建设在设计和施工之前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察。岩土工程勘察的目的在于运用各种勘察技术手段有效查明建筑场地的工程地质条件，并结合工程项目特点及要求，分析场地内存在的工程地质问题，论证场地地基的稳定性和适宜性，提出正确的岩土工程评价和相应对策，为工程建设的规划，设计，施工和正常使用提供依据。与工程建设各个设计阶段相应的岩土工程勘察一般分为可行性研究阶段勘察，初步勘察，详细勘察和施工勘察。对工程地质条件复杂或有特殊要求的工程宜进行施工勘察；场地较小且无特殊要求的工程可合并勘察阶段；当建筑物平面布置已经确定，且场地或其附近已有岩土工程资料时，可根据实际情况直接进行详细勘察。管道工程勘察阶段的划分应与设计阶段相适应。该穿越工程的工程等级为中级，因此其勘察阶段可分为选址勘察和详细勘察两个阶段。

根据黄河勘测规划设计有限公司地质院制定的《博爱－郑州输气管道工程岩土工程勘察统一技术规定》，本次勘察目的是：根据现有穿越位置和设计方案，在详细分析研究已有

地质资料的基础上，初勘、详勘两个阶段合并一起进行勘察，为穿越工程和施工图设计提供可靠的地质依据。具体任务及要求如下：

⑴、查明穿越段的地形地貌及分析地质构造；

⑵、查明穿越段岩土层特征、厚度变化规律及地层结构、物理力学性质；

⑶、查明穿越段地下水的埋藏及分布，并评价地下水对钢质管道的腐蚀性；

⑷、评价岩土对钢质管道的腐蚀性；

⑸、判定场地土类别及场地类型，评价场地的地震效应；

⑹、评价穿越段场地的稳定性，尤其河床及岸坡的稳定性；

⑺、对穿越层位进行比选，并建议合理的穿越方式。

1.3勘察工作依据

本次勘察工作严格按照委托书、合同要求及国家现行有关规程规范进行，勘察工作依据主要有：

《油气田及管道岩土工程勘察规范》（SY/T 0053-2004）

《博爱－郑州输气管道工程岩土工程勘察统一技术规定》

《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）

《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）

《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ 87-92）

《静力触探技术标准》（SY/T 0058—98）

《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001）

《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB 50423-2007）

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）

1.4勘察方案及工作量

1.4.1勘察方案

在岩土工程勘察中，钻探是岩土工程勘察最主要的手段之一，与坑探，物探相比较，钻探具有不可替代的作用，它可以在各种环境下进行一般不受地形地质条件的影响；能直接观察岩芯和取样，勘察精度较高；能同时进行原位测试和监测工作，最大限度的发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。因此，不同类型，不同结构，不同规模的建筑物，不同勘察阶段，不同环境条件下的勘探工作，一般都采用或部分采用钻探方法进行勘探。

本次勘察工作范围以博爱－郑州输气管道与南水北调中线干渠相交的中点为控制点，沿管道中线向两边各延长200m为勘察范围，钻孔布置沿管道中线外侧各15m交错布置，钻孔沿中线的间距为100m。

南水北调中线干渠穿越外业勘察工作与2007年12月27日开始，与2007年12月27日结束。勘察采用的勘探手段以工程地质钻探为主，配合搜集相关资料、地质调查与工程地质测绘等工作。共布置了5个勘探孔，其中2个静力触探孔，3个钻孔（2个取原状土样孔，1个标准贯入试验孔）。主要工作量见表1.4.1

表1.4.1 实际完成勘察工作量一览表

野外施工期间，本项目负责人每日对本工程进行中间质量检查。对野外钻探班报表、岩土工程地质编录、取样、原位试验、终孔标准等逐项进行了抽查，检查表明，整个工程过程均按我院ISO9001：2000质量体系运行，各项外业施工质量均达到规范技术要求标准。 1.5 工作方法及质量评述

为了查明场地的工程地质条件，分析其存在的工程地质问题，需要采用一系列的勘察方法和手段。建筑场地岩土工程勘察方法一般包括工程地质测绘与调查，勘探和取样，工程地质试验，现场检验及观测和勘察资料的室内整理。

本次勘察采用了钻孔取样、室内土工试验、标准贯入原位测试及静力触探原位测试相结合的手段，并采取水样分析，搜集整理相关资料，进行地质调查与测绘等工作，勘探孔布置及孔深均按设计要求及相关规范进行。

1.5.1 测量

勘探点定位采用GPS定位放样，勘探孔位置详见勘探点平面位置图。本次勘察采

用84黄海高程和1954年北京坐标系。

1.5.2 钻探及取样测试

钻探是了解深部地质资料，查明工程地质条件的直接手段和可靠方法。但耗费人力物力较多，因此布置要合理、目的要明确，加强观测编录工作，尽量用较少的工作量取

得较多成果。我国岩土工程钻探常用的钻探方法根据钻进方式的不同可分为回转钻进，冲击钻进，锤击钻进，振动钻进和冲洗钻进五种。本次钻探采用的是回转钻进中的岩芯管钻进。钻探机械种类多种多样，选择何种钻探机械，应根据地层特点和勘察要求选取。选取钻探机械时不仅要考虑钻具的钻进深度，速度，口径及钻探方式等还要考虑是否满足岩性鉴定，取样，原位测试以及钻具搬迁的难易程度等。本次钻探钻机采用DPP-100型钻机，采用岩芯管钻进。

