特殊巖土的巖土工程勘察技術(shù)研究

◎劉昊

前言：我國(guó)地形地貌結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且多變，若所開(kāi)展的工程項(xiàng)目位于地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域，將不利于巖土工程勘察作業(yè)的展開(kāi)。對(duì)此，為高效落實(shí)各類特殊巖土的勘察工作，并保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，就需重視多元化、科學(xué)化勘察技術(shù)的使用，以達(dá)到勘察目的。

一、常見(jiàn)特殊巖土工程勘察技術(shù)

1.室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)。

如果實(shí)際勘察時(shí)，需在室內(nèi)搭建試驗(yàn)場(chǎng)景來(lái)解決巖土工程中存在的勘察問(wèn)題，一般會(huì)選用物理場(chǎng)景模擬方式達(dá)到巖土工程指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)，以保證所勘察的數(shù)據(jù)信息與工程實(shí)際需求指標(biāo)相符。與此同時(shí)，合理且科學(xué)的勘察、處理手段可實(shí)現(xiàn)深層次分析各類問(wèn)題的目的，并以最快的時(shí)間制定出可行、有效的問(wèn)題處理方案。通常情況下，需將巖土實(shí)際物理性能作為依據(jù)展開(kāi)巖土物理性質(zhì)的分析工作，在此基礎(chǔ)上，采取水質(zhì)分析、壓縮測(cè)定等方式，達(dá)到對(duì)目標(biāo)的深入分析，為實(shí)現(xiàn)巖土勘察室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)創(chuàng)設(shè)有利條件。

2.巖層鉆探技術(shù)。

巖層鉆探勘察技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需依托于鉆機(jī)設(shè)備，以得到土層樣本，再由專業(yè)人員分析樣本理化性質(zhì)。技術(shù)應(yīng)用時(shí)，先在施工場(chǎng)所內(nèi)合理選擇鉆探點(diǎn)，緊接著根據(jù)地勢(shì)結(jié)構(gòu)科學(xué)選用機(jī)械設(shè)備，而在鉆探過(guò)程中，要求工作人員有效控制鉆探參數(shù)，主要有鉆探深度、鉆探直徑等，以保證巖心采集率不低于90%。此外，還需盡可能多的采集鉆芯，并做好編號(hào)與保存工作，為后續(xù)勘察、檢測(cè)工作提供參數(shù)支持。

3.靜力觸探技術(shù)。

靜力觸探技術(shù)需在壓力裝置的幫助下實(shí)現(xiàn)，技術(shù)應(yīng)用原理是將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗(yàn)土層（如圖1所示），再借助量測(cè)系統(tǒng)對(duì)貫入土體中的阻力進(jìn)行測(cè)量，以此完成土體容許承載力、變形模量的推測(cè)。靜力觸探技術(shù)通常被用于勘察中粗礫砂層以及粉細(xì)砂層。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，該種勘察方法也得到相應(yīng)的優(yōu)化，現(xiàn)階段，會(huì)應(yīng)用數(shù)字化靜力觸探儀，并配置雙橋探頭，其規(guī)格如下：圓錐錐底截面積為10cm2、側(cè)壁面積為300cm2、探頭圓錐尖叫傾斜度為60°。

圖1 靜力觸探工具

4.原位測(cè)試技術(shù)。

該技術(shù)可細(xì)分為靜力觸探技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)灌注試驗(yàn)兩部分，前者應(yīng)用的勘察探頭為原裝液壓靜力接觸探頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的勘察，從而得到極具可靠性、全面性的地質(zhì)參數(shù)，并在信息技術(shù)幫助下，完成數(shù)據(jù)的進(jìn)一步整合與分析。而標(biāo)準(zhǔn)灌注試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)需借助落錘（如圖2所示），在此基礎(chǔ)上，執(zhí)行預(yù)先清孔工作，再以20次/秒的頻率開(kāi)展試驗(yàn)。巖土勘察作業(yè)期間，原位測(cè)試技術(shù)的使用頻率較高，是最為基礎(chǔ)的勘察技術(shù)類型，與其他勘察技術(shù)相比，該技術(shù)表現(xiàn)出操作方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，有助于勘察工作的有序、有效推進(jìn)，還能通過(guò)實(shí)地勘察獲取到更具準(zhǔn)確性的巖土工程物理力學(xué)以及實(shí)際位置等數(shù)據(jù)。

圖2 落錘

二、勘察技術(shù)在特殊巖土工程勘察工作中的運(yùn)用

1.軟土工程。

（1）巖土介紹。

軟土是一種細(xì)粒土（如圖3所示），該類巖土體現(xiàn)出孔隙大、含水量多、固結(jié)系數(shù)小的特點(diǎn)，孔隙比大于、等于1.0。而軟土可細(xì)分為多種類型，比如淤泥、泥炭等，對(duì)軟土外觀進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn)，其主要為灰黑色、灰色。我國(guó)的軟土通常存在于降水量多或水資源豐富地區(qū)，如東南沿海、中西部湖沼地，這也是軟土含水量多的根本原因。

