勘察過程質(zhì)量控制方法及其對工程建設(shè)的影響淺析

張詔飛，席 偉

（廊坊市中鐵物探勘察有限公司，河北 廊坊 065099）

0 引 言

工程勘察是國家規(guī)定的工程建設(shè)必經(jīng)程序之一[1]，對后續(xù)工程的設(shè)計、施工、檢測、監(jiān)測及工程建設(shè)控制水平均有重要意義。隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能力的不斷提高，工程勘察行業(yè)在規(guī)模、產(chǎn)能和從業(yè)人員水平等方面迎來了大發(fā)展，眾多專家學(xué)者對公路、鐵路、水利、礦山、城市工（民）建等領(lǐng)域的工程勘察理論方法、技術(shù)工藝，進行了大量研究，取得了豐碩的成果[2-6]，保障了國家工程建設(shè)的有序進行。另一方面，因行業(yè)發(fā)展速度較快，從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，同時又容易受建設(shè)工程工期、人員材料、機械成本等經(jīng)濟條件影響，工程勘察工作的質(zhì)量并不完全盡如人意，從而對工程建設(shè)產(chǎn)生了不利的影響[7-11]。

本文從工程勘察外業(yè)工作、內(nèi)業(yè)工作質(zhì)量的角度，結(jié)合實際案例，分析地質(zhì)調(diào)查、外業(yè)勘探成果、室內(nèi)試驗、數(shù)據(jù)分析等方面勘察質(zhì)量差異對工程建設(shè)的影響。

1 外業(yè)工作質(zhì)量影響工程建設(shè)案例

1.1 地質(zhì)調(diào)查相關(guān)案例

地質(zhì)調(diào)查工作對于查明建設(shè)場地及周邊區(qū)域不良地質(zhì)及特殊土發(fā)育至關(guān)重要。2020年6月，一帶一路非洲節(jié)點上重點建設(shè)項目二期工程某車間在開挖基坑時，發(fā)現(xiàn)場地西南側(cè)淺層分布較大厚度的尾礦砂，如圖1所示。根據(jù)釬探結(jié)論，軟弱土層承載力約60 kPa，初步估計分布范圍約70 m×70 m，與勘察報告所描述地層不一致。

圖1 某項目槽底揭露尾礦砂Fig. 1 Exposed tailings at the trough bottom of the project

由于該層軟弱土的存在，預(yù)計將增加地基處理費用，同時延誤建設(shè)工期。后經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)建設(shè)場地為南部廢棄尾礦坑的北部邊界，一期項目建設(shè)之前，場地西南角被尾礦所淹沒，勘探期間被礦渣覆蓋，尾礦砂下面的原始地層受尾水浸濕后性質(zhì)變?nèi)??？辈靾蟾嬷形磳ξ驳V砂做專門描述，僅以填土帶過，對尾砂層下覆蓋的軟弱土未做說明。同時附近廠區(qū)排放的酸性廢水對地基土產(chǎn)生了顯著的污染，造成地下水和場地土pH值偏低，地下水呈強酸性。受此影響的地基土工程性能持續(xù)降低，對比2013年6月一期工程（二期工程西側(cè)相鄰場地）詳勘、2018年12月二期工程詳勘及2020年6月補勘結(jié)論，3次勘察期間地基土承載力分別下降了10～20 kPa。

如圖2所示，經(jīng)過補勘查明尾砂及受尾砂、酸性水影響的地基土分布面積約 5 600 m2，層厚0.60～4.30 m?？辈靻挝唤ㄗh對其進行換填處理，換填材料就地取用廢棄礦渣礦石。按照原設(shè)計方案對地基承載力特征值的要求fak=120 kPa，推算基礎(chǔ)底面荷載 Pk不大于經(jīng)深寬修正后的承載力特征值fa=210 kPa?，F(xiàn)地基持力層風化泥巖承載力特征值為100 kPa，換填 1 m修正后的承載力特征值 fa1=222 kPa，軟弱層頂面處土重Pcz=86 kPa，軟弱層頂面處附加壓力為Pz=114 kPa，經(jīng)計算軟弱層頂面處荷載為200 kPa，小于持力層的承載力，換填1 m可滿足設(shè)計荷載要求，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)要求，建議換填厚度在1.0～2.0 m之間，同時對附近廠房的廢水排放設(shè)施做密閉和防滲處理。設(shè)計單位采納建議，施工驗收載荷試驗和工后沉降觀測結(jié)果表明，地基處理滿足工程要求。