取样是岩土工程勘察中的一项重要工作，是室内试验必不可少的程序，包括岩土样的采取和水样的采取。岩土样的采取是为了获得岩土室内物理力学试验指标。采取水样的目的是为了查明地下水对建筑材料的腐蚀性，或有其他特殊要求时进行水样化学分析。该勘探过程中取原状土样：对粉土和粘性土采用薄壁取土器静压取土，对饱和砂土采用取砂专用取土器。在现场钻探过程中，技术人员及时对岩芯进行编录，原始资料齐全，经验收，所有钻孔均达到钻探要求。

1.5.3 静力触探

静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来，由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可达到了解土层的工程性质的目的。《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定：静力触探试验适用于软土。一般黏性土﹑粉土﹑砂土和含少量碎石的土，静力触探可根据工程需要采用单桥探头﹑双桥探头或带孔隙水压力量测的单﹑双桥探头，可测定比贯入阻力﹑锥尖阻力﹑侧壁阻力和贯入时的孔隙水压力。

该静力触探采用宁波产NKC5081TCT -20t型静探车，探头采用双桥探头，采集仪采用JTY-3型静探自动采集仪，并绘制打印原始曲线，然后输入计算机进行分析整理，成果质量可靠。

1.5.4 土工试验

室内试验由我单位土工试验室完成，试验方法及技术要求执行《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999），试验成果可靠。

1.5.5工程地质测绘

工程地质测绘是岩土工程勘察中一项基础工作，在可行性研究阶段或初步设计阶段，工程地质测绘与调查往往是主要勘察手段。工程地质测绘实质上是运用地质学﹑工程地质学理论对地面地质体和地质现象进行观察描述，根据野外调查测绘结果在地形图上填绘测

区工程地质条件的主要因素，并绘制工程地质图，为确定勘探﹑测试工作及对场地工程分区与评价提供依据。工程地质测绘应遵守以下基本原则：

（1） 工程地质测绘一般在可行性研究或初步勘察阶段进行。在可行性研究阶段收

集资料时，应尽量利用航空相片﹑卫星相片的解释成果。

（2） 岩土出露或地貌地质条件复杂的场地应进行工程地质测绘。对地质条件简单

的场地，可用调查代替工程地质测绘。

（3） 对经初步勘察测绘与调查仍未解决的某些专门工程地质问题，应在详细勘察

阶段进行补充测绘。

根据搜集工程区地形测量、水文气象、区域地质、水文地质、工程地质等相关资料，在分析利用相关资料的基础上，通过工程区钻孔资料，查明工程区内地形、地貌、地层时代、岩性及构造活动情况。

2 区域构造环境及场地工程地质条件

2.1气象、水文

2.1.1气象条件

焦作属于暖温带大陆性半干旱季风气候。冷暖气团交替频繁，四季分明。冬季漫长而干冷，雨雪稀少；春季干燥少雨，冷暖多变大风多；夏季比较炎热，降水高度集中；秋季气候凉爽，时间短促。

据河南省气象局提供的资料，焦作博爱市年平均气温为15.5℃，月平均最高气温为28.1℃，出现在7月，月平均最低气温为-0.7℃，出现在1月，极端最高气温为42.5℃，极端最低气温为-8.5℃；年平均相对湿度为63，最大相对湿度为100，最小相对湿度为5；年平均蒸发量为1667.9mm，最大月蒸发量为256mm；一日最大降水量为133.5 mm，一小时最大降水量为45.2mm，一次暴雨最大雨量为169.2mm，持续时间为17小时；全年主导风向为E，全年次主导风向为SW，最小风频方向为NNW、SSW，年平均风速为1.5m/s，极端最大定时风速为10.0m/s；年平均雾日数8天，年最多雾日数17天，年最少雾日数3天；最大冻土深度为0.35m；年平均气压1001.3kPa，极端最高气压1029.9 kPa，极端最低气压978.0 kPa；最长连续降水日数为9天；年平均雷暴日数为23.2天。

2.1.2水文地质条件

南水北调中线干渠为地上输水渠道，根据规划设计，穿越处南水北调中线干渠较为平直，设计流量为236～360m3/s，由于干渠底部要做防渗、抗冲刷处理，因此，南水北调中线干渠抗冲刷深度可不考虑。

2.2区域地质构造

工程区位于华北断块区南部的豫皖断块内，工程区的构造稳定性主要受西侧的汾渭裂谷断裂带和北侧太行山前断裂带以及东侧的聊城－兰考断裂带控制，场区附近主要断裂有盘古寺－新乡断裂、封门口－五指岭断裂，由于工程场区距离上述断裂较远，当沿其断裂带发生强烈地震时，经长距离衰减，对工程区域稳定性影响不大。

2.3地形地貌

工程区位于博爱县金城镇西良仕村北约1km的田地，为沁河冲积平原，地形平坦，地势开阔。场地内高程106.06～106.91m。

2.4地层岩性

根据管线拟穿越处地层的沉积年代及环境、岩性特征、野外钻探记录、静力触探试验结果、室内土工试验成果，将本次勘探所揭露的地层自上而下共分为7个工程地质层，现将各层的岩土性状描述如下：

