論述優(yōu)化巖土勘察工程與地基設(shè)計分析

樊景國 付 嵩

[摘要] 本文作者結(jié)合國家現(xiàn)行勘察與設(shè)計規(guī)范,分析了巖土工程勘察與設(shè)計工作中若干易出現(xiàn)的問題,并提出了一些解決問題的個人看法。

[關(guān)鍵詞] 巖土勘察工程與施工地基設(shè)計

目前根據(jù)巖土工程勘察與地基設(shè)計工程建設(shè)的發(fā)展,至今已取得優(yōu)秀的成績,但一些相關(guān)的理論還在處于初步階段,如何提高勘察及設(shè)計水平、為用戶提供安全和經(jīng)濟的最終產(chǎn)品是每一個巖土工程師的責(zé)任和義務(wù)。在巖土工程勘察與地基設(shè)計過程中,會出現(xiàn)一些規(guī)范理解不透、有些是規(guī)范本身存在不足的,下面本人就巖土工程勘察與地基設(shè)計中的若干問題提出自己的認(rèn)識,以供同行借鑒。

1. 巖土工程勘察

1.1 野外踏勘與資料搜集

這2項工作可以幫助我們了解場地地形、地貌、地層及施工條件,一方面減少勘探工作的盲目性,做到有的放矢,另一方面使勘察成本合理,增強勘探單位相對競爭力。這主要體現(xiàn)在以下3個方面:(1)擬建建筑基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式。 (2)場地地層工程地質(zhì)性質(zhì) (3)勘探方式的合理確定。不同的地區(qū)、地層勘探方法差別很大.

1.2 原始資料的采取

巖土工程勘察一般時間短、任務(wù)重,取準(zhǔn)、取全原始資料是巖土工程勘察的最基本的工作,任何誤判和假象均會直接影響工程勘察的質(zhì)量。這主要體現(xiàn)在以下3個方面:

(1)野外地層的劃分應(yīng)盡量詳細(xì)。按顏色、狀態(tài)、濕度甚至鉆進(jìn)難易程度、巖心采取率等不同指標(biāo)詳細(xì)劃分,為室內(nèi)資料整理提供最詳實的編錄地質(zhì)資料;對多鉆機共同作業(yè)情況,應(yīng)首先集中技術(shù)人員勘探一二個鉆孔,統(tǒng)一編錄形式,避免各行其事,盡而造成野外資料分層、定性、描述等難以統(tǒng)一,給資料整理帶來困難。

(2)原位測試應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。靜力觸探試驗時為減少零漂應(yīng)定深調(diào)零,尤其在氣溫與地溫相差較大的冬天、夏天,觸探指標(biāo)相差較大;標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗按規(guī)定進(jìn)行桿長和孔深校正,一方面可以保證在縮徑和孔底有殘留時測試位置控制在應(yīng)測試段,另一方面可以及時發(fā)現(xiàn)極軟弱地層標(biāo)貫自陷、自沉現(xiàn)象,從而確保標(biāo)貫數(shù)據(jù)的真實性。重型及超重型動力觸探按規(guī)定需連續(xù)貫入。由于碎石類土采樣難、巖心采取率低(因鉆進(jìn)多采用泥漿循環(huán),細(xì)顆粒易沖失),對碎石類土的相對軟弱夾層較難發(fā)現(xiàn),碎石土的承載力一般較好,但其均勻性對地基變形影響很大,現(xiàn)實中不乏因碎石土的局部夾層導(dǎo)致建筑不均勻變形過大的實例,連續(xù)貫人是發(fā)現(xiàn)碎石土有無相對軟弱夾層、判定碎石土均勻性和密實程度的必然要求。但也有人認(rèn)為連續(xù)貫人效率較低且起桿困難,在勘探時不能做到連續(xù)貫人。

(3)地下水位的觀測。一方面充分考慮周圍地下水開采因素,另一方面觀測應(yīng)在最后一個鉆孔施工24h后進(jìn)行,再者水位觀測宜與鉆孔標(biāo)高回測相結(jié)合。我們知道,由水位換算地下水的正確流向允許±2cm的誤差,水位量測直接參照孔口是根本無法滿足該要求的(水位深度會因孔口參照位置不同而不同)。

1.3 室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗可以測定巖土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),但這是建立在原狀的土樣和正確的試驗方法基礎(chǔ)上的,若脫離其中任何一個方面均會使試驗指標(biāo)可信性大大降低。這主要體現(xiàn)在以下3個方面:

(1)原狀土樣的采取、保管。首先,不同的土應(yīng)采用相匹配的取土器采取土樣,如軟土宜采用薄壁取土器,堅硬的土可采用單動或雙動二重管取土器,有些勘探單位為圖省事經(jīng)常采用鉆進(jìn)巖心切取土樣(既欺騙甲方又欺騙自己);其次,土樣要妥善保管,夏天要防曬、冬天要防凍、送樣要及時(尤其是易失水的粉土等)、存放要合理(不宜放到汽車鉆駕駛室內(nèi),以免使土樣振動、受熱)。

