工程勘察巖土地層劃分標(biāo)準(zhǔn)研究

［關(guān)鍵詞］工程勘察；膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)；地層劃分；力學(xué)性質(zhì)；風(fēng)化程度

工程勘察是工程建設(shè)程序中非常重要的內(nèi)容之一，對(duì)項(xiàng)目的投資具有先導(dǎo)和決定性的影響；作為前期基礎(chǔ)工作，是項(xiàng)目重要環(huán)節(jié)，勘察質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)項(xiàng)目質(zhì)量并影響整個(gè)項(xiàng)目投資。在勘察過程中，對(duì)于同一場(chǎng)地地層定名與物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的確定，不同勘察單位在巖土工程勘察經(jīng)驗(yàn)和表達(dá)方式方面存在明顯差異，勘察報(bào)告雖有地層編號(hào)，但它以單一工程為核心，層序劃分僅滿足單個(gè)工程需要，一般從地表開始，自上向下順序編號(hào)，與相鄰工程相同地層的編號(hào)可能不一致。尤其在地形地貌、周邊及地下環(huán)境復(fù)雜區(qū)域差別更大，不統(tǒng)一的地層劃分嚴(yán)重影響了地層勘查成果共享，造成不必要的資源浪費(fèi)，且對(duì)勘查數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)、野外勘查可操作性影響重大。因此，對(duì)工程勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)一匯總，通過科學(xué)、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地分層，建立標(biāo)準(zhǔn)地層，提供可靠的物理力學(xué)參數(shù)，為工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、野外勘查可操作性、共享行業(yè)成果、地方性規(guī)范規(guī)程的編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；從而加快工程勘察資料的規(guī)范化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化[1]。仝霄金等[2]通過多種研究方法及手段，與區(qū)域地層進(jìn)行對(duì)比，按“時(shí)代-成因-巖性”劃分了層級(jí)地層單位，并制訂了唯一地層序號(hào)，確定了濟(jì)南市市區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地層層序的劃分。邵萬(wàn)強(qiáng)等[3]通過采用適合城市的多種第四系研究方法及手段，確定了青島市市區(qū)第四系層序的劃分；并與區(qū)域地層進(jìn)行對(duì)比，在厘定組級(jí)地層單位基礎(chǔ)上，按巖性組合劃分了層級(jí)地層單位，并確定了唯一地層序號(hào)；馬娟等[4]對(duì)濰坊市城區(qū)第四系地層研究，通過濰坊市城區(qū)第四系厚度等值線圖、第四紀(jì)不同地層單位沉積厚度等值線圖及地層埋深剖面圖、模型圖等，對(duì)第四系各土層的空間分布規(guī)律及其結(jié)構(gòu)變化特征，控制因素進(jìn)行初步分析和探討。

本文以膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)為例，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)、地層巖性等，土層按“地質(zhì)年代（組段）—土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地層，“地質(zhì)年代（組段）”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”對(duì)應(yīng)亞層及次亞層；巖層按“時(shí)代成因—巖石名稱—風(fēng)化程度”建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地層，“地質(zhì)成因”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱”對(duì)應(yīng)亞層層序，“風(fēng)化程度”對(duì)應(yīng)次亞層層序，確定唯一地層序號(hào)，使我們對(duì)膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層有了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。通過標(biāo)準(zhǔn)地層查詢勘察區(qū)域地層，通過層序（層級(jí)）即可對(duì)應(yīng)時(shí)代成因、巖土名稱與風(fēng)化程度，對(duì)應(yīng)關(guān)系明確、條理清晰，使現(xiàn)場(chǎng)可以快捷辨識(shí)場(chǎng)地地層層序和工程特征，該標(biāo)準(zhǔn)地層的建立為區(qū)域地質(zhì)研究、地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程制定提供重要的基礎(chǔ)資料。

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造

膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)位于魯東的中部，即墨北部，大沽河?xùn)|側(cè)，膠州、高密之間，昌邑東南部，以及平度西北部；其南、北、東三側(cè)大致以海拔50m等高線與山地丘陵區(qū)為界，西側(cè)大致以濰河?xùn)|岸狹長(zhǎng)地帶與泰魯沂山前傾斜平原為界。

膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)位于魯東平原地區(qū)，局部為丘陵地帶，大地構(gòu)造單元有膠遼隆起區(qū)和魯西隆起區(qū)2個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，沂沭斷裂帶、膠北隆起和膠萊盆地西部3個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，濰坊斷陷、汞丹山斷隆、安丘—莒縣斷陷、膠北斷隆、高密-諸城斷陷和平度-膠州斷陷6個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元，坊子凹陷、馬宋—荊山洼凸起、夏莊凹陷、朱里潛凹陷、金冢子凹陷、明村—但山凸起、高密—景芝凹陷、膠州—蘭底凹陷8個(gè)五級(jí)構(gòu)造地質(zhì)單元[3]。

