巖土勘察技術(shù)在復(fù)雜地形地質(zhì)條件的運(yùn)用

楊歷生

（中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

巖土工程勘察是指根據(jù)建設(shè)工程的要求，對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)情況、環(huán)境特征、巖土工程條件等進(jìn)行查明、分析、評(píng)價(jià)，最終編制勘察文件的一系列過(guò)程。我國(guó)建設(shè)工程涉及的種類(lèi)日益增多，在一些較為復(fù)雜的自然環(huán)境中，受地質(zhì)地形條件的影響，巖土工程勘察必須采用特殊技術(shù)，既需要保證勘查結(jié)果的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，又要避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大破壞[1]。

1 勘察技術(shù)綜述

巖土勘察技術(shù)主要是指在巖土工程的施工中，隨著工程進(jìn)度的推進(jìn)，依照工程需求，利用各種勘察技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)所的地質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行勘察、分析，從而為工程項(xiàng)目建設(shè)做好準(zhǔn)備。提前勘察為工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工創(chuàng)造有利的條件，確保工程項(xiàng)目的安全性和穩(wěn)定性，提升工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑工程的技術(shù)不斷更新升級(jí)，巖土工程勘察技術(shù)有了更多細(xì)分種類(lèi)，質(zhì)量也得到了極大的提高。

1.1 巖土勘察的主要步驟

研究勘察、初步勘察及詳細(xì)勘察 3 個(gè)階段?？尚行匝芯靠辈焓菐r土工程勘察工作中最重要的一項(xiàng)，主要目的是從幾個(gè)意向區(qū)域中選擇一個(gè)最為合適的地點(diǎn)，收集這些區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，綜合考量這些地點(diǎn)的地震發(fā)生頻率、曾有建筑、建設(shè)目的和當(dāng)前的施工技術(shù)等。初步勘察是為了擴(kuò)大設(shè)計(jì)要求而開(kāi)展的工作，主要是為了設(shè)計(jì)出符合當(dāng)前巖土勘察技術(shù)的初步施工方案，為下一步細(xì)化工作做出充足的準(zhǔn)備。詳細(xì)勘察需要結(jié)合多方面的工作進(jìn)行，為工程最終確定一個(gè)合適的施工方案。進(jìn)行詳細(xì)勘察工作時(shí)要結(jié)合工程設(shè)計(jì)、施工條件、地基處理要求，進(jìn)行一系列的技術(shù)論證和評(píng)價(jià)，為巖土工程施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題提供可行的解決方案，從而保證整個(gè)工程正常施工。

1.2 巖土工程中應(yīng)用勘察技術(shù)的重要意義

我國(guó)幅員遼闊，地勢(shì)情況非常復(fù)雜，巖土類(lèi)型多種多樣，為巖土工程的勘察和施工帶來(lái)了很大的困難。因此，在我國(guó)巖土工程實(shí)施中，巖土工程勘察技術(shù)至關(guān)重要，直接影響著建筑施工進(jìn)程?？辈旒夹g(shù)的應(yīng)用可以幫助施工人員更好地了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，從而為巖土工程項(xiàng)目的后續(xù)工作提供科學(xué)化、準(zhǔn)確化的沿途數(shù)據(jù)，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)巖土工程施工中的一些潛在問(wèn)題，從而采取預(yù)防對(duì)策。

2 復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巖土工程勘察技術(shù)簡(jiǎn)析

2.1 復(fù)雜地形原位測(cè)試技術(shù)

