苏丹珊瑚礁灰岩地区地质勘察总结.pdf

珊瑚礁是造礁珊瑚群体死亡后，其骨骼和外壳聚集在一起的沉积建造，其经历生物作用和地质作用后，成为珊瑚礁灰岩1。珊瑚一般生长在海水温度 2030C、水深 050 m 的海域，全球的珊瑚礁主要分布于南北回归线之间的热带海洋中。苏丹红海沿岸属热带海洋气候带，常年海水温度较高，且潮差小，非常适合珊瑚生长发育。近几年来我们在苏丹东北部沿海进行了大量的地质勘探及调查工作，该地区的浅部地层基本上为珊瑚礁灰岩及其风化物，属典型的珊瑚礁灰岩地区。1珊瑚礁灰岩地区的地貌特征红海位于阿拉伯半岛与非洲北部之间，海底象一个大的“刻槽”，海底呈“V”字形，深深地嵌进两侧的大陆架之中。红海的构造特征和地貌特征，决定了苏丹红海沿岸珊瑚礁的地貌特征。苏丹港沿岸的滨海地貌是典型的岸礁型珊瑚礁地貌，主要分为礁坪及礁前坡地貌2。该地区礁前坡一般很陡峭，是深海区和浅海区的分界线，礁前坡以外水深变化剧烈，呈跳跃式变化，部分地区水深从 1 m 变化到水深 200 m的水平距离仅约 100 m。礁前坡与海岸线之间为礁坪，一般来说礁坪地势平缓、水浅，岸侧的礁坪部分被后方沙漠搬运来的砂土覆盖，已演变为陆域。礁坪与礁前坡的交界处一般存在新近生长的造礁珊瑚，高程比礁坪高出约0.31.0 m，由于红海的潮汐变化很小，该凸出的地带把深水区的海浪拦截于礁坪之外，宛如一道天然的防波堤。部分地区在礁坪内发育有凹槽与深水区相连，凹槽水深不等，部分地区临近深水区的区域水深可达 30 m，一些规模较大的凹槽经人为改造后成为良好的港口，如苏丹萨瓦金港就是在礁坪内发育的凹槽的基础上建设而成的，参见萨瓦金港地貌简图（图 1）。苏丹珊瑚礁灰岩地区地质勘察总结梁文成（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）摘要：描述珊瑚灰岩地区的地貌特征、地层分布规律，分析珊瑚礁灰岩的工程特性，并论述在珊瑚礁灰岩地区的钻探工艺，对苏丹红海沿岸珊瑚礁灰岩地区的工程地质特征及几年来的勘察工作进行了总结。关键词：苏丹；珊瑚礁灰岩；地质勘察中图分类号：TU 195+.1文献标志码：B文章编号：1002-4972（2009）07-0151-03Geotechnical investigation of coral-reef limestone area in SudanLIANG Wen-cheng(CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 510230,China)Abstract:This paper describes the characteristics of relief and distribution of stratum in the coral-reeflimestone area,analyzes the engineering properties of coral-reef limestone,discusses the drilling technologysuitable for coral-reef limestone,and gives a summarization to the geological engineering properties of coral-reeflimestone at the coast of red sea in Sudan and the geotechnical investigation performance in the past few years.Key words:Sudan;coral-reef limestone;geotechnical investigation收稿日期：2009-05-31作者简介：梁文成（1978），男，工程师，从事工程地质勘察工作。2009 年 7 月第 7 期总第 429 期Jul.2009No.7Serial No.429水运工程Port&Waterway Engineering2009 年水运工程2珊瑚礁灰岩地区地层分布规律我们在阿凯雅苏丹港萨瓦金南萨瓦金一带自北至南约 150 km 的红海沿岸进了大量勘探工作，由勘探资料来看，这一带的地层基本为珊瑚礁灰岩及其风化物，部分区域珊瑚礁灰岩地层中间夹有冲洪积相的地层。