特殊性土質(zhì)巖土工程勘察分析

張博++張全鋒

摘 要：巖土工程是土木工程中包含巖石、土體和地下水三個(gè)部分的工程的總稱。不同地域在長(zhǎng)久的自然演變后會(huì)形成各不相同的巖石和土壤，部分地區(qū)形成了特殊性土質(zhì)。深特殊性土質(zhì)巖土工程比普通土質(zhì)的巖土工程施工難度要大得多，所以更加需要用特殊的勘察設(shè)備儀器和技術(shù)方法進(jìn)行分析。通過(guò)勘察可以提前熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、水文地質(zhì)情況并由此確定施工技術(shù)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，以避免施工現(xiàn)場(chǎng)特殊性土質(zhì)引發(fā)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：特殊性土質(zhì)；巖土工程；勘察分析

中圖分類號(hào)：TU195 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）05-0089-02

巖土工程被廣泛應(yīng)用在城市地下空間與地下工程、邊坡與基坑工程、地基與基礎(chǔ)工程等涉及到巖石和土體的建筑工程中。嚴(yán)重濕陷、膨脹、鹽漬、污染的特殊性巖土的情況復(fù)雜，需要作具體化的專門(mén)處理。特殊性土質(zhì)的巖土工程勘察工作結(jié)束后，要求勘察人員能夠提出合理的具體的建議，以此為工程整體全程的建設(shè)作更大的貢獻(xiàn)，而不是單純提供勘察報(bào)告中的數(shù)值資料。

1 對(duì)濕陷性土工程的勘察分析

1.1 濕陷性土的概況

首先，濕陷性土分為濕陷性黃土和干旱以及半干旱地區(qū)的除黃土外的濕陷性碎石土、砂土和其他土體。近些年來(lái)，我國(guó)的巖土工程勘察技術(shù)，特別是濕陷性土工程勘察技術(shù)取得了相當(dāng)可觀的進(jìn)步。黃土在自重或一定壓力下受到水的浸泡，土體的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞，繼而出現(xiàn)較明顯的附加下沉現(xiàn)象，這樣的黃土被稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土的濕陷系數(shù)已經(jīng)大于等于0.015。

1.2 濕陷性土的勘察方法

施期前要開(kāi)展嚴(yán)密的現(xiàn)場(chǎng)勘察?！稁r土工程勘察規(guī)范》GB500212001-2009中對(duì)濕陷性土的勘察執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面的說(shuō)明。詳細(xì)的勘察勘探點(diǎn)的間距應(yīng)按照地基復(fù)雜程度的等級(jí)來(lái)確定，越復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)勘探點(diǎn)布置的越密集。濕陷性土的勘探點(diǎn)間距應(yīng)取范圍內(nèi)的最小值。若當(dāng)場(chǎng)的濕陷性土分布不均勻，則可以適當(dāng)?shù)卦黾涌碧近c(diǎn)數(shù)量且要求所有勘探孔的深度都要穿透濕陷性土層。濕陷性碎石土和砂土，適宜采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)確定力學(xué)特性。取樣后需要測(cè)定的參數(shù)包括：濕陷性和總濕陷量（濕化實(shí)驗(yàn)）、密度和含水率（大體積法）、地基承載力、地層接觸面的強(qiáng)度。鉆探工藝簡(jiǎn)單的有十字鉆回轉(zhuǎn)法和鋼絲鉆頭回轉(zhuǎn)法。前者是應(yīng)用十字鉆回轉(zhuǎn)進(jìn)行軟土區(qū)鉆探作業(yè)，采用的設(shè)備是空心十字鉆頭，鉆頭四側(cè)分布有向上的出水口。鉆進(jìn)操作采用的是水鉆工藝，鉆頭在孔內(nèi)造漿護(hù)壁。必須滿足取樣要求密度大的要求，取樣間隔普遍采用的是10米。后者即鋼絲鉆頭回轉(zhuǎn)法，鉆探設(shè)備采用普通合金鉆頭，用水口較大而且需要帶有鋼絲，水鉆法作為鉆進(jìn)方式，在多種地層種類鉆探作業(yè)中被大量應(yīng)用，缺點(diǎn)是鉆探與取樣的質(zhì)量都相對(duì)較差。

2 對(duì)紅黏土工程的勘察分析

2.1 紅黏土的概況

紅黏土含原生與次生紅黏土，顏色為棕紅或褐黃，覆蓋在碳酸鹽類的巖系之上，其含水率大于或等于50%的高塑性黏土為原生紅黏土。其經(jīng)搬運(yùn)、沉淀后仍保留其基本特征，且其液限大于45%可界定為次生紅黏土。紅黏土地區(qū)的巖土工程勘察，應(yīng)著重其狀態(tài)分布、裂隙發(fā)育特征及地基的均勻性。紅黏土根據(jù)其含水比從小到大，土質(zhì)狀態(tài)逐漸變軟。根據(jù)其裂隙的發(fā)育特征，又可以由裂隙的數(shù)量從少到多分為致密狀、巨大塊狀和碎塊狀態(tài)三種土體結(jié)構(gòu)。若當(dāng)?shù)氐鼗坑杉t黏土組成，則改地基均勻，否則為不均勻地基。

