數(shù)字化勘察技術(shù)在城市地下巖土工程中的應(yīng)用研究

馬鑫卓

（浙江中材工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

不同地質(zhì)條件下的特殊土地基具有不同的工程特性，對(duì)地基處理技術(shù)和勘察施工方法提出了更高的要求。為了保證建筑工程的質(zhì)量和安全，勘察施工方需針對(duì)不同類型的土地基進(jìn)行細(xì)致的研究，選取適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ā?/p>

2 特殊土地基的工程特性

2.1 膨脹土

膨脹土，又稱為膨潤(rùn)土，是一種具有較強(qiáng)吸水膨脹性能的黏性土壤。其成因主要與土壤中的含水量變化有關(guān)，特別是在黏土礦物含量較高的情況下，水分含量的變化會(huì)導(dǎo)致土壤體積明顯變化。當(dāng)土壤中水分含量增加時(shí)，膨脹土?xí)蛎洠趾繙p少時(shí)，則會(huì)發(fā)生收縮，這種土壤類型在世界各地廣泛分布，尤其在我國(guó)黃土高原地區(qū)及南方地區(qū)較為常見[1]。膨脹土的工程特性主要表現(xiàn)為吸水膨脹和收縮特性明顯，這會(huì)導(dǎo)致土體體積和土壤力學(xué)性能發(fā)生較大變化。在土壤水分含量變化的過(guò)程中，膨脹土的承載力和抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性能都會(huì)受到影響，使得土體變得不穩(wěn)定，對(duì)基礎(chǔ)和建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的不利影響。在膨脹土地基上進(jìn)行建筑施工時(shí)，需特別關(guān)注地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以確保工程安全穩(wěn)定。影響膨脹土工程特性的因素較多，其中包括土壤礦物成分、土壤含水量、土壤結(jié)構(gòu)、季節(jié)性氣候變化等。這些因素相互作用，共同影響膨脹土的吸水膨脹和收縮特性，進(jìn)而影響其在工程中的穩(wěn)定性和安全性。因此，對(duì)于膨脹土地基的工程項(xiàng)目，勘察施工方需綜合考慮這些因素，采用合理的勘察技術(shù)和地基處理方法，以保證建筑工程的質(zhì)量和安全。

2.2 軟土

軟土是一種在自然狀態(tài)下含水量較高、強(qiáng)度較低的飽和黏性土壤，主要由黏性礦物、有機(jī)質(zhì)和水分組成。軟土的成因通常與沉積環(huán)境、地質(zhì)年代以及氣候條件等因素相關(guān)。在河流、湖泊、沼澤地區(qū)以及沿海灘涂等低洼地帶，軟土沉積較為豐富。此外，長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)作用與沉積過(guò)程也可能導(dǎo)致軟土層的形成。在工程領(lǐng)域，軟土具有一些不利的特性，承載能力較低，容易發(fā)生不均勻沉降，對(duì)建筑物和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成損害。軟土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生滑動(dòng)、剪切破壞等地質(zhì)災(zāi)害。再者，軟土的壓縮性較大，即使在較小的荷載作用下，也可能產(chǎn)生較大的沉降，且軟土固結(jié)過(guò)程較慢，使得土體的強(qiáng)度提高和固結(jié)沉降的穩(wěn)定需要較長(zhǎng)時(shí)間。軟土工程特性受到多種因素的影響，包括土壤顆粒組成、土壤結(jié)構(gòu)、含水量、有機(jī)質(zhì)含量以及外部荷載等，共同決定了軟土的強(qiáng)度、壓縮性和穩(wěn)定性等工程性質(zhì)。在軟土地區(qū)進(jìn)行建筑施工時(shí)，應(yīng)選擇合適的基礎(chǔ)類型以減小沉降，采用預(yù)壓或排水固結(jié)等方法加速軟土固結(jié)過(guò)程，或使用深層改良技術(shù)提高土體的承載能力和穩(wěn)定性。

