王娟 吳業(yè)聃 譚希鵬

摘要：本文首先介紹了復(fù)雜地質(zhì)條件下開(kāi)展巖土工程勘察設(shè)計(jì)的重要價(jià)值，隨后列舉了現(xiàn)階段適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的一些常用勘察技術(shù)，包括巖層鉆探技術(shù)、原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)分析等。最后總結(jié)了編制巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案的要點(diǎn)，例如確定巖土工程勘察點(diǎn)的間距、深度等，并在此基礎(chǔ)上采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，將基于復(fù)雜地質(zhì)條件的巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案，在勘測(cè)精度上明顯提升，滿足了勘察設(shè)計(jì)需要，為巖土工程建設(shè)提供了有利條件。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察? 地質(zhì)測(cè)繪? 原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)? 勘察精度

Geotechnical Investigation and Design Scheme Under Complex Geological Conditions

WANG Juan? ? WU Yedan? ?TAN Xipeng

（Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province，266550? China）

Abstract： This paper first introduces the important value of geotechnical engineering survey and design under complex geological conditions， and then lists some common survey technologies suitable for complex geological environment at this stage， including rock stratum drilling technology， in-situ test experiment， indoor test analysis and so on. Finally， the key points of compiling geotechnical investigation and design scheme are summarized， such as determining the spacing and depth of geotechnical investigation points. On this basis， the geotechnical investigation and design scheme based on complex geological conditions is compared with the traditional investigation and design scheme by means of comparative experiment. The experimental results show that the geotechnical engineering survey and design scheme proposed in this paper significantly improves the survey accuracy， meets the needs of survey and design， and provides favorable conditions for geotechnical engineering construction.

Key Words： Geotechnical investigation; Geological mapping; In situ test experiment; Survey accuracy

地質(zhì)勘察作為巖土工程建設(shè)前期的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，旨在獲取工程施工范圍及周邊的地質(zhì)、水文等信息，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展工程設(shè)計(jì)，為后續(xù)的工程基礎(chǔ)施工提供有價(jià)值的參考。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，為了保證勘察工作順利開(kāi)展，以及獲得全面、精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，必須要編制巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段許多施工單位將主要精力放在工程設(shè)計(jì)與施工方面，而對(duì)于前期的地質(zhì)勘察作業(yè)沒(méi)有給予高度重視。在這一背景下探究適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的巖土工程勘察設(shè)計(jì)技巧，無(wú)論是在提高勘察效率，還是增強(qiáng)勘察數(shù)據(jù)精度方面均有積極幫助。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下開(kāi)展巖土工程勘察設(shè)計(jì)的價(jià)值分析

在巖土工程勘察中，根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度將其分為三級(jí)。其中，Ⅲ級(jí)地質(zhì)的巖體類型、結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，一般不會(huì)出現(xiàn)顯著的性質(zhì)變化，工程建設(shè)中處理起來(lái)比較容易;Ⅱ級(jí)地質(zhì)雖然巖土種類有所增加，也存在性質(zhì)變化，但是通常不存在強(qiáng)烈的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)工程建設(shè)的影響不明顯;I級(jí)地質(zhì)具有巖土類別多樣、復(fù)雜，地形地貌多變，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等特點(diǎn)。在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行工程建設(shè)，必須要做好前期的巖土工程勘察，掌握工程范圍內(nèi)的地質(zhì)、水文等相關(guān)信息。并根據(jù)勘測(cè)所得資料，進(jìn)行科學(xué)的施工設(shè)計(jì)，這樣才能保證工程施工的順利進(jìn)行，以及切實(shí)提高工程建設(shè)質(zhì)量[1]。另外，復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行巖土工程施工時(shí)，還有可能因?yàn)橥馏w擾動(dòng)而發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)巖土工程勘察和科學(xué)設(shè)計(jì)，也能夠最大程度上避免表面巖土工程后續(xù)施工中發(fā)生安全事故，從而保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察技術(shù)

2.1巖層鉆探技術(shù)

