福建某核電工程地基巖體工程特性分析評(píng)價(jià)

翁 磊

（福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福建 福州 350011）

1 引言

目前，我國(guó)絕大多數(shù)核電廠是在適宜建設(shè)各種類型核電廠的Ⅰ類廠址上選擇和建設(shè)的，其對(duì)于地基安全性、穩(wěn)定性和巖土層的均勻性都有很高的要求。核電廠的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要求包括對(duì)核電廠結(jié)構(gòu)與地基材料的相互作用問題詳細(xì)的研究，且在初步可行性研究階段需對(duì)廠址的場(chǎng)地穩(wěn)定性、地基條件、環(huán)境地質(zhì)等做出初步評(píng)價(jià)，在可行性研究階段需對(duì)廠址在巖土工程方面的適宜性作出評(píng)價(jià)。文章通過工程地質(zhì)測(cè)繪、工程地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試、工程物探和室內(nèi)試驗(yàn)等勘察方法和手段，對(duì)福建某核電工程地基巖體的工程特性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，判斷其場(chǎng)地適宜性。

2 工程地質(zhì)條件概述

2.1 地形地貌

廠址區(qū)位于福建東北部一處近岸島嶼上，孤島四面環(huán)海，陸域主要屬剝蝕丘陵地貌，整體長(zhǎng)約2.5 km，寬220～800 m，山體東西兩側(cè)較高，中間鞍部狹長(zhǎng)，呈啞鈴狀，最高峰海拔約為189 m，廠址區(qū)原貌見圖1?，F(xiàn)階段東側(cè)1、2 號(hào)機(jī)組場(chǎng)地已整平至廠坪標(biāo)高為+18 m。

圖1 廠址區(qū)島嶼原貌

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

廠址近區(qū)域（廠址外圍不小于25 km 范圍）位于閩東火山斷拗帶東北部或閩東燕山期陸緣活化帶之福鼎——云霄火山斷陷帶北段，更大區(qū)域上屬于浙閩粵中生代火山巖帶的一部分。區(qū)域性的福鼎——霞浦?jǐn)嗔褞ж灤┙鼌^(qū)域，因而區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造形成了以NNE向斷裂為主、NEE 向斷裂次之、伴有零星NW 向斷裂的斷裂分布格局。

廠址附近（廠址外圍不小于5 km 范圍）地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，但受區(qū)域構(gòu)造影響，構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育（如圖2），以走向?yàn)镹E40°～70°的剪節(jié)理為主，北東向節(jié)理往往控制了山脈的走向，尚發(fā)育有北東走向的各類巖脈，如圖3。節(jié)理發(fā)育多為壓性或壓扭性，節(jié)理面比較平直，沿走向及傾向略有舒緩波狀起伏，裂隙面粗糙，多呈閉合或微張狀態(tài)，基本無充填物。

圖2 共軛節(jié)理

圖3 閃長(zhǎng)玢巖巖脈

廠址SL-2 級(jí)地面運(yùn)動(dòng)水平向峰值加速度為0.15 g；抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g。設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

2.3 巖體特征

山體剝離后揭露的地基主要為巖石地基，主要由燕山晚期第四次侵入花崗斑巖（γπ53d）、燕山晚期第五次侵入長(zhǎng)石斑巖（ξλπ53e）組成，局部分布有閃長(zhǎng)玢巖（δμ1）巖脈。

花崗斑巖：為廠址區(qū)第二大巖性巖石，呈肉紅色或淺肉紅色、灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基質(zhì)呈顯微粒狀、指紋狀結(jié)構(gòu)，由石英、鉀長(zhǎng)石及少量長(zhǎng)石、黑云母組成。斑晶占20%～30%，由鉀長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石、石英、黑云母組成，晶洞構(gòu)造不發(fā)育。