⑴层耕土：褐黄色，有虫孔，有孔隙，植物根系等，少量有机质，场地分布普遍。层厚0.40m～0.60m，平均厚度0.5m，层低高程105.79m～105.94m，平均高程105.79m，层底埋深0.40m～0.60m，平均埋深0.5m。

⑵层粉质粘土：褐黄色，可塑～硬塑，有钙质结核，粒径2～3cm，含量约15％。层厚11.60m～13.10m，平均厚度12.46m，层低高程92.60m～94.32m，平均高程93.33m，层底埋深12.10m～13.60m，平均埋深12.96m。

⑶层粉土：灰黄色，饱和，中密，摇震反应中等，干强度中等，有钙质结核。层厚1.00m～2.10m，平均厚度1.58m，层低高程90.89m～92.42m，平均高程91.75m，层底埋深14.00m～15.20m，平均埋深14.54m。

⑷层粉砂：褐红色，饱和，稍密～中密，粘粒含量高。层厚1.60m～2.10m，平均厚度1.83m，层低高程89.09m～89.98m，平均高程89.66m，层底埋深16.20m～17.00m，平均埋深16.53m。

⑸层粉土：褐黄色，饱和，中密，粘粒含量高，干强度中等，土质均匀。层厚3.70m～4.20m，平均厚度4.00m，层低高程85.39m～85.80m，平均高程85.66m，层底埋深20.30m～20.70m，平均埋深20.53m。

⑹层粉质粘土：褐黄色，硬塑，有钙质结核，土质均匀。层厚2.40m～3.10m，平均厚度2.80m，层低高程82.29m～83.40m，平均高程82.86m，层底埋深22.70m～23.80m，平均埋深23.33m。

⑺层粉土：褐黄色，饱和，中密，粘粒含量高，干强度中等。

本次勘探揭露的地层主要为粘性土、粉土及砂土，各土层的分布和层底埋深情况详见工程地质剖面图及工程地质柱状图。

3 场地岩土工程分析及评价

3.1 土层各种测试试验结果统计及分析

岩土性质指标的统计，是按照所分土层分别进行，在统计过程中舍弃了个别薄夹层的指标异常值。对于含有亚层的土层，对控制岩土性质起主导性质的主层进行统计，对指标少于6个的按规范不进行统计，只提指标建议值，各类指标的统计成果中，按规范分别列出了参数的数据个数、数据分别范围、平均值、标准差、变异系数。虽然规范规定不再进行指标的变异性评价，但从变异系数的大小还是可以判别具体指标的变异特性，以便根据参数的变异性及岩土工程的重要性区别选用。

3.1.1各土层的物理性质指标

根据土工试验成果及原位测试成果，进行工程地质分层，然后对各层土的物理性质指标进行统计计算，在分层统计时先剔除异常值，按照“GB50021-2001”规范第14.2节进行统计，样本数少于6个的不计算标准值和变异系数。

指标平均值按下式计算：

φ=

m

∑φ

i=1

n

i

n

（3.1.1-1）

指标的标准差按下式算：

2

⎡⎛n⎞⎤

⎜∑φi⎟⎥⎢

1⎢n2⎝i=1⎠φi− （3.1.1-2） ∑⎢n−1i=1n⎢⎥⎢⎥⎣⎦

σf=

指标的变异系数按下式计算： δ=

φ——岩土参数的实测值；

i

fm

（3.1.1-3）

φ——岩土参数的平均值；

m

σf——岩土参数的标准差； n——岩土指标的统计数量； δ——岩土参数的变异系数。

按照以上方法对场地土的物理性质指标进行了分层数理统计，统计结果见下表：

表3.1.1 各土层土工试验物理性质指标统计表

层

岩 土 名 称

号

含水率w

%

16.0

～～

26.49

2

比重

Gs-2.70～2.72132.710.000.00

重度

γkN/m19.6～21.4920.60.60.0320.2

3

kN/m15.7～18.0916.80.80.0516.3

干重度γd

3

孔

隙比eO-0.470～0.68790.5830.0730.120.629

饱和度Sr

%92～10099830.03

液限wL

%24.7～39.2930.84.80.16

塑塑性液性限指数指数wPIPIL%--14.7～22.2918.22.50.14

9.3～17.0912.72.80.22

-0.29～1.0190.370.421.130.64

剪切试验压缩试验标贯

2.0

颗粒组成(%)

