巖土工程勘察外業(yè)工作的技術(shù)與措施

王德強(qiáng)

(河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，河北 廊坊 065000)

巖土工程勘察外業(yè)工作主要包括:工程地質(zhì)鉆探、野外取樣、野外地質(zhì)編錄、水文地質(zhì)觀測。

筆者根據(jù)《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 87－2012)，結(jié)合工程實(shí)踐對巖土工程勘察外業(yè)進(jìn)行簡單探討，與同行們交流。

1 工程地質(zhì)鉆探

1.1 鉆孔定位

鉆孔定位是巖土工程外業(yè)工作的第一步工作，多容易被忽視，放樣不規(guī)范，孔位偏差大，造成基坑開挖后地質(zhì)條件與報告不相符。鉆孔標(biāo)高誤差大，無法確定地下水埋深、地下水流向和地層標(biāo)高。

鉆孔位置的準(zhǔn)確性是確保場地地質(zhì)資料代表性的第一條件，因此鉆孔定位必須采用與建筑場地一致的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)。首先采用全站儀或GPSRTK建立控制網(wǎng)點(diǎn)，然后再用極坐標(biāo)方法放樣定位，并進(jìn)行閉合檢查。定位精度應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn):初步勘察階段平面位置允許偏差2 m，高程允許偏差±20 cm;詳細(xì)勘察階段平面位置允許偏差1 m，高程允許偏差±10 cm。當(dāng)勘探點(diǎn)位調(diào)整時應(yīng)測定孔位和高程。

1.2 鉆探

鉆探是巖土工程勘察工作的最主要、最有效的手段之一。當(dāng)前，鉆探作業(yè)與巖土工程技術(shù)多已分離，承擔(dān)鉆探作業(yè)的單位農(nóng)民工居多，技術(shù)水平偏低，質(zhì)量意識差，未按照選擇的鉆探方法鉆探，操作不規(guī)范，造成土樣、水樣測試失真等。因此，鉆探作業(yè)必須加強(qiáng)質(zhì)量控制。

鉆探方法必須保證地層劃分精度，準(zhǔn)確量測地下水位，避免或減少對取樣段的擾動。

廊坊及周邊的工程構(gòu)筑物多座落在第四紀(jì)沖積平原之上，地形平坦，地層巖性簡單，巖土體主要為粉土、砂土、粘性土、淤泥質(zhì)土和少量碎石土。工程地質(zhì)鉆探一般選用100型鉆機(jī)，采用回轉(zhuǎn)方式進(jìn)行鉆進(jìn);遇到碎石土等不適用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時，可改用沖擊鉆進(jìn)。

在地下水位以上的土層中鉆探應(yīng)進(jìn)行干鉆，當(dāng)需要加水或使用循環(huán)液時可采用能隔離沖洗液的二重或三重管鉆進(jìn)，以鑒別土層天然濕度。

對可能坍塌的地層應(yīng)進(jìn)行鉆孔護(hù)壁:(1)地下水位以上松散填土及其他易坍塌地層可采用套管護(hù)壁，采?、窦墶ⅱ蚣壨翗訒r套管下設(shè)深度與取樣位置的距離應(yīng)大于3倍管徑;(2)地下水位以下的飽和軟粘性土層、粉土層和砂層宜采用泥漿護(hù)壁，保持孔內(nèi)水頭壓力，防止孔底土層由于負(fù)壓、管涌而受到擾動破壞;(3)碎石土可采用植物膠漿液護(hù)壁。

鉆探過程中應(yīng)控制回次進(jìn)尺?；卮芜M(jìn)尺應(yīng)符合《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 87－2012)的規(guī)定:回次進(jìn)尺滿足鑒別厚度＜0.2 m的薄層要求;粘性土中鉆進(jìn)回次進(jìn)尺≯2.0 m;粉土、飽和砂土中鉆進(jìn)回次進(jìn)尺≯1.0 m，且不得超過螺紋長度或取土器長度;在預(yù)計的地層界線附近及重點(diǎn)探查部位回次進(jìn)尺≯0.5 m;采取原狀土樣前用螺旋鉆頭清土?xí)r，回次進(jìn)尺≯0.3 m。

