巖土工程勘察設(shè)計(jì)的探討

【摘 要】勘察設(shè)計(jì)是一項(xiàng)工程的生命，尤其是基礎(chǔ)工程一旦出錯(cuò)鑄成損失就無(wú)法挽回。工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)按規(guī)范要求對(duì)樁端持力層復(fù)雜地區(qū)(如巖溶地區(qū))是需要逐樁鉆孔勘察或是逐樁多孔進(jìn)行勘察，概率才能接近準(zhǔn)確。在施工過(guò)程中。若不是及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的不良地質(zhì)問(wèn)題，以施工勘察進(jìn)行補(bǔ)救，很有可能在工程建成后造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；勘察;設(shè)計(jì)

引言

巖土工程勘察是一項(xiàng)綜合性的工程地質(zhì)調(diào)查工作。巖土工程勘察的目的是運(yùn)用各種勘察測(cè)試手段和方法，對(duì)建筑場(chǎng)地進(jìn)行調(diào)查研究，分析判斷修建各種工程建筑物的地質(zhì)條件以及建設(shè)對(duì)自然地質(zhì)環(huán)境的影響；研究地基和上部結(jié)構(gòu)共同工作時(shí)，保證地基強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及不致產(chǎn)生過(guò)大沉降變形的措施，分析并提出地基的承載能力；提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工以及必要時(shí)進(jìn)行地基加固所需要的工程地質(zhì)和巖土工程資料。

1、巖土工程勘察的不確定性

巖土層是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代里自然形成的，土層物質(zhì)來(lái)源、搬運(yùn)物質(zhì)的自然營(yíng)力的性質(zhì)與規(guī)模、土體沉積以后的成土環(huán)境等都是變化的，基本上是無(wú)序的、隨機(jī)的。其中巖石的裂隙性和土的孔隙性以及空間分布的不均勻性，是區(qū)別于混凝土、鋼材等人工材料的主要特點(diǎn)。

1.1巖石的裂隙性

巖石總是或稀或密、或?qū)捇蛘?、或長(zhǎng)或短地存在著各種各樣的裂隙，這是巖石區(qū)別于混凝土的主要特點(diǎn)。這些裂隙有的粗糙不平，有的光滑;有的平直，有的彎曲;有的充填，有的不充填;有的產(chǎn)狀規(guī)則，有的規(guī)律性很差。裂隙的成因復(fù)雜多樣，有巖漿凝固收縮形成的原生節(jié)理，有沉積間斷形成的層理，有構(gòu)造應(yīng)力形成的構(gòu)造節(jié)理，有表生作用形成的卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙，還有變質(zhì)作用形成的片理、劈理等，在巖石中構(gòu)成極為多樣非常復(fù)雜的裂隙系統(tǒng)。人們將巖石和裂隙視為一個(gè)整體稱為“巖體”，將裂隙概化為“結(jié)構(gòu)面”。裂隙的發(fā)育程度直接影響巖體的強(qiáng)度和承載能力，搞清結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況，特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、強(qiáng)度參數(shù)等，是巖土工程勘察設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2土的孔隙性

根據(jù)土力學(xué)解釋:土是一種散體結(jié)構(gòu)的材料，存在孔隙。對(duì)于飽和土是固、液兩相;對(duì)于非飽和土，是固、液、氣三相。于是產(chǎn)生了有效壓力和孔隙壓力;孔隙壓力又有孔隙水壓力和孔隙氣壓力。在飽和土中，由于孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散，不同的加荷速率地基承載力不同;是否及時(shí)支撐，對(duì)軟土基坑穩(wěn)定有不同的表現(xiàn);滲透系數(shù)和地層組合的差別，導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降速率的差別等等。飽和土中的超靜水壓力可導(dǎo)致擠土效應(yīng)，使樁被擠斷、擠歪和上浮;地震時(shí)的超靜水壓力導(dǎo)致砂土和粉土液化。非飽和土的孔隙氣壓力形成基質(zhì)吸力，基質(zhì)吸力隨著土中含水量的增加而降低，因而是不穩(wěn)定的。膨脹土和黃土隨濕度的增加而強(qiáng)度顯著降低，非飽和土基坑雨季容易發(fā)生事故，花崗巖殘積土邊坡暴雨容易發(fā)生淺層滑坡，都和基質(zhì)吸力降低有關(guān)?？傊盐蘸每紫秹毫?，特別是地下水的影響，是巖土工程的重要環(huán)節(jié)。

