巖土工程勘察在地質(zhì)工程邊坡治理中的運(yùn)用分析

楊爭(zhēng)

（西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，西安 710003）

1 引言

巖土工程勘察指的是在邊坡治理范圍內(nèi)，通過(guò)勘察、分析、評(píng)價(jià)的方式來(lái)反映地區(qū)范圍內(nèi)的地理特征。通過(guò)利用巖土工程勘察來(lái)掌握地質(zhì)構(gòu)造與荷載能力，并持續(xù)對(duì)邊坡內(nèi)部形變、位移來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，可以有效分析出能夠?qū)吰轮卫碓斐捎绊懙母鞣N不利因素，進(jìn)而讓邊坡治理實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定施工。在邊坡治理項(xiàng)目中，巖土工程勘察的重要性毋庸置疑，通過(guò)巖土工程勘察不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)條件的分析，還可以結(jié)合不同勘察階段的勘察數(shù)據(jù)為邊坡治理提供決策建議，進(jìn)而保證邊坡治理期間各項(xiàng)工作得以正常推進(jìn)。在巖土工程勘察中，勘察報(bào)告是地質(zhì)勘察成果的一種表現(xiàn)。另外，還可以通過(guò)巖土工程勘察來(lái)分析施工范圍內(nèi)的土質(zhì)與地下水的實(shí)際情況，以此讓邊坡治理工作的推進(jìn)變得更加順利。

2 工程概況

以某高速公路邊坡項(xiàng)目為例，該路段共有370 處大于30 m的高塹坡，最高塹坡197 m。在開展勘察工作時(shí)，優(yōu)先分析了地形、地貌、巖性等參數(shù)，并對(duì)路段上、下邊坡中的局部變形問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注。該區(qū)域共產(chǎn)生4 個(gè)滑坡。自然斜坡走向?yàn)橛赡现帘?。地層為滑坡堆積層、殘坡積層。斜坡下部有南北向斷層，斷層在斷裂帶的影響下出現(xiàn)了嚴(yán)重褶皺，節(jié)理裂隙發(fā)育。在對(duì)其進(jìn)行巖土工程勘察時(shí)，所采用的主要勘察技術(shù)為工程鉆探技術(shù)，在勘察中提前發(fā)現(xiàn)了滑坡存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，工程觸探用以分析地層成分，地質(zhì)測(cè)繪分析地形地貌，巖土工程勘察為邊坡項(xiàng)目提供了大量重要數(shù)據(jù)。圖1 為滑坡災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 滑坡災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)

3 巖土工程勘察在地質(zhì)工程邊坡治理中的運(yùn)用

3.1 勘察技術(shù)選擇

在地質(zhì)工程邊坡治理中應(yīng)用巖土工程勘察技術(shù)的主要目的，是為后期的邊坡加固支護(hù)提供詳盡可靠的地質(zhì)地層結(jié)構(gòu)信息。然而在勘察技術(shù)的選擇上，還要根據(jù)邊坡工程性質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)地貌條件、勘察成本等綜合因素來(lái)權(quán)衡。本次巖土工程勘察的要求是：降低地下水對(duì)勘察數(shù)據(jù)的干擾影響，獲取邊坡地質(zhì)詳細(xì)情況；同時(shí)要盡可能地縮短勘察作業(yè)周期，避免支護(hù)前邊坡再度側(cè)滑失穩(wěn)，給邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)帶來(lái)不利影響。

鑒于整個(gè)高塹坡坡度已超過(guò)45°，且坡面部位未做過(guò)任何防護(hù)工程措施，選擇應(yīng)用鉆探技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行巖土工程勘察。在勘察布孔方案中，共設(shè)計(jì)了5 處鉆探孔位，鉆孔標(biāo)號(hào)為ZK1~ZK5，具體實(shí)施步驟為如下：

首先，在勘察設(shè)計(jì)孔位處建設(shè)基臺(tái)，安裝架設(shè)好履帶式空氣潛孔錘鉆機(jī)，使動(dòng)力頭與鉆孔點(diǎn)位的鉛垂線重合后，操作鉆頭向下取心鉆進(jìn)。將5 個(gè)鉆孔的累計(jì)進(jìn)深控制在101.30 m，取得11 件原狀土樣，送往工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土工試驗(yàn)。

