《西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察標準》研究與編制

楊永康 楊武 謝書領 王影 馮春燕

（海南有色工程勘察設計院，海南?？?570100）

0 引言

珊瑚礁是造礁石珊瑚群體死亡后其殘骸經過漫長地質作用形成的巖土體。全球現代珊瑚礁主要分布在南北回歸線之間的熱帶海洋中，我國珊瑚礁主要分布于北回歸線以南的熱帶海岸和海洋中。散布于南海中的島礁絕大部分由珊瑚礁構成。西沙群島位于南海西北部，由永樂群島和宣德群島組成，是南海四大群島之一。根據西沙群島區域勘察及相關試驗資料，除高尖石島外，其余各島礁均由珊瑚礁構成。珊瑚礁的巖土類型主要為珊瑚碎屑砂、珊瑚碎屑碎石土及珊瑚礁灰巖，具有獨特的工程環境特性和工程地質特性。國內外還未制定珊瑚島（礁）地區工程建設的國家、行業專項標準[1-4]。

1 編制背景

西沙群島珊瑚島（礁）地區由于其地理位置分布的局限性，限制了珊瑚礁巖土工程特性的研究。20世紀70 年代，由于工程建設需要，逐步開始珊瑚礁工程地質調查，并開展了巖土工程性質的現場測試和室內試驗，初步解決了工程建設中遇到的工程問題。但已建的工程都不同程度地存在著場址選擇不夠合理、地基不均勻沉降導致建筑物出現裂縫、海浪潛蝕引起護坡失穩以及建設成本過高等問題[5-6]。

2012 年7 月，海南省三沙市成立，各島（礁）的環島路、漁民定居點、學校、醫院、環境監測站、碼頭、機場擴建、堤防等各項基礎設施及房屋建設逐步開展?？辈?、設計人員不熟悉珊瑚島（礁）地區地形地貌、巖土特性及建設條件，對工程與環境的適宜性和適應性認識不清，容易錯誤地估計工程力學性質，導致場址選擇不合理、設計參數不準確。

為了適應和滿足西沙群島珊瑚島（礁）地區工程建設要求，制定了《西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察標準》（DBJ 46-060-2022）。

2 編制工作流程

《西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察標準》（DBJ 46-060-2022）編制流程如圖1 所示。

圖1 編制流程圖

3 標準主要內容

《西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察標準》由正文、附錄及條文說明組成，正文由總則、術語與符號、地貌與巖土分類、勘察基本要求、地下水、原位測試與室內試驗、地基承載力與變形、巖土工程分析評價和成果報告等8 章組成。

3.1 總則

總體明確本標準的編制目的及適用范圍，適用于西沙群島珊瑚島（礁）地區各類工業與民用建筑工程、市政工程、港口工程等巖土工程勘察工作，并提出在勘察過程中的環保要求，避免對島（礁）珊瑚生態系統、海水水質、岸灘等產生影響。

3.2 術語與符號

定義了島嶼海岸地貌、礁坪地貌、珊瑚島（礁）、珊瑚礁灰巖、海灘巖、珊瑚碎屑、珊瑚碎屑砂土、珊瑚碎屑碎石土等8 個術語，列出標準中應用的符號。

3.3 地貌與巖土分類

（1）劃分珊瑚島（礁）海岸地貌類型及特點見表1。

表1 珊瑚礁海岸地貌分類

（2）劃分珊瑚島（礁）地區常見的巖層，分為珊瑚礁灰巖和海灘巖，并對其堅硬程度、巖石質量指標、巖體完整性、巖體基本質量等級作分類。

（3）劃分珊瑚島（礁）地區土層，按地質成因主要分為生物沉積土和海積土，定名粗顆粒土按顆粒級配分為珊瑚碎屑碎石土、珊瑚碎屑砂土。

（4）給出西沙群島珊瑚島（礁）地區50 m 深度范圍地質年代，頂部珊瑚碎屑砂土及碎石土的地質年代為第四紀全新世，下部珊瑚礁灰巖的地質年代為第四紀晚更新世。

（5）規定珊瑚碎屑碎石土和砂土描述、密實度劃分標準，對于珊瑚碎屑碎石土，采用修正后重型、超重型圓錐動力觸試驗擊數進行密實度分類，如表2、表3 所示，對于珊瑚碎屑砂土，采用標準貫入試驗錘擊數實測值進行密實度分類，如表4 所示。

