基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察問題及應(yīng)對(duì)方法探究

鐘 鳴

(福建省閩東工程勘察院，福建 寧德 352105)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察是建筑工程施工作業(yè)順利進(jìn)行的前提，其直接影響了整體建筑工程施工作業(yè)進(jìn)度及質(zhì)量。從現(xiàn)階段基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及巖土工程勘察工作開展情況來(lái)看，我國(guó)建筑施工行業(yè)在施工技術(shù)方面存在問題較多，導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土勘察工作價(jià)值。因此，研究基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察工作模式非常必要。

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)勘察概述

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是從建筑工程規(guī)模、影響因素、具體功能入手，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)劃分為甲(建筑工程項(xiàng)目規(guī)模較大、層數(shù)較高且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜)、乙(基坑建筑工程)、丙(8層以下輕型建筑工程)三個(gè)等級(jí)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察工程概況

為完成某項(xiàng)隧道工程建設(shè)，福建省閩東勘察院受某隧道工程現(xiàn)場(chǎng)指揮部委托，在2018年12月承擔(dān)了巖土工程勘察任務(wù)。該公路隧道(圖1)工程擬建長(zhǎng)度為600 m，最大埋深為100 m，隧道斷面為馬蹄形，高為5～10.5 m?？拐鸱雷o(hù)等級(jí)為7級(jí)，勘察等級(jí)為乙等級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類。該隧道工程勘察主要采用鉆探取樣+標(biāo)準(zhǔn)灌入實(shí)驗(yàn)+動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)+室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。?018年12月開始，投入145型鉆機(jī)12臺(tái)，采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，地下水位以上采用無(wú)水干作業(yè)，地下水以下則采用泥漿護(hù)壁勘察模式。整體勘察工程中共布設(shè)28個(gè)鉆孔，取樣及18.0 m的原位測(cè)試孔14個(gè)；一般性14.0 m鉆孔14個(gè)，累積鉆探進(jìn)尺550.0 m。采用擾動(dòng)樣100件，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了98次鉆孔內(nèi)動(dòng)力觸探作業(yè)。

圖1 某隧道施工斷面圖

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察問題

在福建省閩東勘察院巖土工程勘察與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作業(yè)過(guò)程中，出現(xiàn)了下面一些問題：

(1)準(zhǔn)備工作不充分。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察前期，需要制備完善的勘察計(jì)劃方案及勘察工作規(guī)范。但是該工程勘察作業(yè)開展階段，并沒有根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范勘察目標(biāo)的設(shè)計(jì)，也沒有準(zhǔn)備齊全的勘察工作，導(dǎo)致最終勘察數(shù)據(jù)突出的片面化，對(duì)后期工作開展造成了一定的影響。

(2)地基沉降計(jì)算不合理。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)超載設(shè)計(jì)主要是在假定使用荷載下主固結(jié)沉降量、次固結(jié)沉降量之和與有超載作用下主固結(jié)某一固結(jié)度相等的情況下，反面推算有超載作用下主固結(jié)沉降量、超載預(yù)壓時(shí)間。但就該工程而言，由于對(duì)工后沉降要求較嚴(yán)格，采用以往的沉降推算方法，并不能獲得準(zhǔn)確的工后沉降量。

(3)工期緊張。由于工期緊張勘察方準(zhǔn)備工作做得不夠，業(yè)主無(wú)法提供完整的設(shè)計(jì)方案及相關(guān)參數(shù)，勘察成果無(wú)法針對(duì)最終方案進(jìn)行到位評(píng)價(jià)。同時(shí)設(shè)計(jì)也由于工期緊在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)未按勘察成果進(jìn)行設(shè)計(jì)而存在問題。

(4)基地設(shè)計(jì)與巖土勘察工作脫離。巖土工程勘察工作是基地設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)工作則是在勘察工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行，兩者緊密相聯(lián)。而現(xiàn)階段該工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、巖土工程勘察部門相對(duì)獨(dú)立，僅利用報(bào)告的形式進(jìn)行信息交互，導(dǎo)致信息傳遞效率不高，影響了巖土工程勘察與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的有效配合，造成了較大的資源浪費(fèi)。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察優(yōu)化方法

4.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察前期準(zhǔn)備工作

在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前期，相關(guān)人員可在準(zhǔn)備階段，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021—2001、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001版、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》GB 50223—2008的相關(guān)要求，結(jié)合具體工程情況，制定完善的工程勘察目標(biāo)。

首先，相關(guān)人員應(yīng)查明擬建場(chǎng)地內(nèi)各巖土層結(jié)構(gòu)、均勻性及分布情況，對(duì)各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析。同時(shí)以不良地質(zhì)為重點(diǎn)，從不良地質(zhì)作用類型、發(fā)布情況、分布范圍等方面，制定勘察目標(biāo)。

