巖土工程勘察技術(shù)問題及解決方法

謝林沖

（十四冶建設(shè)云南勘察設(shè)計有限公司，云南 昆明 650031）

1 巖土工程勘察中存在的主要技術(shù)問題

20世紀(jì)以來，巖土工程技術(shù)作為近代科學(xué)中的一部分，被廣泛應(yīng)用于社會建設(shè)的各個領(lǐng)域，得到了較大發(fā)展，也存在許多不足。巖土工程技術(shù)是實踐性很強(qiáng)的一門年輕學(xué)科，發(fā)展至今還是一門不夠嚴(yán)謹(jǐn)、不夠完善、不夠成熟的技術(shù)學(xué)科。因其難度大，發(fā)展?jié)摿σ哺?，需要廣大巖土工程師的繼續(xù)努力和不斷實踐，為祖國的現(xiàn)代化建設(shè)多做貢獻(xiàn)。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)格迥異，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。這些問題主要以下幾個方面：a.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。b.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。c.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)外試驗的巖土層即粗顆粒土、殘積土和風(fēng)化巖等。其巖土設(shè)計參數(shù)（承載力、變形指標(biāo)等）難于確定。d.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)計方面的知識，常造成勘察的目的性不明確，所提供的資料不能滿足設(shè)計的需要。e.技術(shù)素質(zhì)問題：主要是勘察技術(shù)人員知識的廣度和深度問題，勘察各專業(yè)缺乏內(nèi)部溝通、技術(shù)交流，對各自技術(shù)服務(wù)的對象和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r不了解，導(dǎo)致碰到重大項目和復(fù)雜工程時束手無策，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 解決方法

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方面著手：

2.1 隨著電子、電子計算機(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)展了一大批集適時采集處理，軟、硬件功能于一體的工程物探探測設(shè)備，它具有采樣密度大、速度快、成本低、信息量大等特點?？梢岳霉こ涛锾娇蛇B續(xù)加密測點的辦法來獲得連續(xù)的地質(zhì)界面。從而有效的解決傳統(tǒng)鉆探手段以點帶面劃分地質(zhì)界面時常帶來的漏判、劃分不準(zhǔn)確等缺點；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)所需的巖土動力參數(shù)和設(shè)計地震動參數(shù)。相對傳統(tǒng)的鉆探方法，工程物探技術(shù)使用時受場地、地形條件的限制較少，具有節(jié)省時間、節(jié)省費用、勘探精度高等特點。但是，各種工程物探方法的有效性決定于它對探測對象的適用性，物性條件的適用性越強(qiáng)，解決問題的可靠性越大，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、互相驗證的作用。合理地選擇、運用工程物探技術(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。

2.2 加強(qiáng)室內(nèi)、外測試新技術(shù)（如多功能靜力觸探頭、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、波速測試、靜載荷試驗等）和施工檢測、監(jiān)測技術(shù)的使用，通過其所獲得的數(shù)據(jù)和資料，經(jīng)過分析、對比，建立它們之間的經(jīng)驗關(guān)系，并通過工程施工檢測、監(jiān)測所獲取的實測資料反算得到的參數(shù)作為對比依據(jù)，確保所提供的巖土工程設(shè)計參數(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；了解動力工程、砂土液化、單樁和群樁在水平動荷載作用下的性狀。

2.3 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)其知識的更新?lián)Q代。勘察單位施行內(nèi)部崗位輪換制度，促成勘察各專業(yè)的技術(shù)交流、知識滲透，盡可能組織技術(shù)人員參加各種有關(guān)的學(xué)術(shù)活動和講座，達(dá)到擴(kuò)大勘察技術(shù)人員的知識廣度和深度的目的。強(qiáng)調(diào)計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用（如受壓層深度計算、承載力計算、土壓力計算、各類靜力或動力有限元計算、基坑支護(hù)設(shè)計計算、沉降分析、數(shù)理統(tǒng)計、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 工程實例