圖3為圖2所示位置地基處理后采用載荷試驗進行承載力檢測的p-s曲線，在240 kPa壓力下的沉降為6.55 mm，且曲線平緩光滑，無明顯拐點。

圖2 相同位置補勘前后地質(zhì)剖面Fig. 2 Geological section before and after the same location prospecting

圖3 人工地基檢測成果圖Fig. 3 Test results of artificial foundation

本項目因忽視了地質(zhì)調(diào)查工作，未能查明對工程建設(shè)有較大影響的軟弱土的分布范圍，造成建設(shè)工期延誤10 d，對項目投資控制造成困難。建議從踏勘及方案制定階段開始，充分重視地質(zhì)調(diào)查的重要性，制定專門措施，分階段調(diào)查場地及其附近區(qū)域發(fā)育的特殊土及不良地質(zhì)。

（1）在踏勘階段，可通過向委托人詢問場區(qū)歷史情況、走訪調(diào)查等手段對場區(qū)可能存在的不利因素進行初步了解。

（2）在方案制定階段，可通過搜集歷史地形影像、前期地質(zhì)資料等，實現(xiàn)場區(qū)不利因素的整體把控，并制定針對性的勘探預(yù)案。

（3）在勘探實施過程中，對于揭露的異常地質(zhì)現(xiàn)象，可結(jié)合在前兩個階段了解到的信息進行綜合判斷，按已有預(yù)案開展專門工作。

這種逐層推進的勘探方法，對于查明暗埋的不良地質(zhì)具有現(xiàn)實的意義。

1.2 外業(yè)勘探成果相關(guān)案例

目前勘察行業(yè)采用的主要勘探手段為鉆探，對于濕陷性土地區(qū)宜在探井中取樣。某礦山尾礦庫建設(shè)項目工程勘察過程中，發(fā)現(xiàn)廣泛分布濕陷性土，且勘察報告提供的濕陷性土厚度較大，部分區(qū)域埋深超過了 20 m。與附近其他建設(shè)項目勘察經(jīng)驗相比，該項目濕陷性地基土埋深嚴重偏大，給設(shè)計及建設(shè)單位造成了嚴重困惑，一方面當?shù)夭o處理深厚濕陷性土的經(jīng)驗，另一方面也會增加地基處理的費用（千萬元以上），將嚴重超出概算標準。

在對勘察工作審查過程中，發(fā)現(xiàn)該項目濕陷性土試樣大部分為鉆孔中采取，鉆孔口徑108 mm，使用厚壁取土器回轉(zhuǎn)鉆進取樣。在此工藝條件下采取的濕陷性土試樣將顯著擾動，質(zhì)量等級將低于力學(xué)所要求的標準，試驗得出的濕陷系數(shù)將偏離實際水平，埋藏較深厚的非濕陷性土經(jīng)試驗得出的結(jié)果也可能是濕陷性的。最終補充探井取樣和試驗后，如圖4所示，濕陷性土埋深基本在3 m以內(nèi)，濕陷量計算值在100～180 mm之間，場地濕陷等級為Ⅰ級非自重濕陷，參照國內(nèi)標準《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》并結(jié)合柔性壩體堆筑加荷及受力特點，采取部分換填或整體鋪防滲膜后可滿足結(jié)構(gòu)及防滲要求。目前項目尾礦壩已完成建設(shè)，變形及滲漏監(jiān)測數(shù)據(jù)均無異常。

