巖土工程勘察中綜合勘察技術的應用

摘 要：在巖土工程建設過程中，勘察工作是否落實到位，會對整體施工質量帶來非常大的影響。基于對綜合勘察技術的合理使用，采集詳細、全面、準確的巖土工程勘察信息，為后續(xù)工程施工作業(yè)提供重要的參考依據?；跀M建楊樹浦發(fā)電廠改造02-1地塊勘察項目，對綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用要點展開深入分析研究。

關鍵詞：巖土工程；工程勘察；綜合勘察技術

中圖分類號：U45" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）10-0067-03

0 引言

巖土工程勘察工作涉及對施工場地及周邊環(huán)境特點、土層質量的調查，由此能夠及時了解是否存在地質災害風險。部分巖土種類較為特別，極易引起地質災害，對勘察工作的專業(yè)性提出了相對較高的要求。伴隨科技的持續(xù)發(fā)展，巖土工程可使用的勘察技術種類不斷增加。綜合利用多種勘察技術可以幫助巖土工程的順利開展。

1 工程概況

擬建楊樹浦發(fā)電廠改造02-1地塊項目位于上海市楊浦區(qū)定海路街道楊樹浦路2800號，即楊樹浦路以南、騰越路以東廠區(qū)內。勘察單位受投資方委托承擔該項目的巖土工程詳細勘察工作。本地塊項目總建筑面積約為297 187 m2。

2 擬建建（構）筑物的性質及勘察技術要求

本地塊擬建造3幢高層（高約99.5～160.0 m）塔樓、2～4層（最高約20.55 m）商業(yè)裙房，地塊滿堂下方建有3層地下室，基礎埋深在14.50～16.00 m。塔樓采用混合結構，裙房和地下室采用框架結構，下部均采用樁筏基礎形式。

3 采用的勘察工作方法

本工程主體建筑高度較高、上部荷載作用力大、地下室有著較深且較大的基礎埋深，周圍環(huán)境也相對比較復雜。如果該工程只使用單一的某種勘察技術，提供的勘察信息利用價值不高，難以達到設計需求。因此，選擇綜合勘察技術最為適宜。

勘察單位在此工程之中使用了多種類型的勘察技術，如鉆探取土、標準貫入試驗、靜力觸探測試、十字板剪切試驗等。

3.1 鉆探取土樣

鉆探主要是使用鉆機、鉆具以及相關工藝措施，對地層進行鉆鑿處理，由此獲得圓柱形巖土樣本。其能夠應用在包含基巖的各類地層之中。在上海市，大多使用SH-30型、GXY-1C型鉆機開展相應的施工作業(yè)，若為黏性土，則使用直徑為11 cm的螺旋提土器進行鉆洞。若為粉性土、砂土，則使用合金三葉鉆開展鉆洞作業(yè)，按照規(guī)定比例制備泥漿，作為沖洗液加以護孔處理[1]。

鉆進過程中，為能準確測得各種巖土的物理、水理、力學性能等參數，要求開展適當數量的巖土試驗。對于不同類型的地層，應當采取不同種類的取樣方式。其中，若是為淤泥之類的軟土層，通常使用直徑為10.8ｍｍ的薄壁取土器壓入式進行原始土樣的采集。若是為黏性土，通常使用直徑為10.8ｍｍ的對開式厚壁取土器，通過壓入或者是錘擊的方式采集樣本。若是為砂性土層，比較適合使用內置環(huán)刀取砂器來開展采樣工作。

取得的巖土樣本必須要立即進行封閉保存，以免其濕度發(fā)生變化。同時要將其放置在陰涼干燥處保存。在進行樣本運輸之前，應對其采取規(guī)范的裝箱措施，使用緩沖材料進行覆蓋包裹，運輸車輛行駛途中要盡量做到平緩穩(wěn)定，不可長時間顛簸。