0.50～0.25mm

0.25～0.075mm2.35.9

4

4

43.41.70.49

0.075～0.005mm75.081.5478.23.30.04

mm15.821.7418.52.60.14

～0.50mm

压 缩模 量

Es

MPa

击数

CkPa

Φ

a1-2

MPa

-1

EsMPa

N

度击

粉质粘土

22.53.10.1424.412.702.69～2.7132.700.010.00

20.7～20.9220.80.10.01

17.0～17.2217.10.20.01

0.546～0.55720.5510.0080.01

100～1002100

1118.2

178.813.650.7330.818.70.61

113.03.24.734.20.80.20

粉土

3

21.5

～～

22.12

0.610.2

3

33.85.51.44

44.073.0361.215.30.25

4

粉砂

21.80.40.0221.2

～～

26.32

2.70～2.7122.710.010.00

19.7～20.7220.20.70.04

15.6～17.1216.31.00.06

0.551～0.70320.6270.1070.17

100～1002100

24.0～26.2225.11.60.06

16.1～16.4216.30.20.01

7.6～10.128.91.80.20

0.63～1.0120.820.270.33

5

粉土

23.83.60.1518.2

～～

27.82

2.71～2.7122.71

19.9～21.2220.60.90.04

15.6～17.9216.81.70.10

0.483～0.70620.5950.1580.27

100～1002100

29.4～35.7232.64.50.14

18.9～20.5219.71.10.06

10.5～15.2212.93.30.26

-0.07～0.4820.210.391.87

6

粉质粘土

23.06.80.30

3.1.2各土层标准贯入试验成果统计

为利用标准贯入试验判定砂土、粉土的密实度，了解粘性土状态，以及进行饱和砂和粉土的液化判别，对标准贯入试验结果经杆长修正和未经杆长修正的击数，进行分层统计，统计结果见表3.1.2。

表3.1.2 各土层标准贯入试验统计结果表

层号 ②

类别 经杆长修正 未经杆长修正

③

经杆长修正 未经杆长修正

④

经杆长修正 未经杆长修正

n 3 3 1 1 1 1

N

min

N

max

N

m

σ 1.7 1.7

δ 0.25 0.25

采用值9 10 10 12 7 10

7 7 10.7 13 7.5 10

14 14 10.7 13 7.5 10

9.4 10 10.7 13 7.5 10

3.1.3各层土的静力触探试验统计结果

根据《静力触探技术标准》，对本场地2个静力触探孔的原位测试成果分层计算锥尖阻力和侧壁摩阻力，经加权平均统计，统计结果见表3.1.3。

表3.1.3 各土层静力触探试验结果统计表

锥尖阻力qc（Mpa）

层号

数据个数

最小值

数

平均值/最小平均值

据个数

侧壁摩阻力fs（kPa） 最小值

~ 最大值

~ 最大值

平均值/最小平均值

换算值ps（MPa）

① ② ③ ④ ⑤ ⑥

5.71/4.5381.52/1.35

2

6.32～7.71

6.96/6.64

2.22/2.184.58/4.392.05/1.79

3.1.4各层土物理性质指标及承载力建议值

根据现场野外钻探记录、土工试验结果统计、标准贯入试验、静力触探试验等各种测试方法综合分析，结合实际工程经验，可得到工程区各土层物理性质指标，如表3.1.4-3

所示。

目前国内外利用土的物理力学性质指标、标准贯入试验、静力触探试验等来确定地基土的承载力的方法多种多样，本设计资料中只提供了各层土的物理性质指标，利用如含水率、孔隙比、饱和度等单个物理性质指标评价土的承载力[9]误差较大，现今工程实际中已基本不再使用。该场地土层的承载力值可采用标准贯入试验和静力触探试验来确定，分别介绍如下：

标准贯入试验在国内外工程设计中得到广泛的应用，主要用于砂土，也可用于一般粘性土和残积土、风化软岩。但由于标准贯入试验离散性较大，可靠性不十分确定。因此，应用时应十分小心。[11]

