工程地質(zhì)勘查與巖土工程技術(shù)的發(fā)展研究

杜 魁，張 聰

（武漢中力巖土工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

中國的巖土工程技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年。近年來，城市化速度不斷加快，各種工程項(xiàng)目越來越多，例如，地鐵工程、海底隧道工程以及跨海橋梁工程等，對(duì)巖土工程技術(shù)的快速發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用。應(yīng)用巖土工程技術(shù)，往往會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的破壞。兩者之間的矛盾長期存在，導(dǎo)致巖土工程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入瓶頸期。另外，自然環(huán)境與資源的短缺，導(dǎo)致技術(shù)難以創(chuàng)新，這已經(jīng)成為當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題[1]。

1 巖土工程地質(zhì)勘察質(zhì)量控制的意義

1.1 保障工程項(xiàng)目安全

地質(zhì)勘察工作能夠?yàn)閹r土工程的實(shí)施提供重要的保障。做好地質(zhì)勘察工作可以了解施工區(qū)域周邊的環(huán)境。利用地質(zhì)勘查技術(shù)掌握地形地貌、水文情況、氣候環(huán)境等數(shù)據(jù)，分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)來掌握巖土工程可能受到的影響，進(jìn)而制訂科學(xué)有效地應(yīng)對(duì)措施，確保巖土工程施工方案的可行性。在開展巖土工程地質(zhì)勘察的時(shí)候，需要結(jié)合實(shí)際情況與工程特點(diǎn)選擇適合的技術(shù)手段，確保地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。分析存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，制訂相應(yīng)的對(duì)策，保證巖土工程項(xiàng)目的安全有序。

1.2 推進(jìn)工程建設(shè)速度

在巖土工程地質(zhì)勘察工作的過程中，勘察工作的整體質(zhì)量與效果對(duì)巖土工程建設(shè)工作帶來一定的影響。因?yàn)閹r土工程項(xiàng)目復(fù)雜，各類施工項(xiàng)目的推進(jìn)受到地層條件及周邊環(huán)境因素的影響。施工之前若未進(jìn)行地質(zhì)勘察工作，在施工過程中很容易出現(xiàn)安全隱患而造成工程變更，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)程的有序推進(jìn)。為了保證巖土工程施工項(xiàng)目的順利完成，需要對(duì)施工區(qū)域和周邊環(huán)境進(jìn)行地質(zhì)勘察工作。掌握全面詳細(xì)的勘察數(shù)據(jù)，為施工方案的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考，保證設(shè)計(jì)方案和施工方案的科學(xué)合理，降低工程風(fēng)險(xiǎn)及工程變更出現(xiàn)的可能性，實(shí)現(xiàn)施工資源的優(yōu)化配置，確保施工設(shè)計(jì)方案能夠滿足巖土工程建設(shè)的實(shí)際需求[2]。

2 巖土工程勘察存在的問題及巖土工程技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 勘察前期準(zhǔn)備工作倉促和不足

巖土勘察是一項(xiàng)技術(shù)和任務(wù)要求較高的工作，需要做好人員、設(shè)備、技術(shù)、方案等方面的工作準(zhǔn)備。在接受勘察任務(wù)時(shí)，受工期時(shí)間限制以及建設(shè)單位要求，倉促安排鉆探隊(duì)伍及現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)場，勘察單位僅只按形式上制定了簡單的勘察綱要，未收集足夠的場地資料包括場地條件及周邊環(huán)境以及現(xiàn)場踏勘；未合理對(duì)現(xiàn)場相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行施工交底，及未了解地下管線結(jié)構(gòu)分布、斷裂、構(gòu)造等；未及時(shí)掌握工程概況、建筑物結(jié)構(gòu)特征等資料；未能在勘察綱要中明確勘察技術(shù)重點(diǎn)，未能有針對(duì)性采用不同勘察手段進(jìn)行勘察劃分巖土層；對(duì)勘察人員（包括鉆探人員）的現(xiàn)場勘察培訓(xùn)不足等，導(dǎo)致減少了部分勘察工作量，巖土層界面劃分誤差較大，掌握的勘察技術(shù)和方法不符合場地的實(shí)際情況，使得勘察質(zhì)量和效率不夠高，對(duì)后期的設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)施工造成了一定影響。

