巖土工程場地與地質(zhì)體勘察分析

潘 莉

摘要:巖土工程實(shí)踐是在地殼表層某一深度范圍內(nèi)進(jìn)行的,因此須查明這一深度范圍內(nèi)巖土體的空間分布情況及其工程性質(zhì)以及地下水等條件。文章就巖土工程場地與地質(zhì)體勘察的復(fù)雜性以及技術(shù)手段進(jìn)行了分析,最后提出了土層是巖土工程鉆探的主要對象,應(yīng)可靠地鑒定土層名稱,準(zhǔn)確判定分層深度,正確鑒別土層天然的結(jié)構(gòu)、密度和濕度狀態(tài)等特殊要求。

關(guān)鍵詞:巖土工程;復(fù)雜地質(zhì);勘察技術(shù);抗震穩(wěn)定度

中圖分類號(hào):P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0154-02

一項(xiàng)工程建設(shè),尤其是重大工程,從構(gòu)思設(shè)想到建成運(yùn)行需要經(jīng)過反復(fù)研究和不斷深化,而不可能是一次完成的。只有經(jīng)過不斷的、反復(fù)的實(shí)踐,才能認(rèn)識(shí)客觀事物的內(nèi)部規(guī)律性,使人的主觀意圖適應(yīng)于客觀存在。按《巖土工程勘察規(guī)范》GB5002l-94(以下簡稱《規(guī)范》)規(guī)定,巖土工程勘察的復(fù)雜性,是由工程場地和地基的復(fù)雜程度等因素決定的。首先應(yīng)分別對場地復(fù)雜程度進(jìn)行分級(jí),并進(jìn)一步對復(fù)雜地質(zhì)進(jìn)行勘察技術(shù)分析。

一、場地復(fù)雜程度等級(jí)

場地復(fù)雜程度是由建筑抗震穩(wěn)定性、不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育情況、地質(zhì)環(huán)境破壞程度和地形地貌條件四個(gè)條件衡量的,也劃分為三個(gè)等級(jí),見表1:

(一)建筑抗震穩(wěn)定度

按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJll地段的劃分規(guī)定為:89規(guī)定,選擇建筑場地時(shí),對建筑抗震穩(wěn)定性的劃分見表2:

注:(1)vn、vsm分別為土層的剪切波速和平均剪切波速,后者取地面以下15m且不深于場地覆蓋層厚度范圍內(nèi)各土層的剪切波速,按土層厚度加權(quán)的平均值計(jì);(2)fk為地基土靜承裁力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)。

1.危險(xiǎn)地段:地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯(cuò)的部位。

2.不利地段:軟弱土和液化土,條狀突出的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質(zhì)的陡坡、河岸和斜坡邊緣,平面分布上成因、巖性和性狀明顯不均勻的土層(如故河道、斷層破碎帶、暗埋的塘沃溝谷及半填半挖地基)等。

3.有利地段:巖石和堅(jiān)硬土或開闊平坦、密實(shí)均勻的中硬土等。上述規(guī)定中,場地土的類型按表2劃分。

(二)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育情況

不良地質(zhì)現(xiàn)象泛指由地球外動(dòng)力作用引起的,布于場地內(nèi)及其附近地段,主要影響場地穩(wěn)定性,巖土工程有不利影響。

“強(qiáng)烈發(fā)育”是指由于不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育招致建筑場地極不穩(wěn)定,直接威脅工程設(shè)施的安全。例如,山區(qū)崩塌、滑坡和泥石流的發(fā)生,會(huì)釀成地質(zhì)災(zāi)害,破壞甚至整個(gè)摧毀工程建筑物。巖溶地區(qū)溶洞和土洞的存在,所造成的地面變形甚至塌陷,對工程設(shè)施的安全也會(huì)構(gòu)成直接威脅?！耙话惆l(fā)育”是指雖有不良地質(zhì)現(xiàn)象分布,但并不十分強(qiáng)烈,對工程設(shè)施安全的影響不嚴(yán)重;或者說對工程安全可能有潛在的威脅。

(三)地質(zhì)環(huán)境破壞程度

由于人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境的干擾破壞,是多種多樣的。例如,采掘固體礦產(chǎn)資源引起的地下采空;抽汲地下液體(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂縫;修建水庫引起的邊岸再造、浸沒、土壤沼澤化;排除廢液引起巖土的化學(xué)污染,等等。地質(zhì)環(huán)境破壞對巖土工程實(shí)踐的負(fù)影響是不容忽視的,往往對場地穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。表3中地質(zhì)環(huán)境的“強(qiáng)烈破壞”,是指由于地質(zhì)環(huán)境的破壞,已對工程安全構(gòu)成直接威脅;如礦山淺層采空導(dǎo)致明顯的地面變形、橫跨地裂縫等?！耙话闫茐摹笔侵敢延谢?qū)⒂械刭|(zhì)環(huán)境的干擾破壞,但并不強(qiáng)烈,對工程安全的影響不嚴(yán)重。

(四)地形地貌條件

主要指的是地形起伏和地貌單元(尤其是微地貌單元)的變化情況。一般地說,山區(qū)和丘陵區(qū)場地地形起伏大,工程布局較困難,挖填土石方量較大,土層分布較薄且下伏基巖面高低不平。地貌單元分布較復(fù)雜,一個(gè)建筑場地可能跨越多個(gè)地貌單元,因此地形地貌條件復(fù)雜或較復(fù)雜。平原場地地形平坦,地貌單元均一,土層厚度大且結(jié)構(gòu)簡單,因此地形地貌條件簡單。

二、復(fù)雜地質(zhì)體的鉆進(jìn)技術(shù)