長(zhǎng)石斑巖：為廠址區(qū)內(nèi)分布最廣泛的巖性。巖石呈肉紅色，風(fēng)化后呈淺灰色～灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)似球粒嵌晶結(jié)構(gòu)，斑晶以斜長(zhǎng)石為主，鉀長(zhǎng)石次之。斜長(zhǎng)石呈半自形柱狀，聚片雙晶清晰，屬更長(zhǎng)石，被鱗片狀絹云母零星交代。鉀長(zhǎng)石受輕微泥化。基質(zhì)由長(zhǎng)石、石英組成，長(zhǎng)石、石英交生呈似球粒狀，嵌布著小條狀堿性長(zhǎng)石。巖石中局部見小團(tuán)塊狀綠簾石交代。斑晶含量：斜長(zhǎng)石（5%～10%），鉀長(zhǎng)石（3%～5%），基質(zhì)85%～90%。場(chǎng)地內(nèi)長(zhǎng)石斑巖與花崗斑巖緊密接觸，接觸面傾角多在40°～80°范圍，以60°以上高傾角為主，其接觸情況見圖4 巖芯照片。

圖4 花崗斑巖和長(zhǎng)石斑巖緊密接觸

閃長(zhǎng)玢巖：為本次勘察場(chǎng)地內(nèi)揭露的巖脈，斑狀結(jié)構(gòu)——基質(zhì)微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部可見流紋構(gòu)造，巖石呈灰綠色，基質(zhì)由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、暗色礦物、不透明礦物構(gòu)成，后期侵入長(zhǎng)石斑巖裂隙中，呈條帶狀分布，微風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖巖脈與圍巖接觸緊密，如圖5 巖芯照片所示。

圖5 閃長(zhǎng)玢巖巖脈與圍巖緊密接觸

3 巖體工程地質(zhì)特性

3.1 巖石風(fēng)化程度

巖石風(fēng)化程度按五分法進(jìn)行分類，即全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化、微風(fēng)化和未風(fēng)化。劃分標(biāo)準(zhǔn)主要為按結(jié)構(gòu)破壞程度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況和鉆進(jìn)難易程度等野外鑒別方法進(jìn)行的定性劃分，以及利用聲波速度和巖石力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行的定量劃分。

將巖體、巖塊的縱波速度和飽和單軸抗壓強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各類巖石在不同風(fēng)化程度下的定量劃分參數(shù)值見表1。根據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地內(nèi)三種巖性在同一風(fēng)化程度下的縱波速度值大致相當(dāng)，而不同風(fēng)化程度巖體對(duì)應(yīng)的波速值差異明顯，場(chǎng)地內(nèi)各種風(fēng)化程度巖體特征如下。

表1 巖石風(fēng)化程度綜合定量評(píng)價(jià)表

（1）中等風(fēng)化巖體：原巖礦物局部發(fā)生變化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面見少量蝕變礦物，結(jié)構(gòu)部分破壞；巖體聲波速度實(shí)測(cè)范圍值為2 558～3 900 m/s，巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，較破碎～較完整，局部破碎。

（2）微風(fēng)化巖體：原巖礦物基本未發(fā)生變化，局部發(fā)育節(jié)理裂隙，節(jié)理面稍有變色，結(jié)構(gòu)基本未破壞；巖體聲波速度實(shí)測(cè)范圍值為4 513～5 355 m/s，巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，較完整～完整。

從鉆孔聲波測(cè)試的曲線波型，也可在一定程度上反映出風(fēng)化帶的風(fēng)化特征。通過對(duì)鉆孔聲波曲線波型的對(duì)比分析和研究，中等風(fēng)化帶聲波曲線呈長(zhǎng)尖刺狀鋸齒形態(tài)；微風(fēng)化帶可視作均質(zhì)的彈性體，曲線呈孤立的長(zhǎng)刺狀鋸齒形態(tài)。

3.2 巖石堅(jiān)硬程度

巖石的堅(jiān)硬程度根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度可分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。各類風(fēng)化巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度見表1，其中各中等風(fēng)化巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為46.40～48.85 MPa，軟化系數(shù)0.88～0.92，屬較硬巖；各微風(fēng)化巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為83.39～88.54 MPa，軟化系數(shù)0.88～0.92，屬堅(jiān)硬巖。

3.3 巖體基本質(zhì)量分級(jí)