珊瑚礁灰岩是由造礁珊瑚骨骼沉积、胶结而成的，所以其分布规律服从珊瑚生长规律，并与相应地质时代的自然环境有关。宏观而言，珊瑚礁地层分布是比较有规律的，呈较明显的轮回建造、软硬交替的特征；即造礁珊瑚经过一个阶段生长后，由于环境变化等原因而死亡、风化，之后新的造礁珊瑚礁在其之上生长直至死亡、风化，如此循环堆积。一般来说，表层分布有一层厚度较薄的礁灰岩硬壳，呈中风化岩状，该层一般厚度不大。其下卧地层为珊瑚礁碎屑物（珊瑚砂砾层），一般呈粗砾砂状角砾状，其结构疏松，标贯击数小，一般呈松散状态；我们可将其定名为珊瑚礁灰岩残积土或珊瑚砂砾层。往下的地层强度较大，多呈块状、碎块状，我们可根据其标贯击数及岩芯完整程度定名为全风化珊瑚礁灰岩、强风化珊瑚礁灰岩、中风化珊瑚礁灰岩。再往下的地层，又是较早期的一个旋回，交替分布着珊瑚礁灰岩残积土（珊瑚砂砾层）及珊瑚礁灰岩风化层。以此类推，地层呈多个旋回堆积而成，局部区域可见溶洞发育。在每个旋回的地层中，基本分布有珊瑚砂砾层，但埋藏较深的珊瑚砂砾层由于其形成时代较为久远，且上覆盖压力较大，其一般呈中密状密实状。而在部分区域有冲洪积地层发育，由此可推测，在某个地质时期，冲洪积过程将陆域的土层搬运至近海中并覆盖原生礁珊瑚，被覆盖的礁珊瑚死亡，后来新的礁珊瑚又在冲洪积相的地层之上生长。这进一步说明本区珊瑚礁灰岩地层是旋回分布的。图 1萨瓦金港地貌图 2萨瓦金港区地质剖面图152第 7 期具体小区域内，珊瑚礁灰岩为生物沉积灰岩，与一般的沉积岩层相比具较大的差异性，如珊瑚礁砂砾层与珊瑚礁灰岩风化层交错分布、风化强度不一的珊瑚礁灰岩层交错分布的现象极为明显。地层的交错分布现象可参见萨瓦金港区地质剖面图（图2）。3珊瑚礁灰岩的工程性质3.1岩石抗压强度在苏丹珊瑚礁灰岩地区勘探中，我们在中风化岩层中针对有代表性的岩芯采取岩样,并在全风化岩层和强风化岩层中岩芯呈柱状的部分采取岩样,对这些岩样进行了单轴抗压强度试验,其试验数据见表 1。试验数据表明，珊瑚礁灰岩的抗压强度较小，可归类为软质岩的范畴。3.2地基承载力珊瑚礁灰岩残积土（珊瑚礁砂砾层）主要呈粗砾砂、角砾状，属于碳酸钙质砂砾颗粒，与石英质砂相比，其形状不规则、结构疏松、多孔、具脆性，在高压下压缩性较大且易于破碎。在国内也曾有研究人员对钙质砂粒的变形及强度特性进行试验研究，试验结果表明，在压强大于 1 000 kPa 的荷载条件下，钙质砂粒具较明显的变形，砂颗粒趋于破裂破坏，即钙质砂在同等条件下强度较石英质砂小，由此可见珊瑚礁灰岩残积土（珊瑚礁砂砾层）的承载力比石英砂的承载力低3。一般而言，港工构筑物的荷载要求不会达到珊瑚礁砂砾变形碎裂的压力，但安全起见一般提供承载力时宜低于石英砂 10%20。在提供珊瑚礁灰岩残积土（珊瑚礁砂砾层）承载力时，可根据其标贯击数参考相关规范按石英砂的承载力值适当降低后提供。同时，虽然珊瑚礁砂砾层内摩擦角比石英砂大，但珊瑚礁砂砾土的颗粒不规则、具多孔性和脆性，在桩的挤压下变形较大，颗粒甚至趋于破裂，所以其桩侧摩阻力取值也应比石英砂低4。对于珊瑚礁灰岩风化层的承载力，可根据其抗压强度，参照相关规范、按软质岩的承载力范围值提供，但考虑到珊瑚礁灰岩的多孔性和不均质性，提供的承载力值宜取较低值。经过多年的工程实践，由施工时及工程竣工后反馈的监测数据来看，根据上述原则来确定珊瑚礁灰岩地层的承载力是合理的、可靠的。3.3可挖性及其用作填料的适宜性珊瑚礁灰岩地层呈软硬交替分布，总体而言属开挖困难的地层。在苏丹港及萨瓦金港的多个工程的港池航道疏浚及基槽的开挖，根据珊瑚礁灰岩的工程特性，选择采用大型绞吸挖泥船进行开挖，取得较好的成果，珊瑚礁灰岩绞碎后其管道输送性较好。珊瑚礁岩土作为建筑材料，具较为悠久的历史，在苏丹可见到很多古老的房子是用珊瑚礁灰岩块砌成的。而其作为填料，在苏丹沿海地区也得到广泛应用。工程实践证明，珊瑚礁岩土作为填料的适宜性较好。4珊瑚礁灰岩的钻探工艺珊瑚碎屑物及珊瑚礁灰岩孔隙发育，渗透性强，在进行钻探时都会出现漏浆的问题。对于漏浆的处理，钻探工艺上主要有两种处理方法：套管护壁和灌浆。根据我们多年钻探积累的经验，在珊瑚礁灰岩地区钻探采用套管护壁、泥浆为循环液的正循环钻探工艺更具适宜性、经济性。因为在珊瑚礁灰岩地层中，漏浆不是局部钻探进尺段漏浆，而是基本上全孔漏浆，如果采用灌浆的方法，在工程进度上和材料消耗上均不合理。