东海大桥海上风电项目二期工程场地工程地质研究

第７期（总第３９８期）　吉　林　水利　２０１５年７月　［文章编号】１００９—２８４６（２０１５）０７－０００９—０５　东海大桥海上风电项目二期工程　场地工程地质研究　李伟立　（上海勘测设计研究院有限公司，中国　上海２００４３４）　［摘要】为了评价东海大桥海上风电项目二期工程场地稳定性。通过对比分析场地内两类沉积区：正常沉积物　和古河道分布区的土体物理力学性质。本研究采用标贯和静力触探等原位测试手段和物理性质、固结特性、抗　剪强度特性等室内试验手段。试验研究结果表明沉积环境直接影响土层的颗粒级配及组分．颗粒级配又决定了　土层的物理力学性质：上层粘性土表现为含水量高，密度低，孔隙比大。粘聚力大，内摩擦角小；下层砂质土　表现为含水量低，密度高，孔隙比小，粘聚力小，内摩擦角大。海底表层的水动力作用以及粘性土与砂质土分　层界面的侵蚀作用导致土层呈现出超固结现象．对土体的物理性质也有部分影响　［关键词】海上风电；标贯；静力触探；物理力学参数　［中圈分类号］Ｐ　６４２　［文献标识码］Ｂ　二类．建立了海底浅表层土的静力触探参数与物　１　前言　理力学指标之间的相关方程　邢恩桥［５１得到静力触　探参数与地基土层物理力学参数间的统计回归方　风能作为一种清洁的可再生能源．越来越受　程。　到人们的重视．海上拥有丰富的风能资源和广阔　本研究的目的是详细查明拟建风机基础范围　平坦的区域．使得近海风力发电成为近年来研究　土层物理力学性质．为场地的稳定性和适宜性评　和应用的热点。而近海风力发电工程的场地稳定　价提供合理参数。　性评估又是确保风电顺利实施的前提，因此，对近　海场地的工程地质研究和评价必不可少　２工程概况　近年来．很多学者做了很多方面的工作．取得　了丰富的成果。其中马海鹏【１］总结了上海地区的粘　上海东海大桥海上风电项目二期工程位于东　土、粉质粘土和粉砂的抗剪强度与静力触探比贯　海大桥西侧４号通航孔和２号通航孑Ｌ之间的海　人阻力比之间的关系　根据静力触探测试结果获　域．北距南汇南侧岸线约６ｋｍ．南距洋山群岛岛岸　得不同土层的抗剪强度．进而应用于地基稳定性　线约ｌＯｋｍ．东距已建上海东海大桥１００兆瓦海上　计算　成利民国通过将静力触探技术应用于海域勘　风电示范工程约３ｋｍ。海域平均水深在１ｌｍ左右，　察．可以更直观地估算桩基承载力，判断地基土的　电场工程位置见图１　工程区属三角洲前缘地貌类　工程地质性质。胡增辉翻综合考虑了标贯试验的修　型。海底地形总体上较平缓．实测海底滩面勘探孔　正方式。不排水抗剪强度的确定方法，粘性土的塑　孑Ｌ口高程为一１　１．０ｌ～一１２．３８ｍ　性指数等因素的影响．建立了该地区土层的不排　根据场地内暗绿一草黄色粉质粘土的分布情　水抗剪强度和标贯击数之间的经验关系　陈培雄　况．将场地划分为正常沉积区和古河道分布区。正　对采集的海底土样的静力触探参数与海底土样的　常沉积区上部为饱和软粘土．中部为可塑　硬塑状　物理力学指标进行相关分析．分粘性土和砂类土　的暗绿一草黄色粉质粘土．下部为中密一密实状砂　［收稿日期】２０１５—０５—１８　［作者简介】李伟立（１９８２一），男，学士，助工，现从事输变电工程岩土工程勘察工作。　一９一　吉林水利　东海大桥海上风电项目二期工程场地工程地质研究　李伟立　２０１５年７月　土体粒度都是由细到粗，上层为粘性土，下层为砂　质土．分层界限在１２．６　１３．３ｍ之间。上层的粉质粘　土０．００２　０．Ｏ０５ｍｍ粒径所占比重为４０．９￣４７．７％：　下层粉细砂０．０７５　０．２５ｍｍ粒径所占比重为６９．９　９３．１％。　土体物理性质试验结果如表１和图４所示。　整体而言。土体含水量与密度成反比，随着深度逐　渐增加，含水量逐渐减小趋于稳定。密度逐渐增加　趋于稳定。含水量在６４．７　２４．４％之间，密度在　１．５９～１．９６　ｍ３之间。对上层粘性土进行液塑性测　原位测试包括标贯和静力触探．结果如图３　所示。在砂质土里进行标贯测试，结果表明。随着　测试深度增加．标贯锤击数也逐渐增加，在４０．４４—　试．结果显示液性指数在１２．７～２２．６之间。表明土　性为粉质粘土一粘土。　固结试验结果如表１和图５所示．结果表明　４３．４４ｍ之间．锤击数达到５０次。静力触探结果显　示。上层粘性土中的锥尖阻力较小，小于３ＭＰａ，下　上层的粘性土初始孔隙比较大．下层的砂质土初　ｉ；；ｉ　ｉ　ｌ　ｌ；始孔隙比较小。上层粘性土的压缩系数在０．朋位　舭　彤舯　４２～　斛ｍ髓层砂质土中锥尖阻力显著增加。超过１５ＭＰａ。　１．７８之间：下层砂质土压缩系数在０．１１～０．２４之　裹１　塞内试验结果表　物理性质试验　固结试验　固结快剪试验　深度　含水量　密度　液限　塑限　塑性指数　压缩系数　压缩模量　粘聚力　内摩擦角　（ｍ）　（％）　（％）　ｆ％１　（ＭＰａ－￣　（ｋＰａ）　（。）　４４一ｌ　１－３Ｏ　３３　３０．８　ｌ８．１　ｌ２．７　０．４２　４．