巖土工程勘察技術(shù)探討

■張 政 ■中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080

近年來，各種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也推動了巖土工程勘察技術(shù)的蓬勃發(fā)展。巖土工程勘察是一項(xiàng)專業(yè)的系統(tǒng)工作，其涉及巖土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)等多門學(xué)科知識，通過巖土工程勘察可使相關(guān)施工單位全面了解工程現(xiàn)場的水位、地質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)、巖土性質(zhì)等情況，為工程項(xiàng)目的施工建設(shè)提供重要的指導(dǎo)作用，提高工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 巖土工程勘察技術(shù)

1.1 GIS 勘察系統(tǒng)

GIS 勘察系統(tǒng)也稱為地理信息系統(tǒng)，其集空間分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、制圖工具等位移，這種勘查系統(tǒng)主要通過對比和分析之前的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，有效印證和分析當(dāng)前項(xiàng)目數(shù)據(jù)，甄別和分析出偏差較大的錯誤數(shù)據(jù)，可科學(xué)分析工程項(xiàng)目前期分層中的錯誤或者漏洞。巖土工程應(yīng)用GIS 勘察系統(tǒng)，及時將勘察的地質(zhì)數(shù)據(jù)輸入和保存在數(shù)據(jù)庫中，可實(shí)時查詢或者動態(tài)檢索［1］，極大地提高了GIS 勘察系統(tǒng)的適用性，可方便、準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行處理地質(zhì)數(shù)據(jù)，分析巖土工程空間數(shù)據(jù)，形成科學(xué)、完整、全面的勘察結(jié)果。傳統(tǒng)的GIS 技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在煤礦行業(yè)的地質(zhì)勘查中。近年來，電子科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，GIS 勘察系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用在巖土工程勘察中，發(fā)揮了非常重要的作用，一方面提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，另一方面，實(shí)現(xiàn)了巖土工程地理資源的信息共享。

1.2 巖土工程物探技術(shù)

物探是巖土工程勘察的重要過程，其主要進(jìn)行巖土工程檢測和勘探。巖土工程物探技術(shù)受到工程項(xiàng)目現(xiàn)場場地和地形限制的影響較小，勘查準(zhǔn)確，節(jié)省大量的時間和費(fèi)用。巖土工程物探技術(shù)主要是基于物理勘查技術(shù)發(fā)展而來，如地面直流電法、電測井法等，傳統(tǒng)的物探效果不好，存在較大誤差。經(jīng)過長期的研究，巖土工程物探技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了定量和半定量分析，可獲取更加準(zhǔn)確、全面的巖土力學(xué)參數(shù)，為工程項(xiàng)目的施工設(shè)計提供重要參考，解決了傳統(tǒng)物探方法的弊端。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的巖土工程物探技術(shù)主要有以下幾種。

(1)TSP 勘察技術(shù)。TSP 勘察技術(shù)是一種重要的隧道地震勘察技術(shù)，由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成，基于數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，采用深度偏移成像方法，具有施工影響少、勘測距離遠(yuǎn)、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其主要采用震檢波接收器江采集隧道工程側(cè)壁中的地震波，這種接收器具有較高的靈敏度，并且可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的處理和科學(xué)解釋分析，根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際的水文和地質(zhì)情況，探測影響正常施工的巖石斷層和破碎帶。TSP203 和TSP202 系統(tǒng)是當(dāng)前隧道地震勘察技術(shù)應(yīng)用最廣泛的兩種系統(tǒng)［2］，應(yīng)用狀況比較穩(wěn)定，發(fā)展前景良好，特別是在精度解釋和預(yù)報準(zhǔn)確性上TSP 勘察技術(shù)有著不可比擬的優(yōu)勢。

(2)CT 技術(shù)。CT 技術(shù)也成為地震波層成像技術(shù)，其主要通過分析不同方向地震波的變化和走勢，探測地質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且成像。CT 技術(shù)是一種新興的勘察技術(shù)，主要利用合適的接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)，探測不同區(qū)域地址情況，獲取地震波，結(jié)合不同的彈性波速和波動走勢，獲取該區(qū)域的地質(zhì)分布圖像。

(3)探地雷達(dá)技術(shù)。探地雷達(dá)技術(shù)主要是通過超高頻脈沖電磁波來探測工程項(xiàng)目場地的地下介質(zhì)分布情況，其利用地下介質(zhì)的不均勻性和不連續(xù)性，準(zhǔn)確探測地下目標(biāo)，探地雷達(dá)技術(shù)具有無破壞性、分辨率高、操作方便、工作效率高等特點(diǎn)，尤其是探測淺層巖土中發(fā)揮著非常重要的作用。

2 巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用過程

巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，對于更好的滿足巖土工程建設(shè)需求起到了重要的促進(jìn)作用。