1.3地層空間分布的不均勻性

自然地質(zhì)條件是復(fù)雜的，巖土體是不均勻的，巖土工程勘察工作，需要從地質(zhì)成因和地質(zhì)年代上對(duì)巖土層進(jìn)行區(qū)分。對(duì)巖層進(jìn)行不同風(fēng)化程度的劃分，對(duì)土層還要區(qū)分是沖洪積還是坡殘積，是河漫灘還是階地，是第四紀(jì)地層還是老地層，需要針對(duì)等等的不均勻性特征，進(jìn)行地質(zhì)單元的劃分，這就需要用勘探點(diǎn)的間距來(lái)控制其平面分布和豎向厚度變化，不同的基礎(chǔ)類型對(duì)地層厚度的敏感性不同，因而布孔間距的要求是不同的。特別是對(duì)于十分明顯的不均勻地基，例如軟硬不均的地基、部分基巖出露的地基、半挖半填的地基，存在暗浜的地基、巖溶地基等等，必須布置一定數(shù)量的勘探點(diǎn)來(lái)查明其空間分布及其工程特性，必要時(shí)還需進(jìn)行施工補(bǔ)充勘察工作。

2、巖土工程設(shè)計(jì)模型的不確定性

巖土工程設(shè)計(jì)涉及工程地質(zhì)理論、土力學(xué)的理論、工程力學(xué)理論等，這些工程理論都是一種半科學(xué)半經(jīng)驗(yàn)的理論，很多理論是建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，如很多公式都是經(jīng)驗(yàn)公式。巖土工程的理論研究和工程實(shí)踐計(jì)算應(yīng)用大都離不開(kāi)模型，采用規(guī)范計(jì)算公式也往往需考慮邊界條件，選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算模型。因?yàn)槟Ｐ褪窃偷睦硐牖娲?，它反映原型的主要特征，而略去了次要特征，在巖土工程實(shí)踐中，對(duì)于各種問(wèn)題其分析模型并不是唯一的，因此模型的不確定性由此而來(lái)，模型選擇不同，分析和計(jì)算結(jié)果就不同，甚至有很大差異。由于人們所采用的分析模型，就其實(shí)用性和復(fù)雜性來(lái)說(shuō)，是與人們的認(rèn)識(shí)水平和分析能力直接相關(guān)的，巖土工程設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)是越來(lái)越多的考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和性能，這就要求使用越來(lái)越復(fù)雜的模型，工程實(shí)踐中也需要結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，考慮工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，必要時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)充勘察并進(jìn)行設(shè)計(jì)方案調(diào)整，做到技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)合理。

3、巖土工程實(shí)例

3.1工程概況

某大型鋼鐵企業(yè)決定投資2億元建設(shè)1臺(tái)360m2大型燒結(jié)機(jī)，采用先進(jìn)技術(shù)和工藝節(jié)能降耗，加強(qiáng)環(huán)境治理，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類型燒結(jié)廠裝備水平，爭(zhēng)取將燒結(jié)工藝和裝備水平邁上一個(gè)新臺(tái)階，3年半內(nèi)收回投資，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。其燒結(jié)機(jī)主廠房為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，5層，高46m，廠房面積137m×22m。設(shè)計(jì)委托巖土工程勘察要求提供巖土技術(shù)參數(shù)及分析評(píng)價(jià)，并對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及處理，對(duì)不良地質(zhì)現(xiàn)象防治作出論證和建議，經(jīng)業(yè)主委托，工程地質(zhì)勘察單位組織施工，提交場(chǎng)地資料如下:主要土層分布為雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖(埋深為28～30mm)，中風(fēng)化頁(yè)巖等。水文地質(zhì)狀況為:上層滯水、水量不大。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造為低山丘陵與平原地帶，區(qū)域斷裂比較發(fā)育。根據(jù)構(gòu)造調(diào)查，擬建場(chǎng)區(qū)無(wú)斷裂通過(guò)。結(jié)論為:所建場(chǎng)區(qū)地層分布穩(wěn)定，無(wú)斷裂通過(guò)無(wú)不良地質(zhì)作用，場(chǎng)地是穩(wěn)定的，適宜建筑。

3.2現(xiàn)場(chǎng)樁基施工現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和施工總體網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃安排，挖孔樁基礎(chǔ)計(jì)劃1個(gè)半月全部完成，工程施工月個(gè)多月有一根樁(C17)在挖至16.8m時(shí)出現(xiàn)涌水，C18樁在23m出現(xiàn)大量涌水，其后三四天共有16根樁陸續(xù)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。B18號(hào)樁日涌水量達(dá)2000m3以上，采用水泵排水無(wú)法排干。經(jīng)測(cè)量，其靜止水位標(biāo)高大部分在-19～-20m，其樁底離中風(fēng)化巖面還有4m左右。根據(jù)詳勘報(bào)告，地下水量不大，這與實(shí)際情況不符。另外，從另一處(B18樁)取樣也發(fā)現(xiàn)巖性異常，即出現(xiàn)灰?guī)r夾層。由于地質(zhì)情況發(fā)生變化，整個(gè)挖孔樁工程全面停工。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)所反映的情況，設(shè)計(jì)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，由于出現(xiàn)地下涌水和灰?guī)r巖性，工程地質(zhì)實(shí)際情況與原詳勘報(bào)告不符合，采用排水疏干的辦法難以奏效而機(jī)械鉆孔受設(shè)備能力限制樁徑為2700大口徑，且需嵌巖)，難以實(shí)施，故擬采用樁筏基礎(chǔ)。同時(shí)提出對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行工程補(bǔ)勘:對(duì)地下水性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，判明巖土整體性和穩(wěn)定性，并查明是否有巖溶、斷裂等不良地質(zhì)作用。