(2)土的定性劃分。要對各種土的基本工程地質(zhì)性質(zhì)加深理解,掌握各種類型土的區(qū)域分布情況。如膨脹土的特征是液限及塑性指數(shù)高、具裂隙,而且在50及100k Pa壓力固結(jié)試驗時會出現(xiàn)百分表測出的變形量小于同級荷載作用下的儀器變形量的情況(因我國膨脹土的膨脹力一般在50～100k Pa之間),若不注意這些特點,很容易把膨脹土定名為常規(guī)的粘性土。此外,對粉土定名時不能只重視塑性指數(shù)≤10的指標(biāo),還要注意粒徑>0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%的指標(biāo),若僅按塑性指數(shù)劃分必然會造成一些誤判(如粉砂有時也可測定一定的塑性指數(shù)),另外對粉土進(jìn)行承載力深寬修正和液化判別時均須根據(jù)其粘粒含量數(shù)值來進(jìn)行計算,故粉土的粘粒含量是必做的項目。在有些地方,由于建筑不需進(jìn)行液化判別且粉土非持力層不必進(jìn)行深寬修正,而常常省略了粘粒含量試驗。

(3)剪切方法的選擇。直剪試驗剪切破壞面與實際土體剪切破壞面不一致,剪切時排水條件不易控制,按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—1999)規(guī)定,快剪試驗只適用于滲透系數(shù)<10-6cm/s的細(xì)粒土,而粉質(zhì)粘土及粉土滲透系數(shù)一般大于10-6cm/s,故粉質(zhì)粘土及粉土用直剪試驗已非常勉強。對工程地質(zhì)性質(zhì)稍差的粉土及粉質(zhì)粘土做直剪試驗時,剪切強度指標(biāo)回歸性差(尤其最后一級荷載剪切強度偏低,再現(xiàn)性差),剪切強度指標(biāo)僅能作為參考,而三軸剪切試驗土樣受力合理,且能控制排水,指標(biāo)可信度高,雖然目前推廣三軸試驗不太現(xiàn)實,但一個工程進(jìn)行一定數(shù)量的三軸剪切試驗應(yīng)是可行的。

2. 地基基礎(chǔ)設(shè)計

地基基礎(chǔ)必須堅持因地制宜、就地取材、保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則,根據(jù)巖土工程勘察資料,綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、材料情況與施工條件等因素,精心設(shè)計。這主要體現(xiàn)在以下5個方面。

2.1 粉土及粉砂地基承載力特征值深寬修正問題

如果對粉土僅按粘粒含量是否小于10% 選取深、寬修正系數(shù)b、d,在河南鄭州地區(qū)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),中密以下粉土修正后承載力特征值偏不安全。另外,對粉砂(不包括很濕與飽和時稍密狀態(tài))取b=2、d=3,但對很濕～飽和、松散～稍密的粉砂無法修正。因此,經(jīng)請教有關(guān)專家并結(jié)合地方經(jīng)驗,對河南鄭州地區(qū)中密以下粉土及很濕～飽和、松散～稍密的粉砂層,深度修正系數(shù)b =1、寬度修正系數(shù)d=0。

2.2 地基均勻性評價問題

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 5007—2002)雖要求進(jìn)行地基均勻性評價,但沒有給出相應(yīng)評價方法,有些地方按《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ79—2002)評價高層建筑地基均勻性的方法來評價一般建筑地基是不恰當(dāng)?shù)?。按河南地區(qū)經(jīng)驗:符合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 5007—2002)第3.0.2條規(guī)定,不必進(jìn)行地基變形計算的建筑地基屬均勻地基,否則就是不均勻地基,該方法是一種評價途徑,也得到了較多的巖土工作者的認(rèn)可。

2.3 地震效應(yīng)問題

(1)波速測試數(shù)據(jù)直接影響場地類別的準(zhǔn)確判定及建筑工程的抗震造價,規(guī)范規(guī)定對抗震重要性為甲及乙類的建筑必須進(jìn)行波速測試。而有的單位往往一句話就估算場地等效剪切波速是多少、根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗覆蓋層厚度有多少,進(jìn)一步依此數(shù)據(jù)確定場地土類型及場地類別,這是對規(guī)范認(rèn)識的不足。

(2)地基處理后其剪切波速值也發(fā)生變化,場地地基土類型及場地類別也會隨著發(fā)生變化,但這在地基設(shè)計中有時沒有得到足夠重視。

2.4 復(fù)合地基承載力特征值的確定

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 5007—2002)規(guī)范規(guī)定:復(fù)合地基確定基礎(chǔ)底面積及埋深時,地基承載力的基礎(chǔ)寬度修正系數(shù)應(yīng)取0,地基承載力的基礎(chǔ)埋深修正系數(shù)應(yīng)取1。但當(dāng)在某些地基承載力提高幅度不太大的土層進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基處理時,發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基深寬修正后的地基承載力特征值還沒有該天然土層進(jìn)行深寬修正的地基承載力特征值大,這種問題應(yīng)該是新舊規(guī)范銜接不當(dāng)造成的。

2.5 基礎(chǔ)形式的選擇問題

(1) 基礎(chǔ)形式的選擇應(yīng)依據(jù)場地地層情況及區(qū)域經(jīng)驗綜合進(jìn)行,忽視任何一方面均可能造成錯誤。

(2)基礎(chǔ)方案的選擇應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、材料情況與施工條件等因素,而不應(yīng)與習(xí)慣或不正當(dāng)利益掛鉤;基礎(chǔ)設(shè)計既不能不考慮地層情況、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧霞笆┕l件,只采用設(shè)計者熟悉的基礎(chǔ)形式,也不能以利益的驅(qū)動違心改變合理的基礎(chǔ)形式。

3. 結(jié)語

以上是筆者對于巖土工程勘察、地基設(shè)計中常見的問題,提出了自己的見解。筆者認(rèn)為巖土工程勘察及地基設(shè)計作為一門邊緣性學(xué)科,有諸多理論仍很不完善,仍局限在經(jīng)驗狀態(tài),有許多的工作需要有志之士去完成,這是作為勘察設(shè)計人員的責(zé)任和義務(wù)。