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特殊巖土的巖土工程勘察技術(shù)研究

2022-12-20 03:46:16劉昊
關(guān)鍵詞:靜力軟土黃土

◎劉昊

前言:我國地形地貌結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且多變,若所開展的工程項(xiàng)目位于地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域,將不利于巖土工程勘察作業(yè)的展開。對此,為高效落實(shí)各類特殊巖土的勘察工作,并保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性,就需重視多元化、科學(xué)化勘察技術(shù)的使用,以達(dá)到勘察目的。

一、常見特殊巖土工程勘察技術(shù)

1.室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)。

如果實(shí)際勘察時(shí),需在室內(nèi)搭建試驗(yàn)場景來解決巖土工程中存在的勘察問題,一般會(huì)選用物理場景模擬方式達(dá)到巖土工程指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn),以保證所勘察的數(shù)據(jù)信息與工程實(shí)際需求指標(biāo)相符。與此同時(shí),合理且科學(xué)的勘察、處理手段可實(shí)現(xiàn)深層次分析各類問題的目的,并以最快的時(shí)間制定出可行、有效的問題處理方案。通常情況下,需將巖土實(shí)際物理性能作為依據(jù)展開巖土物理性質(zhì)的分析工作,在此基礎(chǔ)上,采取水質(zhì)分析、壓縮測定等方式,達(dá)到對目標(biāo)的深入分析,為實(shí)現(xiàn)巖土勘察室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)創(chuàng)設(shè)有利條件。

2.巖層鉆探技術(shù)。

巖層鉆探勘察技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需依托于鉆機(jī)設(shè)備,以得到土層樣本,再由專業(yè)人員分析樣本理化性質(zhì)。技術(shù)應(yīng)用時(shí),先在施工場所內(nèi)合理選擇鉆探點(diǎn),緊接著根據(jù)地勢結(jié)構(gòu)科學(xué)選用機(jī)械設(shè)備,而在鉆探過程中,要求工作人員有效控制鉆探參數(shù),主要有鉆探深度、鉆探直徑等,以保證巖心采集率不低于90%。此外,還需盡可能多的采集鉆芯,并做好編號(hào)與保存工作,為后續(xù)勘察、檢測工作提供參數(shù)支持。

3.靜力觸探技術(shù)。

靜力觸探技術(shù)需在壓力裝置的幫助下實(shí)現(xiàn),技術(shù)應(yīng)用原理是將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗(yàn)土層(如圖1所示),再借助量測系統(tǒng)對貫入土體中的阻力進(jìn)行測量,以此完成土體容許承載力、變形模量的推測。靜力觸探技術(shù)通常被用于勘察中粗礫砂層以及粉細(xì)砂層。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展,該種勘察方法也得到相應(yīng)的優(yōu)化,現(xiàn)階段,會(huì)應(yīng)用數(shù)字化靜力觸探儀,并配置雙橋探頭,其規(guī)格如下:圓錐錐底截面積為10cm2、側(cè)壁面積為300cm2、探頭圓錐尖叫傾斜度為60°。

圖1 靜力觸探工具

4.原位測試技術(shù)。

該技術(shù)可細(xì)分為靜力觸探技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)灌注試驗(yàn)兩部分,前者應(yīng)用的勘察探頭為原裝液壓靜力接觸探頭,實(shí)現(xiàn)對巖土工程現(xiàn)場實(shí)際情況的勘察,從而得到極具可靠性、全面性的地質(zhì)參數(shù),并在信息技術(shù)幫助下,完成數(shù)據(jù)的進(jìn)一步整合與分析。而標(biāo)準(zhǔn)灌注試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)需借助落錘(如圖2所示),在此基礎(chǔ)上,執(zhí)行預(yù)先清孔工作,再以20次/秒的頻率開展試驗(yàn)。巖土勘察作業(yè)期間,原位測試技術(shù)的使用頻率較高,是最為基礎(chǔ)的勘察技術(shù)類型,與其他勘察技術(shù)相比,該技術(shù)表現(xiàn)出操作方法簡單、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)勢,有助于勘察工作的有序、有效推進(jìn),還能通過實(shí)地勘察獲取到更具準(zhǔn)確性的巖土工程物理力學(xué)以及實(shí)際位置等數(shù)據(jù)。

圖2 落錘

二、勘察技術(shù)在特殊巖土工程勘察工作中的運(yùn)用

1.軟土工程。

(1)巖土介紹。

軟土是一種細(xì)粒土(如圖3所示),該類巖土體現(xiàn)出孔隙大、含水量多、固結(jié)系數(shù)小的特點(diǎn),孔隙比大于、等于1.0。而軟土可細(xì)分為多種類型,比如淤泥、泥炭等,對軟土外觀進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn),其主要為灰黑色、灰色。我國的軟土通常存在于降水量多或水資源豐富地區(qū),如東南沿海、中西部湖沼地,這也是軟土含水量多的根本原因。

