巖土工程勘察易錯(cuò)問題剖析

羅友弟

(青海工程勘察院,西寧 810008)

巖土工程勘察易錯(cuò)問題剖析

羅友弟

(青海工程勘察院,西寧 810008)

從報(bào)告編寫中容易出現(xiàn)的問題入手,對承載力、場地覆蓋層厚度、邊坡穩(wěn)定性分析、單位符號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)性、土的描述、載荷試驗(yàn)、抗浮水位、地基基礎(chǔ)方案等進(jìn)行了簡略分析,提出了一些自己的看法。

報(bào)告編寫;易錯(cuò)問題;分析

近年來,隨著我國建設(shè)步伐加快,巖土工程勘察規(guī)模不斷擴(kuò)大,新的規(guī)范、規(guī)程不斷推出。但實(shí)際工作中對規(guī)范的理解往往因人而異,對有些條款的理解偏差較大,甚至可能造成不應(yīng)有損失。筆者在審圖工作中發(fā)現(xiàn)了諸多規(guī)范條款應(yīng)用偏差的事例,有些可能會(huì)對工程產(chǎn)生極大的隱患。基于此,筆者就一些常見問題列舉出來,與大家進(jìn)行探討。

1 對承載力概念認(rèn)識(shí)不足

承載力提值是勘察工作中最基本、最重要的一環(huán),但我們常?？吹礁鞣N各樣的錯(cuò)誤。

黃土承載力問題:

案例一:當(dāng)基礎(chǔ)寬度≤3.0 m,埋深≤0.5 m時(shí),場地各土層的承載力特征值(fak)為:

(1)新近堆積黃土fak=130 kPa

(2)濕陷性黃土狀土fak=160 kPa

(3)非濕陷性黃狀土fak=170 kPa

(4)飽和黃土fak=170 kPa

案例二:當(dāng)采用干作業(yè)鉆孔樁時(shí),樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik為:

(1)自重濕陷性黃土狀土qsik=-20 kPa

(2)非自重濕陷性黃狀土qsik=40 k Pa

其中案例一的錯(cuò)誤體現(xiàn)在對黃土承載力背景條件的缺乏了解。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》承載力修正公式為[1,4]:

從上式可以看出:一般土層基礎(chǔ)寬度≤3.0 m,埋深≤0.5 m的提值條件是正確的。而《濕餡性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》給出的承載力修正公式為:

顯然,上述兩式深度修正條件是有區(qū)別的,一般土層深度基準(zhǔn)值為0.5 m,而《濕餡性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》所涉獵的新近堆積黃土、濕陷性黃土、飽和黃土則應(yīng)為1.5 m。故案例一中先決條件應(yīng)為:“當(dāng)基礎(chǔ)寬度≤3.0 m,埋深≤0.5 m(新近堆積黃土、濕陷性黃土狀土、飽和黃土≤1.5 m)時(shí),場地各土層的承載力特征值……”。

案例二的錯(cuò)誤則完全體現(xiàn)在對承載力概念理解的模糊不清?，F(xiàn)行樁基規(guī)范單樁極限承載力按下式計(jì)算:

其中,qsik為極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值,說白了,就是極限值。而現(xiàn)行黃土規(guī)范表5.7.5所提供值為樁側(cè)平均負(fù)摩擦力特征值,說白了,就是特征值。我們把一個(gè)特征值直接代入式(3)計(jì)算,顯然是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。正確的方法應(yīng)該是把這一個(gè)特征值化為極限值,其實(shí)很簡單,也就是給這一特征值乘以2。但是,如果我們不分青紅皂白,把現(xiàn)行黃土規(guī)范表5.7.5所提供值為樁側(cè)平均“負(fù)摩擦力特征值”直接按“樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik”提供給設(shè)計(jì)單位,那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。

2 對覆蓋層厚度的認(rèn)識(shí)不足

圖中擬建場地原始地貌已被破壞,坑深為4 m (圖1),鉆孔揭露地層為:

