淺談雙碳目標(biāo)下的巖土工程勘察

文／吳發(fā)榮 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江杭州 310052

引言：

在世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體這一背景下，我國提出了“碳達(dá)峰”和“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)：即二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。為契合國家“雙碳”戰(zhàn)略倡導(dǎo)綠色、環(huán)保、低碳的生活方式，各行各業(yè)低碳綠色發(fā)展是必然選擇之一。巖土工程作為土木工程的一個(gè)重要分支也必然要落實(shí)國家戰(zhàn)略目標(biāo)而努力，結(jié)合工程實(shí)例來探討雙碳目標(biāo)下的巖土工程勘察。

1、工程實(shí)例

1.1 工程簡介

某指揮中心項(xiàng)目位于浙江省杭州市上城區(qū)錢江新城，鄰近新塘河，為錢江新城重要性建筑物之一。

擬建的某指揮中心項(xiàng)目，位于已建的杭州消防大樓的西南方向，場地東南面為鯤鵬路，西南面臨近望江東路，西北角為預(yù)留二期場地及新塘河。本項(xiàng)目主要由1幢11 層（局部10 層）的主樓及2 層地下車庫等組成。開挖深度為黃海高程-1.95m，用地面積8640m，總建筑面積19556m，其中地上9964 m，地下建筑面積9592m。擬采用鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)，建筑物抗震設(shè)防類別乙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級?；A(chǔ)形式：主樓，鉆孔灌注樁；地下室：鉆孔灌注樁抗浮。柱下最大豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值約為13000kN/柱。

1.2 勘察目的及要求

本次勘察屬詳細(xì)勘察階段，主要勘察目的是查明擬建場地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件：即查明擬建場地的土層分布規(guī)律以及各土層的巖性特征，按不同建（構(gòu)）筑物提出巖土工程資料和設(shè)計(jì)所需的巖土技術(shù)參數(shù)，按規(guī)范要求作土層的物理力學(xué)常規(guī)分析與評價(jià)，并對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地基處理、不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治等具體方案做出論證和建議；同時(shí)還需查明本場區(qū)地下水埋藏條件、水位變化幅度與規(guī)律、評價(jià)土壤和水對建筑材料（鋼筋、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)）的腐蝕性等。判定地基土和地下水對工程的影響，提供設(shè)計(jì)用的抗浮水位。并做出工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評價(jià)。

1.3 勘察手段及方法

主要手段包括：工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)、單孔剪切波速試驗(yàn)以及現(xiàn)場抽水試驗(yàn)和室內(nèi)巖土分析試驗(yàn)等。

本次勘察采用的鉆探方法是因地制宜而確定的，采用巖芯管鉆進(jìn)。對圓礫層還采用雙管單動(dòng)巖芯管鉆進(jìn)，保證較高的采取率滿足相關(guān)規(guī)范要求。

現(xiàn)場原位測試：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)落錘質(zhì)量均為63.5kg，落距76cm，采用落錘自動(dòng)脫鉤裝置進(jìn)行試驗(yàn)。

本次波速測試采用武漢巖海工程技術(shù)有限公司研制的RS-1616K（P）型基樁動(dòng)測儀及CDJ-JG38 高靈敏度井中三分量檢波器，激振設(shè)備為震源板及重錘。單孔波速測試是利用敲擊木板產(chǎn)生的剪切波向下傳播，測得相關(guān)參數(shù)，從而求取相應(yīng)土層的傳播速度V。

為取得地基土層的滲透系數(shù)，考慮施工可能采用的降水方式，現(xiàn)場進(jìn)行了潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

1.4 場地巖土工程條件和水文地質(zhì)條件

根據(jù)野外鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及結(jié)合原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)成果綜合分析，本次勘探深度范圍內(nèi)上部為填土、第四系沖海積、海相及河流相沉積物，根據(jù)巖土的成因、地層結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)，可將本次勘察深度內(nèi)地層劃分為3 個(gè)工程地質(zhì)組，細(xì)化為6 大層8 亞層，各土層的空間展布和成層情況詳見各工程地質(zhì)剖面圖。