2.2 泥漿護(hù)壁問題

鉆探勘察過程中，需要做好泥漿護(hù)壁工作，否則將會(huì)影響鉆探的質(zhì)量，導(dǎo)致鉆孔容易遭到破壞，影響地質(zhì)勘查的效率。泥漿護(hù)壁問題主要體現(xiàn)如下：①泥漿的比重不合理，導(dǎo)致孔壁表面的泥漿容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，無法對(duì)鉆孔形成保護(hù)作用，影響鉆孔的穩(wěn)固程度。②泵量和孔深不夠協(xié)調(diào)，將會(huì)對(duì)泥漿壁的形成造成影響，導(dǎo)致孔壁出現(xiàn)不完整的現(xiàn)象。③部分勘察單位采用水鉆勘察方式，若是遇到軟土，將會(huì)導(dǎo)致鉆頭受到粘連，致使孔壁沾染大量的泥土，不利于泥漿護(hù)壁的清潔。④泥漿懸浮性能不足，容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，導(dǎo)致泥漿對(duì)孔壁的防護(hù)效果下降，隨著泥漿比重的增大，孔壁將會(huì)發(fā)生剝離，不利于孔壁的穩(wěn)固[3]。

2.3 勘探點(diǎn)布置方案與深度不夠合理

在具體的巖土工程勘察工作中，受工期及勘察費(fèi)用限制，布設(shè)勘探點(diǎn)方案基本上按最經(jīng)濟(jì)方法按規(guī)范取勘探點(diǎn)最大間距進(jìn)行布置，未能結(jié)合擬建物特點(diǎn)、場地地質(zhì)條件等因素科學(xué)合理布置勘探點(diǎn)，明確勘探點(diǎn)深度要求，易引起后續(xù)勘察精確度較差，如場地遇巖面起伏較大，勘察單位未能按規(guī)范要求進(jìn)行加密鉆孔，或者進(jìn)入巖土層深度不足且勘察手段單一，未能詳細(xì)查明巖土層界面，甚至可能出現(xiàn)誤判孤石（硬夾層）作為基巖等情況，影響地基設(shè)計(jì)方案的合理選擇以及不必要的失誤，甚至給后續(xù)的基礎(chǔ)工程施工建設(shè)帶來一定的挑戰(zhàn)。

2.4 巖土工程技術(shù)現(xiàn)狀

2.4.1 現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)

近年來，巖土工程施工技術(shù)增添了一種新型的軟土地基處理施工技術(shù)——現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)。與傳統(tǒng)的地基處理方法相比，它的優(yōu)點(diǎn)是承載力高、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)性高，廣泛應(yīng)用于市政道路中。這項(xiàng)技術(shù)中的混凝土管樁、振動(dòng)沉管樁和振動(dòng)沉模薄壁防滲墻等技術(shù)，有效提高了市政道路建設(shè)的適應(yīng)性。

2.4.2 樁靴結(jié)構(gòu)技術(shù)

沉管灌注樁端有預(yù)制樁端和翻板樁端兩種形式，其特點(diǎn)是可以重復(fù)使用、節(jié)約資金、施工操作簡單方便。但是，翻板樁靴的分布是三角形，在施工的過程中，三角鋼板受力比較集中，雖然活瓣可以關(guān)閉，但是關(guān)不嚴(yán)，很容易變形，甚至出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象當(dāng)有水或者泥漿漏入樁管中時(shí)，翻板樁靴就會(huì)產(chǎn)生故障，嚴(yán)重影響成柱質(zhì)量。另外，連接閥門的時(shí)候還要使用引線或草繩。

2.4.3 碎石樁的抗液化作用

在當(dāng)前巖土工程建設(shè)中，碎石樁技術(shù)被廣泛應(yīng)用。碎石樁間隙大、排水快。由于地基在超凈孔隙水壓力下會(huì)受到破壞，碎石樁在發(fā)揮抗液化作用的過程中，可以有效減少地震造成的破壞。碎石樁能夠抗液化的主要原因是，碎石樁能夠橫向加密和豎向振實(shí)地基土，以及其產(chǎn)生的排水作用和預(yù)振動(dòng)作用能夠形成抗液化效應(yīng)，這是其他地基處理方法無法達(dá)到的效果。因此，碎石樁適用于地震多發(fā)區(qū)、地震高烈度區(qū)的可液化場地。

2.4.4 橋頭跳車現(xiàn)象

出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，主要有兩個(gè)方面的原因：①地基土有很大的壓縮性，土質(zhì)的堅(jiān)硬度不夠，缺乏承載力。②如果路堤比較高，那么在填土的過程會(huì)產(chǎn)生很大的荷載，從而出現(xiàn)施工沉降的現(xiàn)象。在橋梁工程中，采用樁基礎(chǔ)，沉降的概率比較小，能夠有效降低橋頭跳車的現(xiàn)象[4]。