而后在勘察現(xiàn)場(chǎng)開展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，這是一種測(cè)定邊坡土體承載力的動(dòng)力觸探方法。具體操作是將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器固定在鉆孔孔底，本次巖土工程勘察使用的貫入器刃角為18°~20°，內(nèi)徑與外徑分別為50 mm 與35 mm，長(zhǎng)度為460 mm，刃口端部厚約1.6 mm，然后使用一個(gè)質(zhì)量為63.5 kg的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)錘，在落距高度為76 cm 釋放，將貫入器打入鉆孔孔底的土體一定深度。記錄錘擊次數(shù)并重新提升試驗(yàn)小錘至貫入器上端76 cm 處，再次釋放直至貫入器沒(méi)入土體深度達(dá)到30 cm 為止。此時(shí)根據(jù)試驗(yàn)落錘次數(shù)，對(duì)照表1 的密實(shí)度分類表，即可判斷出邊坡砂土的密實(shí)度。

表1 天然狀態(tài)砂土的密實(shí)度分類

3.2 邊坡地質(zhì)條件分析

3.2.1 巖土特征

巖土特征分析是為了獲知邊坡土體的承載性能、自穩(wěn)能力，如邊坡使用混凝土噴錨支護(hù)的工程措施來(lái)治理邊坡時(shí)，就必須要在設(shè)計(jì)階段考慮邊坡變形控制難度、邊坡工程安全等級(jí)以及邊坡側(cè)壓力等因素。根據(jù)鉆探揭露以及現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該邊坡工程場(chǎng)地內(nèi)的地層由上至下依次分布為。

1）人工素填土，未完成自重固結(jié)作用、土礫間隙較大且黏聚力較小，自穩(wěn)定性不具備重力擋土墻理想持力土層的條件，平均層厚為9.8 m。

2）第四系沖積層，以粉質(zhì)黏土為主，夾帶有少量淤泥質(zhì)黏土。土質(zhì)液性指數(shù)較高，為可塑狀。

土工試驗(yàn)指標(biāo)值如下：含水量W=26.4%；孔隙比e=0.716;液性指數(shù)Il=0.30；壓縮模量Es=6.42 MPa，平均層厚為2.23 m。

3）第四系坡積層，主要為淤泥質(zhì)黏土夾粉土。土質(zhì)黏軟稍濕，為軟塑狀。

土質(zhì)土工試驗(yàn)指標(biāo)值如下：W=33.4%；e=0.819；Il=0.42；Es=4.91 MPa，平均層厚為2.94 m。

4）第四系殘積層，主要為含砂粉黏土，土質(zhì)為干強(qiáng)度較高的硬塑狀。

土工試驗(yàn)指標(biāo)值如下：W=34.7%；e=0.912；Il=0.24；Es=7.42 MPa，平均層厚為4.97 m。

總體來(lái)看，該邊坡工程除了第四系殘積層土質(zhì)以外，其他土層均有著液性指數(shù)高、壓縮模量大、容許荷載低等特點(diǎn)，均無(wú)法滿足重力擋土墻工程對(duì)基礎(chǔ)持力土層承載性能的需求。而相比之下，第四系含砂粉黏土的物理力學(xué)性狀則表現(xiàn)較好，理論上可以作為樁端持力土層。因此，邊坡治理工程可以選擇“抗滑樁”“錨固樁”等低成本支護(hù)技術(shù)方案。

3.2.2 水文地質(zhì)情況分析

結(jié)合取樣試驗(yàn)結(jié)果以及水位管的觀測(cè)情況，該邊坡工程場(chǎng)地的地下水文情況可以總結(jié)為如下

1）邊坡所在的工程場(chǎng)地內(nèi)均發(fā)現(xiàn)高含水層跡象，通過(guò)水位觀測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅有人工素填土層中發(fā)現(xiàn)少量滯水現(xiàn)象，且富集密度不均、富水性不強(qiáng)，說(shuō)明該工程的滑坡災(zāi)害的發(fā)生原因不為土壤液化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。