圖4 相同位置補勘前后濕陷性土下限Fig. 4 Lower limit of collapsible soil before and after the same location

本案例中，因勘探、取樣方式選用錯誤，造成勘察質(zhì)量事故。在不同的地層中，應(yīng)選用有效的勘探和取樣方式，保證勘探效率和取樣質(zhì)量。

（1）對于一般黏性土層和巖體質(zhì)量較好的巖層，巖土層完整性較好，且有較高的黏聚力，選用常規(guī)的回轉(zhuǎn)巖芯鉆進法，可實現(xiàn)高效鉆進。對于黏性土的取樣，目前大多使用快速壓入法配合鍍鋅鐵皮襯管的厚壁敞口取土器，其弊病甚多，取樣質(zhì)量不高，但因其簡單高效，仍被允許使用，但應(yīng)注意保持襯管鐵皮形狀圓整且無附著物或銹斑。

（2）對于粉土和砂土層，除回轉(zhuǎn)鉆進外，尚可采用錘擊法鉆探，采用圓筒形鉆頭的刃口借助鉆具沖擊力切削土層鉆進，粉土的取樣多采用重錘少擊法，砂土多用貫入法取擾動樣，如需取得飽和砂土的高標準原狀樣，尚需采用內(nèi)置環(huán)刀的取砂器取樣。

（3）對于碎石土和質(zhì)量不高的松散、碎裂巖體，一般可采用沖擊法鉆進，如需采取不擾動樣，尚要采用回轉(zhuǎn)鉆進，配合雙動三重管取樣器。

（4）對于膨脹性土、濕陷性土、多年凍土，應(yīng)采用干鉆方式，嚴禁送水，并應(yīng)控制回次進尺不大于0.5 m（濕陷性土應(yīng)一米三鉆），鉆孔取樣宜采取大直徑試樣，濕陷性土和多年凍土的Ⅰ、Ⅱ級試樣應(yīng)在探井、探槽中刻取。

（5）軟土和膨脹性土應(yīng)采用薄壁取土器靜力壓入法取樣。

2 內(nèi)業(yè)工作質(zhì)量影響工程建設(shè)案例

2.1 室內(nèi)試驗相關(guān)案例

因工程建設(shè)所需要的巖土物理力學(xué)參數(shù)較多，室內(nèi)試驗對建設(shè)工程的影響方式和程度也不同。其中在物理指標中，含水量w屬于巖土體的基本性質(zhì)，對其他物理力學(xué)指標都會有影響。某沿海地區(qū)橋梁建設(shè)項目中[12]，采用 CFG樁復(fù)合地基處理軟弱地基土。在 CFG樁基樁檢測過程中發(fā)現(xiàn)了較多的斷樁、縮徑現(xiàn)象，如圖5所示。經(jīng)匯總分析，斷樁、縮徑的深度集中在10 m左右，可能與地質(zhì)條件有關(guān)。

圖5 樁身夾泥斷樁波形和鉆芯驗證照片F(xiàn)ig. 5 Waveform of pile with mud and verification photos of drill cores

經(jīng)補勘取樣測試，在10 m深度左右分布一層淤泥質(zhì)土，厚度約1 m左右。其含水量在40%左右，固結(jié)程度較低，在 CFG樁長螺旋成孔后及混凝土澆筑過程中，極易發(fā)生縮徑，影響樁體完整性。

質(zhì)量事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在鉆探原始記錄中，如實記錄了該層軟弱土。室內(nèi)試驗報告顯示，該層土含水量在25%左右，為軟塑狀態(tài)黏性土，與補勘結(jié)論不一致。追溯試驗記錄，發(fā)現(xiàn)試驗過程中樣品大量擠壓，送樣11 d以后方才開土。因留置時間過長，樣品失水嚴重，含水量試驗結(jié)果與實際狀態(tài)產(chǎn)生了較大偏差。