原位測(cè)試技術(shù)是在巖土原來(lái)位置，或是模擬出與原位置狀態(tài)極為相似的應(yīng)力環(huán)境后，對(duì)巖土性質(zhì)開(kāi)展測(cè)試。此種測(cè)量方式的原理為：巖土層原來(lái)所處的位置，能夠基本保持天然結(jié)構(gòu)、天然含水量、天然應(yīng)力狀態(tài)，使巖土工程勘察的重要參數(shù)—工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)維持極高的精度。原位測(cè)試包括靜力觸探、動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切、旁壓試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、扁板側(cè)脹試驗(yàn)、應(yīng)力鏟試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)、巖體應(yīng)力試驗(yàn)、巖土波速測(cè)試等。原位測(cè)試技術(shù)原理比較簡(jiǎn)單，常用于室內(nèi)檢測(cè)條件與工程實(shí)際情況相差過(guò)大的情況。此外，當(dāng)土層、地基的基礎(chǔ)受力狀態(tài)較為復(fù)雜，或是超出預(yù)期、計(jì)算準(zhǔn)確度不足、勘察人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、整體基礎(chǔ)的原味真型試驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，均可以采用原位測(cè)試技術(shù)。需要注意的是，如果重要的建設(shè)工程，必須進(jìn)行適度的原位測(cè)試。如圖 1所示，為巖土工程彈性力學(xué)參數(shù)原位測(cè)試儀測(cè)量原理示意圖，其中上部所示為縱橫波地面（表面）測(cè)試示意圖；左下所示為縱橫波單孔測(cè)試示意圖、右下所示為縱橫波跨孔測(cè)試示意圖[2]。

2.2 地形地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)

地形地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)是工程學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一，是指對(duì)自然地理要素、地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及屬性等進(jìn)行測(cè)定、采集并繪制成圖。應(yīng)用于復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的巖土工程勘察作業(yè)時(shí)，研究測(cè)定及推算目標(biāo)點(diǎn)的幾何位置、巖土結(jié)構(gòu)形態(tài)、組分構(gòu)成等，通過(guò)具體數(shù)據(jù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地質(zhì)條件進(jìn)行測(cè)評(píng)和分析后，有助于判斷地形地質(zhì)的復(fù)雜程度，進(jìn)而對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)構(gòu)造予以確認(rèn)，最終目的在于找出施工現(xiàn)場(chǎng)存在的所有地質(zhì)問(wèn)題并判斷能否及時(shí)解決，既可以提高勘察的準(zhǔn)確性，也能提高工程的安全系數(shù)。

2.3 復(fù)雜地區(qū)巖層鉆探技術(shù)

與上述兩種技術(shù)相比，巖層鉆探技術(shù)的復(fù)雜性、作業(yè)難度較高。此種技術(shù)主要使用的工具為臺(tái)式或車(chē)裝鉆機(jī)，在鉆探作業(yè)中，需要使用泥漿，目的在于保護(hù)巖土壁層；而在回轉(zhuǎn)時(shí)，往往采用“彩芯”的作業(yè)方式。為了提升勘察準(zhǔn)確性、避免出現(xiàn)意外情況，應(yīng)該將砂土層巖心采取率控制在75%左右；對(duì)黏土層的巖心采取率最小值應(yīng)該控制在90%，開(kāi)展正常作業(yè)，土層水平、垂直方向的變化將會(huì)成為重要參數(shù)，有助于精確探測(cè)土層變化的整體趨勢(shì)，故而必須借助智能化設(shè)備，時(shí)刻記錄，如果條件允許，應(yīng)該實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇偪囟恕?/p>

3 巖土工程施工勘察現(xiàn)狀

隨著巖土工程技術(shù)的發(fā)展，巖土工程技術(shù)在數(shù)量和種類(lèi)上都得到了很大的提升。豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也加快了技術(shù)升級(jí)的速度，提高了大量工程技術(shù)效率的提升。巖土工程的主要勘察對(duì)象就是巖土體，我國(guó)的廣闊地形和復(fù)雜地勢(shì)給巖土勘察工作帶來(lái)了很多的挑戰(zhàn)。無(wú)論是對(duì)勘探工具、人員素質(zhì)還是指導(dǎo)規(guī)范都提出了很多的要求。因此，在當(dāng)前的工程技術(shù)施工中還存在一些亟待解決和改善的問(wèn)題。

