復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察設(shè)計方案

王娟 吳業(yè)聃 譚希鵬

摘要：本文首先介紹了復(fù)雜地質(zhì)條件下開展巖土工程勘察設(shè)計的重要價值，隨后列舉了現(xiàn)階段適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的一些常用勘察技術(shù)，包括巖層鉆探技術(shù)、原位測試實驗、室內(nèi)試驗分析等。最后總結(jié)了編制巖土工程勘察設(shè)計方案的要點，例如確定巖土工程勘察點的間距、深度等，并在此基礎(chǔ)上采用對比實驗的方式，將基于復(fù)雜地質(zhì)條件的巖土工程勘察設(shè)計方案與傳統(tǒng)的勘察設(shè)計方案進行對比。實驗結(jié)果表明，本文提出的巖土工程勘察設(shè)計方案，在勘測精度上明顯提升，滿足了勘察設(shè)計需要，為巖土工程建設(shè)提供了有利條件。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察? 地質(zhì)測繪? 原位測試實驗? 勘察精度

Geotechnical Investigation and Design Scheme Under Complex Geological Conditions

WANG Juan? ? WU Yedan? ?TAN Xipeng

（Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province，266550? China）

Abstract： This paper first introduces the important value of geotechnical engineering survey and design under complex geological conditions， and then lists some common survey technologies suitable for complex geological environment at this stage， including rock stratum drilling technology， in-situ test experiment， indoor test analysis and so on. Finally， the key points of compiling geotechnical investigation and design scheme are summarized， such as determining the spacing and depth of geotechnical investigation points. On this basis， the geotechnical investigation and design scheme based on complex geological conditions is compared with the traditional investigation and design scheme by means of comparative experiment. The experimental results show that the geotechnical engineering survey and design scheme proposed in this paper significantly improves the survey accuracy， meets the needs of survey and design， and provides favorable conditions for geotechnical engineering construction.

Key Words： Geotechnical investigation; Geological mapping; In situ test experiment; Survey accuracy

地質(zhì)勘察作為巖土工程建設(shè)前期的一個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，旨在獲取工程施工范圍及周邊的地質(zhì)、水文等信息，在此基礎(chǔ)上開展工程設(shè)計，為后續(xù)的工程基礎(chǔ)施工提供有價值的參考。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，為了保證勘察工作順利開展，以及獲得全面、精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，必須要編制巖土工程勘察設(shè)計方案。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段許多施工單位將主要精力放在工程設(shè)計與施工方面，而對于前期的地質(zhì)勘察作業(yè)沒有給予高度重視。在這一背景下探究適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的巖土工程勘察設(shè)計技巧，無論是在提高勘察效率，還是增強勘察數(shù)據(jù)精度方面均有積極幫助。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下開展巖土工程勘察設(shè)計的價值分析

在巖土工程勘察中，根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度將其分為三級。其中，Ⅲ級地質(zhì)的巖體類型、結(jié)構(gòu)相對單一，一般不會出現(xiàn)顯著的性質(zhì)變化，工程建設(shè)中處理起來比較容易;Ⅱ級地質(zhì)雖然巖土種類有所增加，也存在性質(zhì)變化，但是通常不存在強烈的地質(zhì)災(zāi)害，對工程建設(shè)的影響不明顯;I級地質(zhì)具有巖土類別多樣、復(fù)雜，地形地貌多變，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等特點。在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下進行工程建設(shè)，必須要做好前期的巖土工程勘察，掌握工程范圍內(nèi)的地質(zhì)、水文等相關(guān)信息。并根據(jù)勘測所得資料，進行科學的施工設(shè)計，這樣才能保證工程施工的順利進行，以及切實提高工程建設(shè)質(zhì)量[1]。另外，復(fù)雜地質(zhì)條件下進行巖土工程施工時，還有可能因為土體擾動而發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。通過巖土工程勘察和科學設(shè)計，也能夠最大程度上避免表面巖土工程后續(xù)施工中發(fā)生安全事故，從而保障現(xiàn)場作業(yè)人員的安全。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察技術(shù)

2.1巖層鉆探技術(shù)

