巖土工程勘察中的綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

張新濤

（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

巖土工程是土木工程的一個重要分支，在1960 年左右由歐美國家從實際工程中不斷總結(jié)形成的一種新的技術(shù)工程體系。巖土工程勘察是工程建設(shè)過程中首先進行的基礎(chǔ)性工作，基于現(xiàn)代勘察全面性、精確性要求，落實綜合勘察技術(shù)具有重要意義，也是本文研究的重點所在。

1 巖土工程勘察概述

勘察是設(shè)計的前提依據(jù)，是保證各項工程建設(shè)的基礎(chǔ)，是合理節(jié)約成本控制投資的有效手段。為了滿足工程建設(shè)各方面要求，巖土工程勘察基本上需要進行可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察三個步驟，具體如下圖1 所示。

圖1 巖土工程勘察工作內(nèi)容

（1）可行性研究勘察：可行性研究勘察也稱為選址勘察，本階段勘察方法是是在搜集、查閱、分析已有資料的基礎(chǔ)上進行現(xiàn)場的踏勘，當(dāng)現(xiàn)有的資料不夠充分時，需要進行測繪和必要的勘探工作。

（2）初步勘察：初步勘察是為滿足工程初步設(shè)計的需求下進行的活動。本環(huán)節(jié)在充分研究現(xiàn)有的工程材料后，依據(jù)工程要求實施有關(guān)的工程地質(zhì)測繪工作，并進一步進行勘探與取樣、原位測試與實驗等工作。

（3）詳細勘察：詳細勘察任務(wù)是對工程場地內(nèi)巖土工程設(shè)計、巖土體穩(wěn)定性、不良地質(zhì)作用的處理防治工作進行分析。主要工作方法以勘探和原位測試為主，為后續(xù)與施工監(jiān)理對接進行技術(shù)交底，此階段需適當(dāng)進行部分監(jiān)測工作。

基于上述分析可得，在巖土工程勘察中必然面臨著多種勘察方法的運用，本文主要以綜合勘察技術(shù)為研究對象展開詳細分析。

2 綜合勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用目標與價值

2.1 綜合勘察技術(shù)應(yīng)用目標

長期以來，勘察鉆探點位間隔20m～30m，通過鉆探的結(jié)果可對勘探地點附近特定范圍巖層的構(gòu)造形成深入了解。對于相鄰的鉆探點，在分析水文與地質(zhì)變化狀況的時候，僅能夠參考人為經(jīng)驗加以判讀，難以獲取準確的變化數(shù)據(jù)。在運用綜合勘察技術(shù)的過程中，結(jié)合鉆探勘察的結(jié)果即可深入且系統(tǒng)化地分析巖土工程，并獲取各基層信息數(shù)據(jù)，確保判別的精準度與巖土工程的設(shè)計、施工要求一致。與此同時，還能夠有效校核地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，以達到點線面綜合勘察的目標。

利用綜合勘察技術(shù)闡釋施工區(qū)域內(nèi)的土體分布狀況和地下水信息，能夠更好地位施工方案的設(shè)計與落實提供幫助，同時對工程設(shè)計方案、土地加固處理方案和不良地質(zhì)現(xiàn)象處理方案等加以論證，參考論證結(jié)果制定相應(yīng)的修正措施。

2.2 綜合勘察技術(shù)應(yīng)用價值

自綜合勘察技術(shù)發(fā)展并使用以來，更好地滿足了巖土工程勘察對技術(shù)方法的需求，一定程度上加快了巖土工程的實踐進程。在長期實踐過程中，相關(guān)部門對綜合勘察技術(shù)應(yīng)用以及創(chuàng)新給予了高度重視，并在勘察過程的控制、標準化建設(shè)以及優(yōu)化方法步驟等多個方面制定了技術(shù)規(guī)范以及行業(yè)標準，使得巖土工程勘察工作取得了理想的發(fā)展成就，實踐經(jīng)驗也愈加豐富，為巖土工程勘察工作的落實奠定了堅實基礎(chǔ)。

此外，巖土工程勘察企業(yè)在流程優(yōu)化與規(guī)則細化方面同樣取得了一定成效，減少了綜合勘察技術(shù)的應(yīng)用成本，應(yīng)用效果也隨之提高。因此，對巖土工程勘察中綜合勘察技術(shù)的具體應(yīng)用展開系統(tǒng)探討現(xiàn)實意義明顯。

