多地貌條件下的高速公路勘察研究

王強(qiáng)

中鐵現(xiàn)代勘察設(shè)計(jì)院有限公司 天津 300300

我國地形多種多樣，既有巖體致密穩(wěn)定、質(zhì)地堅(jiān)硬的巖體條件，又有多變復(fù)雜、缺陷突出的特殊地質(zhì)。本文以某高速公路勘察為背景，在獨(dú)特的自然條件和地理環(huán)境下，多種地貌地質(zhì)條件同時出現(xiàn)，致使該地區(qū)的勘察工作存在較大的難度。

1 復(fù)雜地質(zhì)地形勘察中存在的主要問題

其主要勘察內(nèi)容有兩個，即現(xiàn)場鉆孔勘察、土質(zhì)工程巖性的綜合評價，勘察技術(shù)缺陷等問題。

1.1 鉆孔勘察

（1）如何合理確定孔位的間距和深度?？孜坏拈g距設(shè)計(jì)，若巖土的性質(zhì)多變且不穩(wěn)定，在孔間距設(shè)計(jì)時未進(jìn)行加密設(shè)計(jì)。以往的勘察方案，不能盲目地照搬套用，要制定與該工程最符合適用的布孔方案。高速公路屬于線性帶狀工程，很多外業(yè)勘察技術(shù)人員，面對現(xiàn)場隨機(jī)出現(xiàn)的各類問題應(yīng)變能力不足，編錄資料不認(rèn)真，直接造成兩個孔位間的地層差異懸殊，勘察結(jié)果失真。另外，外業(yè)之前未對相關(guān)巖體性質(zhì)進(jìn)行深入了解，隨意參照等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘察，導(dǎo)致試樣采集后在進(jìn)行樣本分析時，常常會出現(xiàn)特殊性巖土的結(jié)論，直接影響地基等級發(fā)生變化[1]。

針對高速公路的勘察工作，在初步勘察階段，一般路基地質(zhì)勘察深度不小于2．0m，可選擇挖探、螺旋鉆進(jìn)行勘察。高填方路基、陡邊坡路基的勘察深度應(yīng)到達(dá)巖土持力層標(biāo)高或勘察到巖層以下3m，并符合沉降穩(wěn)定性計(jì)算的要求。深挖路塹段路基，控制性勘察孔深度要達(dá)到設(shè)計(jì)高程以下穩(wěn)定土層3m以上。

（2）地下水位的試樣采取及測試。在實(shí)際測量地下水位的過程中，對待測孔水位高程量測時，對抽水井的干擾、滋出地下水的陡壁等情況未引起重視，地下水位測量不準(zhǔn)，為后續(xù)施工埋下隱患。此外，沒有按照相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行試樣采集，原狀芯樣完整性欠缺、數(shù)量不夠、密封不好等，導(dǎo)致樣品水量散失，含水率不準(zhǔn)。

（3）原位測試。應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行原位測試，否則所采集的數(shù)據(jù)會不準(zhǔn)確，尤其當(dāng)氣溫與地溫之間的溫差較大，測試結(jié)果更加明顯。在進(jìn)行原位測試時，未對標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行校正，當(dāng)試驗(yàn)桿長與勘察深度對應(yīng)不準(zhǔn)確時，或孔底出現(xiàn)縮徑、存留部分土樣時，會導(dǎo)致標(biāo)貫器不能準(zhǔn)確到達(dá)測試位置，造成貫擊數(shù)失真，測試結(jié)果不準(zhǔn)。

1.2 評價問題

（1）地基的均勻性評價。高速公路勘察工作，要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行地基均勻性評價，而《巖土工程勘察規(guī)范》中地基均勻性評價范圍更多是針對工業(yè)與民用建筑進(jìn)行評價的。目前由于國家還尚未給出一個相對應(yīng)的具體評價方法。

（2）地震的效應(yīng)問題。應(yīng)先對擬建工程及周邊場地進(jìn)行剪切波速測試。有部分勘察單位在勘察工作實(shí)施階段忽略覆蓋層厚度和場地類別判定，在很大程度上影響抗震評價結(jié)果，影響工程造價。在對地基基礎(chǔ)評價與分析時，基礎(chǔ)處理后的基礎(chǔ)類別、場地級別以及剪切波速的變化等不進(jìn)行二次分析，影響地震評價。