3 提高巖土工程地質(zhì)勘查技術(shù)質(zhì)量的措施

3.1 做好巖土工程地質(zhì)勘察的全面部署

巖土地質(zhì)調(diào)查涉及不同專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。為保證地質(zhì)調(diào)查工作的理想效果，應(yīng)提前制定調(diào)查工作計(jì)劃。一是明確巖土勘察的目的。巖土工程地質(zhì)調(diào)查是社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)性工作。推進(jìn)巖土工程地質(zhì)調(diào)查工作，可以保持建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。其次，要根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)際情況制定合理的管理措施，提高調(diào)查工作的效率和質(zhì)量，為調(diào)查企業(yè)節(jié)約成本，提高調(diào)查工作的綜合水平。最后，制定完善的調(diào)查工作計(jì)劃。為確?？辈旃ぷ髻|(zhì)量高、滿足工程具體要求，應(yīng)根據(jù)勘察區(qū)域綜合情況進(jìn)行綜合勘察分析，并結(jié)合本部分區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行完全掌握。根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果，制定相應(yīng)的調(diào)查方案，確保調(diào)查方案的可行性。

3.2 優(yōu)化地質(zhì)勘察管理制度

由于巖土工程地質(zhì)勘察工作具有一定的系統(tǒng)性和綜合性，因此在進(jìn)行相關(guān)工作過程中通常會(huì)涉及諸多內(nèi)容。例如施工場地的土壤、水文情況，地形地貌、環(huán)境狀況等。這主要是因?yàn)樾枰Ｕ峡辈旃ぷ鞯娜嫘?，才能夠得到精?zhǔn)的勘察結(jié)果，為后期工程建設(shè)工作提供可靠的參考數(shù)據(jù)。因此，在進(jìn)行地質(zhì)勘察工作的過程中，勘察工作人員需要確?？辈齑胧┠軌蚺c實(shí)際勘察現(xiàn)場狀況保持契合，根據(jù)具體需求制訂勘察任務(wù)、勘察目標(biāo)與勘察流程。明確劃分不同勘察人員的崗位職責(zé)，促進(jìn)勘察工作能夠按照標(biāo)準(zhǔn)流程有序推進(jìn)，提升勘察工作的規(guī)范性與合理性。在此同時(shí)，相關(guān)工程單位也應(yīng)當(dāng)積極優(yōu)化地質(zhì)勘查管理制度，使制度能夠?yàn)榈刭|(zhì)勘察工作給予良好的約束作用，避免相關(guān)人員出現(xiàn)不良影響行為，有利于促進(jìn)勘察質(zhì)量的提升。

3.3 建立完善的勘察規(guī)范

為確保地質(zhì)勘查工作有序推進(jìn)，提高工作質(zhì)量和效率，有關(guān)建設(shè)單位要積極制定完善勘查規(guī)范，按照有關(guān)規(guī)定逐步推進(jìn)各項(xiàng)工作。在制定勘察規(guī)范的過程中，要根據(jù)巖土工程的特點(diǎn)和勘察區(qū)的實(shí)際環(huán)境，保證勘察規(guī)范的合理性[5]。

3.4 加強(qiáng)勘察后續(xù)服務(wù)

勘察單位應(yīng)加強(qiáng)勘察后續(xù)服務(wù)，根據(jù)不同規(guī)模的工程項(xiàng)目，合理安排后續(xù)技術(shù)服務(wù)人員，選派技術(shù)全面、有協(xié)調(diào)組織能力的技術(shù)骨干作為地質(zhì)代表，甚至常駐工地，現(xiàn)場解答建設(shè)中遇到的技術(shù)問題。地質(zhì)代表在建設(shè)中隨時(shí)解答業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位提出來的技術(shù)問題，闡明地質(zhì)條件，對(duì)于施工地質(zhì)條件變化較大地段，地質(zhì)代表要認(rèn)真復(fù)核和研究，提出解決辦法，保證工程的順利施工。

4 巖土工程技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐

4.1 創(chuàng)新GPS 定位測(cè)量技術(shù)

GPS 定位測(cè)量技術(shù)主要發(fā)揮的功能是傳輸信息，在此過程中，衛(wèi)星群和地面接收站都發(fā)揮了重要的作用，提高了施工效率。在工程施工之前，相關(guān)人員要考慮工程施工現(xiàn)場的環(huán)境特點(diǎn)，要準(zhǔn)備好施工儀器以及設(shè)備，并根據(jù)具體的工程實(shí)踐，制訂科學(xué)有效的施工計(jì)劃，保證施工過程中所有的設(shè)備都處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4.2 橋頭跳車裝置創(chuàng)新技術(shù)