現(xiàn)自上而下分層描述如下：

第四系全新統(tǒng)（Q）

①-1 雜填土：雜色；松散，干燥～稍濕；主要由混凝土碎塊、碎石、碎磚塊和粉土等組成，混凝土塊個(gè)別粒徑較大，大于60cm。全場分布，層厚3.30～3.80m。層底標(biāo)高4.39～3.65m。

第四系上更新統(tǒng)（Q）

第四系中更新統(tǒng)（Q）

通過對整個(gè)場地地層分布的深入分析，可以發(fā)現(xiàn)有以下規(guī)律：

豎直方向上：地基土工程性質(zhì)差異較大，淺部雜填土層①-1，粉土、砂土層②-1～②-3 層性質(zhì)較差；⑤層土呈流塑狀態(tài)，是本場地最為軟弱的土層，壓縮性高，承載力低；其下的⑥層粉質(zhì)粘土，強(qiáng)度尚可，工程性質(zhì)一般。下部的⑦層礫砂和⑧層圓礫強(qiáng)度較高,工程性質(zhì)較好，是非常理想的持力層。

水平方向上：淺部粉土、砂土層②-1～②-3 厚度變化不大；⑦層礫砂、⑧泥圓礫有一定起伏較大，⑦礫砂層向西北方向厚度逐漸減小，直至尖滅；其余各層分布基本穩(wěn)定。代表性工程地質(zhì)剖面參見圖1。

圖1 代表性工程地質(zhì)剖面

場地水文地質(zhì)條件：

（1）第四系松散巖、土孔隙潛水：主要分布在淺部①層填土及②大層中，分布廣泛。場地范圍內(nèi)地下水位主要受場地西北側(cè)新塘河水水位變化控制。本次勘察期間（2011年8月），實(shí)測場地地下水穩(wěn)定水位埋深介于3.20～3.70m，相應(yīng)標(biāo)高3.77～4.46m；動(dòng)態(tài)變化不大，根據(jù)杭州區(qū)域水文資料地下水位年變化幅度約為2.0m，單井出水量小于50m/d。據(jù)七堡水文站和閘口水文站資料，鄰近工程場區(qū)的錢塘江歷年最高潮水位高程可取8.05m（1997年8月19日）。場地距離錢塘江較近，綜合考慮現(xiàn)場條件及周邊資料，場地地下水位可按常年高水位取值，建議設(shè)計(jì)抗浮水位按室外地面標(biāo)高考慮。

（2）孔隙承壓水：賦存于深部⑦礫砂層和⑧圓礫層中，分布廣泛，含水量豐富，滲透性較好。⑦層以上覆蓋⑤層、⑥層兩層粘性土層，形成了本場地內(nèi)的相對隔水的頂板。承壓水受氣候影響不明顯，上游側(cè)向潛水補(bǔ)給來源為主，徑流緩慢，以人開采為主要排泄途徑。根據(jù)已收集的錢江新城區(qū)域承壓水水頭85 國家高程約-4.00～-6.06m，同時(shí)根據(jù)本場區(qū)臨近已有大量實(shí)測承壓水高程資料及場地周邊已收集資料顯示，建議本場區(qū)承壓水水頭按85 國家高程-4.00m 考慮。

1.5 地基基礎(chǔ)方案分析與評價(jià)

1.5.1 推薦合理的持力層

根據(jù)建筑荷載情況，各地基土工程特性，現(xiàn)將各巖土層作簡要分析如下：

①-1 層雜填土，松散，成分雜亂，工程性質(zhì)較差，未經(jīng)處理不宜利用；

②-1～②-3 層，松散～中密，工程性質(zhì)一般，不能作為樁基的持力層；

⑤層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含水量大，流塑，工程力學(xué)性質(zhì)差，不宜作為樁基礎(chǔ)的持力層；