（1）《建筑地基基础设计规范》关于用标准贯入试验击数确定粘性土、砂土的承载力表如下所示：

表3.1.4－1 粘性土承载力

N f（kPa） N f（kPa）

表3.1.4－2 砂土承载力

（2）国内外关于标准贯入试验击数与砂土、粘性土承载力的关系如表3.1.4－3所示：

3 105 15 370

5 145 17 430

7 190 19 515

9 220 21 600

11 295 23 680

13 325

表3.1.4－3 标准贯入试验击数与地基承载力的关系

f

Terzaghi

K

=387+5.3N =12N

粘性土、粉土

条形基础

f

f

K

F

K

s

=3

=15N

独立基础

F

日本住宅公团

注：1、

s

=3

f

K

=8.0N

p

为载荷试验比例界限，

f

K

为地基承载力，单位均为kPa。

2、标准贯入试验锤击数N手是用手拉绳方法测得的，其值比机械化自动落锤方法所得捶击数N机略高，换算关系如下：

N手＝0.74+1.12N机 （适用范围2

表3.1.4-5 粘性土静力触探承载力经验公式

f

—kPa,

p,q

s

c

—MPa

7 8 9 10 11 12 13 14

fff

f

=45.3+86=116.7=87.8=80

p

s

s

无锡地区0.24

p

s

=0.3-3.5

无锡市建筑设计室 天津市建筑设计院 陕西省综合勘察院 原一机部勘测公司

p

s

0.387

p

s

p

s

+24.36

湿陷性黄土 黄土地基

p

+31.8

f

f

=98q+19.24

c

=44.7+44=90

p

s

平川型新近堆积黄土 贵州地区红粘土

软土，0.085

机械委勘察研究院 贵州省建筑设计院

ff

p

s

+90 +5

=112

p

s

p

s

铁道部（1988）

表3.1.4-6 砂土静力触探承载力经验式

f

—kPa,

p,q—MPa

s

c

对于粉土则采用下式：

f

=36

p

s

+44.6 （3.1.4-2）

经过经验公式的推算，可得出各层土的承载力值。最后结合土工试验结果及实际的工程建筑经验，提出了各层土的承载力建议值，这些值相对较为保守。如表3.1.4-7所示：

表3.1.4-7 各层土物理性质指标及承载力建议值

液

含水

层号

岩土层

湿重

干重

孔隙比重液限塑限

塑性性指数指IP

数IL

承载力特征值

量ω 度ρ

ρ度d

比eGS WL WP

%

②

粉质粘土层 粉土层

KN/m3KN/m3 0.583 0.643 0.551 0.627 0.595

2.71

30.8

KPa

0.37105

③ 2.7025.90.56115

④ 粉砂层 2.69⑤ 粉土层 粉质粘土层 粉土

2.7125.10.82120

⑥ ⑦

2.7132.60.21125

3.2地下水作用评价

地下水为第四系含水层中的孔隙水，地下水类型为潜水，地下水位变化受季节和人类

活动影响较大。根据现场钻探记录和调查，现场勘察期间，穿越处地下水埋深4.00～4.20m。

现场勘探期间在工程区场地内取地下水一组，水质分析结果表见下图所示：

表3.2.1 水质分析结果表

离 子 分 析 ρ（ΒC（1/ΖΒ

Ζ±±

） ） 毫离 子

毫克/升 摩尔/升 K+Na Na K Ca Mg Fe Al NH4 统计 Cl SO4 HCO3 CO3 NO3 NO2 OH 统计 总计

---2--2--+3+2+2++++

+

Ζ

其它项目分析(毫克/升)

800.70 494.96 305.74 0 494.96 0 0.00 494.96

德国度44.86 27.73 17.13 0 27.73 0 0.00 27.73 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \

X（1/ΖΒΖ±

） 毫摩尔% 26.9 \ \ 33.0 40.0 \ \ \ 100.0 8.5 46.3 45.2 0.0 \ \

以 碳 酸 钙 计

硬度

总 硬 度 暂 时 硬 度 永 久 硬 度 负 硬 度 总 碱 度

碱度

氢氧化物碱度 碳酸盐碱度 重碳酸盐碱度 酸 度 侵 蚀 性 CO2 固 定 CO2 游 离 CO2 可 溶 性 SiO2

H2S 耗 氧 量 化 学 需 氧 量 矿 化 度 溶解性总固体 氢离子浓度（pH）

147.35 \ \ 144.93 106.51 \ \ \ 398.79 66.04 487.02 603.45 0.00 \ \

5.894 \ \ 7.232 8.766 \ \ \ 21.892 1.863 10.140 9.889 0.000 \ \

\ 0.00 \ 25.87 \ \ \ \ 1253.5 \ 7.39

1156.51 1555.30

21.892

100.0

\ \

备注

其中，地下水PH值为7.39，（CL-+SO42−）为553.06mg/L。根据水质分析试验结果，按照《油气田及管道岩土工程勘察规范》（SY/T0053-2004）附录D中表D.0.1-1之规定，该场地地下水对钢结构腐蚀性为中腐蚀。如下表所示：

表3.2.2 水对钢结构腐蚀性评价

腐 蚀 等 级

弱 中 强

注：1、表中系指氧能自由溶入的水及地下水； 2、本表亦适用于钢管道；

3、如水的沉淀物中有褐色絮状沉淀（铁）、悬浮物中有褐色生物膜、绿色丛

块或有硫化氢臭，应做铁细菌、硫酸盐还原细菌的检验，查明有无细菌腐蚀。

PH值和（CL+SO42−）含量

-

PH 3~11，（CL-+SO42−）500 mg/L PH

3.3场地及地基地震效应评价

3.3.1 场地类别

据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）4.1.2条，建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分。各土层剪切波速按土的性状估计并结合地区经验综合确定。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）表4.1.3,该场地土层剪切波速范围地层平均剪切波速250m/s≥vs≥140m/s，场地土类型为中软土，为抗震不利地段，场地类别为III类。

3.3.2 地震效应分析

地震是自然界一种特有的地质现象，地震效应主要是指由于地震作用而对环境造成的各种影响。对场地的地震效应，不同烈度区有不同的考虑，一般包括下列内容：

（1） 相同的基底地震加速度，由于覆盖层厚度和土的剪切模量不同，会产生不同

的地质运动；

（2） 强烈的地面运动会造成场地和地基的失稳和失效，如地裂﹑液化﹑震陷﹑崩

塌﹑滑坡等；

（3） 地表断裂造成的破坏；

（4） 局部地层﹑地质构造的变异引起地面异常波动造成的破坏。岩土工程勘察中

的场地地震效应主要是针对强震区，即抗震设防烈度等于或大于6度的地区，在这些地区进行岩土工程勘察时应考虑场地地震效应，并进行场地地震效应的岩土工程勘察工作。

据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及国家地震局2001年出版的《中国地震，拟建工程场区设计地震分组为第一组，抗震设防烈度动参数区划图》（GB 18306-2001）为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s。