橋頭跳車裝置既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為沉降，不能上升。針對(duì)這些缺點(diǎn)，相關(guān)人員必須控制精度，合理使用橋頭跳車裝置技術(shù)可以有效控制橋面高程，從而有效消除橋頭跳車問題，保證行車安全。橋頭跳車裝置技術(shù)與溝槽技術(shù)不同，前者是在螺栓底座與隔振墊之間建立有效連接，將隔振墊連接到螺栓上端，并且與固定件連接；凹槽位于固定件的下端，下端的槽與活動(dòng)螺母上端的槽相對(duì)應(yīng)，此時(shí)活動(dòng)螺母的軌跡形成一個(gè)圓形，當(dāng)設(shè)置活動(dòng)球時(shí)，它應(yīng)該在兩個(gè)凹槽中的咬合位置。隨著這項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)，橋面高程的精度得到了提高。橋面不是固定的，而是可以升降的。橋面高程能夠有效適應(yīng)路基沉降的變化，并且與各種地質(zhì)環(huán)境下的橋梁結(jié)構(gòu)相配合，以達(dá)到良好的平衡性，并且具有很好的協(xié)調(diào)性[6]。

4.3 樁技術(shù)創(chuàng)新突破

4.3.1 大直徑混凝土空心樁技術(shù)

樁基承載力是由樁端阻力以及樁側(cè)磨阻力組成的。將樁側(cè)管以及樁端的面積擴(kuò)大，樁基礎(chǔ)的承載力就會(huì)提高，所以應(yīng)用大面積空心管樁會(huì)減少混凝土的用量，提高管樁的承載力。將柔性樁和剛性樁組合成復(fù)合樁，充分發(fā)揮了這兩種樁型的優(yōu)點(diǎn)，有效彌補(bǔ)了兩種樁型的缺陷，從而獲得良好的加固效果，降低了沉降的發(fā)生概率。從新型復(fù)合空心樁基礎(chǔ)的構(gòu)成來看，大直徑混凝土空心樁技術(shù)包括樁靴、混凝土轉(zhuǎn)向器、模板機(jī)、絞車和底盤等。相關(guān)人員要根據(jù)施工的具體需求不斷創(chuàng)新大直徑混凝土空心樁技術(shù)。在應(yīng)用環(huán)形樁基模板下沉裝置時(shí)，主要發(fā)揮作用的是鋼管。由于這些鋼管均為大直徑鋼管，因此必須在板下沉裝置的底端安裝成型機(jī)，包括內(nèi)側(cè)和外側(cè)也都要進(jìn)行相應(yīng)的處理，以減小沉樁的阻力。要把混凝土分流器安裝在沉模裝置的上端，混凝土澆筑要均勻分層下料。當(dāng)模板下沉裝置下沉到地基的時(shí)候，樁靴就會(huì)閉合，這樣可以避免渾水進(jìn)入管腔中。當(dāng)拉起模板下沉裝置的時(shí)候，就會(huì)打開樁靴。

4.3.2 石樁剛性抗液化樁基技術(shù)

新型復(fù)合空心樁基礎(chǔ)主要由混凝土轉(zhuǎn)向器、模板樁沉樁機(jī)、模板機(jī)、塔架、絞車等組成，相關(guān)人員需要科學(xué)合理地使用各種技術(shù)。環(huán)形樁基模板下沉裝置有兩個(gè)大直徑鋼管，應(yīng)把模板成型機(jī)設(shè)置在模板下沉裝置的底部、內(nèi)部和外部，以減少沉樁阻力。把混凝土分流器安裝在沉模裝置上端，能夠確?；炷辆鶆虻乇粷仓诎鍢堆b置內(nèi)外鋼管之間的樁端底部。當(dāng)模板下沉裝置下沉到地基的時(shí)候，相關(guān)人員必須關(guān)閉樁靴，以防止泥水進(jìn)入管道腔。新樁技術(shù)操作簡單，并且能夠自動(dòng)化運(yùn)行[7]。

5 結(jié)語

為了巖土工程的順利開展和科學(xué)選擇巖土工程技術(shù)，就必須做好工程地質(zhì)勘查，以科學(xué)、合理的勘察技術(shù)為基礎(chǔ)，并不斷進(jìn)行創(chuàng)新，才能獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，為巖土工程的順利開展提供有力支持。