⑥層粉質(zhì)粘土、硬可塑，工程性質(zhì)尚可，但擬建建筑物荷載大，因此不宜作為樁基礎(chǔ)的持力層；

⑦層礫砂，中密為主，厚度較薄，因此不適宜作為本工程主樓的樁基礎(chǔ)的持力層；

⑧層圓礫，中密～密實(shí)，厚度較大,全場分布穩(wěn)定，根據(jù)區(qū)域資料和鄰近場地地質(zhì)資料，其下無軟弱夾層，下伏強(qiáng)～中風(fēng)化基巖，該層的工程性能較好，是高層建筑最為理想的樁基持力層。

綜合上述根據(jù)土的物理力學(xué)指標(biāo)、原位測試結(jié)果、土層的分布規(guī)律，結(jié)合擬建建筑物性質(zhì)綜合分析，在勘探范圍內(nèi)⑧層圓礫層最適合作為本工程的樁基持力層。建議針對建筑物上部荷載的情況及不同樁基尺寸類型的單樁豎向抗壓承載力情況，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析與論證，并確定了⑧層圓礫層作為樁端持力層。

1.5.2 合理樁型選擇

由于建筑物上部荷載較大，采用預(yù)應(yīng)力管樁方案一般不能滿足承載力要求，且由于擠土現(xiàn)象明顯，沉樁及地下室開挖時(shí)，因樁基施工時(shí)擠土應(yīng)力集中，預(yù)應(yīng)力管樁可能產(chǎn)生斜樁、沉樁困難等問題；可能存在截樁或接樁的情況且施工難度巨大；因此，建議采用鉆孔灌注樁方案。

鉆孔灌注樁方案：對周圍環(huán)境影響小，擬建建筑物對單樁承載力要求較高，本區(qū)域和周邊地區(qū)，擠土樁或部分?jǐn)D土樁，其成樁設(shè)備的工藝條件很難滿足以上要求，故應(yīng)采用鉆孔灌注樁。其優(yōu)點(diǎn)是適用廣，穿越地層能力強(qiáng)，可相對選大樁徑，進(jìn)入持力層深度不受限制，形成的單樁承載力值相對較大，施工噪音低，不擠土，施工工藝成熟等特點(diǎn)。

2、工程總結(jié)與啟示

2.1 利用綜合手段查明復(fù)雜條件下工程地質(zhì)條件

本工程勘察采用的鉆探方法是因地制宜而確定的，采用全孔取芯鉆探。對圓礫層還采用雙管單動(dòng)巖芯管鉆進(jìn)，保證較高的采取率滿足相關(guān)規(guī)范要求。

現(xiàn)場原位測試進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)、單孔波速試驗(yàn)以及現(xiàn)場抽水試驗(yàn)。

為查明各層土的物理力學(xué)性質(zhì)，對土性參數(shù)采集采用多種手段測試方法進(jìn)行綜合測定；對同一點(diǎn)在不同時(shí)間進(jìn)行測試對比分析；實(shí)現(xiàn)對各巖土層參數(shù)變化的多維度跟蹤。報(bào)告書提供了設(shè)計(jì)所需的各類參數(shù)，內(nèi)容豐富實(shí)用。

2.2 重點(diǎn)查明有關(guān)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

（1）查明擬建場地的土層分布規(guī)律以及各土層的巖性特征，按不同建（構(gòu)）筑物提出巖土工程資料和設(shè)計(jì)所需的巖土技術(shù)參數(shù)，按規(guī)范要求作土層的物理力學(xué)常規(guī)分析與評價(jià)，并對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地基處理、不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治等具體方案做出論證和建議；同時(shí)還需查明各建筑地段地下水埋藏條件、水位變化幅度與規(guī)律、評價(jià)土壤和水對建筑材料（鋼筋、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)）的腐蝕性等。判定地基土和地下水對工程的影響，對場地內(nèi)分布的地下水進(jìn)行詳細(xì)論證，結(jié)合場地地理位置分布特征，提出合理的設(shè)計(jì)抗浮水位。并做出工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評價(jià)，為擬建場地的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工提供必需的工程地質(zhì)依據(jù)。