2.3 碎石土

碎石土是一種由砂、礫、卵石等不同粒徑的破碎巖石組成的土壤類型，具有較好的排水性和較高的強(qiáng)度。碎石土的成因主要與巖石風(fēng)化、侵蝕、沉積等地質(zhì)作用有關(guān)。在山地、丘陵地帶或河流河床等地區(qū)，碎石土分布較為廣泛，人為開采、破碎和填筑過(guò)程中產(chǎn)生的碎石料也可構(gòu)成碎石土。由于碎石土的顆粒間隙較大，排水性較好，可有效降低土體中水分對(duì)土壤力學(xué)性能的不利影響，碎石土的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度較高，有利于承受較大的荷載。然而，碎石土的工程特性也受到一定的限制，如密實(shí)度不足、顆粒間摩擦力不穩(wěn)定等問(wèn)題，可能影響工程質(zhì)量和安全。影響碎石土工程特性的因素包括顆粒組成、顆粒形狀、土壤密實(shí)度、土壤含水量等，影響碎石土的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和排水性等性質(zhì)。對(duì)于碎石土地基的工程項(xiàng)目，在碎石土地基上進(jìn)行建筑施工時(shí)，可采用振動(dòng)壓實(shí)等方法提高密實(shí)度，提高土體承載能力；使用土工合成材料（如土工格柵）加固土體，提高其穩(wěn)定性；適當(dāng)調(diào)整土壤含水量，以優(yōu)化力學(xué)性能。

3 數(shù)字化勘察技術(shù)在特殊土地基勘察中的應(yīng)用

3.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)可以分為有源遙感和無(wú)源遙感兩類。有源遙感是指?jìng)鞲衅飨蚰繕?biāo)發(fā)射能量并接收目標(biāo)的反射或散射能量，如合成孔徑雷達(dá)遙感；無(wú)源遙感則是指?jìng)鞲衅鹘邮漳繕?biāo)自然反射或發(fā)射的能量，如光學(xué)遙感和紅外遙感等。遙感技術(shù)在城市地下巖土工程中的應(yīng)用已經(jīng)日益廣泛，其中包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、地表變形監(jiān)測(cè)、地下水資源調(diào)查等方面[2]。例如，某城市計(jì)劃在沿海灘涂地區(qū)進(jìn)行新城區(qū)開發(fā)。為了解該地區(qū)的地質(zhì)條件和地下水分布狀況，勘察施工方采用光學(xué)遙感、合成孔徑雷達(dá)遙感以及微波輻射計(jì)遙感等多種遙感技術(shù)進(jìn)行綜合勘查。通過(guò)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，勘察施工方揭示該地區(qū)的灘涂沉積特征、地表變形規(guī)律以及地下水埋深和水文地質(zhì)條件?；谶@些信息，勘察施工方為新城區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供重要依據(jù)，包括地基處理方案、防洪抗災(zāi)措施以及地下水資源的合理開發(fā)和利用策略。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是利用高頻電磁波探測(cè)地下結(jié)構(gòu)和物體的非破壞性檢測(cè)技術(shù)，基本原理是通過(guò)向地面發(fā)射脈沖電磁波，當(dāng)電磁波遇到地下介質(zhì)或目標(biāo)物體的電磁性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回波。地質(zhì)雷達(dá)接收天線接收這些回波，并通過(guò)處理和分析回波信號(hào)，獲取地下結(jié)構(gòu)和物體的信息，如位置、深度和形態(tài)等[3]。例如，在城市道路改建項(xiàng)目中需要對(duì)沿線地下管線進(jìn)行精確勘測(cè)，以避免在施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)有管線造成損壞。為此，勘察施工方采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)沿線地下管線進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)，勘察施工方獲取關(guān)于地下管線的走向、深度、材質(zhì)等信息用于規(guī)劃施工方案，避免對(duì)地下管線造成不必要的破壞，確保工程安全高效進(jìn)行。同時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)還可用于地下空洞和裂隙探測(cè)、地基和道路基層檢測(cè)、地下水位勘測(cè)等領(lǐng)域，為城市地下巖土工程提供重要的技術(shù)支持。

3.3 電磁探測(cè)技術(shù)