圖3 軟土

(2)地質(zhì)特征。

軟土土質(zhì)最為明顯的特征就是其內(nèi)部含有大量天然水分,遠(yuǎn)超過液體限額,與此同時(shí),該種特殊巖土還具有較高的壓縮性,與普通巖土相比,體現(xiàn)出強(qiáng)度低的特點(diǎn)。由于軟土天然孔隙大,且在滲水方面的性能較差,因此,通常表現(xiàn)為疏松性的特點(diǎn),若巖土所在區(qū)域發(fā)生地震或承受較大震力的情況,極易造成土層坍塌。

(3)技術(shù)實(shí)施。

在對軟土工程進(jìn)行勘察時(shí),既要滿足一般現(xiàn)場勘察要求,還需充分分析勘察區(qū)域軟土基本特性,以勘察結(jié)果為依據(jù),對現(xiàn)場實(shí)際勘察要求加以實(shí)時(shí)調(diào)整、優(yōu)化。首先,需著手于區(qū)域內(nèi)軟土形成原因、成層條件、層理特點(diǎn)以及垂直水平向均勻性情況的全方位調(diào)查;其次,全面測量軟土地殼硬殼層(如圖4所示)實(shí)際厚度與分布情況,并根據(jù)測量結(jié)果以及軟土固結(jié)歷史參數(shù),對軟土地質(zhì)可承受變形、破壞強(qiáng)度等加以估測;最后,對現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)面的填埋情況、微地貌形成與整體情況進(jìn)行細(xì)致、全面分析。

圖4 軟土地殼硬殼層分布

完成所有準(zhǔn)備工作后,便可著手于軟土地基的勘察工作,若所要勘測地區(qū)周邊區(qū)域承載受力相差較大,就需在開展勘察作業(yè)前,深入分析變形差異以及彼此間相互影響程度,這是因?yàn)檐浲联?dú)有特點(diǎn),無法承受較大的面積堆載力,因此,勘察人員需加大對各區(qū)域間影響程度的分析、勘測力度。此外,實(shí)際勘察時(shí),涉及到地基沉降的計(jì)算,可選用先分層、再總和的計(jì)算方式得到沉降結(jié)果,也可采取應(yīng)力歷史法來實(shí)現(xiàn)。但在此過程中應(yīng)注意,勘察人員不得局限于所使用的具體公式性算法,而是需根據(jù)多年勘察經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場實(shí)際情況合理選擇并加以修正,并站在多層面、多角度展開對巖土工程勘察作業(yè)實(shí)際要求的綜合分析與考慮。

2.膨脹土工程。

(1)巖土介紹。

膨脹土具有較強(qiáng)的吸水功能,且在吸收大量水分后其整體體積變大,而在失水后,又會(huì)有明顯收縮(如圖5所示),是一種極具粘性的巖土,一般分布于我國中西部地區(qū)。膨脹土的組成成分包括伊利石、蒙脫石,組成成分以及各成分比例的不同,其外觀呈現(xiàn)出的顏色也存在較大差異,主要有紅色、褐色、灰白色等。

圖5 膨脹土失水干縮

(2)地質(zhì)特征。

膨脹土地質(zhì)體現(xiàn)出高分散性、高塑性、高液限、吸水膨脹、失水收縮的特點(diǎn),具體參數(shù)如表1所示:

?

母巖與地質(zhì)成因的不同,會(huì)使膨脹土微結(jié)構(gòu)特征值發(fā)生變化,比如,灰白色膨脹土通常為殘積膨脹土,主要因巖石風(fēng)化而形成,結(jié)構(gòu)內(nèi)含有大量氧化鈣顆粒。

(3)技術(shù)實(shí)施。

膨脹土場地與地基的巖土工程勘察需達(dá)到一般場地與地基巖土工程勘察基本技術(shù)要求,與此同時(shí),還應(yīng)對膨脹土形成時(shí)代、原因以及埋藏分布特征等要素進(jìn)行全面調(diào)查與分析,并做好膨脹土工程特性評(píng)價(jià)、對周邊地質(zhì)環(huán)境影響程度預(yù)測等工作[3]。

膨脹土工程應(yīng)用到的勘察技術(shù)主要為室內(nèi)試驗(yàn)、巖層鉆探等技術(shù),為深入了解膨脹土特性,很多勘察人員選擇鉆探技術(shù)與原位測試技術(shù)相結(jié)合,在此基礎(chǔ)上,搭配靜力觸探技術(shù)、旁壓試驗(yàn)等方式,以此來綜合評(píng)價(jià)膨脹土。針對埋藏較淺的膨脹土,在勘察時(shí),可使用天然地基土進(jìn)行勘察,如果條件允許,也可使用浸水載荷試驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)對地基土承載力的確定,具體實(shí)施時(shí),取其破壞荷載的50%,將這一數(shù)值看做成承載力標(biāo)準(zhǔn)值。而對于大面積勘察工程來說,可借助檢測儀器模擬出巖土剖面,再選取有參考、研究價(jià)值的指標(biāo)。