巖層鉆探是利用臺式鉆探機，在提前標記好的點位上，用鉆頭自上而下地鉆探深孔，達到指定深度后，在使用抓取裝置獲取巖土芯樣。然后在實驗室中分析巖土樣品的成分、性質(zhì)，進而了解巖土結(jié)構(gòu)、水文特點的一種技術(shù)[2]。在使用巖層鉆探技術(shù)時，需要注意以下幾點：第一，選擇合適的鉆具。如果存在較為堅硬的巖石，應(yīng)選擇硬度較大的合金鉆頭，一方面能夠提高鉆進速度，另一方面也能夠減輕鉆具磨損，對防止鉆頭卡主、鉆桿斷裂等問題也有一定幫助。第二，在鉆探深度超過10m，并且?guī)r層硬度較大時，應(yīng)向鉆孔內(nèi)注入泥漿，既可以起到保護孔壁，防止鉆孔坍塌、埋管的效果，同時也能發(fā)揮冷卻鉆頭的作用，延長鉆具的使用壽命。第三，復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用巖層鉆探技術(shù)，應(yīng)密切關(guān)注鉆探機的進給速度、進給壓力等示數(shù)，在遇到堅硬孤石或者鉆入地下溶洞時，會出現(xiàn)示數(shù)突變的現(xiàn)象。施工人員要靈活調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，保證鉆探作業(yè)的順利完成。

2.2原位測試實驗

原位測試是不改變巖土層的結(jié)構(gòu)和位置，然后對其應(yīng)力條件、物理成分、工程力學指標等進行測定的一種方法。根據(jù)測定方式的不同，又能夠細分成靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、標準貫入試驗等若干類型。以靜力初探試驗為例，其操作方法為：選擇一個帶有探頭的圓錐體，以靜壓力將其勻速壓入待測土層中[3]。利用探頭反饋的數(shù)據(jù)，可以測得貫入阻力，根據(jù)阻力的大小確定巖土工程性質(zhì)。相比于室內(nèi)土工試驗分析等巖土工程勘察方法，靜力觸探試驗的優(yōu)勢在于操作方便，并且環(huán)境適應(yīng)能力強，適合在野外復(fù)雜地質(zhì)條件下進行勘察作業(yè)。但是該技術(shù)在野外勘察作業(yè)也是有一定的缺陷，例如獲取的信息有限，只能用于劃分土層、確定巖土工程性質(zhì)，而無法對巖土的理化性質(zhì)、水文特點等進行更進一步的分析。

2.3室內(nèi)試驗分析

室內(nèi)土工試驗可用于測定巖土的物理、化學、力學等性質(zhì)，為巖土工程的設(shè)計與施工提供必要的參考。在一些設(shè)備比較完善的實驗室，可提供開展的土工試驗項目較多，例如土的粒徑分析試驗、含水率試驗、相對密度實驗、擊實試驗、固結(jié)試驗等等。以粒徑分析試驗為例，從巖土工程施工范圍內(nèi)，隨機獲取若干土樣，并使用實驗室的烘干機將其完全烘干，之后將土樣研磨、碾散，成為均勻顆粒狀。使用細目曬過篩后稱重，確定各個粒徑范圍內(nèi)土粒重的百分數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，繪制土樣的粒徑分布曲線，方便工程人員了解巖土的組成與性質(zhì)。相比于原位測試實驗，由于室內(nèi)土工試驗需要從復(fù)雜地質(zhì)條件下采集土樣，然后在實驗室內(nèi)分析，因此必須要科學采樣，保證樣品具有代表性，提高試驗結(jié)果的參考價值[4]。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察設(shè)計方案

3.1確定巖土工程勘察點的間距

相比于普通地質(zhì)條件，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下開展巖土工程勘察，要想獲得更加全面、準確的信息，必然要增加勘察點的數(shù)量，提高勘察點的密度。因此，在編制勘察設(shè)計方案時，應(yīng)合理確定該范圍內(nèi)勘察點的間隔距離。在布設(shè)勘察點時，應(yīng)以土工建筑物周邊線或角點作為參考物?？紤]到復(fù)雜地質(zhì)條件有可能對土工建筑的受力層產(chǎn)生影響。因此在地勢起伏明顯的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)在原來設(shè)計好的2個勘察點之間，再增加一個勘察點，并且盡量使其位于勘察范圍內(nèi)的最高或最低點上，從而更加全面地獲取地質(zhì)信息的變化情況。另外，土工建筑的施工要求、質(zhì)量標準等，也會對勘察點間距設(shè)計有影響。例如高層建筑中，對基礎(chǔ)穩(wěn)定性有嚴格要求，這種情況下也需要臨時增加勘察點數(shù)量。通常認為復(fù)雜地質(zhì)條件下勘察點的間隔距離在20-25m比較合適。