巖土工程鉆探往往會(huì)遇到復(fù)雜地質(zhì)體,如軟弱夾層、破碎帶和深厚砂卵石層等。這些地層常常是工程所關(guān)注的重要對象。為了探明這些復(fù)雜地層的空間分布、工程性質(zhì)和水文地質(zhì)條件,須保證鉆進(jìn)的穿透能力和千方百計(jì)地提高巖心采取率,以提供有關(guān)的地質(zhì)信息。主要措施有:增大巖心抗扭斷能力、改善鉆具單動(dòng)性能、及時(shí)起鉆和縮短回次進(jìn)尺時(shí)間、減小破巖作用力、提高鉆具穩(wěn)定性、減少?zèng)_洗液的沖刷、提高卡取巖心的可靠程度等。

無泵鉆進(jìn)技術(shù)在鉆進(jìn)過程中不用水泵,而是利用孔內(nèi)水的反循環(huán)作用,不使鉆頭與孔壁或巖心粘結(jié),同時(shí)將巖粉收集在取粉管內(nèi)。這種鉆進(jìn)技術(shù)較簡便,但它可防止由于水泵送水而沖刷巖心及孔壁,較順利地穿透軟弱、破碎巖層,并提高巖心采取率和基本保持巖層的原狀結(jié)構(gòu)。

無泵鉆進(jìn)與干鉆不同,需定時(shí)地串動(dòng)鉆具,利用孔內(nèi)水的反循環(huán)作用,將巖粉沉淀于取粉管和巖心管內(nèi),孔底保持干凈而順暢地鉆進(jìn)。這種鉆進(jìn)技術(shù)的鉆具有敞口式和封閉式兩種(圖1、圖2)。鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)一定要有水,而且其水位應(yīng)經(jīng)常保持在出水孔上部,以使沖洗液在鉆具串動(dòng)時(shí)產(chǎn)生循環(huán)作用。孔內(nèi)水系天然地下水或由地面灌人的。串動(dòng)鉆具的時(shí)間間隔、次數(shù)和高度,需根據(jù)巖層軟硬和鉆進(jìn)深度等確定?？變?nèi)潔凈是提高鉆進(jìn)效率及巖心采取牢的關(guān)鍵,所以必須恰當(dāng)?shù)卮畡?dòng)鉆具。

固無泵鉆進(jìn)勞動(dòng)強(qiáng)度大,鉆進(jìn)效率較沖洗液鉆進(jìn)低,所以在鉆穿軟弱、破碎巖層并做完水文地質(zhì)試驗(yàn)后,應(yīng)即下人套管,改用沖洗液鉆進(jìn)。

三、復(fù)雜地質(zhì)體勘探工作的特殊要求

1.土層是巖土工程鉆探的主要對象,應(yīng)可靠地鑒定土層名稱,準(zhǔn)確判定分層深度,正確鑒別土層天然的結(jié)構(gòu)、密度和濕度狀態(tài)。為此,要求鉆進(jìn)深度和分層深度的量測誤差范圍應(yīng)為±0.05m,非連續(xù)取心鉆進(jìn)的回次進(jìn)尺應(yīng)控制在1m以內(nèi),連續(xù)取心的回次進(jìn)尺應(yīng)控制在2m以內(nèi);某些特殊土類,需根據(jù)土體特性選用特殊的鉆進(jìn)方法;在地下水位以上的土層中鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行干鉆,當(dāng)必須使用沖洗液時(shí)應(yīng)采取雙層巖心管鉆進(jìn)。

2.巖心采取率要求較高。對巖層作巖心鉆探時(shí),一般巖石不應(yīng)低于80%,破碎巖石不應(yīng)低于65%。對工程建筑物至關(guān)重要需重點(diǎn)查明的軟弱夾層、斷層破碎帶、滑坡的滑動(dòng)帶等地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象,為保證獲得較高的巖心采取率,應(yīng)采用相應(yīng)的鉆進(jìn)方法。例如,盡量減少?zèng)_洗液或用于鉆,采取雙層巖心管連續(xù)取心,降低鉆速,縮短鉆程。當(dāng)需確定巖石質(zhì)量指標(biāo)及QD時(shí),應(yīng)采用N型雙層巖心管鉆進(jìn),其孔徑為75mm,采取的巖心直徑為54mm,且宜采用金剛石鉆頭。

3.在鉆進(jìn)過程中,為了研究巖土的工程性質(zhì),經(jīng)常需要采取巖土樣。堅(jiān)硬巖石的取樣可利用巖心,但其中的軟弱夾層和斷層破碎帶取樣時(shí),必須采取特殊措施。為了取得質(zhì)量可靠的原狀土樣,需配備取土器,并應(yīng)注意取樣方法和操作工序,盡量使土樣不受或少受擾動(dòng)。采取飽和軟粘土和砂類土的原狀土樣,還需使用特制的取土器。

參考文獻(xiàn)

[1]顧寶和.巖土工程勘察技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展問題述評(píng)[J].工程勘察,1998,(4).

[2]孫巍,沈小克,張?jiān)诿?巖土工程勘察今后十年發(fā)展趨勢[J].工程勘察,2001,(3).

[3]呂迎春.淺談巖土工程勘察[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,(1).

[4]陳仁俊.信息化與巖土工程——訪青年巖土工程專家秦四清[J].巖土工程界,2002,(12).

[5]戴一鳴.巖土工程新技術(shù)發(fā)展慨述[J].福建建筑,2005,(1).

[6]郭書泰.工程地質(zhì)勘察與巖土工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),1999,(1).

作者簡介:潘莉(1983-),江西人,核工業(yè)華東建設(shè)工程集團(tuán)公司助理工程師,研究方向:巖土工程。