苏丹港珊瑚礁灰岩的工程地质特征

浅谈苏丹港珊瑚礁灰岩的工程地质特征
摘要：通过对苏丹港绿地港区、萨瓦金港区及达玛达玛油码头港区的工程地质勘察，对珊瑚礁灰岩的特征、不均匀风化现象及地基容许承载力特征值进行分析评价。

关键词：珊瑚礁灰岩;不均匀风化;地基承载力特征值
abstract: through the investigation of port sudan green port, port savoy gold and madama oil port engineering geology, characteristics of coral reef limestone, the uneven weathering phenomena and the allowable bearing capacity eigenvalue analysis and evaluation.
key words: coral reef limestone; uneven weathering; characteristic value of subgrade bearing capacity
中图分类号：p5文献标识码：a 文章编号：
一、苏丹港工程概况
1、港口工程概况
苏丹港位于苏丹北部的红海边上，其北部与埃及接壤，东面与沙特阿拉伯隔海相望，其所在的苏丹港镇有铁路、公路、机场连接苏丹各地及非洲大陆腹地，是苏丹交通条件最好的城市之一，同时也是苏丹最重要的货物集散地。

目前，该地共有杂货码头17个、集装箱码头5个、油码头1个、客运码头1个。

本次勘察由位于苏丹老港区东南面的绿地4个集装箱泊位及位于老港区西面约60公里的萨瓦金港区一个泊位组成。

2、地形地貌及地质构造
苏丹港新港区现有泊位前方均为成片的珊瑚礁盘，水浅，地形平缓，珊瑚礁盘前沿线距离海岸线约500～1500m，刚好把深海区和浅海区分隔开，为港区构筑了一道天然的防波堤。

港池及航道大部分为人工疏浚形成。

由于红海属于强构造沉陷带，水深超过200米，与两岸形成“v”字形状，使深水区和浅水区的地形徒峭和平缓形成强烈的对比。

受红海构造沉陷带的影响，在海岸的周围形成次一级的构造沉陷带，而这些次一级的沉陷带是建设码头的天然良港，如苏丹港老港区及萨瓦金港区。

3、勘察工作
根据现有钻探揭露的岩土层，绿地及达玛达玛油码头港区上部均为松散状的生物碎屑珊瑚砂砾层、下部为准珊瑚礁灰岩～珊瑚礁灰岩，底部未钻穿，萨瓦金港区上部均为松散状的生物碎屑珊瑚砂砾层、下部为准珊瑚礁灰岩～珊瑚礁灰岩，底部为泥质粉砂岩。

本次勘察的重点就是要查明上述珊瑚礁灰岩的特征、物理力学性质、分布规律。

4、特殊的工程地质条件
由于珊瑚礁灰岩结构特殊，现行有关规范未对其进行界定，所以，对其物理力学性质、标准贯入试验击数的应用、室内土工指标的选取、各地层地基基础持力层承载力特征值的确定等一系列问题都必须探讨。

二、珊瑚礁灰岩的地质特征
珊瑚礁是发育于热带海洋环境由造礁珊瑚及生物历经生物与化学作用和地质作用共同建造的地质体，是一种特殊的岩土类型，无论是物质组成还是岩体结构都具有其独特性。

他的主要组成物质珊瑚礁是由珊瑚、贝壳、牡蛎、蜗牛及海底不同种类的微生物（如藻类等）等组成，在长期共生的过程中，除形成坚固的钙质框架外，由于不同生物品种生命周期的长短、生活习性的差异、所处地段海水环境的变化，导致不同种类的微生物不断的生长－死亡－沉积－胶结、再生长－再死亡－再沉积－再胶结的繁复过程，这种过程形成了珊瑚礁灰岩独特的工程地质特征，主要有：
1、多孔性：由于珊瑚礁灰岩由不同的微生物组合而成，各微生物具有不同的生活习性和所含钙质的多寡，决定了珊瑚礁灰岩的多孔性。

其孔内一般为乳白色矿物质充填。

2、结构多变性：由于珊瑚外表呈树枝状，在漫长的生长、沉积过程中，其“树枝”及“树干”之间由不同的微生物充填，并被珊瑚藻胶结形成半岩质原生礁结构，导致坚硬的块状礁灰岩和松散的胶结碎屑砂砾层交替出现。

同时，在各孔隙之间，由于周围地质、环境条件的变化，也会有一些砂土类、粘性土类物质充填。

由此造成了珊瑚礁灰岩在一定深度范围内软硬不一和结构多变的特征。

3、不均匀风化：珊瑚礁灰岩的厚度代表其形成的年代的长短，而年代的长短又决定其岩性的坚硬程度。

在一定深度之内由于“树枝”及“树干”之间风化程度的不同，造成了工程地质强度的巨大
差异，最直接的表现就是“球状风化”。

一般而言，孔洞多的强度较小，孔洞少的强度较高，但在一定深度以下，不均匀风化就显得不那么重要了。

4、触变性：对结构较松散地段，在外力的高温作用下，遇水容易发生分解，并呈白色粉末状溶于水中，这时土体仅剩下少量的螺壳、贝壳等较坚硬物质碎片。

5、沉积环境的复杂性：珊瑚礁灰岩上部的松散碎屑砂砾层在水平方向变化较大，在不同地貌单元沉积物分层也不尽相同，表现出沉积环境的复杂性。

6、表层的坚硬性：由于受大气降水的淋滤和复杂的物理化学及生物黏结作用，表层一般都形成厚度为10～50cm的自胶结层，该层呈坚硬状。

三、工程地质条件及评价
1、地层划分的原则
从野外钻探所揭示地层情况分析，从上到下分别为未胶结松散状碎屑珊瑚砂砾层、弱胶结含较多半岩质原生礁块体的珊瑚砂砾层、准珊瑚礁灰岩及珊瑚礁灰岩。