3.2修正巖土工程勘測點的深度

勘測點的深度是巖土工程勘察設(shè)計中必須要重視的另一個關(guān)鍵點。在布置多個勘測點時，應(yīng)盡量使其分布在不同的深度，這樣才能充分了解各個土層的巖土性質(zhì)、水文特點，讓巖土工程勘察數(shù)據(jù)更加豐富和詳盡。在復(fù)雜地質(zhì)下開展巖土工程勘察，鉆孔的深度通常要比常規(guī)地質(zhì)條件下的鉆孔深度更大。為了保證鉆探順利，要結(jié)合地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的鉆孔設(shè)備。需要注意的是對于復(fù)雜地質(zhì)或高大建筑物，在設(shè)計勘測點深度時，還必須考慮因為地基沉降、變形帶來的影響。要求勘測點的深度必須大于地基變形計算深度[5]。

3.3完成巖土工程勘察方案的編制

在確定勘測點間隔距離和設(shè)計深度等基本信息的前提下，編制巖土工程勘察設(shè)計方案。該方案中應(yīng)包含以下內(nèi)容：第一，適合復(fù)雜地質(zhì)條件下的勘察技術(shù)。如上文介紹，目前野外巖土工程勘察所用的技術(shù)手段有多種，既有比較常規(guī)的巖層鉆探技術(shù)、地質(zhì)測繪技術(shù)，也有近幾年興起的基于高端儀器、大數(shù)據(jù)技術(shù)的地質(zhì)勘測和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。在編制勘察設(shè)計方案時，要明確說明巖土工程勘察作業(yè)中使用哪一種技術(shù)，并且對技術(shù)的操作流程、執(zhí)行標準等做明確說明，保證勘察作業(yè)的順利開展。第二，要明確精度要求，并根據(jù)該要求對勘察所得數(shù)據(jù)進行篩選、處理，保證最終所得勘察結(jié)果的可信度[6]。

4 巖土工程勘察設(shè)計方案的仿真實驗

4.1實驗內(nèi)容

為了驗證上文所述巖土工程勘察設(shè)計方案的實用性，設(shè)計仿真實驗，將傳統(tǒng)勘察設(shè)計方案作為對照組，將本文基于復(fù)雜地質(zhì)條件下設(shè)計的勘察方案作為實驗組，實驗次數(shù)為7次，對比兩組的勘測精度。

4.2實驗結(jié)果

在仿真實驗中，分別記錄7次實驗中的勘測數(shù)據(jù)，并繪制以勘察精度為y軸、以實驗次數(shù)為x軸的二維坐標圖，如圖1所示。

結(jié)合上圖可以發(fā)現(xiàn)，本文基于復(fù)雜地質(zhì)條件設(shè)計的巖土工程勘察方案，整體上勘察精度要高于傳統(tǒng)的巖土工程勘察方案，并且第6次勘察時，精度最高，達到了1.1cm。

5結(jié)語

巖土工程建設(shè)中不可避免會遇到一些特殊、復(fù)雜地質(zhì)。通過提前開展地質(zhì)勘察，獲取工程范圍內(nèi)的地質(zhì)、水文信息，從而為工程建設(shè)提供必要的參考。復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土工程勘察，要想提高勘測效率、保證勘察精度，發(fā)揮勘察設(shè)計的價值，一方面是要科學選擇勘察方法，例如原位測試實驗、巖層鉆探技術(shù)等;另一方面還要結(jié)合以往的工作經(jīng)驗，重點從巖土工程勘察點的間距、深度，以及勘察設(shè)計方案的編制等細節(jié)上，采取嚴格的質(zhì)量控制措施。通過切實提高該設(shè)計方案的參考價值，為后續(xù)的巖土工程施工提供必要的幫助。

參考文獻

[1]范寒光.超高層建筑在復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖土工程勘察分析與基礎(chǔ)方案建議[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019（3）：77-79.

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[3]王立，張景蕾.巖土工程勘察內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].智能城市，2020，6（7）：60-61.

[4]王慧聰. 城市地下綜合管廊工程勘察技術(shù)與支護設(shè)計方法[D].秦皇島：燕山大學，2019.

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[6]王偉.復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察的應(yīng)用與實踐[J].世界有色金屬，2018（2）：273-274.

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