但在勘察時(shí),工作人員需加強(qiáng)對三項(xiàng)工作的關(guān)注:其一,勘察野外膨脹土?xí)r,需對膨脹土顏色、狀態(tài)、濕度等要素進(jìn)行細(xì)致記錄,并根據(jù)勘探實(shí)際,對勘測區(qū)域的地表水排泄與聚集情況展開深入調(diào)查,同時(shí)還需分析地下水類型,尤其是上層滯水的排泄與富集情況,并匯總該區(qū)域常年水位變化,從中找出波動(dòng)規(guī)律。但在勘探過程中,若使用巖層鉆探技術(shù),不可出現(xiàn)為鉆探方便而在土層表面噴水問題,致使勘察結(jié)果受到影響,膨脹土取樣時(shí),也需對取樣位置進(jìn)行合理控制,一般為地面以下1~3.5m,不同勘測點(diǎn)間的距離應(yīng)大于0.5m,但不得超過1m,以保證取樣完整性。其二,應(yīng)用室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)勘測膨脹土?xí)r,應(yīng)嚴(yán)格按照勘測工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行,并以此為依據(jù),合理選擇多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目,除以往常規(guī)項(xiàng)目試驗(yàn)外,還需根據(jù)要求展開特殊試驗(yàn),確保試驗(yàn)結(jié)果豐富性,提高勘測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。其三,開展膨脹土勘測工作前,需計(jì)算巖土地基變形量,并根據(jù)不同地區(qū)不同條件選擇與之相匹配的計(jì)算方法,并對天氣條件所造成的影響加以綜合考量。

3.濕陷性黃土工程。

(1)巖土介紹。

濕陷性黃土通常是在受到作用于土質(zhì)本身上的壓力而形成的(如圖6所示),而土層原有的水分會(huì)在壓力下滲入土中,致使土層整體結(jié)構(gòu)受到破壞,并呈現(xiàn)出濕陷情況,便形成濕陷性黃土。當(dāng)前常見的巖土類型包括自重型、非自重型,主要由特殊巖土形成期間所受到的自重壓力來源而決定。

圖6 濕陷性黃土

(2)地質(zhì)特征。

黃土主要由粉粒組構(gòu)成,其含量占所有成分的50%~70%,該類巖土體現(xiàn)出孔隙大的特點(diǎn),孔隙比大于1,且自然形態(tài)下的黃土架構(gòu)主要為垂直節(jié)理或較大孔隙架空形式。這一特征的形成原因是黃土中存在負(fù)孔隙壓力以及可溶性鹽膠結(jié)物,不具備較強(qiáng)的壓縮性,而又在可溶鹽膠結(jié)物的作用下,表現(xiàn)出較大的粘聚力。若黃土中滲透大量水分,土質(zhì)整體壓縮性也會(huì)隨之增大,但粘聚力會(huì)逐漸變小。談及到的垂直節(jié)理所起到的影響就是改變濕陷性黃土滲透系數(shù),通常情況下,垂直滲透系數(shù)要大于水平向滲透系數(shù)的10倍以上。

(3)技術(shù)實(shí)施。

勘察濕陷性黃土?xí)r,需保證所使用的勘察技術(shù)能夠達(dá)到地基巖土工程勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)對勘察現(xiàn)場實(shí)際情況的細(xì)致分析,并結(jié)合分析結(jié)果估算該種巖土對周邊地質(zhì)環(huán)境的影響程度。此外,還需對黃土底層時(shí)代加以勘察,判斷底層成因,并全方位測量黃土層厚度,組織專業(yè)人員檢測勘察區(qū)域內(nèi)黃土所屬的濕陷類型,做好地下水變化幅度、黃土物理學(xué)性質(zhì)等要素的綜合考量。

勘察前,需嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)圖紙內(nèi)容確定勘察點(diǎn),還需結(jié)合周邊土質(zhì)類別以及巖土復(fù)雜情況合理布設(shè)勘察點(diǎn)具體位置,與此同時(shí),測量黃土厚度、預(yù)計(jì)壓縮層深度,以此為依據(jù),對勘察點(diǎn)深度進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際勘察時(shí),若濕陷性黃土為非自重類型,則需適當(dāng)增加勘察點(diǎn)深度,一般在基礎(chǔ)底面以下5m左右,而對于自重類型黃土,應(yīng)再向下延伸5m,但最終深度仍需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況以及具體土質(zhì)條件做出合理調(diào)整。

為保證勘察結(jié)果真實(shí)性、可靠性,需應(yīng)用到靜力觸探技術(shù)以及室內(nèi)試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)對黃土底層均勻性、巖土力學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步評(píng)價(jià),此外,也可采用荷載試驗(yàn)方式進(jìn)行,但需注意,該種方法的實(shí)施需依托于極具精準(zhǔn)性的濕陷起始?jí)毫?shù)據(jù)方可達(dá)到勘察目的。

結(jié)束語:工程建設(shè)期間,需加大對復(fù)雜區(qū)域特殊巖土的勘察力度,針對不同巖土類型合理篩選勘察技術(shù),明確各巖土工程的地質(zhì)特征,以保證勘察工作的有效、科學(xué)實(shí)施,規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,確保在可靠、全面勘察數(shù)據(jù)的支撐下,推動(dòng)工程項(xiàng)目有序、安全施工。

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