巖土工程勘察中常見的技術(shù)問題及解決措施

我國工程地質(zhì)勘察專業(yè)經(jīng)過近20年的努力，已實(shí)現(xiàn)了向巖土工程勘察方向發(fā)展，技術(shù)人員的知識(shí)得到了更新?lián)Q代，巖土工程技術(shù)不管從勘探手段、測(cè)試設(shè)備、試驗(yàn)儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還是技術(shù)人員知識(shí)的廣度和深度都有了很大的提高。但是，應(yīng)該看到隨著我國經(jīng)濟(jì)改革的進(jìn)一步深入，勘察市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。不少勘察單位由于種種原因不愿意購置先進(jìn)設(shè)備，低價(jià)中標(biāo)使許多勘察單位不愿意采用先進(jìn)手段和先進(jìn)設(shè)備。近年來，勘察技術(shù)進(jìn)步有停滯不前的趨勢(shì)。許多與工程密切相關(guān)的課題得不到解決。

1 巖土工程勘察中存在的主要技術(shù)問題

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷高速發(fā)展，眾多基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目和現(xiàn)代化超高層建筑物不斷興建，基礎(chǔ)和基坑開挖深度越來越深，各種公共建筑物的建筑風(fēng)格迴異，其平面和立面變化大，給結(jié)構(gòu)和勘察專業(yè)帶來諸多的新課題，采用傳統(tǒng)的勘察方法和傳統(tǒng)的勘察手段已經(jīng)很難滿足設(shè)計(jì)的需要，存在著許多急需解決的巖土工程勘察技術(shù)問題。這些問題主要有以下幾個(gè)方面：

（1）界面劃分問題：主要有巖土體和巖石風(fēng)化程度的界面劃分，地質(zhì)構(gòu)造和軟弱結(jié)構(gòu)面的判定，以及不良地質(zhì)體的地質(zhì)界面等。

（2）地質(zhì)形態(tài)問題：主要有不明地下物體、空洞及其分布形態(tài)、埋藏位置和埋藏深度的確定。

（3）巖土參數(shù)問題：主要是那些難于取到原狀巖土樣和難于進(jìn)行室內(nèi)、外試驗(yàn)的巖土層如粗顆粒土、殘積土和風(fēng)化巖等。其巖土設(shè)計(jì)參數(shù)（承載力、變形指標(biāo)等）難于確定。

（4）綜合能力問題：主要表現(xiàn)在一部分勘察技術(shù)人員缺乏對(duì)勘察各專業(yè)的野外和室內(nèi)原始資料的整理、分析、利用的能力，缺乏如何辨別真?zhèn)?、去偽存真、補(bǔ)充印證、歸納總結(jié)的能力。缺乏建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，常造成勘察的目的性不明確，所提供的資料不能滿足設(shè)計(jì)的需要。

（5）技術(shù)素質(zhì)問題：主要是勘察技術(shù)人員知識(shí)的廣度和深度問題，勘察各專業(yè)缺乏內(nèi)部溝通、技術(shù)交流，對(duì)各自技術(shù)服務(wù)的對(duì)象和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r不了解，導(dǎo)致碰到重大項(xiàng)目和復(fù)雜工程時(shí)束手無策，不知應(yīng)采用何種技術(shù)方法和手段去解決所碰到的技術(shù)問題。