區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育，其形成主要受華夏式構(gòu)造體系與新華夏構(gòu)造體系控制，區(qū)域控制性斷裂主要有安丘－莒縣斷裂、昌邑－大店斷裂、安丘－辛興斷裂、景芝－賈悅斷裂、井溝－諸城斷裂、蘭底－東化山斷裂、柴溝－膠州斷裂、百尺河－二十五里夼斷裂、五蓮－青島斷裂。

1.2 水文工程地質(zhì)條件

地表水系較發(fā)育，河流、小型溪流和溝谷分布較多，匯水面積大，主要為濰河、渠河、膠河、墨水河、膠萊河、北溝河等河流。水量較豐富，水位受季節(jié)影響漲落起伏較大。

膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)為魯中南中低山丘陵水文地質(zhì)區(qū)和魯東低山丘陵水文地質(zhì)區(qū)；沂沭斷裂帶水文地質(zhì)亞區(qū)和膠萊坳陷為主水文地質(zhì)亞區(qū)；安丘谷地、諸城盆地和膠萊盆地孔隙、裂隙水水文地質(zhì)小區(qū)。地下水含水巖組大致可分為第四系松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組和變質(zhì)巖類裂隙及巖溶裂隙含水巖組。

2. 巖土地層劃分標(biāo)準(zhǔn)研究

地層劃分標(biāo)準(zhǔn)研究是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，一般從區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造單元、地形地貌、水文地質(zhì)、地層巖性等多方面采用多種方法綜合研究，地層層序按照地層形成的新老次序關(guān)系編制，一般情況下，形成時(shí)代晚的巖土層層序在上，層序編號(hào)小，形成時(shí)代早的巖土層層序在下，層序編號(hào)大。主層定名考慮地質(zhì)時(shí)代、成因、巖石名稱、包含物、顏色等特征，土層按“地質(zhì)年代（組段）—土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”編制主層和亞層；巖層按“時(shí)代成因—巖石名稱—風(fēng)化程度”編制主層、亞層及次亞層。

2.1 巖土層劃分依據(jù)

巖土層劃分主要以《工程地質(zhì)手冊(cè)（第五版）》[5]、《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009 年版）[6]為主要依據(jù)，主要考慮以下因素：

（1）土層劃分依據(jù)

①地層形成的地質(zhì)年代、成因類型、巖相條件、土層性狀、標(biāo)志層與包含物等因素。

②根據(jù)地質(zhì)成因，土層可劃分為沖積土、洪積土、沖洪積土、坡積土、殘積土和風(fēng)積土等。

③以整個(gè)場(chǎng)區(qū)大部分地區(qū)有揭露且具有標(biāo)志的層或標(biāo)志層所在的層作為主層。

④在主層的基礎(chǔ)上，對(duì)同一主層內(nèi)巖性或工程性狀有明顯差異的地層劃分為亞層、次亞層。

（2）巖層劃分依據(jù)

①巖石的成因、地質(zhì)年代、類型、風(fēng)化特點(diǎn)、巖相古地理環(huán)境、分布規(guī)律及接觸關(guān)系等因素。

②按基巖的成因時(shí)代、風(fēng)化程度、巖性或巖石類型等特征劃分層序。

③按成因類型，巖石可劃分為沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖。

④按風(fēng)化程度，巖石可劃分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化（含砂土狀、碎塊狀）、中風(fēng)化、中風(fēng)化（破碎）、微風(fēng)化及未風(fēng)化。

⑤巖層層序按“時(shí)代成因（組）—巖石名稱—風(fēng)化程度”編制主層、亞層及次亞層；“地質(zhì)成因”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱”對(duì)應(yīng)亞層層序，“風(fēng)化程度”對(duì)應(yīng)次亞層層序，確定唯一地層序號(hào)。

2.2 膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地層的建立

在收集了大量工民建、公路、市政等項(xiàng)目鉆孔原始資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，參照上述巖土層層序劃分依據(jù)和定名原則，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[7]～[10]及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)的部分研究成果，對(duì)膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)地層劃分，土層主要考慮其形成時(shí)代、成因類型、工程性狀和包含物等因素，按“時(shí)代成因—土層名稱（工程性狀）”劃分了土層層級(jí)單位，“地質(zhì)年代（組段）”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”對(duì)應(yīng)亞層及次亞層；巖層主要考慮其時(shí)代成因、巖性、風(fēng)化程度、完整性等因素，按“時(shí)代成因—巖石名稱—風(fēng)化程度”，“地質(zhì)成因”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱”對(duì)應(yīng)亞層層序，“風(fēng)化程度”對(duì)應(yīng)次亞層層序，劃分了巖層層級(jí)單位；該標(biāo)準(zhǔn)地層按照上新下老的順序劃分主層層序（層級(jí)）17個(gè)，亞層層序42個(gè)，次亞層層序109個(gè)（表1）。