3.3.3、地震液化判别

根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》（SY/T0053-2004）第4.2.16条，饱和的砂土或粉土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：

1、 地质年代为第四纪晚更新世（Q3）或其以前时，7度、8度时可判为不液化。 2、 粉土的粘粒（粘粒小于0.005mm的颗粒）含量百分率（%），其与地震基本烈度为

7度、8度和9度相对值分别不小于10，13和16时，可判为不液化土。 注：用于液化判别的粘粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。

3、 当采用天然地基时，其上覆非液化土层厚度和地下水深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：

du>d0+db-2 （3.3.3-1） dw>d0+db-3 （3.3.3-2） du+dw>1.5 d0+2 db -4.5 （3.3.3-3） 式中 dw——地下水位深度（m），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；

，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除； du——上覆非液化土层厚度（m）

db——基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m； d0——液化土特征深度（m），可按表3.3.3-1采用 表3.3.3-1 液化土特征深度（m） 饱和土类型 粉土 砂土

结合本区域地质勘察资料，包括分析场地地形﹑地貌﹑地层﹑地下水等与液化有关的场地条件，场地及其附近是否存在历史地震液化遗迹，以及倾斜场地或液化层是否倾向水面或临空面（可评价液化是否会引起土堤的滑移）等。可初步判别本场地内③层粉土和④粉砂需

7度 6 7

8度

7 8

9度

8 9

要进行液化判别。地震液化的进一步判别除应按《建筑抗震设计规范》GB50011规定的标准贯入试验判别法外，尚可按下述方法进行判别：

1、 对地面下15m深度范围内的饱和砂土或饱和粉土，可采用单桥探头或双桥探头静

力触探实验法判别。当实测计算比贯入阻力p或实测计算锥尖阻力q小于液

so

co

化比贯入阻力临界值p或液化锥尖阻力临界值

scr

q

ccr

时，应判别为液化土。饱和

土静力触探液化比贯入阻力临界值p或锥尖阻力临界值

scr

q

ccr

分别按下列公式

计算：

（3.3.3-4） pscr＝psoawauap

qccr＝qcoawauap （3.3.3-5）（3.3.3-6） aw＝1−0.065(dw−2)

（3.3.3-7） au＝1−0.05(du−2)

式中 p，

scr

q

ccr

——分别为饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值或锥尖阻力临界值

（MPa）；

p，q——分别为地下水位深度dw=2m，上覆非液化土层厚度du=2m时，饱

so

co

和土液化判别比贯入阻力基准值和液化判别锥尖阻力基准值（MPa），可按表3.3.3-2取值；

aadd

a

w

——地下水位影响系数； ——上覆非液化土层影响系数；

————

u

w

地下水位深度（m），按建筑试用期年平均最高水位采用，也可按近期年

最高水位采用；

u

——上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层厚度扣除； ——土性综合影响系数，可按表3.3.3-3取值

表3.3.3-2 p和q值

so

co

p

抗震设防烈度 7度

5.0~6.0 4.6~5.5

8度

11.5~13.0

9度

18.0~20.0 16.4~18.2

pq

so

（MPa） （MPa）

co

10.5~11.8

表3.3.3-3 土性修正系数ap值

土 类 静力触探摩阻比

砂 土

粉 土

0.4

R

f

≤0.4

R

f

>0.9

R

f

1.0

0.6

0.46

ap

2、 地面下15m深度范围内的饱和砂土或饱和粉土，其实测剪切波速值vs分别大于按式（3.3.3-8）计算的土层剪切波速临界值vscr时，可判别为不液化或不考虑液化影响。

v

scr

=

v

so

(ds-0.0133

d)1.0−0.185(dd

2s

w

s

)

3

c（3.3.3-8）

式中 vscr ——饱和砂土或饱和粉土液化剪切波速临界值（m/s）

v

so

——与烈度、土类有关的经验系数，按表3.3.3-4取值；

d

s

——剪切波速测点深度（m）； ——地下水位深度（m）。

d

w

表3.3.3-4 与烈度、土类有关的经验系数vso 土 类

7

砂 土 粉 土

现场判别地基液化的方法有标准贯入法﹑静力触探判别法和Seed剪切波速判别法等。本场地内采用双桥静力触探试验法进行判别。判别方法为当实测计算比贯入阻力pso或实测计算锥尖阻力qco小于液化比贯入阻力临界值pscr或液化锥尖阻力临界值

65 45

v

so

（m/s） 8

9 130 90

95 65

qccr，应视为液化土层，饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值分别采用下列公式计算：

（3.3.3-9） pscr＝psoawauap

（3.3.3-10） qccr＝qcoawauap

（3.3.3-11） aw＝1−0.065(dw−2)