鉆探過程中應(yīng)逐回次采取巖心，粘性土、粉土巖心采取率必須≥90%;砂類土巖心采取率必須≥70%;碎石類土巖心采取率必須≥50%。

2 原位測試

2.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

飽和粉土和砂土應(yīng)進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)，確定巖土密實(shí)度、計算液化指數(shù)，判定地震液化等級。試驗(yàn)深度為地面以下20 m。試驗(yàn)質(zhì)量直接影響巖土物理參數(shù)和液化等級的判定。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)應(yīng)執(zhí)行《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021－2001〈2009版〉)的規(guī)定，為防止破壞土層，試驗(yàn)孔應(yīng)采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁，套管護(hù)壁底部應(yīng)高出試驗(yàn)深度75 cm?？椎壮猎穸取?0 cm。標(biāo)準(zhǔn)貫入器刃口應(yīng)完好無損，以保證標(biāo)貫數(shù)據(jù)真實(shí)。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)間斷采?、蠹壣皹?，其間距≯1.0 m。

2.2 重型動力觸探

采用重型動探可確定碎石類土密實(shí)程度，動力觸探應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。碎石類土采樣難、巖心采取率低，相對軟弱夾層很難發(fā)現(xiàn)，因此貫入過程中應(yīng)不間斷地連續(xù)擊入，防止丟掉碎石土中相對軟弱夾層，正確判定碎石土均勻性和密實(shí)程度，錘擊頻率應(yīng)控制在15～30擊/min。

2.3 靜力觸探

在軟土、一般粘性土、粉土和砂土進(jìn)行巖土工程勘察，需進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，結(jié)合鉆孔資料、取土試驗(yàn)結(jié)果，合理劃分地層，準(zhǔn)確確定分層位置，計算物理力學(xué)參數(shù)，確定地基承載力，液化判別等。實(shí)踐中多采用雙橋靜力觸探。試驗(yàn)參照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021－2001〈2009版〉)、《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》(TB 10018－2003)進(jìn)行。觸探孔至少距鉆孔25倍孔徑或2 m，觸探試驗(yàn)宜在鉆探前進(jìn)行，試驗(yàn)時為減少零漂應(yīng)定深調(diào)零。

3 取樣

巖土工程勘察野外取樣主要系指Ⅰ級(不擾動)、Ⅱ級(輕微擾動)土樣的采取。土樣測試數(shù)據(jù)是巖土工程分析評價的基礎(chǔ)，沒有完整、可靠、適用的測試數(shù)據(jù)，一切分析評價都是“空中樓閣”。在鉆探取樣、樣品制備的過程中，總土樣會有一定程度的擾動，對測試成果的影響極大。因此鉆探成孔質(zhì)量、合理的取樣方法、規(guī)范的取土器是保證取土質(zhì)量的主要因素。

取樣鉆孔必須圓直，孔徑應(yīng)比取土器外徑大1～2級，并不得有縮徑、塌孔現(xiàn)象。預(yù)計取樣位置1 m以上必須用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。下放取土器前應(yīng)仔細(xì)清孔，孔底殘?jiān)穸炔粦?yīng)大于取土器廢土段長度(活塞取土器除外)。

取土器完好程度、性能規(guī)格必須符合規(guī)范要求;取樣管內(nèi)壁清潔、光滑，不得存在銹斑或粘附土塊;取土器襯管應(yīng)保證形狀圓整、內(nèi)側(cè)清潔平滑、縫口平接、盒蓋配合適當(dāng)。

對流塑～可塑的淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土，采用專用薄壁取土器壓入法采?、窦墶ⅱ蚣壨翗?較硬土質(zhì)采用單動、雙動二(三)重管取土器回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)取樣。飽和粉土、砂土采用原狀取砂器回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)采?、窦?、Ⅱ級砂樣。嚴(yán)禁直接在巖土心上切土裹樣。