3 工程案例

3.1 工程概況

本項目為大型廠房，廠房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)豎向荷載與水平荷載遠超常規(guī)設(shè)計荷載，對建筑變形控制要求也極其嚴苛。本場地主要地層屬于白堊系下統(tǒng)劍閣組，廣泛分布中生代的陸相沉積紫紅色泥巖、砂巖與頁巖，具有遇水軟化、崩解的特性，易形成全風(fēng)化及強風(fēng)化層，不利于地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。針對本工程，有兩個難題急需解決：一是如何精確掌握樁端持力層頂面空間分布；二是研究在長期大荷載、振動荷載作用下，巖石物理力學(xué)特性變化規(guī)律。

3.2 綜合勘察方案

本工程基礎(chǔ)荷載大、變形控制要求嚴，故基礎(chǔ)方案采用樁基礎(chǔ)。本工程在采取常規(guī)勘察手段的基礎(chǔ)上，還采用面波法與電磁法兩種物探技術(shù)，進行綜合對比分析，并結(jié)合三維地質(zhì)軟件，對勘察數(shù)據(jù)進行三維建模，精確描述各地層空間分布，實現(xiàn)樁長精細化設(shè)計。對于研究在長期大荷載作用及振動荷載作用下巖石物理力學(xué)特性的變化規(guī)律，本工程主要進行了室內(nèi)巖石三軸壓縮試驗、巖石振動三軸試驗及巖石三軸流變試驗，并結(jié)合了現(xiàn)場試樁試驗、樁基礎(chǔ)動力特性測試等技術(shù)手段。

3.3 綜合勘察技術(shù)方法

3.3.1 鉆探方法

根據(jù)勘察規(guī)范及本項目特點，沿建筑物輪廓及主要受力構(gòu)件布置鉆孔，按15m～30m 間距共布置鉆孔163 個，鉆孔深度10m～30m。鉆探采用XY-1 型工程鉆機，雙管回旋方式鉆進。對場地巖土層進行鉆探、取樣并進行原位測試與室內(nèi)土工試驗與巖石試驗，查明場地內(nèi)各土層的工程性質(zhì)及各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標。同時結(jié)合勘察數(shù)據(jù)，利用三維地質(zhì)軟件，對場地進行三維建模，重點分析強風(fēng)化泥巖分布范圍及深度。

3.3.2 物探方法

（1）面波法：本次面波探測采用的儀器為美國GEoMETRICS 公司生產(chǎn)的Geode 淺層地震儀。根據(jù)工程場地大小與面波法道間距(2m)測試技術(shù)要求，本次共敷設(shè)面波法測線6 條，測線位置見圖2。測線方向北偏東108°，測線依次命名為L1～L6，測線間距約為50m，點距均為4m，其中L2 測線因地表積水無法向東南方向延深。

圖2 測線位置示意圖

（2）電磁法：為便于電磁法與面波法勘探結(jié)果進行對比分析，并減少工作量、便于施工，電磁法測線與面波法測線一致，統(tǒng)一采用圖2 的測線布置路徑。本次磁測使用的儀器為加拿大生產(chǎn)的GSM-19T 型質(zhì)子磁力儀。

3.3.3 特殊試驗方案

常規(guī)巖土測試試驗基礎(chǔ)上，針對本工程特點，開展了巖石三軸壓縮試驗、巖石振動三軸試驗及巖石三軸流變試驗，以查明場地地層巖石在長期大載荷與水平振動環(huán)境下的物理力學(xué)參數(shù)變化情況，為地基基礎(chǔ)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

泥巖具有遇水軟化、承載能力降低特性，為定量分析其對工程樁基的影響，在現(xiàn)場做了干作業(yè)法成孔與濕作業(yè)法成孔的對比試驗。試驗共布置14 根樁，樁身參數(shù)與設(shè)計方案基本一致，同時為選擇合理的樁基方案，分別進行微膨脹混凝土及后壓漿工藝的對比試驗。為了取得樁基動力特性參數(shù)，利用試樁進行了樁基動力特性測試。