3.3.1 結(jié)構(gòu)面特征

場(chǎng)地內(nèi)共選取11 個(gè)節(jié)理統(tǒng)計(jì)點(diǎn)累計(jì)統(tǒng)計(jì)節(jié)理206 條，主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙，各組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果及主要特征見表2，全區(qū)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)圖見圖6。

表2 廠址區(qū)巖石節(jié)理裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)表

圖6 全區(qū)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)圖

核島區(qū)、常規(guī)島區(qū)基底以下均為微風(fēng)化基巖，其巖體結(jié)構(gòu)面主要以原生節(jié)理為主，陡傾角居多，結(jié)構(gòu)面輕度發(fā)育，一般呈閉合～微張狀態(tài)，節(jié)理面多平滑，結(jié)構(gòu)面輕度發(fā)育，結(jié)合程度好。

聯(lián)合泵房等基底以下多為中等風(fēng)化基巖，其巖體結(jié)構(gòu)面主要以構(gòu)造節(jié)理為主，受主構(gòu)造方向控制，陡傾角居多，局部節(jié)理密集，多為剪切節(jié)理，節(jié)理面多較粗糙，部分鐵錳質(zhì)浸染，結(jié)構(gòu)面輕度～中等發(fā)育，結(jié)合程度一般。

3.3.2 巖體完整程度

（1）定性評(píng)價(jià)。對(duì)勘察場(chǎng)地內(nèi)巖體完整程度的定性評(píng)價(jià)可從鉆孔巖芯的結(jié)構(gòu)面編錄情況、各風(fēng)化段壓水試驗(yàn)以及孔內(nèi)電阻率測(cè)試結(jié)果等三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。各類巖石在不同風(fēng)化程度下的巖體完整程度定性評(píng)價(jià)指標(biāo)分析詳見表3。

表4 地基巖體主要物理力學(xué)參數(shù)

綜合鉆孔巖芯編錄數(shù)據(jù)、鉆孔壓水試驗(yàn)成果和孔內(nèi)電阻率測(cè)試結(jié)果等三種指標(biāo)，定性評(píng)價(jià)基底微風(fēng)化巖巖體完整程度屬于較完整～完整，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育；基底中等風(fēng)化巖巖體完整程度屬于較破碎～較完整，局部破碎節(jié)理裂隙發(fā)育。

（2）定量評(píng)價(jià)。通過測(cè)定孔內(nèi)不同深度段巖體聲波的傳播速度，根據(jù)孔內(nèi)巖體聲波速度與室內(nèi)測(cè)定的巖塊聲波速度的比值，定量判定巖體的完整程度。各類巖石在不同風(fēng)化程度下的巖體完整程度定量評(píng)價(jià)指標(biāo)分析詳見表3，其中微風(fēng)化巖完整性指數(shù)0.72～1.00，屬于較完整～完整，其中花崗斑巖的巖體完整程度略低于其他微風(fēng)化巖；中等風(fēng)化巖完整性指數(shù)0.46～0.75，局部0.24～0.31，屬于較破碎～較完整，局部破碎，各巖性的巖體完整程度差異較小。

3.3.3 巖體基本質(zhì)量分級(jí)

巖體基本質(zhì)量是巖體所固有的、影響工程巖體穩(wěn)定性的最基本屬性，由巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度所決定。巖體基本質(zhì)量分級(jí)則根據(jù)巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）兩者相結(jié)合來確定，其中巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）計(jì)算結(jié)果見表3。

通過以上定性分析和定量計(jì)算，廠區(qū)內(nèi)中等風(fēng)化巖為較堅(jiān)硬巖，巖體較完整～較破碎，局部破碎，BQ=306～426，巖體基本質(zhì)量等級(jí)以Ⅲ～Ⅳ級(jí)為主；微風(fēng)化巖為堅(jiān)硬巖，巖體完整～較完整，BQ=405～634，巖體基本質(zhì)量等級(jí)主要為Ⅱ～Ⅰ級(jí)，局部為Ⅲ級(jí)。

