王之軍
(大同市建筑設計研究院 山西大同 037000)
我國工程地質勘查專業(yè)經十余年的發(fā)展,已全面朝著巖土工程勘察趨向發(fā)展,相關技術人員的能力與素養(yǎng)均處于不斷更新的狀態(tài)中[1]。伴隨著城鎮(zhèn)化進程的推進,城市基礎設施項目與高層建筑陸續(xù)涌現(xiàn)出來,以往采用的常規(guī)工程勘查方法與手段已難以迎合現(xiàn)代建筑設計的需求,工程勘查技術方面存在的很多問題噬待解決。
與普通場地的建筑工程勘察相比較,巖土工程勘察具有如下幾種特征:在平面上以帶狀式部署,寬度相對較窄,但具有一定的可延伸性,能夠穿越多種地質形態(tài)和地貌單元,在運行過程中會承受數(shù)種不良地質;路基在運行過程中承受的載荷量相對較小,但是對于高等級工程地段而言,其對沉降特別是不均勻沉降,均提出相對較高的要求。
在對勘察方法進行選擇之前,需結合勘察時段要求的內容與深度、工程級別、工程規(guī)模以及作業(yè)的難易程度等因素進行。例如,對于可行性研究勘察時段而言,主要任務是采集資料并進行現(xiàn)場實地勘察。而初步勘察時段以進行工程地質測繪、調查、物理探測、鉆孔探測、原位測試以及室內試驗等為主,詳細勘察時段鉆探、原位測試以及室內試驗占主導,只有在情況特殊時,才進行物理探測與工程地質測繪,借此方式去實現(xiàn)對公路工程地質條件有整體性認識[2]。
該類問題多體現(xiàn)在巖土體與巖石風化程度的界面規(guī)劃、判斷地質構造與軟弱結構面及不良地質體地質界面規(guī)劃等方面上。
主要是對地下物體、空洞及其排布形式、埋設方位及深度等信息缺乏確切掌握。
多針對那些不易于獲得原始巖土樣與難以進行室內、外試驗的巖土層,后者以粗顆粒土、殘積土與風化巖等為主。導致在勘察作業(yè)中技術人員難以確定承載能力、形變量等指標。
多體現(xiàn)在部分勘察技術人員針對勘察各專業(yè)的野外和室內初始資料,缺乏梳理、采集與應用的能力,也缺乏精確辨識真假、總結等能力。對與建筑結構設計方面相關的知識缺乏全面掌握,經常導致巖土勘察作業(yè)目標缺乏明確性,造成所供應的勘察信息不符合工程設計與施工的相關需求[3]。
多數(shù)勘察技術人員知識面狹窄與缺乏深度性方面體現(xiàn)。此外,與巖土勘察作業(yè)相關的各個專業(yè)尚未建立良好的內部溝通與技術交流機制,造成各專業(yè)對自己服務對象與技術發(fā)展趨勢缺乏充分了解,此時他們面對大型項目與復雜工程時經常手忙腳亂,不能合理應用相關技術辦法去處理所面對的技術性問題。
在科學技術日新月異的時代中,計算機技術得到很大的發(fā)展與進步,在社會各個行業(yè)中有廣泛的應用,并取得良好的應用效果。若能將計算機設備應用到巖土工程勘察作業(yè)中,其通常能協(xié)助技術人員獲得連續(xù)性的地質界面,進而實現(xiàn)有效處理工程勘察期間的漏判、地質界面規(guī)劃不精確等現(xiàn)實問題,此外在計算機技術的協(xié)助下,傳統(tǒng)巖土勘察作業(yè)中很多技術難題也會迎刃而解,例如地下工程空洞的排布、形態(tài)、方位和深度等。計算機技術在巖土工程勘察中的應用,具有局限性小、成本低廉、時間耗用少、勘探精確度高等優(yōu)勢。盡管該種技術具備很強的適用性,但可靠性相對較低。在現(xiàn)實勘察作業(yè)中,針對一些結構相對復雜的巖土工程技術難題,需積極應用鉆探和多類物探手段聯(lián)合法進行解決,進而有效補充單一技術方面存在的缺陷,促進效能的發(fā)揮[4]。