3.1 勘探工具陳舊、技術(shù)落后

巖土工程對(duì)勘探技術(shù)的精密度要求比較高，在巖土勘探過(guò)程中只有保障了巖土勘探的精密度，才能為巖土工程施工的不同階段提供準(zhǔn)確、詳細(xì)的數(shù)據(jù)作參考，結(jié)合實(shí)際情況制定更為合理的施工方案。但是，最新的勘察技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用并不廣泛，目前的機(jī)器設(shè)備嚴(yán)重落后于時(shí)代的發(fā)展，大大降低了巖土工程測(cè)量的精確度，也影響了整個(gè)工程的施工周期。

3.2 指導(dǎo)規(guī)范匱乏

當(dāng)前，我國(guó)巖土工程的施工技術(shù)發(fā)展沒(méi)有得到足夠的重視，也缺乏政府的相關(guān)政策扶持，導(dǎo)致我國(guó)巖土勘察的相關(guān)指導(dǎo)性文件比較少，與國(guó)際主流的勘察標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)，也無(wú)法對(duì)勘探結(jié)果進(jìn)行有效的監(jiān)督，嚴(yán)重影響了我國(guó)巖土工程勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。由于沒(méi)有相關(guān)規(guī)定，技術(shù)人員在進(jìn)行勘察工作的時(shí)候缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，全憑經(jīng)驗(yàn)判斷，導(dǎo)致在巖土工程施工中問(wèn)題頻發(fā)，增加了后期的施工成本。

3.3 工作人員綜合素質(zhì)相對(duì)較低

從當(dāng)前的情況來(lái)進(jìn)行分析，主要是借助于數(shù)字化技術(shù)來(lái)搜集空間定位信息，在地理信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的引導(dǎo)下，構(gòu)建地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，已經(jīng)變成了地質(zhì)學(xué)工作人員的重要任務(wù)?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)勘察技術(shù)的革新與發(fā)展不夠重視，從業(yè)人員對(duì)勘察技術(shù)的認(rèn)識(shí)也不充分，導(dǎo)致我國(guó)尚未建立完整的勘察知識(shí)系統(tǒng)。由于技術(shù)能力不足，導(dǎo)致技術(shù)人員在勘察工作中難以識(shí)別工作的要點(diǎn)和難點(diǎn)，也無(wú)法對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，難以體現(xiàn)勘察技術(shù)的價(jià)值，無(wú)法在巖土工程施工中發(fā)揮其重要作用。

4 提升在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巖土工程勘察質(zhì)量的有效方式

4.1 借助數(shù)字智能化手段提高地質(zhì)測(cè)繪水平

隨著我國(guó)國(guó)力的提升，建設(shè)工程不再局限于城市、鄉(xiāng)村等地形地勢(shì)相對(duì)簡(jiǎn)單、供人民群眾正常生活、工作的區(qū)域，而是逐漸向偏遠(yuǎn)地區(qū)擴(kuò)散。比如 5G 基站成功建立，信號(hào)覆蓋珠穆朗瑪峰北側(cè)全境，正是建立在極其嚴(yán)格的復(fù)雜地形巖土工程勘探的基礎(chǔ)之上?；诖?，提升在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巖土工程的勘察質(zhì)量的首要思路在于借助數(shù)字智能化手段，對(duì)現(xiàn)有巖土工程勘察技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，進(jìn)一步擴(kuò)大勘察范圍，盡可能地提升數(shù)據(jù)的精確程度。比如全面收集建設(shè)工程所在區(qū)域的長(zhǎng)久以來(lái)的土層變化情況，還應(yīng)包含造成“非正常變化”的主要原因，將相關(guān)信息輸入智能化數(shù)據(jù)模擬分析系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析之后，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，為所有進(jìn)行的復(fù)雜地形、巖土勘察提供更加良好的參考。