采用套管护壁的方法进行钻探时，在上部松软的珊瑚礁碎屑物层，对套管可采用打入式跟管护壁，当遇到珊瑚礁灰岩风化表 1岩石单轴抗压强度MPa地层天然状态饱和状态风干状态苏丹港地区萨瓦金港地区苏丹港地区萨瓦金港地区苏丹港地区萨瓦金港地区全风化珊瑚礁灰岩1.582.802.803.701.301.702.322.904.205.393.716.33强风化珊瑚礁灰岩2.783.303.275.963.304.102.375.704.658.863.449.35中风化珊瑚礁灰岩3.238.043.9413.553.575.423.419.717.1012.874.0418.31梁文成：苏丹珊瑚礁灰岩地区地质勘察总结（下转第 164 页）1532009 年水运工程沟通得知咨工没有地基处理的经验，担心地下水渗流带走回填料中的细颗粒材料造成地面沉降，担心含泥量大影响透水性不能保证强夯效果，向他们解释一时难以被接受。通过提交试验区检验报告、现场开挖验证地下水位情况、书信正式解释、升版设计图纸和技术规格书才得到咨工的批准同意。总结停工事件的教训，主要是施工前期人员设备不足、工序衔接不紧凑、局部排水不到位、文件提交不及时、咨工缺乏工程经验、与咨工沟通不到位等方面。通过整个管理团队加强与咨工的全方位的沟通，项目很快就顺利推进。这表明项目实施过程的信息量很大，特别是工程需要处理的问题很多，需要随时随地直接与咨工沟通，及时取得共识，仅仅固定少数人员与咨工沟通是远远不够的，特别对于没有经验的咨工更需要及时做好解释工作，使咨工理解实施项目的技术内涵。6结语EPC堆场的建设管理表明，合理控制开山料指标、及时优化设计具有显著的经济效益；提出验收标准的优先顺序有利于设计优化和项目验收；在试验区施工同时推进大面积施工是非常必要的，加快进度避免人机闲置；及时专业的设计服务并加强与咨工的沟通，能有效地推进项目顺利实施。参考文献：1JTG F302006 公路路基施工技术规范S.2JTG D302004 公路路基设计规范S.（本文编辑 武亚庆）层时，在用岩芯管完成回次钻进后，须先把孔内的套管用大锤打松后，然后用钻机把套管钻进入岩层内以达到扩孔效果，当套管底部钻至钻进回次底部后，把套管提起，接上需要加长的套管后用打锤将套管打至本次完成的钻进回次底部。在钻进套管的过程中，因为会大量漏浆，应采用清水（海水）做冲洗液。由于珊瑚礁灰岩及其碎屑物基本没有黏性，以 XY-100 型钻机的功率和扭矩，可以钻管跟进至地面以下40 m。当钻机的扭矩不足以钻动套管且钻孔还存在漏浆现象时，须变径跟管护壁，采用二层管，以同样的工艺将口径小一级的套管钻至孔底以防止漏浆。如在苏丹萨瓦金港某工程地质勘探中，钻孔钻进深度较大，最深的钻孔为地面以下 62 m，该区域的地层主要为珊瑚礁灰岩及其碎屑物，中下部地层中夹有冲洪积相的砂土层及黏性土层，进行外业钻探时漏浆情况严重，采用跟管护壁的钻探工艺，以127 套管开孔，采用上述的工艺，127 套管可以跟管至地面以下约 40 m，部分钻孔仍有严重漏浆，就以108 套管跟管护壁，直至不存在严重漏浆的现象，跟管护壁最深达 52 m。实践证明，在珊瑚礁灰岩地区采用上述工艺进行钻探，能保证工程的进度，并节约成本。5结语苏丹红海沿岸珊瑚礁灰岩地区具有独特的地貌特征，其珊瑚礁灰岩地层的分布在宏观上具有呈旋回分布的规律性，但具体而言差异性较大，呈软硬交替、交错分布，珊瑚礁灰岩具有独特的工程性质。目前尚没有针对珊瑚礁灰岩地区的勘察规范及标准，珊瑚礁灰岩作为一个独特的工程地质学研究对象，仍有待进一步的研究和探讨。在今后的勘察工作中，可根据工程需要进行一些有针对性的原位测试和室内试验项目，以更准确地了解苏丹地区的珊瑚礁灰岩地层的工程特性，为设计施工提供更为准确可靠的地质参数。参考文献：1孙宗勋,詹文欢,朱俊江.南沙群岛珊瑚礁岩体结构特征及工程地质分带J.热带海洋学报,2004（3）:11-19.2孙宗勋.珊瑚礁工程地质研究进展J.地球科学进展,1999(6):578-581.3赵焕庭,宋朝景,卢博,等.珊瑚礁工程地质研究的内容和方法J.工程地质学报,1997(1):21-27.4吴京平,褚瑶,楼志刚.颗粒破碎对钙质砂变形及强度特性的影响J.岩土工程学报,1997(5):49-55.（本文编辑武亚庆）!（上接第 153 页）164