該事例中，由于試驗結(jié)果偏差，導(dǎo)致施工采用了適用性較差的地基處理方案。后采用了注漿法處理斷樁和縮徑，效果較好。因檢測結(jié)果驗證、補勘調(diào)查及方案論證、注漿施工，導(dǎo)致建設(shè)工程工期延誤50 d，嚴重影響了建設(shè)單位的工期目標控制。對于室內(nèi)試驗的質(zhì)量控制，要重視樣品留置期間的環(huán)境和時間，還應(yīng)針對巖土體不同的作用狀態(tài)選用適當?shù)脑囼灧椒?。另外，對于擬采用不同的基礎(chǔ)或地基處理方案，還應(yīng)注意試驗方法和試驗項目的影響。

（1）擬采用嵌巖樁的項目，應(yīng)重點關(guān)注樁端巖層的單軸抗壓強度，其與樁端承載力和成樁方法選用直接相關(guān)。

（2）擬采用鋼管樁，因樁體與土體接觸面積較大，應(yīng)對場地土的腐蝕性進行試驗。

（3）擬采用預(yù)壓地基，應(yīng)對地基土的前期固結(jié)壓力、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)等指標重點關(guān)注。

（4）當采用水泥土攪拌樁或旋噴樁處理軟土時，應(yīng)對其有機質(zhì)含量進行試驗，驗證處理方法的適用性。

2.2 數(shù)據(jù)分析相關(guān)案例

勘察數(shù)據(jù)分析處理的首要任務(wù)是劃分地層，其重要依據(jù)有勘探記錄、巖芯照片、原位測試及室內(nèi)試驗報告。非洲某中資礦山基建項目，勘察報告顯示場地濕陷性土的層底深度普遍在5～7 m。因當?shù)厥┕l件受限，可用的地基處理手段主要為換填。對于大規(guī)模的工程建設(shè)，換填3～5 m的費用是建設(shè)方難以接受的。

在對勘察報告審查過程中發(fā)現(xiàn)，試驗報告顯示，3 m以下土層的濕陷性系數(shù)和自重濕陷性系數(shù)普遍小于0.015，即3 m以下土層為非濕陷性土?？辈靾蟾嬷械牡貙觿澐謨H以現(xiàn)場的勘探記錄為準，未能充分考慮室內(nèi)試驗結(jié)果的變化情況，最終導(dǎo)致所劃分的濕陷底深度偏大，人為增加了地基處理的深度和費用。

數(shù)據(jù)分析是工程勘察工作的核心部分，其工作精度直接影響勘察的質(zhì)量水平，并對后續(xù)的設(shè)計工作有顯著的影響?？蓮囊韵路矫嫣岣邤?shù)據(jù)分析質(zhì)量：

（1）注意數(shù)據(jù)的差異性，出現(xiàn)較大的變異系數(shù)時，應(yīng)注意分層精度、試驗方法適用性、數(shù)據(jù)統(tǒng)計選用等是否出現(xiàn)了問題。

（2）相關(guān)數(shù)據(jù)的一致性較差時，應(yīng)注意試驗測試數(shù)據(jù)的誤差，或者巖土體是否為特殊性質(zhì)。

（3）注意直觀揭露的現(xiàn)象與試驗測試數(shù)據(jù)相互驗證，是否存在因果關(guān)系。

3 結(jié) 論

以上工程勘察案例分別從地質(zhì)調(diào)查、勘探成果、室內(nèi)試驗、數(shù)據(jù)分析等勘察工作不同環(huán)節(jié)出發(fā)，對其影響工程建設(shè)的程度和方式進行了淺析，可見工程勘察的外業(yè)工作和內(nèi)業(yè)工作為工程建設(shè)的前置程序，其各個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，工作質(zhì)量的差異將直接影響工程建設(shè)工期和建設(shè)成本。規(guī)范科學(xué)合理的勘察方法對保證工程勘察質(zhì)量、節(jié)約工程時間和經(jīng)濟成本都有重要意義。