防波堤研究实验小论文

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叶广惠

（广州海洋地质调查局，广州，510760）

作者简介：叶广惠，男，1950年生，工程师。1977年毕业于成都地质学院石油及天然气勘探专业。现从事石油地质综合研究、地震资料解释、海洋地质、工程地质等工作。

摘要根据珠江口外伶仃防波堤堤址18个钻孔岩性特征，自上而下分为7层。本文根据这些钻探成果和实验资料，经过综合分析认为，中粗砂混淤泥层和中粗砂混粘土层宜做建筑物的持力层，花岗岩残积土层是建筑物最佳持力层。

关键词工程地质持力层外伶仃

1堤址的地理地质概况

外伶仃岛位于珠江口万山群岛中最靠北的一个岛屿，地理位置十分优越，与香港隔海相望。石涌湾位于外伶仃的北边（图1），距香港水域仅4～5km，众多的粤港澳渔船常年在这里停泊、栖息。

石涌湾是一个近似“牛轭”状的基岩质海湾。根据海底的地形特征，可将海湾分为两个区：斜坡区和平坦区。斜坡区位于湾岸至13m等深线，斜坡区内，东北岸陡峻，西南岸平缓。从13m等深线至17m等深线为地形平坦区。

石涌湾有伶仃峰作天然屏障，且为基岩质海岸，水深、沉积速率低（约），可谓天然良港。待防波堤建成后，这里将是一个十分理想的避风港口。

钻探揭露的基岩和岛内裸露的岩石一致，为燕山期花岗岩（ ），微风化－中风化。Q1-2期间，区内的花岗岩经强风化形成一层残积土（层Ⅵ）。随后勘查区域渐渐沉降，形成陆地浅水洼地，接受围区风化物的沉积。期间洼中水呈浅-深-浅交替变化，形成中粗砂混粘土（层Ⅴ）、粘土（层Ⅳ）和中粗砂混淤泥（层Ⅲ）。

Q3后期，勘查区域进一步沉降，海水侵入，成为海陆交互作用的潮间带环境，沉积了一套含有大量生物碎屑的粉细砂（层Ⅱ）。此后，逐渐形成石涌湾今日之面貌，沉积了一套含生物碎屑的青灰色淤泥（层Ⅰ）。

2堤址的工程地质特征

珠江口外伶仃防波堤堤址钻孔18个。根据堤址的土（岩）层结构，在垂直剖面上，自上而下依次为（图2）：淤泥、粉细砂、中粗砂混淤泥、粘土、中粗砂混粘土、残积土（砂质粘性土）、微-中风化花岗岩。

表1地层岩性及土的主要物理力学性质综合统计表

图1钻孔位置图

map of drilling holes

层Ⅰ：淤泥

青灰色，含生物碎屑。据代表性样品分析（数据见附表，下同），淤泥的含水量，孔隙比，液性指数，均呈饱和流塑状。本层厚～，横向变化较稳定。至岸边斜坡带变为贝壳碎屑沉积。据样品分析主要指标含水量判定，淤泥的承载力基本值为50kPa，若回归修正系数为，则标准值为37kPa。