壓入法采?、窦壨翗訒r，宜采用快速、連續(xù)的靜壓方式貫入取土器，貫入速度≮0.1 m/s;Ⅱ級土樣可使用間斷靜壓方式或重錘少擊方式貫入取土器。為防止土樣脫落，可采用回轉(zhuǎn)和靜置方法，回轉(zhuǎn)用于扭斷土樣，靜置在于增加土樣與取土器壁的摩擦力。

回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)取樣，必須保證鉆機(jī)平穩(wěn)、鉆具垂直，并在取土器上加接重桿，避免鉆具抖動或偏心搖晃造成孔壁破壞、土層擾動、土樣脫落。鉆進(jìn)土層、砂層時鉆機(jī)采用中～高轉(zhuǎn)速，卵石層采用中～低轉(zhuǎn)速，硬塑以上地層采用高轉(zhuǎn)速。取土器應(yīng)具自動調(diào)節(jié)功能，避免頻繁更換管靴，影響鉆進(jìn)效率。

土樣筒取出后必須擦拭干凈，不得進(jìn)水和松開，用刀將土樣兩端削平并蓋上土樣蓋，用膠帶現(xiàn)場密封，防止水分蒸發(fā)，貼好明細(xì)標(biāo)簽，注明土樣上下方向。土樣嚴(yán)防振動、雨淋和凍結(jié)。

4 地質(zhì)編錄

鉆孔地質(zhì)編錄重點(diǎn)是鑒定和描述巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，是取得第一手地質(zhì)資料的基本手段，其成果是合理劃分地層、確定土體工程地質(zhì)性質(zhì)、編寫勘察報告的基礎(chǔ)資料，真實(shí)性是其基本保證。鉆孔地質(zhì)編錄應(yīng)根據(jù)巖土的特點(diǎn)從室外到室內(nèi)綜合編錄，記錄內(nèi)容應(yīng)不僅描述巖土性質(zhì)還應(yīng)記錄鉆進(jìn)過程，土層濕度、狀態(tài)等性質(zhì)隨時間迅速變化。因此鉆孔地質(zhì)編錄應(yīng)按規(guī)定格式由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的技術(shù)人員在鉆進(jìn)過程中及時填寫，不得事后追憶。鉆探現(xiàn)場記錄表的各欄均應(yīng)按鉆進(jìn)回次逐項(xiàng)填寫。在每個回次中發(fā)現(xiàn)變層時，應(yīng)填寫分層標(biāo)簽。

4.1 巖土描述內(nèi)容

土的性質(zhì)應(yīng)根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021－2001〈2009版〉)的規(guī)定，在現(xiàn)場描述的基礎(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)的開土記錄和試驗(yàn)結(jié)果綜合確定。碎石土、砂土地質(zhì)編錄側(cè)重點(diǎn)在野外，而粉土、粘性土地質(zhì)編錄應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果綜合描述較多。土類描述不僅描述野外特征，如碎石土的顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、風(fēng)化程度、充填物的性質(zhì)和充填程度、密實(shí)度等;砂土的顏色、礦物組成、顆粒形狀、密實(shí)度等;粉土的顏色、包含物、濕度、密實(shí)度等;粘性土的顏色、狀態(tài)、包含物、土的結(jié)構(gòu)等。而且還有室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，如碎石土的顆粒級配;砂土的顆粒級配、細(xì)粒含量、濕度;粉土和粘性土的光澤反應(yīng)、搖振反應(yīng)、干強(qiáng)度和韌性的描述。碎石土的密實(shí)度應(yīng)根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007－2011)附錄B的規(guī)定結(jié)合動力觸探綜合確定。特殊性土尚應(yīng)描述特殊成分和特殊性質(zhì)，如淤泥尚應(yīng)描述嗅味，對填土尚應(yīng)描述物質(zhì)成分、堆積年代、密實(shí)度和均勻性等。

4.2 鉆進(jìn)過程記錄內(nèi)容

鉆進(jìn)過程應(yīng)根據(jù)《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 87－2012)的規(guī)定記錄，尤其側(cè)重能夠反映地下巖土特征的鉆進(jìn)難易程度、進(jìn)尺速度、操作手感和孔內(nèi)縮徑、回淤、地下水位或沖洗液位及其變化情況等。

