巖土勘察工作中工程地質(zhì)條件及地層特性研究

劉大偉

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 工程概況

廣州地鐵18 號線的起始點在南沙萬頃沙樞紐，終點在廣州東站，全線長61.3 km，為地下線路；共有9 個站點，其中包含8 個換乘站。站點的平均間距為7.6 km，最大距離為25.9 km，為橫瀝至番禺區(qū)間。站點的最小路基為2.3 km，位于石榴崗到琵洲西區(qū)之間。

2 地質(zhì)條件及地層特性分析

2.1 人工填土層（Q4ml）

1）雜填土。該層在本線路內(nèi)零星分布，共2 孔揭露，揭露層厚范圍在1.10～6.20 m，厚度平均值為2.47 m，層頂埋深在0.00～0.00 m（標(biāo)高4.74～6.42 m），層底埋深1.10～6.20 m（標(biāo)高0.12～4.10 m）。

2）素填土。該層在本線路內(nèi)普遍分布，共59 孔揭露，揭露層厚范圍在0.70～6.30 m，厚度平均值為2.73 m，層頂埋深0.00～1.30 m（標(biāo)高3.44～8.45 m），層底埋深0.70～6.30 m（標(biāo)高0.72～4.51 m）。對該層一共展開了9 次標(biāo)貫試驗，實測擊數(shù)N=6～18 擊，平均值9.0 擊。

3）耕植土。該層在本線路普遍分布，共68 孔揭露，揭露層厚范圍在0.40～1.90 m，厚度平均值為0.83 m，層頂埋深的范圍為0.00～0.00 m（標(biāo)高4.26～5.36 m），層底埋深0.40～1.90 m（標(biāo)高2.99～4.60 m）。該層共推行了18 次標(biāo)貫試驗，實測擊數(shù)N=3～6 擊，平均值4.3 擊。

2.2 海陸交互相層（Q4mc）

1）淤泥。該層在本線路均有分布，共202 孔揭露，揭露層厚0.50～24.90 m，平均厚度9.36 m，層頂埋深0.00～15.80 m（標(biāo)高-10.94～5.52 m），層底埋深1.10～30.50 m（標(biāo)高-23.75～3.76 m）。

2）淤泥質(zhì)土。該層在本線路普遍分布，共60 孔揭露，揭露層厚范圍在0.60～8.10 m，厚度平均值為3.79 m，層頂埋深7.00～20.50 m（標(biāo)高-19.17～-4.46 m），層底埋深10.80～24.70 m（標(biāo)高-20.56～-8.88 m）。

3）淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層。該層在本線路普遍分布，共86 孔揭露，揭露層厚范圍在0.60～11.20 m，厚度平均值為3.79 m，層頂埋深在0.00～24.70 m（標(biāo)高-17.17～4.60 m），層底埋深2.90～31.20 m（標(biāo)高-23.57～2.10 m）。

4）淤泥質(zhì)中粗砂。該層在本線路普遍分布，共43 孔揭露，揭露層厚范圍在0.70～11.40 m，厚度平均值為3.22 m，層頂埋深1.30～22.60 m（標(biāo)高-17.45～3.37 m），層底埋深3.90～30.00 m（標(biāo)高-23.99～0.77 m）。

2.3 沖積- 洪積砂層

1）粉細(xì)砂層。主要呈灰色、灰黃色兩個類型，砂質(zhì)飽和、級配較好。粉細(xì)砂層的主要成分為石英，內(nèi)部含有些許黏粒。該層在本線路局部分布，共19 孔揭露，揭露層厚0.50～3.60 m，厚度平均值為2.36 m，層頂埋深為9.00～25.60 m（標(biāo)高-17.98～11.78 m），層底埋深12.50～27.90 m（標(biāo)高-21.18～-14.28 m）。

2）中粗砂層。主要呈灰黃色、灰色兩個類型，砂質(zhì)飽和，級配較好，中粗砂層的主要成分為石英顆粒，內(nèi)部含有些許黏粒。該層在本線路普遍分布，共69 孔揭露，揭露層厚范圍在0.60～9.30 m，厚度平均值為3.09 m，層頂埋深6.90～27.50 m（標(biāo)高-20.59～-9.16 m），層底埋深8.00～32.10 m（標(biāo)高-24.95～-12.87 m）。該層前后共組織了92 次標(biāo)貫試驗，實測擊數(shù)N=11～30 擊，平均值18.6 擊。