其次，可以地下水為勘察關(guān)鍵元素，從地下水水位、地下水類型、埋藏條件、地下水及土的腐蝕性等方面，細(xì)化勘察目標(biāo)。

最后，相關(guān)人員可根據(jù)階段巖土工程勘察結(jié)果，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性、適應(yīng)性進(jìn)行合理、全面評(píng)價(jià)，并依據(jù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，對(duì)基坑開挖、降水方案提出合理的設(shè)計(jì)建議。

4.2 優(yōu)化地基沉降計(jì)算方法

地基沉降計(jì)算是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵模塊，一般來(lái)說(shuō)，工程地基沉降主要包括填土壓密下沉、運(yùn)營(yíng)階段行車機(jī)床累計(jì)下沉、鋪軌后地基仍未完成下沉幾個(gè)模塊。其中填土壓密下沉可利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。即地基壓密工后下沉(m)=路堤高度*路堤高度(m)/3000。

依據(jù)上述公式，可得出2.25 m路基填土壓密下沉工后沉降高度為0.35 cm；而運(yùn)營(yíng)階段行車機(jī)床累計(jì)下沉主要依據(jù)我國(guó)工程填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，確定100 MPa荷載作用次數(shù)150萬(wàn)次累計(jì)下沉量為2.0 mm；鋪軌后地基仍未完成下沉為10.0 cm扣除路基填土壓密后沉降，結(jié)合行車引起機(jī)床累計(jì)沉降量。此時(shí)，若路基高度為4.5 m，則地基產(chǎn)生工后沉降量為8.5 m。

在基礎(chǔ)地基沉降數(shù)據(jù)計(jì)算的前提下，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員可以從地基固結(jié)度入手，制定連續(xù)等速加載曲線模型。隨后設(shè)計(jì)三個(gè)等級(jí)參數(shù)的極限值組合，以確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)邊界范圍。同時(shí)利用遺傳算法，設(shè)置約束條件，最終得出地基優(yōu)化設(shè)計(jì)模型為：

Minf(X),ω=x{0≤Px≤Pmax} (kPa)

上述式子中，x為鋪軌后沉降系數(shù)，Px為荷載壓力，Pmax為超載極限值。依據(jù)上述數(shù)據(jù)，代入該工程勘察結(jié)果，可得出在荷載壓力為0kPa時(shí)，且地基土工后沉降量小于8.0cm式，可采用等壓預(yù)載施工方案；若荷載壓力在50kPa左右，且地基土工后沉降量在8.0cm以上，則可采用其他地基處理方案，如塑料排水板地基處理方案。

4.3 基礎(chǔ)方案綜全選型

一方面，針對(duì)工期緊張，業(yè)主無(wú)法提供完整的設(shè)計(jì)方案及相關(guān)參數(shù)等因素導(dǎo)致的基礎(chǔ)勘察問題，勘察人員應(yīng)主動(dòng)與設(shè)計(jì)方溝通，確定最新隧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成果。并根據(jù)最新的隧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行補(bǔ)充勘察，重新評(píng)價(jià)。

另一方面，為最大程度避免工期緊張對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)效果的影響，設(shè)計(jì)院可結(jié)合勘察成果進(jìn)行綜合分析，選擇最優(yōu)基礎(chǔ)方案，切實(shí)體現(xiàn)隧道基礎(chǔ)施工項(xiàng)目的“綜合效益”。

4.4 加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察間的聯(lián)系

一方面，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)巖土工程勘察成果的應(yīng)用。如在該工程水文地質(zhì)條件分析過(guò)程中，由于本次巖土工程勘察揭露深度范圍為淺水，含水層主要為大氣降水，高處山體下泄側(cè)向補(bǔ)給，水文變化大?？辈炱陂g鉆孔內(nèi)實(shí)測(cè)水位埋深為2.5～3.0 m，相應(yīng)標(biāo)高為3 625.21～3 685.21 m。擬建工程基礎(chǔ)位于地下水位以上，且擬建工程歷史最高地下水水位與自然地表較接近。因此，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)上述數(shù)據(jù)，忽略地下水對(duì)地基混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中主要材料腐蝕性，結(jié)合《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021—2001中對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)定，設(shè)置適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧细g防護(hù)措施。

另一方面，在巖土工程勘察報(bào)告數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為保證巖土工程勘察成果應(yīng)用價(jià)值，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員可針對(duì)巖土工程勘察報(bào)告中巖土工程分析評(píng)價(jià)要點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007—2002的相關(guān)規(guī)定，與巖土工程勘察人員溝通，制定雙方認(rèn)可的巖土工程勘察數(shù)據(jù)表達(dá)模式。

5 總結(jié)

綜上所述，在建筑行業(yè)迅速發(fā)展進(jìn)程中，巖土工程勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作是建筑工程施工作業(yè)的重要組成模塊，對(duì)總體施工質(zhì)量具有重要的影響。因此，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)與巖土工程勘察人員的聯(lián)系，通過(guò)雙方共同協(xié)作，制定完善的巖土工程勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前期工作方案。同時(shí)利用更加先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與巖土工程勘察作業(yè)間聯(lián)系，為后期建筑工程施工作業(yè)正常運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。