3.2 標準貫入試驗

標準貫入試驗是一種原位測驗技術，目前在勘察領域使用較為普遍。主要操作方式為使用質量為63.5 kg的穿心錘，從76 cm的高度自由下墜，把具有一定容量、裝有小型取土筒的標準貫入器錘擊至土層之中，將深度為30 cm的擊打次數記錄下來，從而對土層性質與特征加以評估。

在上海市，通常采取在取土孔內接觸到粉性土與砂土時作為評估依據。一般而言，此種勘察方式在實際應用時，還應使用擾動土樣，判斷和分析土體種類與性質，通過砂樣留樣實行顆分試驗[2]。

此種技術所需用到的設備較為簡單，操作起來比較便利，而且適合應用的范圍相對較廣。按照錘擊次數，可以直接區(qū)分不同類型的地層，計算得出土層的物理力學參數，還能夠用來評估天然地基的承載性能。

3.3 靜力觸探測試

此方法是通過準靜力基于穩(wěn)定的速度，把適當規(guī)格與形狀的圓錐探頭利用探桿插入土層之中，在此過程中詳細記錄插入探頭受到的阻力大小，基于此數據來判斷土層的物理力學參數。目前，主要可以劃分為單橋、雙橋與測斜３種探頭。

在上海市運用比較多的是單橋探頭，并已經形成了豐富的實踐經驗。通過分析靜力觸探比插入阻力、深度波動之間的曲線，不僅能夠實現對土層的準確劃分，還能選取樁基持力層、計算單樁承重能力、評估沉樁概率、確定土層分布均勻情況。特別是在粉土、砂土中，有著突出的應用效果，能夠準確確定土質均勻水平，評估土層的強度變形能力，從而作為樁基設計的重要參考依據。該技術有著連續(xù)性強、勘察速度快、準確度高的優(yōu)勢，能夠在施工現場直接獲得各類土層的插入阻力參數，以此獲取到土層初始狀態(tài)之下的相關物理力學參數。

3.4 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗基于對貫入地基土體之中的規(guī)定形狀、尺寸大小的十字板提供扭矩作用力，讓其能在土層之中等速扭轉，由此構成圓柱形的破壞面，再通過計算分析，得出地基土層不排水抗剪強度的一種勘察方式。該技術適合應用在飽和軟黏性土體之中，是采集各種軟黏土不擾動強度的關鍵措施。

經過試驗分析，可獲得原位應力條件下軟黏土的不排水抗剪強度與靈敏度。在此基礎上，能夠進一步分析計算得出地基的承載性能、評估判斷軟黏土的固結情況、測算出飽和軟粘性土的邊坡當前的穩(wěn)固程度[3]。

該技術重點在于無需進行樣本采集，能夠在作業(yè)場地內維持原位應力完成相關試驗工作，尤其是對于采集樣本難度較高的黏性土而言，有著較好的應用優(yōu)勢。

3.5 扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗是先把帶有膜片的扁鏟貫入土層規(guī)定深度位置，再進行充氣處理，讓扁鏟兩端的膜片能夠向著土體側面不斷膨脹拓展，以此測出處于不同壓力條件下的側面變形參數。再按照測出的應力應變條件，得出土層的模量與其他相關指標。該技術適合應用在硬度較低的黏性土、松散程度較高的土體中，有著測試方式簡單易懂、操作便利且迅速、重復性較強等優(yōu)勢，可以準確體現出應力應變關系。該技術能計算地下空間設計驗算參數，目前在一些重要的地下空間項目中得到了廣泛運用。

3.6 現場注水試驗

現場注水試驗通過往鉆孔、向試驗坑槽中灌注水體，基于定時檢測注入的水體總量、時長、水位等有關數據，測得目標土層的滲透參數。它是一種用來測驗土體滲透性的重要方式，可以較為全面體現出不同土層的滲透能力，屬于基坑降水設計過程中必須要掌握的一項土性參數。

此種技術一般比較適合應用在松散土層之中，通過測驗獲得施工覆蓋區(qū)域內各處地基土層的滲透參數，從而為基坑降水、圍護抗?jié)B結構的規(guī)劃設計提供重要參考信息。