3.4 巖體物理力學(xué)特性

為評(píng)價(jià)場(chǎng)地內(nèi)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，在勘察場(chǎng)地內(nèi)還進(jìn)行了單孔波速測(cè)試、跨孔波速測(cè)試、鉆孔彈模測(cè)試等多種原位測(cè)試，并采取了鉆孔巖芯進(jìn)行巖石單軸抗壓強(qiáng)度、單軸壓縮變形、巖石聲測(cè)試和阻尼比等多種室內(nèi)試驗(yàn)。

因個(gè)別統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少，在參數(shù)的確認(rèn)上選取了不同測(cè)試或試驗(yàn)方法的結(jié)果，各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)詳見表4。動(dòng)態(tài)參數(shù)中縱、橫波速和動(dòng)彈模量Ed、動(dòng)剪切模量Gd和動(dòng)泊松比μd的確定，微風(fēng)化長(zhǎng)石斑巖以跨孔法波速測(cè)試結(jié)果為依據(jù)確定，取平均值；微風(fēng)化花崗斑巖和微風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖巖脈因跨孔法測(cè)試數(shù)據(jù)較少，以單孔波速測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，取平均值。

4 巖石地基評(píng)價(jià)

4.1 巖石地基均勻性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

核島區(qū)、常規(guī)島區(qū)基礎(chǔ)持力層主要為微風(fēng)化長(zhǎng)石斑巖，僅在局部地段出露微風(fēng)化花崗斑巖和微風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖，各微風(fēng)化巖物理力學(xué)性質(zhì)差異較小且接觸緊密，可判定屬均質(zhì)地基。微風(fēng)化巖石地基承載力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)基底壓力，且地基巖體中沒有可導(dǎo)致傾覆滑移的緩傾角、連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層，亦無臨空面，因此地基穩(wěn)定。

聯(lián)合泵房區(qū)等構(gòu)筑物基礎(chǔ)持力層主要為中等風(fēng)化長(zhǎng)石斑巖，僅在局部地段出露中等風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖，各中等風(fēng)化巖物理力學(xué)性質(zhì)差異較小且接觸較為緊密，可判定屬均質(zhì)地基。中等風(fēng)化巖石地基承載力大于設(shè)計(jì)基底壓力，且地基巖體中沒有可導(dǎo)致傾覆滑移的緩傾角、連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層，亦無臨空面，因此地基穩(wěn)定。

4.2 場(chǎng)地穩(wěn)定性和適宜性評(píng)價(jià)

建筑地段地貌簡(jiǎn)單，場(chǎng)地范圍內(nèi)分布均為中等～微風(fēng)化基巖，無斷裂構(gòu)造通過，地質(zhì)構(gòu)造主要發(fā)育節(jié)理裂隙。場(chǎng)地出露的巖體主要為微風(fēng)化長(zhǎng)石斑巖，局部地段分布微風(fēng)化花崗斑巖及微風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖巖脈，巖脈呈條帶狀分布于長(zhǎng)石斑巖中，接觸緊密。巖體抗壓強(qiáng)度高，不易軟化、耐崩解性好，巖體質(zhì)量較好。場(chǎng)地內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，無不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。整體認(rèn)為建筑場(chǎng)地穩(wěn)定，適宜廠區(qū)建設(shè)。

5 結(jié)束語

福建沿海及近岸島嶼巖性多以火成巖為主，文章所述核電廠區(qū)內(nèi)主要巖性為長(zhǎng)石斑巖，局部揭露有花崗斑巖和閃長(zhǎng)玢巖。評(píng)價(jià)該場(chǎng)地是否適宜核電廠建設(shè)，除了考慮巖體工程特性是否滿足建設(shè)要求外，還需考慮各種巖性在物理力學(xué)性質(zhì)上的差異對(duì)地基均勻性和穩(wěn)定性的影響。通過采用多種手段獲得不同參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)判，廠區(qū)內(nèi)各微風(fēng)化巖體、各中等風(fēng)化巖體之間物理力學(xué)性質(zhì)差異較小，可按均質(zhì)地基考慮。廠區(qū)巖體工程特性良好，屬Ⅰ類廠址，是核電廠選址和建設(shè)的合適場(chǎng)地。