3）礫砂層。主要呈灰黃色、灰色兩個類型，砂質(zhì)飽和，級配良好，內(nèi)部成分主要為石英顆粒，含有些許黏粒。在本線路中，礫砂層的分布比較零星，共3 孔揭露，揭露層厚范圍0.70～3.20 m，厚度平均值為1.80 m，層頂埋深9.90～26.90 m（標(biāo)高-19.73～-13.97 m），層底埋深13.10～28.40 m（標(biāo)高-21.23～-16.95 m）。

2.4 沖積- 洪積土層（Q3a+l 4+pl）

1）可塑狀粉質(zhì)黏土。該層在本線路普遍分布，共87 孔揭露，揭露層厚范圍在0.60～10.90 m，厚度平均值為3.37 m，層頂埋深6.10～26.20 m（標(biāo)高-19.50～-9.29 m），層底埋深8.10～28.10 m（標(biāo)高-23.33～-11.31 m）。

2）硬塑狀粉質(zhì)黏土。在本工程中，硬塑狀粉質(zhì)黏土的分布非常零星，共2 孔揭露，揭露層厚范圍在1.60～2.80 m，平均厚度2.20 m，層頂埋深21.80～23.90 m（標(biāo)高-19.08～-16.75 m），層底埋深24.60～25.50 m（標(biāo)高-20.68～-19.55 m）。

3 特殊性巖土層評價

本工程涉及的特殊巖土層主要包括4 種：填土、軟土、風(fēng)化巖、殘積土。

3.1 填土

根據(jù)鉆探資料分析，填土層在各鉆孔均有揭露，主要為素填土和耕植土，局部為雜填土，素填土主要成分為黏性土和砂土，雜填土主要成分為中粗砂及磚塊、碎石、混凝土塊等建筑垃圾；耕植土主要成分為黏性土，含植物根系。填土層松散～欠壓實，為近代人工填土，未完成自重固結(jié)，填土壓實程度不同導(dǎo)致其性質(zhì)變化較大，整體性而言填土結(jié)構(gòu)松散，地基承載力低，變形較大且不均勻，因此，具有孔隙率大、局部透水性稍強的特點[1]。

3.2 軟土

本場地軟土層為海陸交互相淤泥<2-1A> 和淤泥質(zhì)土<2-1B>，淤泥、淤泥質(zhì)土層呈流塑狀，局部軟塑狀，并具有含水量特高、透水性差、壓縮性高、高靈敏性、抗剪強度低、承載力低等特征，當(dāng)發(fā)生地震或受其他振動影響時，土層結(jié)構(gòu)容易受到破壞，使土層的抗剪強度、承載力大大降低，造成土體下陷或變形，并引起建筑物的下陷。

3.3 風(fēng)化巖和殘積土

場地范圍內(nèi)部揭露巖層的主要成分是花崗巖。這類巖石在天然環(huán)境中具備較好的力學(xué)特性，壓縮性也有較好表現(xiàn)。但是如果遇到水分侵蝕，強度會迅速下降。

隧道結(jié)構(gòu)底板如果正好位于花崗巖風(fēng)化層時，隧道由于多組節(jié)理切割形成的花崗巖塊狀巖石出露地表附近接受風(fēng)化作用時，由于塊狀巖石的突出棱角部位易受風(fēng)化，故棱角逐漸縮減，并趨向球形，最終形成橢球狀孤石與土狀風(fēng)化物混雜的球狀風(fēng)化體。

4 巖土工程勘測中面臨的問題

4.1 野外勘探問題

在野外展開巖土工程勘測時，如果有關(guān)工作人員出現(xiàn)了失誤，會造成后續(xù)測試數(shù)據(jù)無效，從而延長巖土勘測工程的工期。如果溫度比較高，測試數(shù)據(jù)失誤的概率會更大。

同時，還需注意的是，如果工作人員在勘察時遭到復(fù)雜狀況時，有必要增加勘測點位與勘測次數(shù)，這樣才能更好地保證巖土工程勘測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但在具體勘測時，有些工作人員并沒有增加勘測點的數(shù)量，并且缺少耐心，工作較為隨意，不能及時發(fā)現(xiàn)檢測過程中存在的問題，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)誤差較大，延遲了勘測工程的進(jìn)展。