层Ⅱ：粉细砂

青灰色，含大量生物碎屑，松散，层厚～，横向变化较大，在D9孔为贝壳碎屑沉积，往东北岸坡带D12孔为中细砂沉积，西南岸坡带的D1、D2该层孔缺失。

样品分析主要指标：孔隙比介于～之间，平均，液性指数介于～之间，平均。

据5个样品分析结果统计，求得回归修正系数ψf=，承载力基本值f0为180kPa，标准值为128kPa。

层Ⅲ：中粗砂混淤泥

灰白、黄褐色，含砾，砾径2～3mm，稍密至松散，饱和，层厚～，厚度变化较大。东北岸坡带的D12孔为砾砂沉积，西南岸坡带的D1、D2孔该层缺失。

样品分析主要指标：孔隙比介于～之间，平均，压缩系数～之间，平均。

据3个样品分析结果统计，求得回归修正系数ψf=，承载力基本值f0为250kPa，标准值为150kPa。

层Ⅳ：粘土

灰白，可塑，很湿，层厚～。该层仅在D1～D6和D12孔有分布。

样品分析主要指标：孔隙比介于～之间，平均，液性指数介于～之间，平均。

据4个样品的分析结果统计，求得回归修正系数ψf=，承载力基本值f0为180kPa，标准值130kPa。

层V：中粗砂混粘土

灰白色，含砾，砾径2～3mm，可塑，中密，稍湿，层厚～，横向变化较大。该层在西南岸坡D1、D2孔缺失。

样品分析主要指标：孔隙比介于～之间，平均，液性指数介于～之间，平均。

据4个样品的分析结果统计，求得回归修正系数ψf=，承载力基本值f0为280kPa，标准值200kPa。

层Ⅵ：残积土（砂质粘性土）

红褐到黄褐色，有棕色斑纹，为基岩经强风化形成残积土。硬塑到可塑，稍湿，在岸坡带D1、D2孔该层缺失。

样品分析主要指标：孔隙比介于～之间，平均，液性指数介于～之间，平均。

据5个样品的分析结果统计，求得回归修正系数ψf=，承载力基本值f0为320kPa，标准值230kPa。

图2外伶仃石涌湾防波堤堤址工程钻孔地质剖面图

geological drilling columnar section

层Ⅶ：微-中风化花岗岩

褐黑、灰白、棕红等杂色，为燕山期（ ）花岗岩，微-中风化，难击碎，坚硬。仅在D1、D2和D12孔钻遇。承载力基本值大于或等于4000 kPa。

3结论

1）防波堤堤址的工程钻孔地质剖面自上而下为淤泥、粉细砂、中粗砂混淤泥、粘土、中粗砂混黏土、残积土，基岩为燕山期花岗岩（ ）。总的来说，工程力学性质是随深度变好。

2）层Ⅰ为淤泥，工程地质力学条件很差，不能作任何建筑物的持力层。

3）层Ⅱ，粉细砂，松散，孔隙比介于～之间，平均，液性指数介于～之间，平均，呈饱和流塑状态。疏松的砂性土（特别是粉细砂）经外力作用将趋向密实。如果砂性土被地下水饱和，这种趋于密实的作用将导致孔隙水压力的骤然上升，使原来通过砂颗粒接触点所传递的压力减小，砂颗粒所受的荷载压力全部过渡为中性压力。这样，砂土结构便遭到破坏，当有效压力全部消失时，砂体极易达到液化状态，导致地裂缝、错位、滑坡、不均匀沉降等地基失稳现象。因此，该层不能作任何建筑物的持力层。

4）层Ⅲ，中粗砂混淤泥。承载力150kPa。孔隙比介于～之间，平均，压缩系数～之间，平均。松散，高压缩性。其下伏层为局部分布的可塑粘土层。这些因素易引起建筑物的不均匀沉降。因此，考虑将本层作建筑物的持力层时，必须充分考虑这些不利的工程地质条件。

5）层Ⅳ，粘土层，仅分布在局部地段，不宜作建筑物的持力层。

6）层Ⅴ，中粗砂混粘土层，承载力200kPa，较大，宜作建筑物的持力层。

7）层Ⅵ，残积土（砂质粘性土），为基岩经强风化形成的砂质粘性土，承载力较大，宜作建筑物的持力层。

参考文献及资料

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Engingeering Geological Features for Dike of Wailing ding Island in the Pearl River Mouth

Ye Guanghui

（Guangzhou Marine Geology Survey,Guangzhou,510760）

Abstract:Eighteen drilling holes for dikes are located in Shichong Gulf of WaiLingding Island that is in the Pearl River's on the litho logical characters,7stratums of the dams are divided from shallow to deep of the sea to massive drilling results,experiment data and comprehensive analysis,conclusion can be drawn as following:medium-coarse sand with sludge layer and medium-coarse sand with clay layer are able to be the foundation's compressed layer,while loan-sand clay layer is the best choice to be the foundation's compressed layer.

