城市軌道交通工程勘察方法及勘察成果對施工的指導價值分析

曹昭輝

（南京南大巖土工程技術有限公司，江蘇 南京 210012）

0 引言

城市軌道交通工程建設是一項系統(tǒng)工程，同時具有線路工程、建筑工程、地下工程的特點，工程規(guī)劃、設計和施工工藝都十分復雜。巖土工程勘察的成果是工程規(guī)劃、設計和施工的基礎，對整個工程的建設尤為重要，對設計及施工具有很好的指導價值，因此，工程建設過程中對于巖土工程勘察成果的要求非常高。

巖土工程勘察主要采用各種技術手段和方法查明場地水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、土石可挖性級別、圍巖級別和不良地質(zhì)作用等，提供基坑支護、樁基設計以及施工所需參數(shù)，對施工工藝提出經(jīng)濟合理的指導。城市軌道交通工程的勘察應按規(guī)劃、設計和施工階段的技術要求，分階段開展相應的勘察工作，對城市軌道交通工程的科學建設指導價值高，意義重大。

1 城市軌道交通工程常用勘察方法

1.1 工程鉆探

工程鉆探嚴格按照《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術規(guī)程》（JGJ/T 87-2012）執(zhí)行。土層采用螺紋鉆具或巖芯管鉆進，回次進尺1～2m，土層采取率黏土層不低于90%，粉土不低于80%，砂性土不低于70%，碎石土層不低于50%；巖層采用巖芯管單動回轉(zhuǎn)鉆進，回次進尺1～2m，完整巖層采取率不低于80%，破碎巖層采取率不低于65%。全孔采用泥漿護壁。

1.2 現(xiàn)場取樣

土樣采取嚴格按照《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術規(guī)程》JGJ/T 87-2012執(zhí)行。取樣間距1～2m，軟土的樣品可以采用薄壁取土器靜壓法采取，砂性土的樣品可以采用取砂器錘擊法采取，樣品質(zhì)量等級為Ⅰ～Ⅱ級。完全擾動土樣由標貫試驗直接從貫入器中取得。

1.3 原位測試

1.3.1 標準貫入試驗

標準貫入試驗：操作要求按照《標準貫入試驗規(guī)程》（YS 5213）執(zhí)行。對于土層，測試前先清除孔底殘土，貫入器下入孔底后，先預打15cm不計擊數(shù)，然后再進行正式貫入試驗，用鋼尺準確量定30cm長度，每10cm長度用粉筆標畫，保持探桿垂直、錘擊勻速，記錄每10cm長度的錘擊數(shù)并累計30cm長度的錘擊數(shù)。對于強風化巖層，貫入器下至孔底后，可直接進行貫入試驗，記錄貫入30cm的錘擊數(shù)，當貫入困難或累計錘擊數(shù)達50擊后終止試驗，測量貫入長度，并換算成30cm的錘擊數(shù)。

1.3.2 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗嚴格按照《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》（TB 10018-2018）規(guī)定執(zhí)行。十字板頭及測量儀器采用符合國家標準的定型合格產(chǎn)品，十字板扭力傳感器定期標定，測試儀器按要求定期送計量部門標定。貫入時保持探桿平直，機座水平，垂直貫入，剪切測試時轉(zhuǎn)速應力求均勻，符合規(guī)范要求。

1.3.3 扁鏟側(cè)脹試驗

扁鏟側(cè)脹試驗嚴格按照《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》（TB 10018-2018）、《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB 50021-2001）執(zhí)行。試驗采用國產(chǎn)的DMTW1型扁鏟側(cè)脹儀、扁鏟測控儀，貫入設備為CLD-3靜力觸探機。試驗前，先對扁鏟Da、Db進行標定。使用DMT-W1型扁鏟側(cè)脹儀，測試點距一般取0.5m。試驗時用CLD-3型靜力觸探儀將扁鏟探頭貫入到預定測試深度后，勻速加壓和減壓測定膜片膨脹至0.05mm、1.10mm和回到0.05mm的壓力A、B和C值。

1.3.4 波速測試

波速試驗嚴格按照《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》（TB 10018-2018）及《地基動力特性測試規(guī)程》（GB/T 50269-2015）執(zhí)行。土層剪切波速使用儀器為河北省廊坊開發(fā)區(qū)大地工程檢測技術開發(fā)有限公司生產(chǎn)的XG-I懸掛式波速測井儀，土層壓縮波速測試使用的儀器由中國地震局工程力學研究所生產(chǎn)的三分量貼壁式波速探頭、武漢巖海工程技術開發(fā)公司研制的RS-1616K（P）基樁動測儀。采用單孔檢層法，地面激振，波速測試時，要求鉆孔垂直，孔壁光滑，激振板應距孔口≤1.5m，且應與地面緊密接觸。測試點間距1.0m，并自下而上測定巖土層的剪切波速和壓縮波速。