4.2 巖土工程的分析評價問題

首先，地基均勻性評估中存在不規(guī)范、不準(zhǔn)確等問題。進(jìn)行地基均勻性評估時，工作人員必須根據(jù)實際情況并遵循特定的規(guī)范。但從現(xiàn)階段的行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，項目具體的地基評估不夠規(guī)范、準(zhǔn)確，日常工作中缺乏有效的政策引導(dǎo)，導(dǎo)致均勻性評估具有一定的盲目性，部分施工單位未充分考慮到項目的實際狀況，可能由于方法適用性不足而影響評估的有效性。

其次，地震效應(yīng)問題。按照規(guī)范，應(yīng)由專員在巖土工程施工現(xiàn)場測試，采集地層的剪切波速數(shù)據(jù)，再將其作為巖土工程施工的重要依據(jù)，保證設(shè)計與施工方案的合理性。但是，部分單位并未嚴(yán)格執(zhí)行，過度依賴工作經(jīng)驗，或是雖然安排地層剪切波速的測試但方法缺乏可行性，此時難以為現(xiàn)場施工提供重要的數(shù)據(jù)支持。

5 巖土勘察工作中工程地質(zhì)條件研究

5.1 原位測試試驗

在勘察巖土工程時，原位測試是不可或缺的內(nèi)容。相關(guān)工作人員在選擇測試方法時，必須嚴(yán)格依據(jù)地層條件以及具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是面對復(fù)雜多變的地質(zhì)條件時，一般會選擇多種原位測試方法。例如，在沿海區(qū)域，上部地層結(jié)構(gòu)主要包括黏性土、粉土、軟土等，進(jìn)行試驗時，涉及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、十字板剪切試驗、靜力觸探等方法。有關(guān)工作人員在進(jìn)行測試時，必須保證各項操作符合標(biāo)準(zhǔn)。分析土質(zhì)的各項力學(xué)性能時，應(yīng)選擇合宜的試驗形式，以全方位反映復(fù)雜地質(zhì)條件中的各巖土層的特點，確保試驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

5.2 采用巖層鉆探技術(shù)

如果工程的地質(zhì)條件比較復(fù)雜多變，在勘察過程中會用到多種巖土工程勘察技術(shù)，其中，應(yīng)用頻率最高的是鉆探技術(shù)。該技術(shù)主要解決的是建筑物基礎(chǔ)均勻性評價問題。在巖層鉆探中，DPP-201 汽車鉆機常用設(shè)備，其不僅具有較強的施工能力，而且具有較高的鉆進(jìn)能力。另外，還需要使用臺式鉆機，數(shù)量在20～30 臺為宜[2]。

實際操作時，如遇砂層，應(yīng)采取護(hù)壁、旋挖、全芯開采等措施。巖層鉆探技術(shù)與地下水位的關(guān)系非常密切。根據(jù)鉆孔位置的不同可以利用不同的器具進(jìn)行處理，地下水位以上宜采用無襯薄壁采樣器；地下水位以下宜采用活動閥采樣器和雙壁芯管。為了保證巖土工程勘察的順利進(jìn)行，必須對土層變化情況進(jìn)行記錄，特別是在垂直方向上的變化，從而確保復(fù)雜情況下巖石層的精準(zhǔn)勘察與評價。

5.3 原位測試技術(shù)

1）相關(guān)工作人員必須對觸探桿的位置進(jìn)行精準(zhǔn)測定，允許存在誤差，但是誤差要保證在2%之內(nèi)。

2）操作人員在施行觸探桿錘擊貫入作業(yè)時，必須保持觸探桿垂直，以避免觸探桿位置偏移，而且要保證作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，中間不能停頓。

3）如果勘測范圍在0～10 m，工作人員每錘擊1 m，需要將觸探桿旋轉(zhuǎn)540°，勘測范圍在10 m 以外，工作人員每錘擊0.2 m，需要將觸探桿旋轉(zhuǎn)360°。

4）如果在錘擊觸探桿50 次后，觸探桿的觸探深度還未達(dá)到0.15 m，操作人員可以停止原位測試工作。

4 結(jié)語

綜上，巖土工程勘察不僅決定了設(shè)計與施工方案的可行性，而且決定了工程的安全性。然而基于多種成因，地質(zhì)勘察時會面臨很多困難。這就要求相關(guān)工作人員自始至終保持初心，不忘責(zé)任，對可能出現(xiàn)的各類情況進(jìn)行詳細(xì)分析與靈活處理，力爭尋找到最積極穩(wěn)妥的解決途徑。嚴(yán)格遵守專業(yè)的規(guī)章制度，注意獲取最新的準(zhǔn)確信息，嚴(yán)格落實管理和監(jiān)督制度，提高測量人員的業(yè)務(wù)水平。