最近幾年中,在先進科技的引領下,工程物探技術完善度不斷提升,當下國內工程地質勘察作業(yè)中常用到的物探技術以、TEM法、CT法、地下管線探測技術、地質雷達技術、高密度電法與多波地震映象法等為主,與其相關的技術原理以彈性波理論、電學原理及電磁波理論等為主。在現(xiàn)實的勘察作業(yè)中,部分情景下應用了一些實時信息采集與處理的工程物探設備,這是推進巖土工程勘察進程、提升采樣密度與采集信息量、降低作業(yè)成本的有效辦法之一。勘察野外作業(yè)環(huán)境復雜、氣候多變,此時建議技術人員綜合應用工程物探技術,進而實現(xiàn)對滑動面、空洞、不明物體、各類斷層等復雜地質結構的有效勘查,明確地質形態(tài)、埋藏的具體方位與深度、排布形式和特征等,以進一步提升勘探數(shù)據(jù)信息的精確度。針對不同介質界面的確定方面存在問題,為獲得準確的地質界面信息并維持勘察作業(yè)運行的連貫性,可用連續(xù)加密測點的方法。有研究指出,因為工程物探技術的適用范疇廣寬,故此比其他常規(guī)的鉆探技術能更快速、更精確的獲得有勘察任務相關的數(shù)據(jù)信息,信度與效度“雙高”[5]。
對于原狀巖土樣本的地質介質獲取難度相對較大的勘察作業(yè),可應用波速測試、大應變技術等新技術,相關人員對以上測試中所獲得的數(shù)據(jù)信息及資料可進行對照與解析,并采用圖表等方式去統(tǒng)計現(xiàn)實測試中所得的數(shù)據(jù),進而解讀期間存在的關聯(lián)性,摸索相關規(guī)律,結合過去工程勘察中總結的經驗與知識進行判別與分析,進而能促使巖土工程勘察設計參數(shù)精度與可靠性的同步提升,同時也能獲得工程地基變形損壞形式、樁基的承載能力、邊坡結構的安穩(wěn)性與形變能力、擋土結構的破壞模式及形變特征、地下水滲透流淌、風化巖的變形指標和承載能力等參數(shù)??梢姡聹y試技術的應用,能夠為巖土工程后期設計與施工作業(yè)提供良好的勘察成果,有助于維持工程施工的安全性和可靠性。
工程方擬定在山體側建設居民住宅小區(qū),處于決定建設場地順沿山脊走向呈長條狀,長約為2.3km,寬約為0.6km,占地總面積約為1615畝,預計建設的建筑體是多層(3~6層)住宅與(2~3層)別墅及少部分公共建筑(商場、學校、衛(wèi)生院、儲蓄所、俱樂部等)。建設方按照工程使用功能將該工程項目細化為A-F等六個區(qū),山體北部是A-C區(qū),山體南部是D-F區(qū)。
該工程占地面積相對較大,屬于丘陵地貌、地形相對復雜、山體陡峭,部分地段基巖直接袒露,同時跨越數(shù)個地層單元。基巖以花崗巖為主,局部地段有斷層,巖石的裂隙發(fā)育相對良好,和山脊走勢相垂直的450m范疇中就排布了15條巖脈。各類巖石、巖脈風化程度不一。在對該巖土工程進行勘察作用過程中,共布設1010個勘探點,對建設場地巖土體進行系列性的室內外試驗與測試,具體的勘察工作如下:
(1)結合山地地層結構相對簡單、鉆機搬運困難等現(xiàn)實條件,擬定把物探、井探、槽探技術應用于難以進行鉆探的山頂、陡坡等處,綜合應用多種勘察技術,能有效彌補井探和槽探的勘探深度有限的不足,促進勘察作業(yè)進展的同時也降低了資金投入量。
(2)對不同勘察技術進行對比驗證,獲得施工場地各巖土層的對比參數(shù),以提升勘探資料的精確度與可靠性。例如將室內巖土試驗結果與靜載荷板試驗結果進行解析、對照,構建其間和地基承載力和變形指標間的相關性[6]。
(3)本工程在施工期間,將花崗巖殘積土設為持力層,而大量巖脈穿越其中,其風化程度不一,進而導致巖石硬軟度不同。為提升巖土設計參數(shù)的精度,本試驗中擬定進行7臺載荷板試驗,進而獲得不同花崗巖殘積土的承載力特征值和變形模量。結果顯示所獲得的地基承載力特征值比傳統(tǒng)方法所提供的提高了約1.6倍,變形模量提升了3倍有余,協(xié)助工程勘察單位獲得較大的經濟效益。
大量的工程實踐表明,科學的選用工程物探技術與傳統(tǒng)的勘探技術,是處理巖土工程勘察作業(yè)中技術問題的有效辦法之一。但是總結長期的實踐經驗,筆者認為任何勘察技術均有一定的局限性與適用性,為有效的處理一些結構復雜的巖土工程勘察作業(yè)中存在的技術問題,就一定要對多種勘察手段聯(lián)合應用,相互補充、相互驗證,進而不斷提升勘察數(shù)據(jù)信息的精確度與可靠性。