阿尔及利亚地质情况和勘探的经验体会
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1引言
阿尔及利亚位于非洲西北部，北临地中海，东临突尼斯、利比亚，南与尼日尔、马里和毛里塔尼亚接壤，西与摩洛哥、西撒哈拉交界，国土面积238.17万平方公里，总人口3380万（2006年）。该国正展开巨大的交通基础工程建设，计划建设总长9000km的电气化铁路网，其中新建线路4000km。Thenia至BBA铁路为阿尔及利亚规划重新构建的国家铁路网中东西战略铁路的组成部分，通过现代化改造以提高运能和运输质量、缩短首都Alger与东部重要城市Constantine的旅行时间；拟建设为时速160km的双线电气化客货共线的准高速铁路。本文针对笔者参与该铁路项目实施过程中所作的工作，对项目铁路地质条件、勘察技术的采用及中欧（法）勘察技术的差异展开讨论，以供海外类似项目参考借鉴。
2铁路项目工程地质条件
2.1地质构造路线总长度158km，路线所经地区位于阿尔及利亚北部，欧洲板块与非洲板块结合部前沿。由于强烈动力地质作用，断裂构造、次级褶曲非常发育（图1），岩层节理、劈理、层间错动非常显著，岩体非常破碎。
2.2地层岩性路线通过地区地层包括了从侏罗系以来的完整的地层序列，时间跨度不大，但岩性种类较多、岩性组合复杂，下面从新到老作简要叙述：
2.2.1第四系主要分布于平原区、丘陵或山地河谷或斜坡地段。平原区最大揭露厚度40m，岩性组成以粘性土为主，含砂、砾石及卵石层，常含一层或两层厚度0.5～2.0m左右的钙板层。丘陵或山地以含砾粘土或碎石为主，河谷阶地含卵石等粗粒堆积。
2.2.2上第三系（N）岩性以泥灰岩为主，色灰、灰绿、黄绿，质软、极易崩解，节理裂隙发育，缓倾层状构造，常含厚层砂岩夹层，质软，可机械挖掘。
2.2.3下第三系（E）岩性组成非常复杂（见图2），以泥岩为主，含大量砂岩夹层，局部地段相变为泥灰岩、千枚岩。其中泥岩灰色～灰黑色，风化后呈黄绿色～灰绿色，质软、易崩解裂解，节理裂隙发育，以包含大量砂岩、石灰岩碎屑或岩块为特征，岩层倾角、倾向变化较大；砂岩灰色～灰白色，风化后呈黄褐色，无论成分或是厚度均变化很大，质地坚硬，裂隙极发育，部分段落的砂岩极易软化；泥灰岩：灰色～灰绿色，厚层状，弱风化层中等硬度，易于软化，有崩解裂解现象；千枚岩：灰绿色，千枚理发育，节理裂隙发育，常常与大型断裂构造相伴产出。
2.2.4白垩系岩性以页岩或页片状泥灰岩为主（见图3），灰黑、灰绿色，风化后呈黄绿、灰绿色，质地软，薄层状或页片状，节理裂隙极发育，易崩解裂解，含砂岩或石灰岩薄夹层。
2.3地下水根据勘测区地下水的含水岩组、水动力特征、赋存条件、补给及排泄条件并结合勘探成果分析，含水岩组主要分为两类，第四系孔隙含水岩组和基岩孔隙裂隙含水岩组：前者主要位于平原区或者河谷阶地，地下水类型为潜水，地下水直接受大气降水补给，地下水位随季节变化很大，或者仅雨季含水；后者地下水的赋存无论从时间还是空间上分布均极不均匀，赋存状态多数情况下呈带状或囊状，主要赋存于砂岩夹层或断裂破碎带的适宜部位，地下水位、水量随季节变化并不显著。
2.4不良地质沿线发育的主要不良地质是滑坡和岩溶。
2.4.1滑坡滑坡是项目中最典型的，也是项目进行过程中影响最大的不良地质现象，如图4中PK94+775滑坡区视图。滑坡产生的原因较为复杂，主要是岩性不良，属地质病害多发地层。
2.4.2岩溶岩溶现象仅见线路后段的灰岩峡谷地带，线路以桥隧形式通过，主要体现为密集发育的溶孔、溶穴，代表性的岩溶如图5所示。
2.5特殊性岩土