６７　２．８Ｏ　５３．３　４３．９　２３　２０．９　ｌ１．５　４．３Ｏ　５９．５　４６．２　２６．１　２０．１　１．４　１．９４　５．８Ｏ　５８．８　４８．５　２５．９　２２．６　ｌ０．１　７．３Ｏ　６４．７　４７．３　２５．２　２２．１　１．７８　１．６　８．８０　４７．１　３８．４　２０．９　ｌ７．５　１３．８　１０．３Ｏ　４１　３８　２０．３　ｌ７．７　０．７５　２．４９　ｌ１．８０　４６　４０．２　２２．５　１７．７　ｌ１．１　１３－３Ｏ　３３．９　３４．１　１９．５　１４．６　Ｏ．５９　３．４１　１４．舳　３０－３　３１．１　２０．３Ｏ　２６　Ｏ．１２　１４．１３　２６．３０　２４．４　一—　　一—　　一一　　＂　一　一吡　一¨　一　０　一　一　一３４．　一３　　３２．３Ｏ　３４．２　Ｏ．１５　１２．７８　３８．３Ｏ　２８．２　Ｏ．１２　１４．６９　４４．３０　２６．１　０．１ｌ　１５．９９　５９－１　１．９Ｏ　３０．２　３１．８　ｌ８．５　ｌ３．３　０．３ｌ　５．８４　３．３Ｏ　５７－４　５０．２　２５．６　２４．６　１．３６　ｌＩ９５　ｌＯ．１　４．８Ｏ　４６．２　４９．２　２５．３　２３．９　１．５４　１．８２　１２．２　６．３Ｏ　５３．５　４１．２　２３　１８．２　１．１６　２．１５　７．８０　３９．５　３３．７　ｌ８．９　１４．８　９．３０　２７．５　３５．７　１８．９　１６．８　０．４　４．１３　１０．８０　２５．３　３３．６　１９．１　１４．５　１２．３Ｏ　２５．４　３７．２　２０．４　ｌ６．８　１３．８０　３３．６　０．２２　８．７４　３０．１　Ｉ５．３０　３２．９　０．２４　８伪　２９．６　１８＿３０　３０．１　０．１４　１２．９３　２４．３０　２８．７　３６．１　３ｏ．３０　２８．８　０．１５　１２－３６　３６－３Ｏ　３０．１　３Ｉ．９　４２－３Ｏ　２９．７　Ｏ．１５　ｌ２．１ｌ　４８．３　２５．９　３５．５　一ｌ１一　　一吉林水利　东海大桥海上风电项目二期工程场地工程地质研究　李伟立　２０１５年７月　５　讨论　６结论　通过原位测试与室内试验．综合比较了正常　本文通过对比分析上海东海大桥海上风电项　沉积区与古河道区的土层物理力学性质。发现两　目场地内两类沉积区：正常沉积区和古河道分布　个区域土体上层均为粘性土，下层为砂质土。土体　区的土体物理力学性质．发现两个区域的岩性分　粒径对物理力学性质有重要影响。上层粘性土粒　布基本一致。都是表层为新近沉积物．上层为滨　径小于０．Ｏ０５ｍｍ，含水量量高，密度低，粘聚力高，　海～浅海沉积粘性土．下层为河Ｅｌ～滨海沉积砂质　内摩擦角低　粒径Ｏ．０５～０．Ｏ０５ｍｍ之间的下层粉砂　土，沉积环境直接决定了岩性及颗粒级配，而土层　具有含水量低，密度高，粘聚力低，内摩擦角高。　颗粒级配又决定了其物理力学特性．海底的表层　沉积环境是影响土体颗粒级配、物理力学参　的水流作用以及粘性土与砂质土交界面的侵蚀作　数的最主要原因　表层的淤泥质土是近７５００ａ　ＢＰ　用，导致土层呈现超固结现象．也对土层的物理性　以来的新近沉积物．由于海底水流作用，土体呈表　质有影响。但对抗剪强度参数影响不大。标贯和静　面超固结现象．初始孔隙比要比上层粘土要小（详　力触探以及抗剪强度测试的数据可以直接用于场　见图５），液限、塑限以及塑性指数都较上层的粘土　地地基稳定的评价。口　小（详见图４）。上层粘性土为滨海～浅海沉积物．土　参考文献：　体松软，孔隙大，软水性强，压缩性高，承载力小。　【ｌ】马海鹏，陈祖煜，于沭．上海地区土体抗剪强度与静力触探比贯　下层砂质土为河口～滨海沉积物。含水量高。多处　入阻力相关关系　￣Ｚ［Ｊ１．岩土力学。２０１４。３５（２）：５３６—５４２．　于饱和状态。压缩性低。承载力大，易发生砂土液　【２】成利民，陈智勇，陶旭光．多功能探头静力触探原位测试在跨海　大桥建设中的应用［Ｊ］．中国港湾建设，２０１２，１８１（４）：６５—６８．　化。　【３】胡增辉，李家奇，李晓昭，赵晓豹，王鹏．利用标准贯入试验确定　静力触探的特征曲线可以用于划分土层．通　粘性土的不排水抗剪强度［Ｊ】．地下空间与工程学报，２０１２，７　常淤泥质土锥尖阻力小、摩阻比较大、曲线平缓、　（增）：１５７７—１５８３．　无突变；粘土锥尖阻力小、摩阻力比较大、曲线变　【４】陈培雄．潘国富，陈小玲．海底浅表层不同土类静力触探参数与　化小；砂土锥尖阻力大、摩阻比较小、曲线呈急剧　物理力学性质对比研究［Ｊ】．海洋通报，２００９，２８（６）：１ｌ８—１２１．　【５１邢恩桥，许国辉。房俊伟，薛红．天津沿海地层静力触探参数与土　变化的锯齿状［６１。在相同时代成因条件下，砂质土　体物理力学性质对比研究【Ｊ】．海岸工程，２００５，２４（２）：３８－４３．　的锥尖阻力远大于粘性土。静力触探的特征曲线　【６１陈磊．基于ＣＰ１ｒＵ技术海上某井位的地质分屡【Ｊ】．