Key Words:Engineering geologyCompressed layerWailingding Island

一段浸没在地中海深处的古罗马防波堤，经历了长达2000多年的海水侵蚀冲击，依旧坚而不摧，究竟是什么让其如此“厉害”？据物理学家组织网近日报道，由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室领导的一个国际研究团队对其耐久性深入研究时，意外地发现，古罗马人竟然在生产制造混凝土的过程中，就能够削减二氧化碳的排放，减少对环境的破坏。那么，他们是如何做到的呢？ 海上混凝土的秘密 来自美国加州大学伯克利分校、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学以及德国柏林同步辐射电子储存环公司的研究人员，使用伯克利实验室的先进光源（ALS）光束以及其他实验设施，在调研波佐利湾的海上混凝土中发现，古罗马人制造混凝土时，不同于现代的做法主要表现在两个关键方面。 其一，硅酸盐水泥是一种可将混凝土组件绑定在一起的胶水。使用硅酸盐水泥的混凝土是含有钙、硅酸盐和水合物的化合物(C-S-H)。而古罗马混凝土产生了一个非常不同的化合物，方法是加了铝和少量硅。由此形成的钙铝硅酸盐水合物 (C-A-S-H)是一个非常稳定的黏合剂。 通过ALS光束线的光谱鉴定，研究人员认为在C-A-S-H中铝替代硅的特定方式可能是海水混凝土的凝聚力和稳定性的关键。 另一个突出之处涉及到混凝土的水化产物。从理论上讲，在用硅酸盐水泥制成的混凝土中，C-S-H类似于结合了天然存在的层状矿物，被称为雪硅钙石和六水硅钙石。可惜的是，这些理想的晶体结构在现代常见的混凝土中无处可寻。 然而，雪硅钙石却出现在古代海水混凝土的砂浆中。研究人员在ALS高压X射线衍射实验的光束线下，测量出其机械性能，并首次阐明铝在其晶格中的作用：铝雪硅钙石比低结晶的C-A-S-H具有更大的刚性。 古罗马人是如何做到的 仍是当今主要建筑材料的混凝土，在生产过程中带来的环境问题日益严重。其主要组分水泥在生产过程中会排放大量二氧化碳。据计算，世界水泥工业排放二氧化碳量占全球温室气体排放量的7%，这还不包括水泥和混凝土在物流运输过程中的二次污染。水泥和混凝土建材成为雾霾等大气污染的主要元凶之一。 “这并不是说现代生产的混凝土不好，它已经好到我们每年使用190亿吨的产量，问题是其中制造硅酸盐水泥所排放的二氧化碳占该行业排放量的7%。”加州大学伯克利分校土木与环境工程教授圣保罗·蒙泰罗说。 硅酸盐水泥是“胶水”之源，可以将最现代化的混凝土黏合在一起，但是制造它需要将混合的石灰石和黏土加热到1450℃，石灰石受热后会向大气中释放出大量二氧化碳。 该研究团队通过鉴别古罗马的海上混凝土样本发现，罗马人生产硅酸盐水泥时，用的石灰更少，烘烤石灰石只需900℃或更低，消耗的燃料也少得多。 分析表明，罗马配方需要重量不到10％的石灰，生产硅酸盐水泥可以不到现在的2/3或更低的温度。石灰与富铝的火山灰反应，形成高度稳定的C-A-S-H和铝雪硅钙石，保证其强度和寿命。 提供绿色高性能模型 “在20世纪中叶，混凝土结构设计可持续50年，它们当中的很多都超过了预定时间，当代设计的建筑可保持寿命100年至120年。然而，罗马港口的设施竟然经历了2000多年的化学侵蚀和水下波浪仍幸存下来。”蒙泰罗指出。 作为工程材料的现代混凝土主要缺点是抗拉强度低、变形能力差、容易开裂。在未来的城市发展和基础设施的构建中，迫切需要耐久且低碳的混凝土。 对火山灰使用的描述是从远古时代开始。第一个是奥古斯都皇帝的一个工程师维特鲁威。后来据记载，最好的海上混凝土是源自那不勒斯海湾的火山地区。这些灰具有相似的矿物特性，称为火山灰水泥，在世界各地的许多地方都可以发现。 古罗马人在制造其独特的混凝土时，混合了大自然中的火山灰。他们将石灰和火山灰混合形成砂浆，而砂浆和火山凝灰岩被塞进木质的格体中。放入海水中，瞬间引发了热化学反应。水合的石灰是将水分子并入其结构中，与火山灰水泥混合在一起反应。 蒙泰罗说：“对于我们而言，火山灰在其实际应用中是重要的。制造更强大、更持久的现代混凝土可以使用更少的燃料、更少释放碳到大气中，这就是更深入地了解罗马人如何制造出无与伦比的混凝土所汲取的宝贵经验。” 绿色高性能混凝土承载着人们的希望。同时也让人们意识到，混凝土今后的发展历程，不仅仅是满足建筑功能的需求，很大程度上需要考虑对环境造成的影响。建筑与环境相互融入更能体现建筑的美，也能让人们赖以生存的环境更加舒适。无疑，该项研究的新发现给未来提供了一个混凝土强度和韧性的模型。古罗马采取的材料和使用的方式对未来生产绿色高性能的混凝土提供了有益的借鉴参考。