3.3進(jìn)行補(bǔ)充勘察

由某勘察單位對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行了補(bǔ)充勘察，由于場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜，除進(jìn)行鉆探工作外，還專門(mén)進(jìn)行了井探和物探工作。經(jīng)補(bǔ)勘工作得出如下認(rèn)識(shí):(1)經(jīng)孔底并內(nèi)環(huán)刀取樣分析，⑤層粘土壓縮模量原勘察值為Es=7.8MPa，實(shí)際為Es=7.5MPa，稍低;(2)基巖性質(zhì)較原詳勘報(bào)告有較大差別，為寒武系頁(yè)巖和灰?guī)r交互層，局部出現(xiàn)20～60cm厚度不等的溶洞，但其下部均控制有3m厚的完整巖石;(3)水文地質(zhì)情況:場(chǎng)地賦存有地下水，第四層上層滯水水位23.5m左右，巖溶裂隙水承壓水位17m左右，證明下部有裂隙存在，地下水對(duì)混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均具微腐蝕性。

3.4地基處理設(shè)計(jì)

⑴.通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，決定采用樁筏混合基礎(chǔ)，其中樁為摩擦樁，對(duì)有水樁采用碎石擠密充填辦法。要求樁底達(dá)到⑤層土的承載力標(biāo)準(zhǔn)，承載力為250kPa，壓縮模量6.5MPa。后在施工過(guò)程中，因受到施工場(chǎng)地和施工機(jī)具限制，只能用1t左右的錘夯實(shí)，同時(shí)，對(duì)樁底進(jìn)行動(dòng)力觸探檢測(cè)。經(jīng)驗(yàn)證，難以達(dá)到承載力要求，且對(duì)樁土周圍影響較大，不利于下步混凝土灌注施工。在充分研究巖土工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)采用增加擴(kuò)大頭，并對(duì)原先采用的未達(dá)要求的碎石擠密部分(即擴(kuò)大頭底部)進(jìn)行預(yù)埋管壓漿處理的方法。

⑵.增加擴(kuò)大頭

隨著進(jìn)漿量及壓力的增加，逐漸增加擴(kuò)大頭，壓密區(qū)范圍得到擴(kuò)大，具體可以在外管內(nèi)灌入部分混凝土，稍提外管錘擊(靜壓)以擴(kuò)大樁尖。一般情況下，當(dāng)樁端持力層性質(zhì)相對(duì)較差而易于夯擴(kuò)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加擴(kuò)大頭混凝土灌注量;當(dāng)持力層密實(shí)度大、性質(zhì)較好難以夯擴(kuò)時(shí)，擴(kuò)大頭混凝土灌入量就要適當(dāng)減少。這樣，壓漿后樁底沉渣得以處理，軟底消失，同時(shí)也改變了土體的性質(zhì)，增大了樁側(cè)土的摩阻力，從而大大提高了樁的承載力。

⑶.預(yù)埋管壓漿處理樁底未達(dá)要求的碎石

原先采用的的碎石擠密充填，未達(dá)承載力要求。處理方法為預(yù)埋注漿管，每根樁按正三角形預(yù)埋三根注漿管，注漿管距樁邊20cm。樁芯混凝土灌注七天后，壓注純水泥漿，注漿壓力不小于10MPa，水泥漿為P.O42.5水泥，水灰比為0.8～0.5，由稀變濃。根據(jù)以上的補(bǔ)充勘察和地基處理設(shè)計(jì)，在進(jìn)行施工處理后，效果良好，經(jīng)大應(yīng)變和靜載試驗(yàn)檢測(cè)，單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，未出現(xiàn)不合格樁。

4、結(jié)語(yǔ)

巖土工程勘察與設(shè)計(jì)，在工程建設(shè)全過(guò)程中的起著關(guān)鍵作用，地基基礎(chǔ)工程一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)工程建設(shè)造成損失可能無(wú)法挽回。巖土工程勘察工作，按規(guī)范要求，在條件復(fù)雜時(shí)(如巖溶地區(qū)) 對(duì)一柱一樁的基礎(chǔ)，宜逐柱布置勘探孔，甚至一柱多孔進(jìn)行勘察，以滿足工程設(shè)計(jì)要求。在施工過(guò)程中加強(qiáng)施工驗(yàn)樁驗(yàn)槽工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)巖土工程問(wèn)題，通過(guò)補(bǔ)充勘察，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)，采取地基處理措施，可以避免工程質(zhì)量事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn)

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