4.2 提高對(duì)勘察和取樣工作的重視程度

無(wú)論在何種復(fù)雜的條件下，開(kāi)展巖土工程勘察作業(yè)時(shí)，若要提升結(jié)果的精度，勘查過(guò)程和樣本取制樣過(guò)程都是不可忽視的重要環(huán)節(jié)?；诖?，提高勘察質(zhì)量的第二個(gè)思路在于重視過(guò)程、提升取制樣工藝。一般來(lái)說(shuō)，如果土層的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)樣式等存在不同之處，如前文所述，勘查深度和勘察點(diǎn)布設(shè)必然存在差異，此時(shí)必須采用不同的勘查方案。比如勘查混轉(zhuǎn)型住宅地基時(shí)，如果層數(shù)超過(guò)10 層，則鉆孔勘察深度不可盲目加深。應(yīng)該在18m 深度開(kāi)展第一次勘查；之后需要圍繞建筑的承載能力、預(yù)期沉降等反復(fù)論證之后，決定是否增加鉆探深度。

4.3 引入基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定點(diǎn)勘察方法

在一些特殊地形地質(zhì)中，由于自然環(huán)境較為惡劣，重型勘察機(jī)械無(wú)法運(yùn)抵，故而只能通過(guò)人工方式，逐漸“接近”目標(biāo)區(qū)域。在此類(lèi)長(zhǎng)久性的巖土工程勘察過(guò)程中，需要“積小勝為大勝”，故而前期的努力不能浪費(fèi)?；诖耍梢砸牖诒倍沸l(wèi)星定位系統(tǒng)的測(cè)控點(diǎn)布設(shè)勘查方法，通過(guò)衛(wèi)星傳遞勘察信息，并在系統(tǒng)中完成模擬推進(jìn)的全過(guò)程，為實(shí)地作業(yè)提供基礎(chǔ)。如圖 2 所示，為基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的巖土工程勘察示意圖。其中勘察人員攜帶終端及勘查設(shè)備逐漸靠近目標(biāo)區(qū)域，選擇合適位置布置好勘察點(diǎn)位之后，將在系統(tǒng)中予以記錄。在后續(xù)的勘察過(guò)程中，其他人員獲得的指引將更加明確，從另一個(gè)角度不斷提升了勘察結(jié)果數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[3]。

圖2 基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的巖土工程勘察示意圖

4.4 注重通過(guò)地下水勘查，獲得相關(guān)信息

地下水的存在對(duì)于巖土工程勘察的影響程度較為嚴(yán)重，基于此，注重對(duì)地下水的勘察，不僅能夠提升整體質(zhì)量，還可以通過(guò)地下水，獲取有關(guān)信息。然而地下水勘查在具體實(shí)施過(guò)程中存在一定的難度，特別是勘察時(shí)機(jī)的把控，一般在成功鉆探最后一個(gè)鉆孔后的24 小時(shí)之內(nèi)，勘察效果能夠真實(shí)反映巖土的真實(shí)情況，超過(guò)時(shí)限或提前勘探，均會(huì)使結(jié)果受到不小的影響。不僅如此，地下水很可能受周邊地區(qū)水源的影響，故而勘察人員開(kāi)展相關(guān)作業(yè)前，應(yīng)該充分收集目標(biāo)地區(qū)地下水位歷史變化情況，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，從而得出精確的水層分層水位數(shù)值。

5 結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)看，巖土工程勘察應(yīng)該圍繞選址勘察（重點(diǎn)在于對(duì)勘察方案的可行性展開(kāi)論證）、初步勘察、詳細(xì)勘察三個(gè)階段。在復(fù)雜地形地勢(shì)條件下，以上述三項(xiàng)內(nèi)容作為基本框架，引入數(shù)字智能化手段，完善各項(xiàng)勘察細(xì)節(jié)，能夠得出較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在可持續(xù)發(fā)展理念下，巖土工程勘察及后續(xù)的大規(guī)模工程建設(shè)，必須滿(mǎn)足環(huán)保要求，特別是對(duì)地下水的保護(hù)，提升工程的“綠色指數(shù)”。