3 . 工程應(yīng)用

本文選取了膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)中部的某線性項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用，該項(xiàng)目為東西向，地形起伏較大，項(xiàng)目橫穿“高密拒城河—膠河—膠濟(jì)鐵路—墨水河—膠西火車站—九層嶺北”等區(qū)域。

該項(xiàng)目特點(diǎn)是規(guī)模大（超過1000個(gè)鉆孔）、線路長(zhǎng)、構(gòu)筑物類型多，沿線區(qū)域地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，場(chǎng)區(qū)存在多種特殊性巖土，如填土、風(fēng)化巖、殘積土及砂土液化等。區(qū)域土層主要為全新統(tǒng)沂河組、臨沂組、黑土湖組地層，巖性為黏性土、粉土、砂土等；區(qū)域巖層為白堊系下統(tǒng)萊陽(yáng)群水南組砂巖、頁(yè)巖，萊陽(yáng)群楊家莊組砂巖、泥巖、頁(yè)巖、礫巖，杜村組礫巖。青山群八畝地組安山巖、玄武巖。在地貌單元交界處，地層和層面變化大，巖性多樣，巖石風(fēng)化程度和工程性質(zhì)差異大。因此，選擇該線性項(xiàng)目對(duì)膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。地層劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分三步進(jìn)行：

第一步：根據(jù)膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表1）對(duì)該項(xiàng)目場(chǎng)地地層進(jìn)行初步了解；項(xiàng)目進(jìn)場(chǎng)后對(duì)整條公路全線進(jìn)行地質(zhì)調(diào)繪并結(jié)合地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)全線共涉及第四系及白堊系下統(tǒng)兩種地層，包括3個(gè)統(tǒng)，5個(gè)組；根據(jù)表1，土層按照“地質(zhì)年代（組段）”確定主層；巖層按照“時(shí)代成因”確定主層。

第二步：根據(jù)項(xiàng)目完成的鉆探、物探測(cè)試、土工試驗(yàn)和原位測(cè)試等多種手段形成的鉆孔地層資料，與表1進(jìn)行對(duì)比，確定了亞層和次亞層；第三步：把完成的鉆孔資料采用膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行層號(hào)編制，生成地質(zhì)柱狀圖、剖面圖（圖1），編制勘察報(bào)告。

結(jié)果表明：膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層劃分標(biāo)準(zhǔn)基本涵蓋了該項(xiàng)目所涉地層，且現(xiàn)場(chǎng)可以快捷辨識(shí)場(chǎng)地地層層序和工程特征，為本勘察工作快速、完整、準(zhǔn)確獲得地質(zhì)資料提供了指導(dǎo)，該標(biāo)準(zhǔn)取得了較好的應(yīng)用效果。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）通過對(duì)膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)地層劃分標(biāo)準(zhǔn)的研究，綜合考慮區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)、地層巖性等因素，土層按“地質(zhì)年代（組段）—土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地層，“地質(zhì)年代（組段）”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱—力學(xué)性質(zhì)”對(duì)應(yīng)亞層及次亞層；巖層按“時(shí)代成因—巖石名稱—風(fēng)化程度”建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地層，“地質(zhì)成因”對(duì)應(yīng)主層層序，“土層名稱”對(duì)應(yīng)亞層層序，“風(fēng)化程度”對(duì)應(yīng)次亞層層序，確定唯一地層序號(hào)，建立了“膠萊平原剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地層劃分表”，使我們對(duì)高密市、膠州市地層有了新的認(rèn)識(shí)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)地層對(duì)巖土工程勘察具有一定可操作性。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地層查詢勘察區(qū)域的地層，建立對(duì)地層的初步認(rèn)識(shí)，使現(xiàn)場(chǎng)可以快捷辨識(shí)場(chǎng)地地層層序和工程特征，為野外勘探和巖土測(cè)試提供依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)地層的建立為區(qū)域地質(zhì)研究、地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程制定提供基礎(chǔ)資料。

（3）巖土工程勘察信息系統(tǒng)的建設(shè)是勘察行業(yè)的未來(lái)趨勢(shì)，建設(shè)勘察數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)首要考慮的是統(tǒng)一巖土層序號(hào)問題，通過對(duì)建庫(kù)區(qū)域進(jìn)行地層的統(tǒng)一劃分，確定巖土層數(shù)量及唯一地層序號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程勘察數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

（4）地層層序劃分具有延續(xù)性和擴(kuò)展性，在今后工作中還需更多的原始勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行修訂和完善。