2.1 勘探

(1)鉆探。鉆探是巖土工程勘察的一個重要環(huán)節(jié)，主要有沖洗鉆探、沖擊鉆探、振動鉆探和回轉(zhuǎn)鉆探四種方法，其中回轉(zhuǎn)鉆探的應(yīng)用范圍最為廣泛。在鉆探過程中，應(yīng)按照抽水和采樣試驗(yàn)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計孔徑，鉆孔深度應(yīng)達(dá)到目的層以下2～5m，深度誤差不能超過5cm，巖土樣采取率應(yīng)高于80%，盡量采用完成的粘土和巖石作為樣本，若巖石比較破碎，礫石和沙子應(yīng)高于60%［3］，通過雙芯管重點(diǎn)選取軟弱夾層和滑動帶的土樣，如果需要探測巖石質(zhì)量，可使用金剛石鉆頭和雙層芯管。根據(jù)巖土工程勘察要求，做好原位、水和土壤測試，原位測試和應(yīng)力層取樣之間的距離為2～3m，各個土層的原位或者原狀土樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)大于6 套。

(2)洞探、槽探和井探。對于地下室洞群、大壩、隧道、滑坡、故障等采用鉆井方法無法快速、有效識別時，可探索和挖掘洞穴，洞穴深度應(yīng)低于地下水水位，按照巖土工程要求來探測平洞深度和長度。

(3)地探。工程地探是一種原位測試技術(shù)，也是一種常規(guī)的勘察手段，可測定土壤腐蝕金屬、放射性物質(zhì)參數(shù)、電阻率、動剪切模量、動態(tài)彈性模量和巖石波速［4］。

2.2 工程地質(zhì)測繪

工程地質(zhì)測繪是巖土工程勘察的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，其利用工程地質(zhì)理論，主要用于描述和觀察巖土工程地質(zhì)現(xiàn)象，分析地質(zhì)和水文的規(guī)律、本質(zhì)，推斷工程項(xiàng)目地下的水文、地質(zhì)情況，為后期的試驗(yàn)和探測提供重要參考依據(jù)。

2.3 勘探和取樣

巖土工程勘探包括坑探、鉆探、物探等方法，通過勘探取樣原位測試，研究地下地質(zhì)情況，結(jié)合巖土性質(zhì)和相關(guān)調(diào)查結(jié)果，選擇合適的勘探方法。例如，物探，其是一種比較間接的勘探方法，可快速了解地質(zhì)條件，完成地質(zhì)測繪，用于巖土工程勘察的輔助和先行手段。巖土工程勘察需要使用很多電力和機(jī)械設(shè)備，受到各種條件的限制，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度的選擇合適勘探方法，以勘探結(jié)果和巖土工程地質(zhì)調(diào)查為主要依據(jù)，嚴(yán)禁隨意削減和盲目勘察。

2.4 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和原位測試

通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和原位測試，評價和分析巖土工程勘察的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如應(yīng)變關(guān)系時間參數(shù)、應(yīng)力變化參數(shù)、滲透系數(shù)、固結(jié)變形特性、強(qiáng)度參數(shù)、土壤物理指標(biāo)等。原位試驗(yàn)可在原環(huán)境中進(jìn)行，準(zhǔn)確反映出土壤性質(zhì)和巖石宏觀結(jié)構(gòu)，測試效率和精度高，缺點(diǎn)是無法有效控制試驗(yàn)應(yīng)力路徑［5］。

2.5 現(xiàn)場監(jiān)測和檢查

現(xiàn)場監(jiān)測和檢查主要包括環(huán)境影響監(jiān)測、運(yùn)營和建設(shè)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、不同載荷對土壤和巖石的特性監(jiān)測等，通過驗(yàn)證和核查巖土工程勘察結(jié)果，加強(qiáng)巖土工程勘察技術(shù)控制，利用檢測和檢查獲取的數(shù)據(jù)，校正勘察技術(shù)參數(shù)，做好勘探修正設(shè)計。

3 結(jié)束語

土建工程項(xiàng)目在施工建設(shè)之前都必須進(jìn)行巖土工程勘察，結(jié)合現(xiàn)代化的多種巖土工程勘察技術(shù)，根據(jù)不同階段的勘察要求，分析不良地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害，準(zhǔn)確反映整個工程項(xiàng)目場地的地質(zhì)條件，精心勘察，精心分析，得出完整、正確的巖土勘察報告，為工程項(xiàng)目的施工、監(jiān)理和設(shè)計提供重要參考依據(jù)。

［1］楊弘，劉潔，劉雷，彭狄，鄺松添，湯志權(quán).論巖土工程勘察技術(shù)及方法［J］.河南科技，2012，08∶22-23.

［2］韋師圣.淺析巖土工程勘察中的相關(guān)技術(shù)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，12∶200.

［3］黃海燕.巖土工程勘察技術(shù)的探討［J］.科技與企業(yè)，2014，08∶166.

［4］吳禮群.現(xiàn)代巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用［J］.中華建設(shè)，2012，08∶108-109.

［5］聶澤明.巖土工程勘察技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.中華民居，2012，03∶192.