（2）進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)項(xiàng)目如：常規(guī)物理指標(biāo)：天然重度、天然孔隙比、液限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算需要的巖土指標(biāo)（如壓縮模量等），以統(tǒng)計(jì)成果的平均值作為設(shè)計(jì)參數(shù)，對于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算需要的巖土參數(shù)（如抗剪強(qiáng)度指標(biāo)）應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)值作為設(shè)計(jì)參數(shù)。顆分指標(biāo)反映土體的物質(zhì)顆粒級配組成，提供算術(shù)平均值。還為基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)專門進(jìn)行了特殊性試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目合理豐富，具有針對性。

（3）本次詳細(xì)勘察能夠通過前期的預(yù)分析，精心分析有針對性的勘察，準(zhǔn)確的查明了工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對持力層的選擇，基礎(chǔ)方案和基坑降水提出來合理的建議。如建議采用后壓漿技術(shù)，通過樁端樁側(cè)注漿壓入水泥漿，以消除或局部消除其對持力層的影響，提高單樁豎向承載力，還可減小沉降，保證了工程質(zhì)量和工期。

3、后壓漿技術(shù)的實(shí)施與效果

本工程采用巖土減碳的創(chuàng)新型的巖土工程先進(jìn)技術(shù)與方法，解決諸多的技術(shù)難題，確保工程質(zhì)量，取得明顯的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

根據(jù)本工程特點(diǎn)，由于⑧層圓礫部分地段含粘性土含量較高性質(zhì)相對較差，會影響單樁豎向抗壓承載力的發(fā)揮。因此，提出諸如后壓漿技術(shù)等的巖土減碳新技術(shù)，建議采用鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)。該工藝通過樁端或樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿壓入水泥漿，不但可以消除局部相對軟弱層對持力層的不利影響和消除樁端沉渣，還可大幅度提高樁端阻力及側(cè)摩阻力，提高單樁豎向承載力，減小建筑物沉降。

利用后壓漿技術(shù)，高壓注漿的漿液對樁側(cè)和樁底圓礫層進(jìn)行充填、滲透、擠密，使得結(jié)合部位強(qiáng)度大幅度提高，提高單樁承載力；能使樁側(cè)土強(qiáng)度加強(qiáng)和樁底沉渣壓密，使樁底壓縮變形提前完成，沉降量減小。

針對本工程特征，進(jìn)行綜合科學(xué)分析，對系列巖土工程問題給予正確的分析和建議，特別是通過對持力層的選擇、基礎(chǔ)方案選擇的論證。并針對本工程特征提出巖土減碳的創(chuàng)新型的巖土工程先進(jìn)技術(shù)與方法，采用后壓漿技術(shù)的施工工藝既確保了工程安全，又節(jié)約大量的資金，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

項(xiàng)目已竣工并投入使用多年，運(yùn)行情況良好。

結(jié)語：

在國家“雙碳”大背景及巖土工程勘察“雙碳” 背景下，從巖土工程勘察技術(shù)手段等方面，通過工程實(shí)例展開了討論。即通過采用綜合勘察手段，精心勘察，科學(xué)分析和合理建議，并提供準(zhǔn)確的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)，為施工圖設(shè)計(jì)提供較準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。特別是通過對持力層的選擇、基礎(chǔ)方案選擇的論證，以及合理推薦諸如后壓漿技術(shù)等的巖土減碳新技術(shù)。得到業(yè)主和設(shè)計(jì)的采納，確保了工程安全，節(jié)約大量的資金，具有較大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，使工程設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的。也為類似地質(zhì)區(qū)域勘察提供了很好的借鑒和示范。

從巖土工程的勘察方面入手，探討低碳、綠色的技術(shù)手段和措施，低碳綠色實(shí)踐。契合了國家“雙碳”戰(zhàn)略，展示了勘察行業(yè)新動(dòng)態(tài)，豐富了勘察技術(shù)新認(rèn)識，提高了巖土人的新境界，落實(shí)“雙碳”理念巖土人在行動(dòng)。