2 巖土勘察中存在技術(shù)缺陷的解決措施

要解決上述巖土工程勘察工作中存在的主要技術(shù)問題，可以考慮從以下幾個(gè)方面著手：

（1）隨著電子、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，近十幾年來，工程物探專業(yè)根據(jù)彈性波理論、電磁波理論和電學(xué)原理發(fā)展了許多新的工程物探方法并相應(yīng)發(fā)展了一大批集適時(shí)采集處理，軟、硬件功能于一體的工程物探探測(cè)設(shè)備，它具有采樣密度大、速度快、成本低、信息量大等特點(diǎn)?？梢岳霉こ涛锾娇蛇B續(xù)加密測(cè)點(diǎn)的辦法來獲得連續(xù)的地質(zhì)界面。從而有效的解決傳統(tǒng)鉆探手段以點(diǎn)帶面劃分地質(zhì)界面時(shí)常帶來的漏判、劃分不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)：并且可以利用綜合工程物探方法有效地解決傳統(tǒng)勘察手段難于解決的諸多巖土工程問題，如地下不明物體、洞穴、軟弱結(jié)構(gòu)面、滑動(dòng)面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態(tài)、埋藏深度、位置。并且可以提供許多工程建設(shè)所需的巖土動(dòng)力參數(shù)和設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)。相對(duì)傳統(tǒng)的鉆探方法，工程物探技術(shù)使用時(shí)受場(chǎng)地、地形條件的限制較少，具有節(jié)省時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用、勘探精度高等特點(diǎn)。但是，各種工程物探方法的有效性決定于它對(duì)探測(cè)對(duì)象的適用性，物性條件的適用性越強(qiáng)，解決問題的可靠的性越大。因此，為了有效地解決某些復(fù)雜的巖土工程技術(shù)難題，必須采用多種工程物探手段和鉆探聯(lián)合使用的方法，起到互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證的作用。合理地選擇、運(yùn)用工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)勘探手段相結(jié)合，無疑是解決巖土工程勘察中存在的主要問題的有效手段之一。

（2）加強(qiáng)室內(nèi)、外測(cè)試新技術(shù)（如多功能靜力觸探頭、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、波速測(cè)試、靜載荷試驗(yàn)等）和施工檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用，通過其所獲得的數(shù)據(jù)和資料，經(jīng)過分析、對(duì)比，建立它們之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，并通過工程施工檢測(cè)、監(jiān)測(cè)所獲取的實(shí)測(cè)資料反算得到的參數(shù)作為對(duì)比依據(jù)，確保所提供的巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠性，并達(dá)到解決那些采用傳統(tǒng)勘探手段難于獲取可靠的巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)（如粗顆粒土、花崗巖殘積土、風(fēng)化巖的承載力、變形指標(biāo)）等問題。此外，還可以利用土工離心模擬技術(shù)檢查工程安全的可靠性；驗(yàn)證堤壩、邊坡的變形和穩(wěn)定性；解決建筑物淺基礎(chǔ)的地基變形特征、破壞模式及極限承載力，樁基礎(chǔ)的承載力和施工工藝對(duì)樁基礎(chǔ)承載力及變形的影響：解決擋土結(jié)構(gòu)的變形及破壞機(jī)理，土體與結(jié)構(gòu)物之間的相互作用；了解動(dòng)力工程、砂土液化、單樁和群樁在水平動(dòng)荷載作用下的性狀。

（3）加強(qiáng)勘察技術(shù)人員的再教育和技術(shù)培訓(xùn)并形成定期制度，促進(jìn)其知識(shí)的更新?lián)Q代?？辈靻挝皇┬袃?nèi)部崗位輪換制度，促成勘察各專業(yè)的技術(shù)交流、知識(shí)滲透，盡可能組織技術(shù)人員參加各種有關(guān)的學(xué)術(shù)活動(dòng)和講座，達(dá)到擴(kuò)大勘察技術(shù)人員的知識(shí)廣度和深度的目的。強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用（如受壓層深度計(jì)算、承載力計(jì)算、土壓力計(jì)算、各類靜力或動(dòng)力有限元計(jì)算、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算、沉降分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、地基與基礎(chǔ)協(xié)同作用分析、地震反應(yīng)分析、滲流分析等），采取這些措施無疑可以大大提高他們的技術(shù)綜合能力。

3 工程實(shí)例分析

某居住小區(qū)依山而建，擬建場(chǎng)地沿山脊走向呈長條狀，其長軸方向長度約為2.2km，短軸方向長度約為0.7km，占地面積約為1610畝，擬建物主要為多層（3~6 層）住宅和（2~3層）別墅，及少部分公共建筑（商場(chǎng)、學(xué)校、衛(wèi)生院、地下室、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、郵電局、儲(chǔ)蓄所、會(huì)所、俱樂部等）。業(yè)主按使用功能把本項(xiàng)目劃分為A-G 等七個(gè)區(qū)，山體北部為A-C區(qū)，山體南部為D-G區(qū)，場(chǎng)地中部為居住小區(qū)的標(biāo)志性建筑———柱廊和生活橋。