0～2.5 m 粉質(zhì)粘土

2.5～6.5 m卵石

6.5～9.8 m強(qiáng)風(fēng)化泥巖

9.8～以下中風(fēng)化泥巖

圖1 覆蓋層厚度判定Fig.1 To determine the thicknessof cover

那么覆蓋層厚度為多少呢[3]?有些技術(shù)人員確定為3.5 m或9.8 m,有些則確定為7.5 m或13.8 m。前者以鉆孔資料為依據(jù),認(rèn)為擬建物將來座落在開挖后的坑地內(nèi),當(dāng)然應(yīng)以坑底為判斷基準(zhǔn)。后者則以原始地貌作為考量基準(zhǔn)。究竟那種思路是正確的呢?首先,“場地”應(yīng)理解為一個(gè)大環(huán)境概念,不要局限在一棟樓、一小片用地范圍。

顯然,后者的大局觀是正確的。那么該場地覆蓋層厚度究竟應(yīng)該是7.5 m還是13.8 m呢?現(xiàn)行抗震規(guī)范4.1.4條第三款規(guī)定:“剪切波速大于500 m/s的孤石、透鏡體,應(yīng)視同周圍土層”。對此,我們專門詢問了項(xiàng)勃大師,大師認(rèn)為:當(dāng)卵石層厚度不大,性質(zhì)有不確定性時(shí),仍應(yīng)以其下穩(wěn)定中風(fēng)化泥巖為覆蓋層底限。因此,此例覆蓋層厚度當(dāng)以13.8 m為準(zhǔn)。

3 巖質(zhì)邊坡評價(jià)缺乏依據(jù)

對巖質(zhì)邊坡,一般認(rèn)為,存在下列情況之一者[5],視為可能失穩(wěn)的邊坡:

(1)各種類型的崩塌體。

(2)斜坡巖體中有傾向坡外、傾角小于坡角的結(jié)構(gòu)面存在。

(3)斜坡被兩組或兩組以上結(jié)構(gòu)面切割,形成不穩(wěn)定棱體,其底棱線傾向坡外,且傾角小于斜坡坡角。

(4)斜坡后緣已產(chǎn)生拉裂隙。

(5)順坡向卸荷裂隙發(fā)育的高陡斜坡。

(6)岸邊裂隙發(fā)育,表面巖體已發(fā)生蠕動(dòng)或變形的斜坡。

(7)坡足或坡基存在緩傾的軟弱層。

雖然理論上易于理解,但實(shí)際工作中多數(shù)人對上述原則的應(yīng)用不夠靈活,僅能給出粗淺的判斷。如果我們能結(jié)合赤平投影法判斷,則較容易得出較準(zhǔn)確的結(jié)論,從而對上述原則中關(guān)鍵的(2)、(3)、(5)、(7)條有一個(gè)直觀、科學(xué)的解決方法。

例如一壩肩岀露地層為三疊系砂質(zhì)板巖,邊坡傾向30°,傾角30°,基巖主要發(fā)育有4組結(jié)構(gòu)面(圖2),主控結(jié)構(gòu)面295°∠40°。

圖2 邊坡赤平投影Fig.2 Stereographic p rojection of slope

圖中結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分別為:p 30°∠30°,j1295°∠50°,j2183°∠60°,j3108°∠33°,j45°∠10°。

其中,j4傾角小于斜坡坡角,且傾向與坡向一致,不利于邊坡穩(wěn)定,若邊坡開挖、放坡不合理,可能引發(fā)斜坡失穩(wěn)。但由于引發(fā)因素為非主控結(jié)構(gòu)面,故認(rèn)為邊坡失穩(wěn)的危險(xiǎn)性不大。

4 單位符號(hào)不規(guī)范

此類問題在報(bào)告中屢見不鮮,尤其在常見的承載力、壓縮指標(biāo)單位方面出現(xiàn)的較多。例如:

濕陷性黃土狀土fak=160 kPa Es=160 M Pa

以上單位是否正確?可能仍然有很多人難以給出準(zhǔn)確的判斷。其實(shí),只要掌握規(guī)律,問題就會(huì)迎刃而解。我們知道,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:千(k)以下要用小寫,兆(M)以上要用大寫。明確這一規(guī)定后,反過來再看看,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),我們多數(shù)人把“k Pa”給錯(cuò)誤的寫成了“KPa”。寫錯(cuò)幾個(gè)字母雖然不是什么大錯(cuò),但報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)與不標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與不規(guī)范,給閱者的感覺顯然是不同的。