3.7 承壓水水位觀測

上海市處于深部賦存于第七、九、十一層的粉土與砂性土內的地下水有著一定的承壓性能，并且若是出現突涌問題，則會給基坑帶來極大的負面影響。對此，精準測出承壓水水位深度十分關鍵。

對于承壓水水位的測量也就是，在勘鉆到承壓含水層規(guī)定深度之后，下放內壁直徑為7.9 cm的塑料管與長度為2 ｍ、直徑相同的濾水管，并在底側設置長度為1 ｍ的沉淀管道，再使用濾網進行覆蓋包裹，在濾水管周圍填充適量的粗砂，對濾水管兩側分別使用黏土球進行隔水處理，在完成洗井之后，次日對目標土層承壓水水位的深度予以測量，而且測量時間必須要在一周以上。工作人員可按照承壓水水位深度測得數值，使用相應公式測算出抗承壓水頭的穩(wěn)定性安全系數，由此評估承壓水是否會對基坑底端帶來的影響，造成突涌事故的發(fā)生，以此為基坑穩(wěn)定程度的評估與分析提供可靠依據[4]。

3.8 螺紋孔

在上海市的巖土工程勘察之中，螺紋孔的使用十分普遍，一般是使用人工手動操作螺紋鉆的方式開展鉆探作業(yè)，回次進尺不得超過0.5ｍ，大多應用在暗浜、厚填土之類的不良地質環(huán)境之中，用于觀察分析基坑周圍淺部填土的變動狀況以及天然地基持力層的深度、厚度等參數。

在上海市，螺紋孔大多施工深度控制在4 ｍ左右，有著施工效率高、操作簡單且方便的特征，尤其是在淺部土層的勘察調研方面能夠起到關鍵性作用。

3.9 室內土工試驗、水質分析試驗

通過鉆探的方式，采集到巖土樣本之后，為得出各類巖土的性質參數，應當實行室內土工試驗。為了分析淺部地下水與土體對混凝土等建材的腐蝕能力，應當開展水質分析實驗。不管采取何種試驗方式，都務必嚴格遵照國家有關規(guī)范條例以及公司內部制定的規(guī)章制度開展相應工作。

其中，對于土工試驗的物理性質分析，主要需對以下內容進行分析：含水比例、天然重度、比重、界限含水比例、顆粒度等。上述項目可用來評估粘性土、粉土的情況，確定土體濕度與硬度大小。

對于土工實驗中的力學性質分析，主要包含下述內容：固結與回彈試驗、直剪固快、無側限抗壓強度、三軸壓縮試驗、靜止側壓力系數、滲透試驗等。上述內容可用來評估不同巖層的壓縮性能、抗剪強度、回彈能力、滲透能力等。

在進行水質分析試驗過程中，重點在于檢測地下水的酸堿度、Cl-以及SO42-的含量，用來評判地下水以及土體腐蝕建材的具體等級。

4 勘察方案布置

該工程勘察工作按照委托要求以及專業(yè)技術規(guī)定開展。待建建筑依照樁基方案，從平面上對待建建筑體軸線、角點采用“網格”形式進行勘察孔位的規(guī)劃設置，且要求勘察孔位之間的距離不可超過35 ｍ。對待建的33層、29層塔樓，初步將控制性孔深度設定為125ｍ，一般性孔的深度則根據建筑樁基的土層埋深設定為85ｍ。對待建的22層塔樓，初步將控制性孔與一般性孔深度分別設定為110ｍ與85ｍ。對待建的1～4層商業(yè)與地庫，重點結合抗拔樁基的設計方案，將孔深設定為60ｍ。此外，還需在基坑周圍分別設置兩處注水、十字板、扁鏟試驗孔以及承壓水觀測孔，對T1與T2塔樓位置分別設置兩處波速孔（孔洞深度為100 ｍ），并且順著地下車庫的邊線，設置小螺紋孔，間隔距離不得超過15 ｍ。