取心困難的地層(碎石土)，鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)難易程度、鉆桿跳動情況都是描述巖土密實(shí)度和確定各夾層界線的間接判斷的一種標(biāo)志。在碎石土中鉆進(jìn)，由于使用沖洗液鉆進(jìn)，其中的充填物砂及夾層很容易被沖洗液帶走，鉆探編錄往往很困難，如稍有疏忽，便很容易將持力范圍內(nèi)的一些夾層漏掉，而這些夾層的頂面埋深、厚度、力學(xué)性質(zhì)往往對工程性質(zhì)影響很大。對于可塑性粘性土，利用鉆孔縮徑能夠確定分層界線。

5 地下水調(diào)查

水文地質(zhì)問題始終是一個極為重要的問題，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切，互相聯(lián)系、互相作用，地下水是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。與地下水有關(guān)的巖土工程問題有:基坑疏干降水與隔水防滲，地下室的防水和抗浮，滲透變形與破壞，飽和粉土與粉細(xì)砂的液化，地下水對建筑物的腐蝕，高層建筑、地下構(gòu)筑物的多層地下水的防水和抗浮。地下水引起的巖土工程危害實(shí)例很多，這里不一一贅述。因此，巖土工程勘察外業(yè)工作必須進(jìn)行地下水調(diào)查，確定地下水類型和賦存規(guī)律，觀測地下水位，采取水樣以判定地下水侵蝕性。地下水類型和賦存規(guī)律多通過收集資料或?qū)ｉT水文地質(zhì)工作取得。

5.1 水位量測

遇地下水時應(yīng)量測水位，在鉆孔內(nèi)直接量測初見水位和穩(wěn)定水位，穩(wěn)定水位應(yīng)在勘察結(jié)束后統(tǒng)一量測，穩(wěn)定水位的間隔時間按地層的滲透性確定。對砂土和碎石土不得少于0.5 h，對粉土和粘性土不得少于8 h。

對工程有影響的多層含水層的水位量測，應(yīng)采取止水措施(如套管隔水)，將被測含水層與其他含水層隔開，分別量測各含水層水位。

水位量測應(yīng)與鉆孔坐標(biāo)、標(biāo)高復(fù)測相結(jié)合。建設(shè)場地不是一個水平面，水位量測參照孔口位置不同，水位埋深也不一樣，因此產(chǎn)生誤差是難免的，無法滿足規(guī)范地下水位量測精度為±2 cm的要求，也無法測定地下水的正確流向。應(yīng)該以孔口高程為準(zhǔn)向下量測地下水位深度。

5.2 水樣采取

構(gòu)筑物在地下水位以下應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)分析，評價地下水對鋼筋、混凝土的侵蝕性，以便采取措施防止破壞建筑物。每個場地水樣不應(yīng)少于2件，對建筑群不宜少于3件;多層地下水，應(yīng)分層采取水樣。取水樣過程中，應(yīng)減少試樣暴露時間;測定不穩(wěn)定成分的水樣應(yīng)加入穩(wěn)定劑;水樣采取后應(yīng)做好取樣記錄;及時送達(dá)試驗(yàn)室。

6 結(jié)語

巖土工程勘察外業(yè)工作是勘察工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響巖土勘察工作的成果，對合理進(jìn)行工程設(shè)計、保障工程質(zhì)量起決定作用。以上只是本人幾年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，請同仁指正。

[1] JGJ/T 87－2012，建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50021－2001(2009版)，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] TB 10018－2003，鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程[S].

[4] 郭書泰.工程地質(zhì)勘察與巖土工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，1999，(1):8－11

[5] 王德強(qiáng).保證巖土工程鉆探質(zhì)量應(yīng)注意的問題[J].硅谷，2010，(3 上):104.

[6] 鄭勝章，王智明.淺談巖土工程勘察工作中的地質(zhì)編錄[J].西部探礦工程，2004，(11):3.

[7] 劇磊.工程勘察設(shè)計中應(yīng)注意的水文地質(zhì)問題[J].河北地質(zhì)，2011，(3):43 －44.