巖層鉆探是利用臺(tái)式鉆探機(jī)，在提前標(biāo)記好的點(diǎn)位上，用鉆頭自上而下地鉆探深孔，達(dá)到指定深度后，在使用抓取裝置獲取巖土芯樣。然后在實(shí)驗(yàn)室中分析巖土樣品的成分、性質(zhì)，進(jìn)而了解巖土結(jié)構(gòu)、水文特點(diǎn)的一種技術(shù)[2]。在使用巖層鉆探技術(shù)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：第一，選擇合適的鉆具。如果存在較為堅(jiān)硬的巖石，應(yīng)選擇硬度較大的合金鉆頭，一方面能夠提高鉆進(jìn)速度，另一方面也能夠減輕鉆具磨損，對(duì)防止鉆頭卡主、鉆桿斷裂等問(wèn)題也有一定幫助。第二，在鉆探深度超過(guò)10m，并且?guī)r層硬度較大時(shí)，應(yīng)向鉆孔內(nèi)注入泥漿，既可以起到保護(hù)孔壁，防止鉆孔坍塌、埋管的效果，同時(shí)也能發(fā)揮冷卻鉆頭的作用，延長(zhǎng)鉆具的使用壽命。第三，復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用巖層鉆探技術(shù)，應(yīng)密切關(guān)注鉆探機(jī)的進(jìn)給速度、進(jìn)給壓力等示數(shù)，在遇到堅(jiān)硬孤石或者鉆入地下溶洞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)示數(shù)突變的現(xiàn)象。施工人員要靈活調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，保證鉆探作業(yè)的順利完成。

2.2原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)

原位測(cè)試是不改變巖土層的結(jié)構(gòu)和位置，然后對(duì)其應(yīng)力條件、物理成分、工程力學(xué)指標(biāo)等進(jìn)行測(cè)定的一種方法。根據(jù)測(cè)定方式的不同，又能夠細(xì)分成靜力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等若干類型。以靜力初探試驗(yàn)為例，其操作方法為：選擇一個(gè)帶有探頭的圓錐體，以靜壓力將其勻速壓入待測(cè)土層中[3]。利用探頭反饋的數(shù)據(jù)，可以測(cè)得貫入阻力，根據(jù)阻力的大小確定巖土工程性質(zhì)。相比于室內(nèi)土工試驗(yàn)分析等巖土工程勘察方法，靜力觸探試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于操作方便，并且環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適合在野外復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行勘察作業(yè)。但是該技術(shù)在野外勘察作業(yè)也是有一定的缺陷，例如獲取的信息有限，只能用于劃分土層、確定巖土工程性質(zhì)，而無(wú)法對(duì)巖土的理化性質(zhì)、水文特點(diǎn)等進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。

2.3室內(nèi)試驗(yàn)分析

室內(nèi)土工試驗(yàn)可用于測(cè)定巖土的物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)，為巖土工程的設(shè)計(jì)與施工提供必要的參考。在一些設(shè)備比較完善的實(shí)驗(yàn)室，可提供開(kāi)展的土工試驗(yàn)項(xiàng)目較多，例如土的粒徑分析試驗(yàn)、含水率試驗(yàn)、相對(duì)密度實(shí)驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)等等。以粒徑分析試驗(yàn)為例，從巖土工程施工范圍內(nèi)，隨機(jī)獲取若干土樣，并使用實(shí)驗(yàn)室的烘干機(jī)將其完全烘干，之后將土樣研磨、碾散，成為均勻顆粒狀。使用細(xì)目曬過(guò)篩后稱重，確定各個(gè)粒徑范圍內(nèi)土粒重的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制土樣的粒徑分布曲線，方便工程人員了解巖土的組成與性質(zhì)。相比于原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)，由于室內(nèi)土工試驗(yàn)需要從復(fù)雜地質(zhì)條件下采集土樣，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析，因此必須要科學(xué)采樣，保證樣品具有代表性，提高試驗(yàn)結(jié)果的參考價(jià)值[4]。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案

3.1確定巖土工程勘察點(diǎn)的間距

相比于普通地質(zhì)條件，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下開(kāi)展巖土工程勘察，要想獲得更加全面、準(zhǔn)確的信息，必然要增加勘察點(diǎn)的數(shù)量，提高勘察點(diǎn)的密度。因此，在編制勘察設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)合理確定該范圍內(nèi)勘察點(diǎn)的間隔距離。在布設(shè)勘察點(diǎn)時(shí)，應(yīng)以土工建筑物周邊線或角點(diǎn)作為參考物?？紤]到復(fù)雜地質(zhì)條件有可能對(duì)土工建筑的受力層產(chǎn)生影響。因此在地勢(shì)起伏明顯的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)在原來(lái)設(shè)計(jì)好的2個(gè)勘察點(diǎn)之間，再增加一個(gè)勘察點(diǎn)，并且盡量使其位于勘察范圍內(nèi)的最高或最低點(diǎn)上，從而更加全面地獲取地質(zhì)信息的變化情況。另外，土工建筑的施工要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，也會(huì)對(duì)勘察點(diǎn)間距設(shè)計(jì)有影響。例如高層建筑中，對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求，這種情況下也需要臨時(shí)增加勘察點(diǎn)數(shù)量。通常認(rèn)為復(fù)雜地質(zhì)條件下勘察點(diǎn)的間隔距離在20-25m比較合適。