5 勘察結論

按照該工程勘察工作得出相關數據信息可知，待建場地屬于濱海平原地貌類型正常沉積區(qū)域，作業(yè)范圍內存在多種地基土層，并且不同土層所處狀態(tài)較為穩(wěn)定，地基的均勻性較佳。結合上海地區(qū)的施工實踐經驗，待建區(qū)域在設防烈度不超過七度的情況下，可以直接忽視軟土震陷方面的問題，也不會發(fā)生泥石流、山體滑坡、嚴重形變等地質問題。根據上海市現有的地質資料，可判定待建區(qū)域屬于穩(wěn)定場地。通過對施工現場的厚填土、地下障礙物體等加以全面清理之后，便可正常開展相應的施工建設活動[5]。

按照此次勘察工作所得數據，了解到工程建設場地北邊區(qū)域接近楊樹浦路、南邊路段過往存在暗浜。施工現場的填土相對于其他區(qū)域而言厚度更大，底層分布著較多的煤渣，部分區(qū)域夾雜著少許淤泥，土性均勻性交叉。因此，在施工之前，可考慮對此場地實行適當的換填加固。待建區(qū)域分布著一層雜填土，而且大多厚度偏大，最大厚度高達6.2ｍ，土質呈松散狀，并且不夠均勻，力學性質不佳。

待建區(qū)域中存在舊建筑基礎、空置的地下防空洞、越江線纜隧道之類的地下建筑物尚未清除.北向圍墻朝南大概３ｍ的位置，存在東西方向的地下高壓線纜。以上物質若未加以有效處理，則會對該項目的施工作業(yè)帶來不良影響。待建區(qū)域抗震設防烈度是七度，預先設定的基礎地震加速度是0.1 g，設計地震分組為第二組，場地為Ⅳ類場地，場地土為軟弱地基土。判定待建區(qū)域為抗震不利地段。

按照此次勘察工作所得數據，施工現場20 m以淺深度范圍內分布的①3層灰黃-灰色黏質粉土夾淤泥質粉質黏土及②3層灰色黏質粉土初判屬不液化土層，判斷此區(qū)域為不液化場地，在設計環(huán)節(jié)，不用分析地基土是否會發(fā)生震動液化的情況。

待建區(qū)域內，淺部地下水為潛水，會對混凝土結構帶來一定的腐蝕作用。在長時間浸泡在水體的條件下，會使得鋼筋混凝土之中鋼材發(fā)生一定腐蝕。若處于干濕結合的情況下，地下潛水也會對鋼筋混凝土之中的鋼材造成腐蝕；地下水還會對鋼結構帶來些微的腐蝕。綜上可知，待建區(qū)域中的地下承壓水會對混凝土、鋼筋等帶來腐蝕，腐蝕程度較輕。

通過計算分析得知，在基坑挖掘深度達到14.5～16 ｍ的情況，七層抗承壓水頭的穩(wěn)定性安全系數都低于1.05，由此可知七層內的承壓水在該項目基坑挖掘深度下，容易發(fā)生突涌問題。第九層中的承壓水不會對該項目基坑挖掘工作帶來影響。

6 結束語

巖土工程勘察對現代化建筑項目十分重要，必須對此項工作投入較多的關注，對勘察結果的準確度有較高的要求。在開展巖土工程勘察工作時，需要盡可能不只是單獨使用某一種勘察技術，如此可能會造成勘察結果不全面、不準確，進而影響到工程建設質量。還需結合勘察條件，選取合適的勘察技術，工作人員必須要對勘察場地的狀況做到詳細掌握，全方位落實勘察工作，以此為后續(xù)的施工作業(yè)提供詳盡、可靠的信息依據。

參考文獻

[1] 李志.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用分析[J].山西建筑，2023，49（7）：85-87.

[2] 邱龍，朱登峰，王換成.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用分析[J].工程與建設，2022，36（4）：942-945.

[3] 劉禮峰.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用策略思考[J].世界有色金屬，2021（17）：203-204.

[4] 袁宗盼.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用研究[J].工程技術研究，2020，5（24）：103-104.

[5] 韓海濤.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用研究[J].世界有色金屬，2020（15）：189-190.