電磁探測(cè)技術(shù)是一種利用電磁場(chǎng)對(duì)地下巖土結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)的非破壞性檢測(cè)方法，通過(guò)發(fā)射器產(chǎn)生一個(gè)變化的電磁場(chǎng)，使地下介質(zhì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。地下巖土結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性不同，對(duì)感應(yīng)電流的響應(yīng)也不同，接收器能夠檢測(cè)到地下介質(zhì)對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)，從而獲取地下巖土結(jié)構(gòu)的信息。通過(guò)分析電磁場(chǎng)的分布特征，可以推斷出地下巖土結(jié)構(gòu)的分布、性質(zhì)和異常情況。例如，在城市地鐵隧道建設(shè)項(xiàng)目中，勘察施工方面臨著地下水和軟土層的挑戰(zhàn)。為確保隧道的安全和穩(wěn)定，勘察隊(duì)采用了電磁探測(cè)技術(shù)對(duì)沿線地下巖土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，得到了地下水位、軟土層厚度、巖層分布等關(guān)鍵信息，為后期的設(shè)計(jì)和施工提供了重要的參考依據(jù)，有助于降低地下水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響，提高地基處理的針對(duì)性和有效性。

4 特殊土地基的地基處理方法

4.1 膨脹土地基處理

針對(duì)膨脹土的特性，如吸水膨脹性強(qiáng)、強(qiáng)度較低、變形性較大等，可以采用多種方法進(jìn)行地基處理。地基換填是將原有地基中的膨脹土挖除，用性能較好的填土材料進(jìn)行替換和壓實(shí)的方法，顯著提高地基承載能力，降低地基的變形性和壓縮性。在實(shí)際工程中，常常選擇粒徑較大、排水性好、顆粒間摩擦力較強(qiáng)的砂礫土作為換填材料。此外，土工合成材料加固是一種采用土工布、土工格柵等合成材料對(duì)地基進(jìn)行加固的方法，土工合成材料具有較高的拉伸強(qiáng)度、抗老化性和耐腐蝕性，可以有效分散荷載，提高地基的穩(wěn)定性，在膨脹土地區(qū)，土工合成材料加固可以有效減小土體膨脹對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。

4.2 軟土地基處理

由于軟土具有較高的壓縮性、較低的強(qiáng)度和較大的變形性，需要采用特定的處理方法，如前期排水固結(jié)、深層改良，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。前期排水固結(jié)是通過(guò)預(yù)先設(shè)置排水系統(tǒng)，如排水溝、排水板或預(yù)制立管等，將軟土地基中的多余水分排放出去，以提高土體的強(qiáng)度和降低變形性，可以降低地基的固結(jié)沉降和水平位移，提高地基的承載能力，在處理較厚軟土層時(shí)尤為有效。深層改良是指對(duì)軟土地基進(jìn)行深層摻入或加壓改良的方法，通過(guò)攪拌摻入（如水泥土攪拌樁）、靜力注漿（如超高壓噴射注漿）等技術(shù)手段，改善軟土地基的物理和力學(xué)性能，提高土體的承載能力、減少沉降和變形[4]。

4.3 碎石土地基處理

碎石土地基處理是在碎石土地區(qū)進(jìn)行建筑施工時(shí)，為確保工程質(zhì)量和安全而采取的技術(shù)措施，可以采用動(dòng)力碎石樁加固等方法進(jìn)行地基處理。動(dòng)力碎石樁加固是一種通過(guò)在地基中設(shè)置一定數(shù)量的碎石樁來(lái)增強(qiáng)地基承載能力和穩(wěn)定性的方法，在地基上鉆設(shè)一定深度的空樁孔，然后將碎石填入樁孔并用打樁錘或振動(dòng)錘進(jìn)行密實(shí)，密實(shí)后的碎石樁能夠有效地分散上部結(jié)構(gòu)荷載，增加土體的承載能力，減少地基沉降和變形。動(dòng)力碎石樁加固方法具有施工速度快、工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，碎石樁具有較高的剛度和強(qiáng)度，可以有效減少地基的變形和壓縮，提高地基的穩(wěn)定性[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)膨脹土、軟土和碎石土等特殊土地基的工程特性及地基處理方法的研究，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的土地基具有不同的處理方法。針對(duì)各種土地基特點(diǎn)，勘察施工方需根據(jù)地質(zhì)條件、工程性質(zhì)和施工條件等因素，合理選取地基處理方法。此外，本文還介紹了遙感技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在城市地下巖土工程中的應(yīng)用。這些先進(jìn)技術(shù)能夠?yàn)榭辈焓┕し教峁┯行У募夹g(shù)支持，使其在土地基處理方面取得更好的成果。隨著科技的不斷發(fā)展，未來(lái)還將涌現(xiàn)出更多創(chuàng)新的技術(shù)和方法，為城市地下巖土工程帶來(lái)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。