表2 珊瑚碎屑碎石土密實度按N63.5 分類

表3 珊瑚碎屑碎石土密實度按N120 分類

表4 珊瑚碎屑砂土密實度分類

3.4 勘察基本要求

規定了珊瑚島（礁）地區建筑與市政工程、基坑工程、港口工程、地基處理、邊坡工程等各階段的勘察要求、勘探和取樣要求、原位測試和室內試驗要求，無特殊要求的工程可合并勘察階段。

（1）建筑與市政工程重點分析場地的地貌形態、海蝕破壞情況、海水與地下水聯系、水腐蝕性、珊瑚礁類巖（土）層的物理力學性質。

（2）基坑工程勘察宜與主體建（構）筑物同步進行，地下水與海水聯系緊密的區域，重點分析評價基坑開挖期間高低平潮時引起地下水的變化對基坑工程的影響。

（3）港口工程除按《水運工程巖土勘察規范》JTS 133 的相關要求執行外，尚應分析評價風暴潮、臺風等極端氣候條件對建筑場地的影響，珊瑚礁類巖土的工程特性和分級、可挖性，疏浚巖土管道輸送和作為填土的適用性，并對水下開挖邊坡提出建議。

（4）地基處理勘察主要包括換填墊層法、強夯法、復合地基等勘察內容。

（5）邊坡工程勘察先進行工程地質測繪，重點查明影響邊坡穩定的海蝕洞、海蝕崖等不良地質作用的成因和發育情況，調查海浪、風暴潮等特殊季節對邊坡的沖刷、侵蝕情況，評價其對邊坡穩定性的影響。