某居住小區(qū)擬建場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1620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、學(xué)校、地下室、儲蓄所、會所等）。業(yè)主按使用功能把本項目劃分為A～G等7個區(qū)，山體北部為A～C區(qū)，山體南部為D～G區(qū)，場地中部為居住小區(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，即有山前的沖洪積物、坡積物、沖積物、淤積物，又有新近場地平整時回填的人工堆積物，其中大部分場地表面分布有厚達(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)測繪工作。然后根據(jù)地質(zhì)測繪成果和場地工程地質(zhì)條件編制勘察綱要。再針對場地地形、地貌特征、地質(zhì)條件及工程特點，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1007個，對場地巖土體進(jìn)行了一系列的室內(nèi)外試驗和測試工作，野外測試工作主要有淺層載荷板試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、動力觸探試驗、靜力觸探試驗、面波測試、剪切波速測試、抽水試驗；室內(nèi)試驗除了常規(guī)的巖土試驗項目外，還進(jìn)行了三軸剪切試驗、擊實試驗、滲透試驗、水質(zhì)分析等。具體的勘察工作是：

3.1 根據(jù)山地地層相對簡單，但鉆機(jī)搬運困難等因素，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。

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

3.3 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，采用常規(guī)土工試驗和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果提供設(shè)計所需的巖土設(shè)計參數(shù)往往偏低，為了能準(zhǔn)確地提供設(shè)計所需的巖土設(shè)計參數(shù)，本次勘察共進(jìn)行了6個點的載荷板試驗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），取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 由于建設(shè)需要，場地平整形成了大量的人工邊坡，有的削坡高度約50m，填方邊坡高度達(dá)15m。本次勘察對場地內(nèi)是否存在不良地質(zhì)作用和潛在不良地質(zhì)作用進(jìn)行了大量的深入調(diào)查研究，提出了防治措施。對有關(guān)邊坡的安全和穩(wěn)定性問題作了專題研究，通過計算分析了邊坡的穩(wěn)定性條件，提供了各種邊坡的支護(hù)方案和支護(hù)設(shè)計、施工所需的有關(guān)巖土參數(shù)，對施工、檢測、監(jiān)測工作提出了合理化的建議。

3.5 巖土工程勘察報告著重對地基與基礎(chǔ)方案，地基與基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致和深入的分析、探討。根據(jù)場地巖土工程條件，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)荷載分布特征和成樁可能性及基礎(chǔ)持力層的工程性質(zhì)、埋藏深度等，對基礎(chǔ)方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的可行性分析和對比。針對不同分區(qū)、不同的建筑物，建議選用不同的基礎(chǔ)形式和不同的基礎(chǔ)持力層。如填方區(qū)和軟土區(qū)建議采用人工挖孔樁，而填土厚度不大及缺失區(qū)域（挖方區(qū)）則建議采用天然淺基。并對各種基礎(chǔ)的承載力進(jìn)行了估算，對地基變形和建筑物沉降進(jìn)行了計算。

勘察場地的巖土工程條件變化大，有的填方厚度可達(dá)十幾米，削坡厚度可達(dá)五十多米，形成了許多人工高邊坡，雖然對地基的承載力和變形以及邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了計算，但是增加的附加荷載和卸載使巖土體的應(yīng)力歷史條件變化很大，巖土工程勘察報告強(qiáng)調(diào)了檢測和監(jiān)測工作的重要性。該意見被業(yè)主和設(shè)計人員所采納，經(jīng)過施工檢測和施工監(jiān)測，證明勘察報告所提供的各種巖土設(shè)計參數(shù)和各種方案經(jīng)濟(jì)合理、目的性和針對性強(qiáng)。

4 結(jié)束語

4.1 工程實踐證明：合理地選擇、運用工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)的勘探技術(shù)相結(jié)合，無疑是解決巖土工程勘察存在的技術(shù)問題的最佳途徑。但是，任何的技術(shù)都有其局限性和適用性，要有效地解決某些復(fù)雜的巖土工程勘察技術(shù)問題，必須采用多種勘察手段聯(lián)合使用，互相補(bǔ)充、互相驗證。

4.2 各種間接勘察手段所獲取的資料應(yīng)與傳統(tǒng)的勘察方法（如鉆探、原位測試、巖土試驗等）、施工檢測、施工監(jiān)測成果進(jìn)行對比、驗證，建立相對應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)系，從而建立定量分析、判定標(biāo)準(zhǔn)，確保工程勘察質(zhì)量。

4.3 提高工程勘察技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平和綜合能力的關(guān)鍵是：①培養(yǎng)勘察技術(shù)人員的技術(shù)素質(zhì)；②拓寬專業(yè)知識的廣度和深度；③積極參與工程實踐。

[1]戴一鳴.探討解決巖土工程勘察中存在的技術(shù)問題[J].福建建設(shè)科技.2005(6).