1.3 諸多勘察技術(shù)問題未得到解決

隨著施工技術(shù)的不斷提升，工程項(xiàng)目對基礎(chǔ)的深度、要求在不斷提高，勘察工作實(shí)際遇到的技術(shù)問題逐步增加。以高速公路項(xiàng)目為例，主要問題表現(xiàn)為：因?yàn)閹r體風(fēng)化程度不同而導(dǎo)致巖層界面界線不清晰；作業(yè)現(xiàn)場可能存在不明孔洞、地下構(gòu)造物，而孔洞與構(gòu)造物的具體分布范圍、分布形態(tài)和埋置深度等無法準(zhǔn)確勘察；施工現(xiàn)場原狀芯樣具體指標(biāo)無法做出準(zhǔn)確試驗(yàn)確定；部分技術(shù)人員在資料搜集與整合時粗心大意，現(xiàn)場技術(shù)人員的隨機(jī)應(yīng)變能力欠缺，現(xiàn)場技術(shù)交流存在障礙等。

2 在復(fù)雜地質(zhì)條件下的主要勘察技術(shù)方法

為保證高速公路工程勘察技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性，要以適用性與針對性強(qiáng)為原則，合理選擇勘察方式，常規(guī)的勘察技術(shù)有：地層勘察、波速測試與靜力觸探、土工試驗(yàn)、現(xiàn)場地形測繪、鉆孔取芯等方法。

2.1 地層勘察

高速公路常用的勘察鉆機(jī)主要有淺鉆與巖心鉆兩類。為保證芯樣完整性，防止塌孔，實(shí)際作業(yè)時一般通過泥漿護(hù)壁輔助，循回鉆進(jìn)、取芯的做法，在砂土層中采取率要大于75%，在粘土層中采取率要大于90%。取芯過程中要詳細(xì)記錄各土層的橫向與豎向巖層變化，觀察和記錄每個土層的性質(zhì)，宏觀角度進(jìn)行地層分布區(qū)域研究。要認(rèn)真判斷不同深度的芯樣特點(diǎn)，分別對芯樣指標(biāo)科學(xué)確定。

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)

要針對性的安排室內(nèi)試驗(yàn)，對擬建環(huán)境可能存在的土質(zhì)問題進(jìn)行詳細(xì)分析。通過室內(nèi)試驗(yàn)，對芯樣的各項(xiàng)物理指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)合理的判定，為巖土工程的分析和評價提供有效的依據(jù)。常規(guī)高速公路項(xiàng)目芯樣實(shí)驗(yàn)，主要物理性指標(biāo)包括：物理性質(zhì)顆粒分析、壓縮試驗(yàn)測定、水質(zhì)分析等。

2.3 地質(zhì)測繪

主要目的：在復(fù)雜地質(zhì)條件下對地形進(jìn)行細(xì)致地分析和調(diào)查，深入研究該區(qū)域的地質(zhì)地層構(gòu)造、地貌特點(diǎn)以及一些不良地質(zhì)條件、可能存在的地質(zhì)災(zāi)害等。在復(fù)雜地質(zhì)條件下更好地對地貌單元、地質(zhì)的形成原因、紋理的具體分布情況、巖土形成的年代以及性質(zhì)進(jìn)行劃分，做好巖土層風(fēng)化程度的鑒定工作。

2.4 原位測試

原位測試是在土層原始位置或原始狀態(tài)下，對土層進(jìn)行的測試行為。高速公路原位測試一般采用靜力觸探的方法進(jìn)行測試。靜力觸探其原理是利用靜力將探頭壓入土層中，根據(jù)土層反饋的阻力不同，判斷地層中各個土層的物理力學(xué)性能。實(shí)際操作時使用了天津港達(dá)TZKjt-1型靜力觸探儀，該儀器能現(xiàn)場測試并保存數(shù)據(jù)，后期可以通過電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，操作簡單，準(zhǔn)確率高。

動力觸探具有勘察與測試雙重應(yīng)用，可分為輕型、重型、超重型靜力觸探，區(qū)別主要是適用于不同土層。動力觸探要在原始位置、原始含水量、原始結(jié)構(gòu)、原始荷載下進(jìn)行測試。輕型動力觸探試驗(yàn)適用于深度不大于4m的粉土、黏土土質(zhì)，主要由新近沉積黏性土、粉土粉砂、細(xì)砂以及由黏性土、粉土組成的素填土[2]。重型動力觸探試驗(yàn)適用于砂土和礫卵石。超重型動力觸探試驗(yàn)適用于砂卵石、碎石土、軟巖等。