2.5.1泥灰岩泥灰岩由于其质软、易崩解、抗风化能力差、具膨胀性。由于其特殊的工程性能将会导致挖方边坡滑移失稳、个别路段填方路基变形、泥灰岩挖方坡面冲刷严重，同时由于其工程性能差，不能作为路基填料而导致大量弃土、借土，代表性泥灰岩如图6所示。
2.5.2膨胀土除了泥灰岩外，膨胀土有所发现，其成因既有残积、坡积，也有冲洪积；其分布也涉及了从平原、丘陵到山区的各种地貌单元，如图7所示。泥灰岩是一具中等膨胀性的软质岩，经试验分析可知，自由膨胀率为81％，遇水易软化、失水易崩解、强度及承载力迅速降低是其主要特点。另外，泥灰岩节理裂隙发育，裂隙面粗糙，无充填，闭合，表面为铁锈薄膜，裂隙为地表水的下渗提供了又一通道，这也是泥灰岩边坡失稳的主要原因之一。
2.5.3腐蚀性岩石主要是指石膏层（图8），由于其易于溶蚀，具有强烈腐蚀性。
3勘探手段和方法
3.1地质及工程地质测绘1:50000的全线地质及工程地质测绘，从宏观上反映路线走廊带和小区域的地质条件、地震、不良地质和特殊性岩土等，为路线方案的优化提供地质依据；1:1000或1:2000的工点工程地质测绘反映工点范围的工程地质条件，为建筑场地稳定性评价、构造物墩台布置、隧道洞室围岩分类和隧道进出口的稳定性评价提供工程地质依据[1]。
3.2工程钻探与挖探目的在于查明勘探深度范围内的地层岩性、获取原状、扰动岩土试样及地下水试样，并进行相关原位测试、水文观测等。
3.3工程物探本次勘察主要采用地面浅层地震勘探(折射波法、反射波法、雷瑞面波法)、波速测孔及高密度电法等物探方法。主要应用于高边坡、隧址及沿线不良地质发育路段，目的在于确定岩土工程参数、辅助岩土工程分层、初步圈定溶洞、土洞的埋藏特征等，为场地类别划分、隧道围岩分类、路基边坡设计、地基基础工程施工、设计提供基础数据。
3.4原位测试原位测试通常用来进行岩土工程分层，划分场地类别、评价地基均匀性、计算岩土工程参数、计算地基承载力[2]。
3.4.1圆锥动力触探(PDA/PDB)独立或在钻孔内进行，适用于细粒土、软岩及平均粒径不超过60毫米的粗粒土壤。可通过连续贯入200mm的锤击数计算地基土的动贯入阻力，并据此计算地基土的极限承载力、静压桩或锤击桩极限承载力，划分场地类别。
3.4.2标准贯入试验（SPT）在钻孔内进行，适用于粉土、砂土及砾质土。并据此计算地基土的允许承载力及桩基的极限侧摩阻力、极限端阻力，划分场地类别。
3.4.3旁压试验自法国道桥工程师梅纳（Menard，1956）将预钻式旁压试验真正成为一项原位测试技术以来，经过几十年的完善、发展和推广应用，旁压技术在国外取得了很大成功。其应用领域涉及到地质条件评价、浅基础和深基础设计中承载力的确定、基础沉降计算诸多方面，已成为地基勘察和基础设计的实用、可靠方法。在阿尔及利亚公路和铁路勘察设计过程中，业主和外部监督均要求桥梁桩基的计算必须采用法国标准，即采用旁压试验所取得的参数来进行计算；然而在中国的桥梁桩基计算中，大多是通过土工、标贯、动探等原位测试来获得岩土的物理力学指标，通过查表、类比或地区经验等方式提供岩土体的容许承载力和极限摩阻力来计算桩长。旁压试验主要用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩等，以取得岩土的极限强度、旁压模量、初始应力[3,4]，并据此计算地基土的极限承载力及桩基的极限侧摩阻力、极限端阻力，划分场地类别。
3.4.4孔压水位计试验用于地下水位观测。
3.4.5浅层地震用于斜坡及隧道工程，以取得岩土波速参数。
3.4.6波速测孔用于隧道及构造物场地，以取得钻孔岩土波速参数。3.4.7钻孔测斜主要用于滑坡或不稳定边坡监控量测，以取得滑坡滑面深度或监控变形速度等参数。