1.4 室內(nèi)土工試驗

土工試驗嚴格按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123-2019）執(zhí)行。測試項目有土常規(guī)、壓縮試驗（標準固結(jié)、高壓回彈）、固結(jié)系數(shù)、剪切試驗、無側(cè)限試驗（靈敏度）、休止角（水上、水下）、滲透系數(shù)、顆粒分析、靜止側(cè)壓力系數(shù)、基床系數(shù)。含水量采用烘干法；液塑限采用聯(lián)合測定法；固結(jié)試驗采用快速法、標準法；剪切試驗采用直接快剪、固結(jié)快剪、慢剪、三軸UU、三軸CU（總應力、有效應力）；無側(cè)限抗壓強度試驗采用應變控制式無側(cè)限壓縮儀；休止角采用休止角測定儀；滲透試驗細粒土采用變水頭法，粗粒土采用常水頭法；顆粒分析采用；靜止側(cè)壓力系數(shù)采用K0儀法；基床系數(shù)采用三軸試驗法或固結(jié)法。

2 勘察方法工程應用實例

2.1 工程概況

以南京河西地區(qū)某城市軌道交通工程勘察項目為例，該項目為擬建地鐵車站工點。擬建車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層島式站，基坑輪廓尺寸為269.3m（長）×19.4m（寬）×18.8m（深），施工方法為蓋挖逆作法，采用地下連續(xù)墻支護，采用鉆孔灌注樁并利用地下連續(xù)墻作為抗浮措施；地鐵出入口等附屬結(jié)構(gòu)基坑深度約9.0～15.5m，施工方法為明挖法，采用地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁+止水帷幕進行基坑支護。擬建場地的抗震設防烈度為7度，抗震設防地震動分檔為0.10g，地震動加速度反應譜特征周期分區(qū)為0.35s區(qū)。本工程抗震設防類別屬于重點設防類。

2.2 勘察方法應用

擬建南京河西地區(qū)某城市軌道交通工程勘察項目，勘察方法主要應用了現(xiàn)場工程鉆探、現(xiàn)場取樣、原位測試和室內(nèi)土工試驗。現(xiàn)場鉆探和取樣嚴格按照規(guī)范執(zhí)行。巖土層采用巖芯管鉆進，取樣間距1~2m，軟土的采樣方法為采用薄壁取土器靜壓法采取，砂性土的采樣方法為采用取砂器錘擊法采取。樣品質(zhì)量等級為Ⅰ~Ⅱ級。采用的原位測試手段有標準貫入試驗、十字板剪切試驗、扁鏟側(cè)脹試驗、波速測試。室內(nèi)土工試驗按照規(guī)范要求執(zhí)行。

2.3 勘察結(jié)果分析

通過工程鉆探、現(xiàn)場取樣以及原位和室內(nèi)試驗方法查明，擬建工程場地屬于典型的長江漫灘地貌單元。場地覆蓋層主要為漫灘相沉積的高壓縮性飽和軟土層、中高壓縮性的軟弱黏性土層，以及中等壓縮性的砂土層，覆蓋厚度大。

場地覆蓋土層自上到下分述為：表層為①層填土，厚度一般，局部厚度較大，為近年城市隧道建設期間堆積的填土，松散-稍密狀，工程地質(zhì)性質(zhì)差；②-1b2-3粉質(zhì)黏土,軟～可塑,中等壓縮性,局部分布,為新近沉積土,工程地質(zhì)性質(zhì)一般；②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑狀態(tài)，高壓縮性，場區(qū)普遍分布，工程地質(zhì)性質(zhì)差；②-3b3-4粉質(zhì)黏土，軟～流塑，中等偏高壓縮性，場區(qū)普遍分布，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；②-4b3-4粉質(zhì)黏土，軟～流塑，中等壓縮性，場區(qū)局部分布，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；②-4d2粉細砂，中密狀，中等壓縮性，場區(qū)局部分布，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；②-5d1粉細砂，密實狀，中等壓縮性，場區(qū)普遍分布，工程地質(zhì)性質(zhì)較好；③-4e含卵礫石中粗砂，由中粗砂、礫石混合而成，土質(zhì)不均，中等壓縮性，工程地質(zhì)性能較好。場地底部基巖為白堊系浦口組K2P-2強風化砂質(zhì)泥巖，風化強烈，呈砂土狀，工程地質(zhì)性能良好；K2P-3中風化砂質(zhì)泥巖，風化程度較弱，巖芯較完整，工程地質(zhì)性能良好通過勘察取樣及室內(nèi)試驗統(tǒng)計分析，場地巖土層設計參數(shù)見表1。

表1 巖土層設計參數(shù)綜合建議值

3 勘察結(jié)果對施工的指導價值分析

勘察結(jié)果不僅是科學設計的依據(jù)，在制定施工方案時也能發(fā)揮指導價值，也是不可或缺的依據(jù)。該工程在樁基礎施工、基坑工程施工中就很好地發(fā)揮了勘察結(jié)果的指導作用。