（3.3.3-12） au＝1−0.05(du−2)

pscr－饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值；

qccr－饱和土静力触探液化锥尖阻力临界值；

aw－地下水位影响系数；

au－上覆非液化土层影响系数；

液化判别见表3.3.3-5。

表3.3.3-5 静力触探法液化判别计算结果

孔号 JT2

土层 粉土 粉砂

JT4

因此，可不考虑液化问题。

再者，本场地为中软场地土，各层土承载力特征值均大于80kPa，加上场地没有液化土层，因此也无需进行液化震陷量估算。

粉土 粉砂

qccr

实测qco 2.79 6.32 11.58 7.71

判别结果 不液化 不液化 不液化 不液化

1.67 2.79 1.67 2.79

3.4 场地稳定性及适宜性评价

勘察期间在场地及钻孔内不存在对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地裂等不良地质作用，也不存在影响地基稳定性的古河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等的埋藏物及其它人工地下设施等不良地质现象；拟建场地地形平坦，无边坡稳定性问题。

拟建场地对于拟建工程是稳定的、适宜的。

3.5河床与岸坡稳定性分析

拟建的南水北调中线干渠为人工修筑的引水干渠，两岸堤坝内侧采用浆砌片石护坡，河水流量受上游闸室控制，设计流量为236～360m3/s，河床冲蚀下切能力较弱，在自然条件下河床与岸坡是稳定的。

4 穿越层位比选及施工方法建议

4.1穿越层位比选

工程区拟采用定向钻方式穿越方法，根据现场勘察结果，现将定向钻穿越合适土层比选如表4.1。

表4.1 定向钻穿越土层比选结果

层号 ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

根据表4.1 ，②层粉质粘土层埋深较浅，③层粉土地层较薄，不够稳定，④层为粉砂，定向钻施工有一定难度。综合比较②层粉质粘土底部、⑤层粉土和⑥层粉质粘土较适宜定向钻穿越施工，如果选择在②层粉质粘土穿越，深度不应小于10m。本报告仅仅从地质条件分析比选了拟穿越地层情况，并进行了初步推荐。最终确定穿越地层，应结合诸多因素综合考虑，请根据输气流量、施工设备选型、经济指标等多种因素进行设计。 4.2

层底埋深 12.10～13.60 14.00～15.20 16.20～17.00 20.30～20.70 22.70～23.80

层厚 11.6～13.1 1.00～2.10 3.70～4.20 3.70～4.20 2.40～3.10

岩性 粉质粘土 粉土 粉砂 粉土 粉质粘土

含水率 16.0～26.4 22.0 21.5～22.1 21.2～26.3 18.2～27.8

状态 可塑～硬塑 中密 稍密～中密 中密 硬塑

含有物 钙质结核

钙质结核

施工方法选取建议

现今用于油气输送管道穿越工程的施工方法有多种，例如挖沟法穿越，定向钻法穿

越，隧道法穿越等。在选择合理的施工方法时，应考虑多方面得因素，要确保工程安全、环保、经济合理、适用可靠。要做到这一点首先要对建设场区的地质资料有一个详细的掌握，并据此对穿越场地的工程地质情况作出准确的评价。本次设计中的场地工程地质条件较为简单，无危害性的工程地质问题，基于现有资料，我建议本次管道工程采用定向钻法进行穿越施工。

4.3定向钻的应用与发展

定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地、植被，不会影响商店、医院、

学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对地面设施、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。定向钻穿越是对环境影响比较小的施工方法。，这项技术同时还可以为管道提供保护层，并相应减少了维护费用，同时不会影响河流运输并缩短施工期，证明是目前效率最高，成本最低的穿越方法。

在管道工程建设中，定向钻作为一项高精度、高效率、环保、安全的施工技术，将得到越来越广泛的应用。定向钻的发展趋势会越来越多地运用到工程建设中，钻机的换代会朝着更人性化的方向发展，操作机器会更简单，施工距离会更长，导向会更准确，效率会更高，一定会在工程建设中发挥更大作用。

5 结论及建议

1南水北调中线干渠穿越段位于博爱县县城南约13km金城镇西良仕村北。场地附近有硬化路面与省道S237相连，能确保车辆至施工现场，交通较为便利。

2、工程区为沁河、黄河冲击平原，地势开阔，地形平坦。

3、经钻探查明，工程区勘探深度范围内可分为7个工程地质层，主要地层岩性为：①层耕土，②层粉质粘土，③层粉土，④层粉砂，⑤层粉土， ⑥层粉质粘土，⑦层粉土。各层主要物理性质指标见表3.1.1。

4、场地土类型为中软土，为抗震不利地段，场地类别为III类。拟建工程区设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s。

5、工程场地附近无较大的活动断层通过，场区是稳定的。工程区场地勘察深度范围内无可液化土层，且无需进行液化震陷量估算。

6、地下水为第四系含水层中的孔隙水，地下水类型为潜水，地下水位变化受季节和人（CL+SO42−）为类活动影响较大。穿越处地下水埋深4.00～4.20m。地下水PH值为7.39，

-

553.06mg/L。该场地地下水对钢结构腐蚀性为中腐蚀。

7、拟建的南水北调中线干渠为人工修筑的引水干渠，两岸堤坝内侧采用浆砌片石护坡，河水流量受上游闸室控制，设计流量为236～360m3/s，河床冲蚀下切能力较弱，在自然条件下河床与岸坡是稳定的。

8、②层粉质粘土底部、⑤层粉土和⑥层粉质粘土较适宜定向钻穿越施工。最终确定穿越地层，应结合诸多因素综合考虑，请根据输气流量、施工设备选型、经济指标等多种因素进行设计。