3.5 地下水

（1）規定地下水的勘察要求及地下水作用的評價內容。

（2）給出水文地質參數（地下水位、水的流向及流速、滲透系數、孔隙水壓力）測定方法。

（3）給出珊瑚礁灰巖、珊瑚碎屑碎石土、珊瑚碎屑砂土適用的降水方法（見表5），提出降水引起工程環境問題的評價內容。

表5 降水方法適用范圍

3.6 原位測試與室內試驗

（1）給出適用于珊瑚碎屑砂、碎石土、珊瑚礁灰巖的原位測試手段及室內試驗方法。

（2）提出珊瑚礁灰巖的孔隙率估算方法（不考慮內孔隙），如式（1）所示。

式中：Vv為孔隙體積，m3；V為巖樣體積，m3；ρw為水的密度，kg/m3；mw為飽和質量，kg；md為干燥質量，kg。

3.7 地基承載力與變形

（1）提出標準貫入試驗評價法，并給出標貫擊數與珊瑚碎屑砂土地基承載力特征值及變形模量對照表（見表6）。

表6 珊瑚碎屑砂土地基承載力特征值fak 及變形模量E0（標準貫入試驗評價法）

（2）提出重型動力觸探試驗評價法，并給出采用修正動探錘擊數與珊瑚碎屑砂土地基承載力特征值及變形模量對照表（見表7）。

表7 珊瑚碎屑砂土地基承載力特征值fak 及變形模量E0（重型動力觸探試驗評價法）

3.8 巖土工程分析評價和成果報告

（1）給出巖土參數的分析、選定及各階段巖土工程評價的要求。

（2）提出巖土工程勘察報告應包括的內容。

3.9 附錄

提出采用縱波波速成果來間接估算珊瑚礁灰巖抗壓強度，如表8 所示。

表8 單軸抗壓強度與巖塊縱波波速關系表

給出珊瑚碎屑砂土、碎石土、珊瑚礁灰巖、海灘巖的圖例，如表9 所示。

表9 珊瑚碎屑砂土、碎石土、珊瑚礁灰巖、海灘巖圖例

4 重點研究內容

4.1 標準貫入試驗評價法

為更合理地確定珊瑚碎屑砂土地基承載力特征值，標準提出了標準貫入試驗評價法，采用標準貫入試驗間接確定珊瑚碎屑砂土地基承載力。

選取西沙群島珊瑚礁地區不同深度及不同地貌單元的66 個平板載荷試驗點進行標貫擊數與珊瑚碎屑砂土地基承載力相關性研究（見表10）。

表10 各地貌單元平板載荷試驗點分布數量

珊瑚碎屑砂土層由珊瑚等造礁生物遺骸破碎堆積而成，由于其沉積過程大多未經長途搬運，保留了原生生物骨架中的細小孔隙，形成了顆粒多孔隙、形狀不規則、易破碎、膠結性差等特點，導致該層大小顆?；祀s、礫石和砂礫相間堆積、碎屑物的密實度變化大、粒徑總體自上而下逐漸變粗。其地基承載力及變形特性受此影響較大。因此，珊瑚碎屑砂土層夾的珊瑚礁塊含量對標準貫入試驗影響較大，在統計過程中應結合現場鉆探取樣、標貫試驗結束后貫入器中的芯樣情況等對標準貫入錘擊數進行分析，剔除異常數值。根據試驗及統計結果，標準采用的為標準貫入試驗修正錘擊數平均值。

以上平板載荷試驗、標準貫入試驗的試驗地層為表層珊瑚碎屑中砂層，因此，表6 中數值適用于珊瑚碎屑中、粗、礫砂，對于粉、細砂應適當降低承載力特征值。

4.2 重型動力觸探試驗評價法

標準提出了采用重型動力觸探試驗間接確定珊瑚碎屑砂土、珊瑚碎屑碎石土地基承載力。

在表10 所列平板載荷試驗點處除了實施標準貫入試驗，還實施了重型動力觸探試驗。修正后的重型動力觸探錘擊數N63.5取相應影響深度（承壓板底下0.5 m）的厚度加權平均值作為統計依據。

由于平板載荷試驗僅布置于珊瑚碎屑砂，標準中有關珊瑚碎屑碎石土層的承載力及變形模量參數可在珊瑚碎屑砂成果基礎上適當提高。

5 需進一步研究的內容

（1）地下水與海水連通性好，地下水水位受潮汐影響大，還應重點研究潮汐對地下水水位波動的影響，以及地下水腐蝕性特性問題。

（2）珊瑚碎屑顆粒具有內孔隙、易破碎等特點，對地基壓實性評價、壓實后的物理力學性質有直接影響，應針對內孔隙及顆粒破碎評價開展進一步的試驗研究。

（3）珊瑚碎屑砂具有比重小、無黏性、級配差、透水性強等特點，形狀與普通砂也有區別，應對其密度、比重、滲透性等進行針對性試驗，以此反映珊瑚碎屑砂的分類特征。

（4）珊瑚碎屑砂、珊瑚碎屑碎石土的力學指標對于控制低層建筑至關重要，還需增加壓縮模量、抗剪強度試驗研究。

（5）西沙群島珊瑚島（礁）由于其特殊的地質構造背景和小型孤立海島地理環境的制約，對破壞性地震及其次生災害（液化、海嘯等）的響應十分顯著，防范地震災害意義重大，還需查明其周邊地震構造環境、以及地震誘發次生災害的影響，提供滿足工程建設需要的設計地震動參數。

6 結語

目前國內外缺少珊瑚礁地區工程建設的國家、行業專項標準，《西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察標準》（DBJ 46-060-2022）總結了在西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程領域取得的研究成果和地方經驗，滿足了大型珊瑚礁工程建設要求，使西沙群島珊瑚島（礁）地區巖土工程勘察有據可依。