2）結(jié)合5 個(gè)鉆孔的水位觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，整個(gè)邊坡水位深度應(yīng)當(dāng)處于0.31~6.42 m，除人工素填土層外，其余揭露土層均表現(xiàn)為相對(duì)弱含水層特征。

3）分析該邊坡地下富水性差的原因主要有兩個(gè)，一是土層分布清晰，不存在互層現(xiàn)象，且黏土、粉質(zhì)黏土以及淤泥質(zhì)黏土居多，由于天然隔水層結(jié)構(gòu)較厚，下覆含水層極難通過(guò)地層滲透來(lái)補(bǔ)充滯水量；二是周邊地形不滿足下滲條件，由于地層內(nèi)部裂縫不呈發(fā)育狀態(tài)，地下含水層與地表水系之間無(wú)法通過(guò)裂縫通道來(lái)建立水力聯(lián)系。

水文地質(zhì)分析結(jié)果說(shuō)明了該地邊坡治理工程不會(huì)遭受地下大量涌水的不良影響，因此，在治理技術(shù)方案的選擇上更加靈活。由于理想的基礎(chǔ)持力土層含水量較小，因此，在支護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載僅僅考慮工程力學(xué)指標(biāo)因素即可，可以將更多的設(shè)計(jì)精力放在降低工程建設(shè)成本、工程安全以及施工難度的問(wèn)題上。

3.3 具體治理方法

在開展邊坡治理時(shí)，應(yīng)該對(duì)治理區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，以此來(lái)了解邊坡治理的實(shí)際需求，如邊坡高度、方向乃至治理區(qū)域的植被生長(zhǎng)情況，都是需要在治理開始前了解的必要內(nèi)容[2]。在進(jìn)行巖土工程勘察時(shí)，需要通過(guò)地表、洞穴測(cè)繪來(lái)明確基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，以此來(lái)讓邊坡治理變得更加簡(jiǎn)單。在明確基礎(chǔ)地質(zhì)參數(shù)后，需要在勘察中對(duì)巖溶、地下水分布進(jìn)行分析，以此來(lái)明確巖溶區(qū)域與其他區(qū)域的間距，判斷巖溶是否會(huì)影響到邊坡治理工程的正常推進(jìn)。與此同時(shí)，還應(yīng)該在勘察期間對(duì)洞穴形態(tài)、地質(zhì)條件進(jìn)行分析，在明確地下水實(shí)際情況的同時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)山坡地段進(jìn)行劃分，從坡度高度、形狀等多角度勘察來(lái)提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

除此之外，由于邊坡地段的地層與風(fēng)化問(wèn)題都將會(huì)影響到邊坡治理工作的開展，因此，還要結(jié)合多方數(shù)據(jù)對(duì)地層信息進(jìn)行判斷，并對(duì)后續(xù)的邊坡開挖坡度走向、高度進(jìn)行定義。需要注意的是，在對(duì)坡面巖石層進(jìn)行分析時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注巖石層是否為軟弱地質(zhì)。當(dāng)所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集完成后，便可以結(jié)合數(shù)據(jù)來(lái)分析邊坡治理存在的難度問(wèn)題，以此來(lái)提高邊坡治理效果。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，巖土工程勘察是邊坡治理中的關(guān)鍵技術(shù)之一，科學(xué)的勘察方式不僅可以掌握邊坡治理區(qū)域的水文地質(zhì)情況，還能夠發(fā)現(xiàn)邊坡治理期間存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患，進(jìn)而提高邊坡治理效果。巖土工程勘察方法有很多，項(xiàng)目要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇不同的勘察方法，例如，在對(duì)地質(zhì)、地貌進(jìn)行分析時(shí)，就可以利用地質(zhì)測(cè)繪的方式來(lái)快速掌握地質(zhì)情況，若要了解地層參數(shù)，則需要結(jié)合鉆探法等方式來(lái)對(duì)地層進(jìn)行分析，選擇適合的勘察方式可以在提高勘察效率的同時(shí)提高勘察質(zhì)量。