3 針對復(fù)雜地質(zhì)地形條件下改進(jìn)巖土勘察工作的措施

3.1 完善巖土勘察管理制度，提升質(zhì)量

多地貌條件下高速公路勘察技術(shù)現(xiàn)狀，與國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定還存在差距。為了改變現(xiàn)狀，提升勘察水平，不但要根據(jù)高速公路實(shí)際地貌如實(shí)進(jìn)行勘察，還要完善有關(guān)的管理制度，依據(jù)勘察工期制定合理工作計(jì)劃，提高勘察質(zhì)量。

3.2 強(qiáng)化技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)，提升技術(shù)人員綜合素質(zhì)

多地貌下勘察工作由專業(yè)的勘察單位實(shí)施，勘察團(tuán)隊(duì)相對成熟穩(wěn)定，但人員綜合能力參差不齊。技術(shù)人員的能力水平是勘察工作的基礎(chǔ)與核心，專業(yè)知識能力、綜合素養(yǎng)對整個勘察工作的質(zhì)量與進(jìn)度起到關(guān)鍵作用。要重視勘察人員的隊(duì)伍建設(shè)，形成高中低各層階管理、做好分工，重視內(nèi)部審核與校對。定期對勘察技術(shù)人員開展教育與培訓(xùn)，積極召開內(nèi)部技術(shù)交流與外部學(xué)術(shù)講座，豐富他們的知識面，提升專業(yè)能力，擴(kuò)大知識深度和廣度。要特別注重從業(yè)人員的職業(yè)道德水平建設(shè)，提高從業(yè)人員責(zé)任心，提升人員處事應(yīng)變能力，保證多地貌下高速公路勘察工作的質(zhì)量。

3.3 積極引進(jìn)先進(jìn)勘察技術(shù)并尋求創(chuàng)新

在多地貌條件下高速公路勘察過程中，首選使用克里格法，該方法對勘察點(diǎn)布設(shè)方法比較合理?？死锔穹ㄊ墙y(tǒng)計(jì)學(xué)主要內(nèi)容之一，從變量相關(guān)性與變異性作為主要出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對該區(qū)域變量所選取的數(shù)值進(jìn)行無偏、最優(yōu)的選擇。克立格法主要有三個概念：區(qū)域變化量、協(xié)方差函數(shù)、變異函數(shù)。在充分考慮區(qū)域量變函數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行勘察布孔，提高了勘察點(diǎn)位布設(shè)的科學(xué)性。在高速公路勘察項(xiàng)目的分析階段，使用高密度電阻率法與多道瞬態(tài)面波的勘察技術(shù)，利用土與巖石的物理與化學(xué)差異，提高了勘察工作的精準(zhǔn)度。與此同時，將勘察技術(shù)與物探技術(shù)相結(jié)合，將不斷進(jìn)步的物探技術(shù)作為勘察工作的輔助，對提高工程勘察工作的精度與質(zhì)量發(fā)揮重大作用。在實(shí)際的勘察過程中，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)與回歸分析的方法，可以準(zhǔn)確計(jì)算出勘察基底承載數(shù)值，自動篩除異常數(shù)據(jù)，大大降低勘察數(shù)據(jù)的誤差。在勘察資料整理階段，可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助，提高勘察工作的工作效率與準(zhǔn)確性。在對復(fù)雜地形地質(zhì)條件的巖土進(jìn)行勘察，優(yōu)先選用科學(xué)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的勘察技術(shù)，對實(shí)際結(jié)果深入的分析研究，提高勘察團(tuán)隊(duì)的整體水平，確?？辈斓馁|(zhì)量與進(jìn)度[3]。

3.4 記錄保存好內(nèi)業(yè)資料

勘察工作最終以文字?jǐn)?shù)據(jù)形式交付，勘察過程中資料分析與整理工作是影響勘察質(zhì)量的主要因素，關(guān)系整個成果的成敗。勘察資料必須真實(shí)、準(zhǔn)確，要及時、完整將外業(yè)資料進(jìn)行歸檔。每一名勘察技術(shù)人員，必須在外業(yè)與內(nèi)業(yè)整個進(jìn)行過程中，對異常數(shù)據(jù)科學(xué)篩選、合理分析，依據(jù)勘察進(jìn)度及時完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的記錄、整理與歸檔工作。

4 結(jié)語

在復(fù)雜的地質(zhì)條件下做好高速公路工程勘察工作，對高速公路工程的設(shè)計(jì)、安全、造價等方面影響巨大。只有依托優(yōu)秀的勘察團(tuán)隊(duì)、選擇合理的勘察技術(shù)，使用科學(xué)的分析方法，追求嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作態(tài)度，才能把高速公路勘察工作做好，對預(yù)防工程事故發(fā)生、保證工程質(zhì)量提供基礎(chǔ)保障。