3.4 勘察成果分析

3.4.1 三維可視化成果分析

根據(jù)現(xiàn)場原位測試及土工試驗結(jié)果，建議選擇中風(fēng)化泥巖作為樁端持力層。從勘察成果資料分析，本場地全風(fēng)化及強風(fēng)化層分布不均勻，因此需要查清其空間分布情況以及中風(fēng)化層頂標高變化情況，以便合理設(shè)計樁基方案。常規(guī)勘察技術(shù)由于鉆孔數(shù)量有限，鉆孔間地層分布主要靠推測，結(jié)果不唯一且具有不確定性。

根據(jù)勘察成果，利用三維地質(zhì)軟件進行建模，可得到本場地地層分布的三維可視化模型。利用軟件切片功能，可準確得到各巖土層的空間分布，還可將此模型導(dǎo)入BIM 軟件，進行樁基精細化設(shè)計，并根據(jù)計算的沉降量精確定位每根樁的位置及樁長。

3.4.2 物探成果分析

（1）面波法成果解釋：從宏觀上，場地內(nèi)橫波波速自淺至深逐漸增大，可以大致分為2層。第一層橫波速度在200m/s～600m/s，厚度約2m～15m，變化較大，對應(yīng)強(全)風(fēng)化泥巖地層；第二層橫波速度大于600m/s，深部橫波速度變化趨于平穩(wěn)。根據(jù)勘察鉆孔中波速測試成果，中風(fēng)化泥巖孔內(nèi)剪切波速575m/s～589m/s，以波速600m/s作為中風(fēng)化泥巖的分界波速。

L2～L4 測線面波速度反演剖面圖與L1 測線類似，主要區(qū)別在于低速帶的分布范圍不同，L5 和L6 整體變化平穩(wěn)，無明顯速度異常，深部等值線的起伏由資料的信噪比差異引起。本文對L2～L4 測線面波速度反演剖面圖不一一列舉。整體推斷低速異常區(qū)范圍見圖3 中虛線部分。

圖3 整體推斷低速異常區(qū)范圍

（2）電磁法成果解釋：磁測數(shù)據(jù)經(jīng)日變改正、正常場及正常梯度改正、磁異常計算等分析過程，可得到測區(qū)磁力異常ΔT平面等值線，經(jīng)分析可得測區(qū)磁異常呈以下特征：從西北到東南，磁場由負變正且逐漸增強，推斷可能與沉積環(huán)境相關(guān)，及東側(cè)地層含磁性物質(zhì)偏高。最明顯特征是，在沿測區(qū)軸部分布一條帶狀的磁變化異常區(qū)，磁異常正負變化劇烈，正負變化范圍達200nT，呈明顯NS-WE-NE向延伸，近似呈線性，局部扭曲。通過與鉆孔資料對比，該處近似對應(yīng)Ⅰ1類場地和Ⅱ類場地的西邊界，且在L3測線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；東邊界對應(yīng)的兩個封閉等值線圈代表巖體完整性較差，其他處較為完整。電磁法得到的結(jié)果與面波法結(jié)果基本一致。

3.4.3 特殊試驗成果分析

通過室內(nèi)試驗，得到了不同圍壓條件下各峰值強度的巖石動彈性模量、動剪切模量、阻尼比和巖土體的動強度指標，還得到了巖石的長期強度及流變系數(shù)指標，為后續(xù)相關(guān)設(shè)計提供了重要參數(shù)。通過現(xiàn)場試樁試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本場地中樁基采用后壓漿工藝時，樁基承載力可提高50%左右，性價比較高。泥巖在浸水狀態(tài)下承載力降低幅度不明顯。通過樁基動力特性測試得到了樁基動力特性相關(guān)參數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，巖土工程勘察就是針對建筑周邊與施工區(qū)域的地貌等數(shù)據(jù)進行測算，為工程建設(shè)提供必要前提。在實際勘察期間，綜合勘察技術(shù)優(yōu)勢明顯，但必須在實際操作期間確保檢測結(jié)果準確且科學(xué)。而相關(guān)工作人員需以實際情況為準合理選用勘察技術(shù)，熟練運用多種勘察方法，為后續(xù)工程項目的建設(shè)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。