中国高新技术企　可以用于划分场地土层以及评价场地稳定性。　业．２０ｌ４．２５：３０—３１．　Ｔｈｅ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｏｎｇｈａｉ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｓｉｔｅ　ｏｎ　Ｐｈａｓｅ　ｌＩ　Ｕ　Ｗ＿ｅｉ—ｌｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｃｏｎｄ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅａｓｔ　Ｓｅａ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｗｉｎｄ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，　ｃｏｍｐａｒｅ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ａｒｅａ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ：ｔｈｅ　ａｎｃｉｅｎｔ　ｒｉｖｅｒ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｒｅａ．Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ，ｕｓｅ　ＳＰＴ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｃｏｎｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ—ｓｉｔｕ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｔｅｓｔ　ｉｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ｅｎｖｉ－　ｒｏｎｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｓｏｉｌ，ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ：ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｃｌａｙｅｙ　ｓｏｉｌ　ｗｉｔｈ　ｈｉ　ｓｈ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｌｏｗ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｓｈ　ｖｏｉｄ　ｒａｔｉｏ，ｌｒａｇｅ　ｃｏｈｅｓｉｏｎ，　ｌｏｗ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｉｒｃｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅ；ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｓｎａｄｙ　ｓｏｉｌ　ｗｉｔｈ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｍａｌｌ　ｖｏｉｄ　ｒａｔｉｏ，ｌｏｗ　ｃｏｈｅ－　ｓｉｏｎ，ｌｒａｇｅ　ｉｎｔｅｎｒａｌ　ｆｉｒｃｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅ．Ｓｕｎｑｃｉａｌ　ｈｙｄｒｏｄｙｒｎａｍｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｃｌａｙｅｙ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｓａｎｄｙ　ｓｏｉｌ　ａｆｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌｓ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｏｖｅｒ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ　ｓｔａｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ａｌｓｏ　ａｆｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ；ＳＰＴ；ｓｔａｔｉｃ　ｓ０ｕｎｄｉｎｇ；ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　—ｌ３一