由于现有各种规范未对珊瑚礁灰岩进行定性划分，只能根据现场的钻探情况和实验室的试验成果综合分析来进行定名和分类。

由于珊瑚礁灰岩的结构特征，室内试验只能取得部分的物理指标，所以定名主要按照现场进行的标准贯入试验击数及结构变化情况进行，分为残积土、全风化、强风化、中等风化。

2、地层的工程地质特征及评价
①珊瑚礁灰岩残积土：灰白色，湿，松散~稍密，局部中密。

岩芯呈中粗砂状，孔隙发育。

孔隙内充填有粉末状矿物，遇水易分解。

含较多贝壳螺壳及少量珊瑚礁灰岩碎块，土质极不均匀。

表层大多含有约30cm的坚硬状珊瑚礁灰岩。

本层容易钻进，标贯击数在2.0~28.0击之间，承载能力较低，局部地段含较多中等风化的珊瑚礁灰岩碎块，对港池及码头基槽的开挖会带来一定的困难。

②全风化珊瑚礁灰岩：灰白色，湿，中密~密实。

岩芯呈中粗砂状，含较多贝壳螺壳及乳白色粉末状矿物，遇水易分解。

局部含中等风化珊瑚礁灰岩碎块（直径约2~6cm），呈多孔状，土质不均匀。

本层容易钻进，标贯击数在20.0~50.0击之间，具有较高的承载能力。

③强风化珊瑚礁灰岩：灰白色，湿，密实，岩芯呈中粗砂状，含较多贝壳螺壳及中等风化珊瑚礁灰岩碎块（直径约2~5cm），呈多孔状。

孔隙充填有乳白色矿物质，遇水易分解。

本层较难钻进，标贯击数在34.0~58.0击之间，具有较高的承载能力，土层连续稳定性好，是本区内良好的地基基础持力层。

④中等风化珊瑚礁灰岩：灰白色，稍湿，岩质较硬，岩芯呈碎块状及短柱状。

孔隙较少，裂隙及溶孔较发育（直径为1~2cm），锤击难碎，局部夹薄层粉土状珊瑚礁灰岩强风化物。

本层钻进困难，呈致密坚硬状，具有较强的完整性和较高的抗压
强度，具有高的承载能力，是本区内良好的地基基础持力层。

3、地基容许承载力特征值的确定
根据国家标准《建筑地基基础设计规范》（gb50007－2002），对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值（即容许承载力），可根据室内饱和单轴抗压强度计算：
fa=ψr*frk
fa－岩石地基承载力特征值（kpa）
frk－岩石饱和单轴抗压强度标准值（kpa）
ψr－折减系数。

根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地区经验确定。

无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取
0.1～0.2。

在这里，我们取ψr＝0.1。

frk＝ψ* frm
ψ＝1-（+）*δ
frm－岩石饱和单轴抗压强度平均值（kpa）
ψ－统计修正系数
n－试样个数
δ－变异系数
根据“岩石单轴饱和抗压强度试验表”（表一）数据进行统计计算：
ψ＝0.672，frm＝12.94（mpa）
故：fa=0.672×0.1×12.94＝0.865mpa＝865kpa。

各岩（土）层的天然地基容许承载力及打入式砼预制桩桩侧极限摩阻力标准值、桩端极限阻力标准值见表二。

岩石单轴饱和抗压强度试验表表一
承载力表表二
4、基础形式的选择
基于珊瑚礁灰岩呈多孔状、风化不均匀及结构多变性等特点，结合该地区已建成的绿地集装箱码头、达玛达玛油码头，基础形式基本采用重力式基础和桩基础。

若采用重力式基础，则强风化珊瑚礁灰岩及其以下地层均可作为地基基础持力层；若采用桩基础，宜以中等风化珊瑚礁灰岩作为桩基础持力层。

不论采用那种基础形式，都必须充分考虑珊瑚礁灰岩土层不均匀的特点，切忌被它的坚硬夹层所迷惑，以防止不均匀沉降的发生。

四、结论及建议
（1）对重力式码头，可采用强风化珊瑚礁灰岩及其以下岩土层作为地基基础持力层。

（2）若采用桩基础，宜以中等风化珊瑚礁灰岩及其以下岩土层作为桩基础持力层。

（3）对采用现场标准贯入试验击数来区分珊瑚礁灰岩的残积土、全风化、强风化，由于土层的不均匀性，标贯击数相差较大，代表
性差，直接影响分层结果，如何更加真实的反映土层的物理力学性质，建议进一步探讨。

（4）对沉降比较敏感的大型建筑物，建议进行大型载荷试验，同时对地基变形的均匀性进行评价。

（5）由于绿地近岸地段的珊瑚礁灰岩特征基本一致，在一定深度之后，其岩土性基本比较稳定，建议对这一“稳定界面”的标高继续收集资料进行研究，以解决及验证持力层的埋深情况。