2.2 紅黏土的勘察方法

紅黏土地區(qū)的工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查應(yīng)按照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行，其中著重要確定下來(lái)的內(nèi)容包括：不同地貌單元紅黏土的分布、厚度、物質(zhì)組成、土特性及其差異；下伏基巖巖性、巖溶發(fā)育特征及其與紅黏土的土性、厚度變化的關(guān)系；地裂分布、發(fā)育特征及其成因，土體結(jié)構(gòu)特夜，土體中裂隙的密度、深度、延展方向及其發(fā)育規(guī)律；地表本體和地下本的分布、動(dòng)態(tài)及其與紅黏土狀態(tài)垂直方向的分布的關(guān)系。紅黏土的勘察鉆探可以采用無(wú)泵反循環(huán)鉆進(jìn)，鉆具需選用開(kāi)閉式反循環(huán)鉆具。鉆探過(guò)程中要注意以下幾個(gè)常出狀況的點(diǎn)：①鉆頭壓力，若控制不當(dāng)容易造成巖芯阻礙；②鉆探不能一鉆到底，而要周而復(fù)始、循序漸進(jìn)；③鉆具的操作要穩(wěn)步、平緩進(jìn)行，速度可稍微快一些。當(dāng)遇到突發(fā)情況必須停止鉆探時(shí)，需要上下反復(fù)提鉆，防止出現(xiàn)埋鉆的問(wèn)題；④為提高鉆探的高效利用率，每次鉆后都要進(jìn)行鉆頭的維護(hù)工作。無(wú)泵反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)的提高和發(fā)展是一個(gè)要考慮經(jīng)濟(jì)效益和施工技術(shù)難易程度的關(guān)鍵問(wèn)題。在勘察的初級(jí)階段，探點(diǎn)的布置間距可控制在30到50米之間。到了詳細(xì)勘察階段，對(duì)于均勻的地基，間距可以調(diào)整在12到24米，不均勻地基則減少到6到12米。和濕陷性土一樣，對(duì)于復(fù)雜地區(qū)，勘探點(diǎn)要適當(dāng)加密，勘探孔深度要達(dá)到基巖的深度。當(dāng)基礎(chǔ)淺埋、外側(cè)的基礎(chǔ)傾斜或者承受較大水平荷載時(shí)，應(yīng)結(jié)合多個(gè)因素綜合考慮確定紅黏土的承載力。

3 對(duì)多年凍土工程的勘察分析

3.1 多年凍土的概況

含有固態(tài)水，且凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)兩年或兩年以上的土，可以定義為多年凍土。持續(xù)多年凍結(jié)狀態(tài)的土石層，可分為上下兩層：上層每年夏季融化，冬季凍結(jié)，為活動(dòng)層或是冰融層；下層常年處在凍結(jié)狀態(tài)，為多年凍土或多年凍層。多年凍土的南方向的界線處的平均低溫接近0℃，凍土厚度為1到2米。數(shù)值上如果超過(guò)這一界限，就從連續(xù)凍土帶過(guò)渡到不連續(xù)凍土帶。中、低緯高山和高原地區(qū)的凍土層厚度和變化規(guī)律，主要與海拔高度有關(guān)。一般來(lái)講，海拔越高，凍土層越厚，底部溫度也越低，多年凍土的埋藏深度也就越小。土層的凍融變化作為土木工程建設(shè)中一項(xiàng)必須考慮的至關(guān)重要的因素，處置不當(dāng)將帶來(lái)許多嚴(yán)重后果。

3.2 多年凍土的勘察方法

對(duì)多年凍土進(jìn)行勘察研究相對(duì)較難，專業(yè)勘測(cè)人員一般主要采取鉆探的方式。挖探和物探兩種方法作為輔助，不必要時(shí)一般不會(huì)采取。野外鉆探作業(yè)通常選擇合金無(wú)水回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，通常鉆頭的橫截面大于0.11米，回次進(jìn)尺數(shù)按照進(jìn)尺速度及凍土上限這兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定。為了有效控制冰晶狀態(tài)，鉆進(jìn)時(shí)間段要掌握好，回次進(jìn)尺最好保證在不高于0.3米。含水量或者冰層數(shù)值顯示較大時(shí)，應(yīng)利用高壓中速方式鉆進(jìn)；砂性凍土層利用高壓方式鉆進(jìn)，通過(guò)不停地活動(dòng)，使之壓力不斷擴(kuò)充，為采取巖芯作保障；粘性凍土層回次進(jìn)尺數(shù)通常不應(yīng)過(guò)大；面對(duì)礫卵石在上層覆蓋而且地下水量很大的情況下，孔口管應(yīng)直接深入凍土層，以取得更好鉆進(jìn)作用。