9、该场地地形平坦，地势开阔，不存在影响地基稳定性的古河道、墓穴、采空区、防空洞、孤石等，各层土性质稳定，且各土层产状较水平。因此，不必考虑场地的不均匀沉降。但该场地土为中软土，压缩性较高，且地下水埋深较浅，土中的盐溶液会导致地下管道的腐蚀。另外，据之前地震分析，该场地抗震设防烈度为7度，为抗震不利地段。所以，地下管道及上覆土层将会产生一定的沉降量。但由于管道所采用何种管材无从得知，管道上覆荷载不能确定或估算出，因此依据现有资料无法估算出管道及上覆土层的最终沉降量。

10、本次设计中的场地工程地质条件较为简单，无危害性的工程地质问题，基于现有资料，我建议本次管道工程采用定向钻法进行穿越施工。定向钻是一项高精度、高效

率、环保、安全的施工技术，将得到越来越广泛的应用。

6结束语

毕业设计是我们大学四年学习最终成果的体现，是非常有意义的，是继课堂教学、实验教学之后的时间较长的综合性实习，是每一个毕业生从学校到社会，尽快适应科研生产第一线的桥梁和纽带。通过这次设计我学到了以前在书本上学不到的东西,并且对以前的知识有了更加深刻的理解。

我在实习期间，虚心向技术员、工人师傅们学习，学到了很多课本中学不到的实践知识，也掌握了很多现场操作技能，提高了自己的动手操作能力，同时也为我的毕业设计积累了材料。在设计过程中我查阅了大量的书籍，并向老师、同学请教了许多专业方面的知识。通过这次毕业设计，我对本专业的发展前景有了更明确的认识。结合实际工程进行毕业设计也使我对自己所学的知识有了更深刻的认识，同时也提高了我自己分析问题、解决问题、综合分析问题的能力。

实践是检验真理的标准，只有通过实践才知道我们学习知识的有用性，这次毕业设计从设计选题、收集资料、设计计算、到绘制图件，每个环节看似都特别简单，但真要去做的时候才发现有许多细节的问题还需要认真解决。经过四年的系统学习，我在理论知识方面有了一定的基础，但如何将理论与实践联系起来，用理论知识解决实际的工程问题，做到具体问题具体分析是我所欠缺的。在这次设计过程中，我综合运用所学知识去解决实际工程技术问题，并通过查阅科技文献资料，参阅规范，我初步形成了独立思考、认真分析问题、解决问题的能力。

在以前的学习过程中，我总是套用书本上的知识,但是,这次设计让我学会了具体问题具体分析,书本上的知识和实实在在的工程还是有区别的。在地质状况不同、水文地质条件不同的地区考虑的侧重点都不相同的。这些知识和技巧需要我们在将来的工作中不断的学习和积累。然而，通过本次设计，我对解决问题的思路、过程、常用手段和方法都有了一个更为清晰的认识，为以后走进社会，参加工作做了准备。当然这只是一个开始，我需要不断地学习，不断地积累经验，不断地提高自己，才能更好的投入到社会建设中去。

总之，通过本次设计让我受益匪浅，对我今后的学习、生活、工作都将起到积极的作用。通过实际的接触和操作，我对书本中的理论知识有了进一步的理解,加深了理论思维能力。在老师指导下，我学到了丰富的实践知识，并且在毕业设计的完成过程中，掌握了很多岩土工程勘察技术，对自己以后真正投入工作有很大的帮助。同时,通过实习也看到了自己的很多不足，我会继续发挥优势,扬长避短, 在今后工作和学习中完善自我。

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随着毕业设计的结束，我的大学生活也即将结束，毕业设计作为对我四年学习的一个检验，我尽了自己最大的努力来完成我的毕业设计，为我的大学生活划上一个圆满的句号。回首过去的四年大学生活，是老师把我培养成一名合格的大学生，在以后的学习和工作中，我会更加努力,时刻以母校自勉，谨记老师的教诲，不断提高，不断进步。

再次向在实习和设计期间给予我指导和帮助的李日运老师致以我最诚挚的感谢，向在实习期间给予我帮助的其他老师和同学表示感谢！

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参考文献

[1] 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中国建筑工业出版社，2002

[2] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中国建筑工业出版社，2002

[3] 《油气田及管道岩土工程勘查规范》（SY/T0053-2004）石油工业出版社，2004

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[5] 《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）中国计划出版社，1999

[6] 《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）中国建筑工业出版社，1993

[7] 《静力触探技术标准》（SY/T0058-98）石油工业出版社，1998

[8] 《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）

[9] 《工程地质手册》（第三版）中国建筑工业出版社，1992

[10]《岩土工程勘察设计手册》辽宁科学技术出版社，1996

[11]《岩土工程手册》中国建筑工业出版社，1994

[12]《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2007）中国计划出版社，2007

[13]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中国建筑工业出版社，2002

[14] 卢延浩主编.土力学.河海大学出版社,2002

[15] 陆兆溱编著.工程地质学.中国水利水电出版社，2001

[16] 李永乐主编.岩土工程勘察.黄河水利出版社，2002

[17] 李智毅、杨裕云编著.工程地质学概论.中国地质大学出版社，1994

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