3.1 對樁基礎施工的指導價值

根據(jù)勘察結(jié)果可知，擬建場地處于長江漫灘地貌單元，場地土質(zhì)差，上部多為軟～流塑狀的含淤泥粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，地下水位埋深淺、軟土分布深厚、底部有砂土分布，且周邊環(huán)境條件較復雜。擬建地鐵車站工點采用蓋挖逆作法進行施工，需設置立柱樁，根據(jù)工程需要，立柱樁單樁承載力特征值不小于12000KN。預制樁嵌入深度有限且擠土效應明顯，推薦選用具有較強穿透能力和樁長調(diào)節(jié)能力的鉆孔灌注樁。

（1）鉆孔灌注樁施工時，應控制施工過程中的噪音、泥漿濃度、泥漿污染、孔底沉渣厚度及泥皮厚度等。

（2）擬建場地地下水的水位較高，高于基坑坑底，在內(nèi)外水頭差的作用下地下水易形成滲流，滲流作用容易導致土體狀態(tài)改變，土體強度降低，易引起孔內(nèi)土體坍塌，對鉆孔灌注樁成樁有不利影響，需考慮采取降水、埋設護筒、優(yōu)化鉆孔樁工藝等措施以減少不利影響。

（3）由于場地中上部主要為飽和軟弱黏性土，下部分布有砂層及卵礫石層，為防止縮孔及塌孔，應控制鉆進速度，適時調(diào)整泥漿比重。施工期間護筒內(nèi)的泥漿面應高出地下水位1.0m以上。灌注混凝土之前，應根據(jù)規(guī)范并按設計提出的具體要求控制孔底沉碴厚度，確保成樁質(zhì)量。

（4）樁基正式施工前應選取代表性地段進行現(xiàn)場試樁，以最終確定合適的樁基巖土設計參數(shù)、施工工藝及設備選型?；鶚妒┕ず?，應按相關規(guī)范要求進行樁身質(zhì)量及承載力檢測，滿足要求后方可進行下一步施工。

3.2 對基坑工程施工的指導價值

擬建地鐵車站工點為地下兩層島式站，開挖深度約18.8m，擬建地鐵車站基坑施工環(huán)境條件較復雜，通過勘察得知擬建場地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不良，基坑開挖深度較大，依據(jù)《南京地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范》（DGJ32/J 12-2005）第10.1.3條，確定擬建地鐵車站基坑安全等級為一級，重要性系數(shù)γ0取1.1。擬建地鐵車站基坑采用地下連續(xù)墻的圍護方案。

（1）擬建場地填土密實度、均勻性較差，具有強度低、壓縮性高、滲透性強、開挖穩(wěn)定性差的特征。填土層對地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性不利，最好采取換填或槽壁加固措施。

（2）場地淺部為深厚層的含淤泥粉質(zhì)黏土及軟黏性土，下部有砂土發(fā)育，地下連續(xù)墻成槽施工易產(chǎn)生槽壁變形、坍塌，施工時應控制好護壁泥漿濃度及泥漿面高程，必要時應采取槽壁加固措施。

（3）場地承壓水豐富，水位較高，由于承壓水作用，地下連續(xù)墻施工更容易造成塌孔。為降低塌孔事故的發(fā)生，應選擇合適的地下連續(xù)墻接頭，保證防水效果；同時控制泥漿比重技術指標，確保沖挖成槽時槽壁穩(wěn)定。

（4）導墻是地下連續(xù)墻挖槽之前修筑的臨時構(gòu)筑物，它對挖槽起著重要的作用。導墻底部應置于原狀土層，為防止雨水流入槽內(nèi)破壞泥漿性能，導墻翼墻應高出地面，遇松散填土或填土較厚時，應進行土體加固或做深導墻。

（5）地下連續(xù)墻挖槽期間每隔5m檢查一次泥漿質(zhì)量，并檢查有無漏漿現(xiàn)象，以便及時調(diào)整泥漿參數(shù)和采取相應的補救措施，確保槽壁穩(wěn)定。

（6）在灌注混凝土前對沉渣、泥漿指標、槽壁垂直度、鋼筋籠等進行檢查，對沉渣過厚的槽段，重新清底，對塌方嚴重的回填，重新成槽。地下連續(xù)墻施工完成后應進行施工質(zhì)量的檢測。

4 結(jié)束語

綜上所述，城市軌道交通工程的建設，必須按照“先勘察，后設計，再施工”的基本建設程序?qū)嵤Ｍㄟ^采用各種勘察技術和方法，正確反映巖土工程地質(zhì)條件，查明不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災害，提供正確、經(jīng)濟的巖土設計參數(shù)。前期勘察成果能很好地指導施工，有助于提出合理的施工建議，能夠指導城市軌道交通工程設計的合理有效，保證施工的順利進行，并保障工程建設的質(zhì)量和效益。