4 對(duì)膨脹土工程的勘察分析

4.1 膨脹土的概況

膨脹土，是指主要成分為親水性礦物，具有顯著吸水膨脹、失水收縮、開(kāi)裂，并且還會(huì)出現(xiàn)往復(fù)脹縮變形現(xiàn)象的高塑性黏質(zhì)土。膨脹土因?yàn)楦缓}離子、鐵離子、錳離子，顏色一般呈現(xiàn)出棕、黃、褐色及灰白。膨脹土在我國(guó)的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等省市均有不同大小范圍的分布。想要判定某土體是否為膨脹土，通常要考察膨脹率與液限這么兩種指標(biāo)。當(dāng)自由膨脹率大于等于40%、液限大于等于40%時(shí)，該土質(zhì)即為膨脹土，并且可分為強(qiáng)、中、弱三個(gè)等級(jí)。膨脹土常常會(huì)引起地面的不平坦和坑坑洼洼。根據(jù)膨脹土地區(qū)的地形坡度和同一建筑物附近小范圍內(nèi)的局部高差大小可以把該地區(qū)分類為平坦場(chǎng)地和不平坦場(chǎng)地。當(dāng)粘土的含水量發(fā)生變化，垂直和水平兩個(gè)方向的體積立即就都會(huì)產(chǎn)生膨脹。僅1%～2%的含水量的輕微變化就足以引起有害的土體膨脹。社會(huì)上關(guān)于許多膨脹土地區(qū)報(bào)道出建造在膨脹土上的地板在雨季來(lái)臨時(shí)土中含水量增加引起的地板翹起開(kāi)裂事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)人們正常生產(chǎn)生活的不良影響較大。

4.2 膨脹土的勘察方法

對(duì)于膨脹土地區(qū)勘察作業(yè)，可采用鉆探、人力鉆、人工挖探等方式，在實(shí)際勘察過(guò)程中，如果膨脹土層厚度不大，通常鉆至非膨脹土層一定深度；如果膨脹土層厚度較大，對(duì)于各個(gè)勘探點(diǎn)實(shí)際勘探深度，必須滿足擬建工程對(duì)勘探鉆孔深度的要求。膨脹土是特殊土的一種，常用的地基處理方法有換土、土性改良、預(yù)浸水以及防止地基土含水量變化等工程措施。膨脹巖土地區(qū)的工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查應(yīng)包括下列內(nèi)容：查明膨脹巖土的巖性、地質(zhì)年代、成因、產(chǎn)狀、分布以及顏色、節(jié)理、裂縫等外觀特征；劃分地貌單元和場(chǎng)地類型，查明有無(wú)淺層滑坡、地裂、沖溝以及微地貌形態(tài)和植被情況；調(diào)查地表水的排泄和聚集狀況以及地下水型、水位和變化規(guī)律；搜集當(dāng)?shù)亟邓?、蒸發(fā)力、氣溫、培植、干溫季節(jié)、干旱持續(xù)時(shí)間等氣象資料，查明大氣影響深度；調(diào)查當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn)。

勘察過(guò)程中，有一系列規(guī)定必須遵守，嚴(yán)格執(zhí)行。膨脹巖石區(qū)域的地貌單位和微地貌形態(tài)相對(duì)較復(fù)雜，所以勘探點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量應(yīng)該相對(duì)其他土質(zhì)區(qū)域要多一些，采樣的探測(cè)點(diǎn)的數(shù)量則規(guī)定要大于等于總數(shù)量的一半。探測(cè)孔的埋設(shè)深度子啊滿足了基礎(chǔ)埋深和額外壓力的影響深度基礎(chǔ)上，還需要控制在大氣的影響深度范圍內(nèi)，數(shù)值上大于等于8米，特殊情況下不得小于5米。為了取各個(gè)等級(jí)的土樣，埋設(shè)的探測(cè)點(diǎn)位置也不同。最終需要測(cè)定得到的參數(shù)主要是包括自由膨脹率、收縮系數(shù)、膨脹力。特別的，對(duì)于具有膨脹縮小裂縫的膨脹土邊坡，要進(jìn)行裂縫滑動(dòng)的驗(yàn)算。

5 結(jié)語(yǔ)

特殊性巖土地區(qū)都要根據(jù)實(shí)際的勘查結(jié)果來(lái)進(jìn)行下一步的施工，堅(jiān)決不能簡(jiǎn)單搬用普通地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)。否則會(huì)導(dǎo)致泥石流、地面沉降、斷裂等問(wèn)題。因此，施工前、施工期間、施工后三大階段都要有時(shí)時(shí)的勘察工作，準(zhǔn)確詳細(xì)的勘察資料在特殊性巖土工程的設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方面起著重要的作用。濕陷性土、紅黏土、多年凍土、膨脹巖土等特殊性巖土的地區(qū)要按照其對(duì)應(yīng)的勘察規(guī)范確定其對(duì)應(yīng)的地質(zhì)水文條件，進(jìn)一步確定相應(yīng)的實(shí)際的技術(shù)方案。精確的勘察分析可有效提高工程的施工安全性和造價(jià)的經(jīng)濟(jì)合理性。

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