3.5室内试验
3.5.1一般规定岩土、水试样采取应考虑工程对象、地层结构、岩性特征及试验目的[5]，通常情况下取样应满足下列规定：土试样的采取应考虑岩性特征及试验目的：Ⅰ级土试样通常在钻孔中采用专门取样设备完成或于探井中人工刻取；Ⅱ极土试样采用适宜取样设备完成；Ⅲ、Ⅳ级土试样可以岩芯代替；岩石试样可利用岩芯制作、挖探孔或于其它适宜部位直接刻取。
3.5.2取样数量
3.5.2.1构造物（包括桥梁、涵洞、挡墙）勘探点一般每1.0～2.0m取样一件，遇土层变化时应立即取样；当土层厚度大于5.0m时，可视具体情况分别于上、中、下部位各取样一件。粘性土（或细粒土）必须采取Ⅰ级土试样。对于长度大于100m的构造物，主要土层采取Ⅰ级土试样数量不得少于6件；一般构造物主要土层采取Ⅰ级土试样的数量不得少于3件；砂类土除采取Ⅲ、Ⅳ级土试样外，尚应分层采取代表性的Ⅰ、Ⅱ级土试样；岩石必须采取Ⅰ级试样，试样按不同岩性及风化等级分别采取，每一独立工点同一岩性及不同风化状态的取样数量均不得少于三件。
3.5.2.2路基（一般路基、挖方、填方及斜坡）勘探一般在10m以内每2.0m应取样1件，10m以下每2.0m～3.0m取样1件，如遇地层变化应立即取样。粘性土（或细粒土）取原状土样；砂类土除采取扰动试样外，尚应分层采取代表性的Ⅰ、Ⅱ级土试样。样品数量及等级由工程技术负责人根据工程特征或设计要求确定。如需采取Ⅰ级土试样原则上同一工点或每一独立地貌单元Ⅰ级土试样不宜少于6件。
3.5.2.3隧道勘探隧道孔均应采取岩土试样，且洞室顶面以上二至三倍洞室宽度范围内同一岩性及不同风化状态的取样数量均不得少于三组，若地质条件复杂、岩性条件较差时，取样数量尚应酌情增加。其他部位的取样数量可酌情减少。
3.5.2.4水试样的采取水样的采取要考虑工程类型、可能的地基基础型式、地貌单元、地质条件，以满足工程评价需求为原则。通常情况对大中桥，地表、地下水取样数量均不少于两件；长、特长隧道地下水取样数量不少于两件。但当含水构造复杂或有多个含水层时应分层取水试样，水试样的采取应能代表天然状态下的水质情况。另外需要特别说明的是对于特殊岩性土,取样质量、数量尚应满足专门评价要求。
3.5.3岩、土及水的试验指标
3.5.3.1土壤鉴别试验颗粒分析（筛分、沉降分析）、界限含水量、亚甲蓝、砂当量、有机质含量等，属土壤鉴别、分类指标，通常均属必做项目。
3.5.3.2物理试验天然含水量、孔隙率、容重、颗粒密度、膨胀系数(rapportdegonflement)、膨胀力(contraintedegon-flement)、渗透系数、岩石磨耗、岩块波速；
3.5.3.3力学实验抗压强度、抗剪强度、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、岩石抗拉强度、岩石杨氏模量、岩石波松比、岩软化系数、风化系数等；
3.5.3.4化学试验腐蚀性CO2、硫酸盐SO2-4、镁离子Mg2+、铵离子NH+、PH酸碱度及土壤和岩石的碳酸钙含量。
3.5.3.5岩土、水试样测试及试验应考虑工程对象、地层结构、岩性特征，以满足岩土鉴别，岩土工程评价、地基与基础设计计算、施工设计为前提。
4几点经验教训和体会