5 對土的目力鑒定描述不重視

部分報(bào)告編寫者對土的光澤反應(yīng)、搖振反應(yīng)、干強(qiáng)度和韌性的目力鑒定[1]、描述重視不足。報(bào)告中或許能見到相關(guān)描述,但往往自相矛盾。我們知道,這些描述的目的應(yīng)該是較準(zhǔn)確地區(qū)分粉土和粘性土。而透過他的描述,根本看不出土性。其實(shí),如能通過描述較準(zhǔn)確的區(qū)分土性,那么在土的凍脹性、地震液化等評價(jià)時(shí),我們就無需專門進(jìn)行液塑限試驗(yàn)來區(qū)分土樣屬粉土還是粘性土了。

6 第三系泥巖載荷試驗(yàn)

第三系泥巖風(fēng)化程度的劃分是其載荷試驗(yàn)所得出結(jié)論正確性、可靠性的關(guān)鍵所在。為什么這么說呢?首先讓我們看看相關(guān)規(guī)范的一些規(guī)定:

(1)地基規(guī)范5.2.4條規(guī)定:強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化的巖石,可參照所風(fēng)化成的相應(yīng)土類(對承載力修正系數(shù))取值,其他狀態(tài)下的巖石不修正。

(2)地基規(guī)范附錄C規(guī)定:當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí),(承載力特征值)取極限荷載的一半。

(3)地基規(guī)范附錄H則對巖基承載力取值做出特殊規(guī)定:將極限荷載除以3的安全系數(shù),所得值與對應(yīng)于比例界限的荷載相比較,取小值。

通過這些規(guī)定,我們看到:把泥巖看做強(qiáng)風(fēng)化或是看做中風(fēng)化[1],兩者進(jìn)行載荷試驗(yàn)所得到的承載力出入非常大。比如:某工程泥巖層載荷試驗(yàn)極限承載力為800 kPa,若按強(qiáng)風(fēng)化考慮承載力特征值應(yīng)為400 kPa,而按中風(fēng)化考慮承載力反而降為266 kPa。設(shè)計(jì)時(shí),前者尚可進(jìn)行深寬修正而后者則不能。這種結(jié)果顯然是有悖常理、難以接受的。當(dāng)工程中遇到上述問題時(shí),我們建議兩者取高值,特殊情況下把中風(fēng)化當(dāng)做強(qiáng)風(fēng)化來做,但不建議進(jìn)行深寬修正。巖土規(guī)范附表A.0.3規(guī)定:泥巖和半成巖,可不進(jìn)行風(fēng)化程度劃分。其實(shí)也是對這一看法的支持。

7 地下水抗浮設(shè)防水位問題

隨著城市對地下建構(gòu)筑物需求的大量增長,地下水抗浮水位的確定就顯得尤為重要。有的單位以勘察時(shí)水位結(jié)合水位漲幅經(jīng)驗(yàn)值來確定抗浮水位[1];有的單位則提供近3～5 a的水位結(jié)合水位漲幅經(jīng)驗(yàn)值來確定抗浮水位。筆者認(rèn)為上述確定抗浮水位的方法是不負(fù)責(zé)任的。究其原因,地下水水位變化是受諸多因素控制的。比如水庫可能的滲漏影響等等。

因此,筆者建議重要工程地下水的勘察,應(yīng)收集勘察期水位、歷史最高水位及近3～5 a水位,且應(yīng)詳細(xì)調(diào)查周邊水文、水文地質(zhì)建構(gòu)筑物狀況,比如水庫、抽水井及水源地等狀況,然后進(jìn)行全面、綜合評價(jià)。

圖3 地下水位標(biāo)高Fig.3 The water table elevation

同時(shí),水位應(yīng)提供絕對高程,不應(yīng)僅提供天然地面下埋深。如圖3所示:從埋深看我們提供的水位為4～10 m。光看書面文字,會(huì)誤解為水位埋深最淺處在場地北部為4 m,最深處在場地南部為10 m。然而,當(dāng)我們確定以1015 m作為設(shè)計(jì)地面±0高程時(shí),實(shí)際上原有結(jié)論會(huì)反過來:水位埋深最淺處在場地南部為5 m,最深處在場地北部為9 m。