本工程占地面積大，位于丘陵地貌，地形復(fù)雜、山體陡峭，基巖埋藏淺，許多地方直接裸露，并且跨越的地層單元多，既有山前沖洪積物、坡積物、沖積物、淤積物，又有新近場(chǎng)地平整時(shí)回填的人工堆積物，其中大部分場(chǎng)地表面分布有厚達(dá)十來米（含有直徑可達(dá)1~2m的巨大塊狀石頭）的人工填土，地層和巖性分布復(fù)雜?；鶐r主要為花崗巖，局部有斷層分布，巖石的裂隙較發(fā)育，伴有花崗斑巖巖脈、石英正長斑巖巖脈、輝綠巖巖脈穿插其間，垂直山脊走向僅400m寬度內(nèi)就分布有14條巖脈。各種巖石、巖脈風(fēng)化程度不一，有的巖脈風(fēng)化后，其土質(zhì)松軟，形成了復(fù)雜的巖土組合。其勘察的難度大，為了查明場(chǎng)地的巖土層分布和地質(zhì)構(gòu)造特征，合理地制定勘察方案和選擇合理的勘察手段，首先在收集當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的工程地質(zhì)測(cè)繪工作。然后根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪成果和場(chǎng)地工程地質(zhì)條件編制勘察綱要。再針對(duì)場(chǎng)地地形、地貌特征、地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)，選用以鉆探、物探為主結(jié)合坑探、槽探、洛陽鏟、靜力觸探等多種勘探方法進(jìn)行勘察工作。本工程共布置勘探點(diǎn) 1008 個(gè)，對(duì)場(chǎng)地巖土體進(jìn)行了一系列的室內(nèi)外試驗(yàn)和測(cè)試工作，野外測(cè)試工作主要有淺層載荷板試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、面波測(cè)試、剪切波速測(cè)試、抽水試驗(yàn)；室內(nèi)試驗(yàn)除了常規(guī)的巖土試驗(yàn)項(xiàng)目外，還進(jìn)行了三軸剪切試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、水質(zhì)分析等。具體的勘察工作是：

（1）根據(jù)山地地層相對(duì)簡(jiǎn)單，但鉆機(jī)搬運(yùn)困難等因素，將物探、井探、槽探手段應(yīng)用于難于進(jìn)行鉆探的山頂、陡坡等位置，并考慮到井探和槽探的勘探深度有限，因此將物探、井探、槽探等結(jié)合起來使用，既達(dá)到了勘察目的又節(jié)約了勘察成本。

（2）各種勘察手段相互進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，如通過大量物探與鉆探、坑探、井探等的對(duì)比試驗(yàn)，取得場(chǎng)地各巖土層的對(duì)比參數(shù)，提高了物探資料的準(zhǔn)確性和可靠性。把室內(nèi)巖土試驗(yàn)和野外標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果與靜載荷板試驗(yàn)成果進(jìn)行分析、對(duì)比，建立它們與地基承載力和變形指標(biāo)之間的關(guān)系等。

（3）根據(jù)初步勘察成果判定，本工程有大量的擬建物基礎(chǔ)將選擇花崗巖殘積土作為其持力層，由于場(chǎng)地內(nèi)花崗巖殘積土穿插有大量不同巖性的巖脈，并且其風(fēng)化程度不同，造成巖土軟硬不一。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用常規(guī)土工試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果提供設(shè)計(jì)所需的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)往往偏低，為了能準(zhǔn)確地提供設(shè)計(jì)所需的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)，本次勘察共進(jìn)行了6臺(tái)載荷板試驗(yàn)以獲取不同花崗巖殘積土的承載力特征值和變形模量。其所獲得的地基承載力特征值比采用常規(guī)方法提供的提高了約1.5倍（180kPa提高到289kPa）, 變形模量提高了3倍（5MPa提高到15.3MPa）。取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。