4.1法国和阿尔及利亚规范中无勘探点平面布置和深度确定的条文由于勘察设计理念及角色定位的不同，阿尔及利亚项目无论是勘察深度还是广度与国内勘察相比都更加深入和细致，具体主要表现在测试试验内容频次高、试验要求高、特别是对筑路材料的勘察完全突破了国内标准、理念及模式。另外，几乎找不到对勘探工作量有规定的规范。法国的岩土工程师就很难理解中国规范为什么对钻孔的间距和取土的间距都要规定得如此具体，而对于取土质量起关键作用的取土器的标准却不能严格执行。本文中所介绍的勘探点的平面布置和深度确定原则都是我们与设计外部监督、监理和业主顾问团碰撞交流同意后实施总结的，因地因人因项目而异。
4.2对现场钻探的孔压水位计试验要求特别严格。现场钻探的孔压水位计试验用于地下水位观测，我们按照国内习惯做法，仅仅在钻探的时候量取地下水位，而他们在钻探后下放安装PVC管，用砂粒石充填管子外壁和钻孔的孔隙，加盖加锁，每个阶段都对水位进行长期观测。在每一阶段(APS、APD、EXE)的地质勘察报告审核时，对会对我方现场钻探的孔压水位计提出审查修改意见。这点值得我们学习，尤其是出现滑坡等地质灾害的时候，能对地下水进行全程动态监测和分析。
4.3强调原位试验，特别是旁压试验梅纳尔旁压试验源自法国，从目前的法国规范体系而言，由于旁压试验广泛的适应性，在重要构造物基础设计中的地位是不可替代的。国内旁压试验应用不够广泛，我们在项目中需要学习，学习旁压试验现场操作、学习处理旁压成果资料，最重要的是与设计的配套接口问题，旁压成果资料地勘人员整理出来以后，设计人员怎样应用到桥梁桩基计算中去，也需要学习。
4.4国内勘察和设计的脱节问题在国外反映很明显
4.4.1国内设计院勘察设计组织脱节国内大部分设计院将下属勘察（岩土）分院（室、公司）与承担主体设计的分院（室）并列，项目组织框架中也将地质勘察作为一个独立专业与其它设计企业并列。
4.4.2国内勘察设计工程师知识结构脱节由于组织脱节，专业分工过细，一方面导致地质工程师长期集中于勘察部门，专门从事勘察工作；另一方面，主体设计部门又缺少相关地质人员，对勘察成果的应用过分依赖勘察单位。多年之后，地勘人员对公路专业知识知之甚微，难以领会设计要求，设计人员则将学校里曾经学过的并不扎实的地质知识还给了老师。这是我国工程师和国际岩土工程师的差异所在。设计院越庞大，内部专业分工越细，工程师知识结构越单一。工程师知识结构的脱节，则使得其综合素质及处理现场技术问题的能力大大降低。
4.4.3国内勘察成果与设计文件脱节按照现行勘察设计文件编制办法，地勘成果作为正式文件反映在设计成果中的内容不多，且大多为最终成果的摘要，缺乏对勘察成果的分析、评价和研究，地勘报告过于独立，与关联专业的结合不紧，设计应用和审查管理极为不便。欧美等国在设计文件组成及编排方面，将各专业地质勘察成果和相应设计融为一体，即便是小型构造物，或一小段挖方边坡，从地质技术报告、计算参数确定、基础计算、边坡稳定性验算到设计图纸汇编于一册，便于设计审查和施工管理，也会有效减少因专业接口矛盾而引发的质量事故。
4.5勘察收费和勘查队伍建设阿尔及利亚钻探收费价格在每延米1万第纳尔上下，折合人民币每延米1千元左右；室内试验当地也有国家实验室，价格也同样是国内的几倍。阿国现场钻探比较规矩，弄虚作假极少；但室内实验报告等待的时间比较久。阿尔及利亚使用的钻机大多为液压履带式钻机，而国内使用的简易钻机在这边不被监理和业主认可，对比见图9。阿国失业率很高，工作签证指标越来越控制，类似工程项目可以考虑以当地人力资源为主的专业化勘察队伍，承担该地区勘探和室内实验工作。先以钻探工人和实验操作员慢慢过渡到机长和实验分析员，这些在阿东西高速项目都有尝试，效果效益不错。
5结束语
本文以阿尔及利亚中土公司175铁路项目方案优化和设计审核的实践经历，总结了项目的工程地质条件，论述了在项目中采用的勘察手段和方法，分析了工程地质勘察过程中的几点经验教训和体会，可供海外类似项目同行参考。