8 濕陷系數(shù)統(tǒng)計(jì)值及雜填土濕陷量計(jì)算問題

常常碰到這樣的情況,土工統(tǒng)計(jì)表中出現(xiàn)讓人費(fèi)解的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。如某工程濕陷性黃土濕陷系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:濕陷系數(shù)σs=0.001～0.105,面對這種數(shù)據(jù),評價(jià)濕陷程度時(shí),有人就犯了愁。單從數(shù)據(jù)本身看[2],小于0.015屬非濕陷土層,于是往往就會(huì)不假思索地得出結(jié)論,土工統(tǒng)計(jì)結(jié)果錯(cuò)了。那么到底是不是統(tǒng)計(jì)出錯(cuò)了呢?不盡然,如果仔細(xì)分析土性,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),一些土層(尤其是新近堆積黃土)在小壓力作用下表現(xiàn)出異常敏感的濕陷性。也就是說,這類土在淺表土小自重壓力作用下即可產(chǎn)生濕陷,而在壓力增加,達(dá)到2 kg或2 kg以上時(shí),由于壓縮作用,濕陷性反而減弱或消除。故而同一個(gè)土樣我們可能會(huì)看到這樣的土工成果:濕陷系數(shù)σs=0.001而自重濕陷系數(shù)σs=0.030。我們說,這個(gè)土樣是有濕陷性的,但其濕陷系數(shù)卻顯示為非濕陷,這就是我們前面為什么看到統(tǒng)計(jì)表中出現(xiàn)濕陷性黃土濕陷系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果小于0.015的原因。所以,表觀往往不一定代表真理,真理是需要透過現(xiàn)象看本質(zhì)的。

我們也常常看到技術(shù)人員對自重濕陷量的計(jì)算是從地面起算的,不管土性如何,哪怕表層有多厚的填土都一概而論。那么,我要問,濕陷性黃土之所以濕陷是由什么機(jī)理決定的?是的,是由兩種作用決定的:①膠溶作用;②楔入作用。所謂的膠溶作用是指土中起膠結(jié)作用的化學(xué)成分(如C2Co3等)溶于液體介質(zhì)的現(xiàn)象,而楔入作用則是在水的作用下在結(jié)構(gòu)性、粘著力很強(qiáng)的架構(gòu)間形成微細(xì)水膜的現(xiàn)象。明白了上述機(jī)理,我們再分析填土的性質(zhì)。當(dāng)計(jì)算對象為由大量磚塊、水泥塊等建筑垃圾組成的填土?xí)r,既不會(huì)產(chǎn)生膠溶作用,更談不上楔入作用。那么我們是否還應(yīng)該計(jì)算其濕陷呢?當(dāng)然就不應(yīng)該了。

9 地基、基礎(chǔ)方案欠合理性

有人在持力層深度小于5 m時(shí)建議采用樁基礎(chǔ),地層含水量很高的情況下采用灰土樁,黃土中采用砂礫石墊層等等。這些錯(cuò)誤均基于對其原理缺乏認(rèn)知,從而生搬硬套的體現(xiàn)。樁長小于5 m時(shí),從理論上講,應(yīng)歸入墩基范疇,其承載力計(jì)算原理和樁基是有本質(zhì)區(qū)別的。試想,如果按樁基原理計(jì)算,可能會(huì)由于承載力誤差而產(chǎn)生工程隱患。

同樣,含水量很高的地層不利于灰土強(qiáng)度的增長且施工非常困難。砂礫石墊層用于處理濕陷性黃土,則為黃土提供了一個(gè)非常好的滲水通道,工程隱患就顯而易見了。

10 結(jié)語

上述諸多問題,在勘察報(bào)告中屢見不鮮,筆者根據(jù)自己的見解做了一些剖析。不足和錯(cuò)誤在所難免,僅以此拋磚引玉,望提出不同探討意見,以求共同進(jìn)步。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001) [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-1999)[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011-2001) [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[4]中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[5]常士驃.工程地質(zhì)手冊(第三版)[M].北京:中國計(jì)劃出版社, 1992.

GEOTECHNICAL ENGINEERING INVESTIGATION ANALYSIS OF ERROR-PRONE PROBLEM

LUO You-di
(Qinghai Engineering Investigation Institute,Xining 810008,China)

Preparation of the repo rt can easily arise in p roblem s,we should aim at the bearing capacity,ground cover layer thickness,slope stability analysis,the standard unit of symbols,soil descrip tion,load test,anti-floating water level,groundbased p rograms were briefly analyzed.

error-p rone p roblem;analysis;repo rt has been p repared

P642

:A

1006-4362(2010)02-0078-04

羅友弟(1966- ),男,甘肅天水人,注冊巖土工程師,主要從事巖土工程勘察和水工環(huán)工作。

2009-09-28改回日期:2010-03-22