3.2修正巖土工程勘測(cè)點(diǎn)的深度

勘測(cè)點(diǎn)的深度是巖土工程勘察設(shè)計(jì)中必須要重視的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在布置多個(gè)勘測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量使其分布在不同的深度，這樣才能充分了解各個(gè)土層的巖土性質(zhì)、水文特點(diǎn)，讓巖土工程勘察數(shù)據(jù)更加豐富和詳盡。在復(fù)雜地質(zhì)下開(kāi)展巖土工程勘察，鉆孔的深度通常要比常規(guī)地質(zhì)條件下的鉆孔深度更大。為了保證鉆探順利，要結(jié)合地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的鉆孔設(shè)備。需要注意的是對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)或高大建筑物，在設(shè)計(jì)勘測(cè)點(diǎn)深度時(shí)，還必須考慮因?yàn)榈鼗两?、變形帶?lái)的影響。要求勘測(cè)點(diǎn)的深度必須大于地基變形計(jì)算深度[5]。

3.3完成巖土工程勘察方案的編制

在確定勘測(cè)點(diǎn)間隔距離和設(shè)計(jì)深度等基本信息的前提下，編制巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案。該方案中應(yīng)包含以下內(nèi)容：第一，適合復(fù)雜地質(zhì)條件下的勘察技術(shù)。如上文介紹，目前野外巖土工程勘察所用的技術(shù)手段有多種，既有比較常規(guī)的巖層鉆探技術(shù)、地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)，也有近幾年興起的基于高端儀器、大數(shù)據(jù)技術(shù)的地質(zhì)勘測(cè)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。在編制勘察設(shè)計(jì)方案時(shí)，要明確說(shuō)明巖土工程勘察作業(yè)中使用哪一種技術(shù)，并且對(duì)技術(shù)的操作流程、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等做明確說(shuō)明，保證勘察作業(yè)的順利開(kāi)展。第二，要明確精度要求，并根據(jù)該要求對(duì)勘察所得數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、處理，保證最終所得勘察結(jié)果的可信度[6]。

4 巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案的仿真實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為了驗(yàn)證上文所述巖土工程勘察設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，將傳統(tǒng)勘察設(shè)計(jì)方案作為對(duì)照組，將本文基于復(fù)雜地質(zhì)條件下設(shè)計(jì)的勘察方案作為實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)次數(shù)為7次，對(duì)比兩組的勘測(cè)精度。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在仿真實(shí)驗(yàn)中，分別記錄7次實(shí)驗(yàn)中的勘測(cè)數(shù)據(jù)，并繪制以勘察精度為y軸、以實(shí)驗(yàn)次數(shù)為x軸的二維坐標(biāo)圖，如圖1所示。

結(jié)合上圖可以發(fā)現(xiàn)，本文基于復(fù)雜地質(zhì)條件設(shè)計(jì)的巖土工程勘察方案，整體上勘察精度要高于傳統(tǒng)的巖土工程勘察方案，并且第6次勘察時(shí)，精度最高，達(dá)到了1.1cm。

5結(jié)語(yǔ)

巖土工程建設(shè)中不可避免會(huì)遇到一些特殊、復(fù)雜地質(zhì)。通過(guò)提前開(kāi)展地質(zhì)勘察，獲取工程范圍內(nèi)的地質(zhì)、水文信息，從而為工程建設(shè)提供必要的參考。復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土工程勘察，要想提高勘測(cè)效率、保證勘察精度，發(fā)揮勘察設(shè)計(jì)的價(jià)值，一方面是要科學(xué)選擇勘察方法，例如原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)、巖層鉆探技術(shù)等;另一方面還要結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)從巖土工程勘察點(diǎn)的間距、深度，以及勘察設(shè)計(jì)方案的編制等細(xì)節(jié)上，采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。通過(guò)切實(shí)提高該設(shè)計(jì)方案的參考價(jià)值，為后續(xù)的巖土工程施工提供必要的幫助。

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