圖3 軟土

（2）地質(zhì)特征。

軟土土質(zhì)最為明顯的特征就是其內(nèi)部含有大量天然水分，遠(yuǎn)超過(guò)液體限額，與此同時(shí)，該種特殊巖土還具有較高的壓縮性，與普通巖土相比，體現(xiàn)出強(qiáng)度低的特點(diǎn)。由于軟土天然孔隙大，且在滲水方面的性能較差，因此，通常表現(xiàn)為疏松性的特點(diǎn)，若巖土所在區(qū)域發(fā)生地震或承受較大震力的情況，極易造成土層坍塌。

（3）技術(shù)實(shí)施。

在對(duì)軟土工程進(jìn)行勘察時(shí)，既要滿足一般現(xiàn)場(chǎng)勘察要求，還需充分分析勘察區(qū)域軟土基本特性，以勘察結(jié)果為依據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察要求加以實(shí)時(shí)調(diào)整、優(yōu)化。首先，需著手于區(qū)域內(nèi)軟土形成原因、成層條件、層理特點(diǎn)以及垂直水平向均勻性情況的全方位調(diào)查；其次，全面測(cè)量軟土地殼硬殼層（如圖4所示）實(shí)際厚度與分布情況，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果以及軟土固結(jié)歷史參數(shù)，對(duì)軟土地質(zhì)可承受變形、破壞強(qiáng)度等加以估測(cè)；最后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)面的填埋情況、微地貌形成與整體情況進(jìn)行細(xì)致、全面分析。

圖4 軟土地殼硬殼層分布

完成所有準(zhǔn)備工作后，便可著手于軟土地基的勘察工作，若所要勘測(cè)地區(qū)周邊區(qū)域承載受力相差較大，就需在開(kāi)展勘察作業(yè)前，深入分析變形差異以及彼此間相互影響程度，這是因?yàn)檐浲联?dú)有特點(diǎn)，無(wú)法承受較大的面積堆載力，因此，勘察人員需加大對(duì)各區(qū)域間影響程度的分析、勘測(cè)力度。此外，實(shí)際勘察時(shí)，涉及到地基沉降的計(jì)算，可選用先分層、再總和的計(jì)算方式得到沉降結(jié)果，也可采取應(yīng)力歷史法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在此過(guò)程中應(yīng)注意，勘察人員不得局限于所使用的具體公式性算法，而是需根據(jù)多年勘察經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理選擇并加以修正，并站在多層面、多角度展開(kāi)對(duì)巖土工程勘察作業(yè)實(shí)際要求的綜合分析與考慮。

2.膨脹土工程。

（1）巖土介紹。

膨脹土具有較強(qiáng)的吸水功能，且在吸收大量水分后其整體體積變大，而在失水后，又會(huì)有明顯收縮（如圖5所示），是一種極具粘性的巖土，一般分布于我國(guó)中西部地區(qū)。膨脹土的組成成分包括伊利石、蒙脫石，組成成分以及各成分比例的不同，其外觀呈現(xiàn)出的顏色也存在較大差異，主要有紅色、褐色、灰白色等。

圖5 膨脹土失水干縮

（2）地質(zhì)特征。

膨脹土地質(zhì)體現(xiàn)出高分散性、高塑性、高液限、吸水膨脹、失水收縮的特點(diǎn)，具體參數(shù)如表1所示：

?

母巖與地質(zhì)成因的不同，會(huì)使膨脹土微結(jié)構(gòu)特征值發(fā)生變化，比如，灰白色膨脹土通常為殘積膨脹土，主要因巖石風(fēng)化而形成，結(jié)構(gòu)內(nèi)含有大量氧化鈣顆粒。

（3）技術(shù)實(shí)施。

膨脹土場(chǎng)地與地基的巖土工程勘察需達(dá)到一般場(chǎng)地與地基巖土工程勘察基本技術(shù)要求，與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)膨脹土形成時(shí)代、原因以及埋藏分布特征等要素進(jìn)行全面調(diào)查與分析，并做好膨脹土工程特性評(píng)價(jià)、對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境影響程度預(yù)測(cè)等工作[3]。

膨脹土工程應(yīng)用到的勘察技術(shù)主要為室內(nèi)試驗(yàn)、巖層鉆探等技術(shù)，為深入了解膨脹土特性，很多勘察人員選擇鉆探技術(shù)與原位測(cè)試技術(shù)相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上，搭配靜力觸探技術(shù)、旁壓試驗(yàn)等方式，以此來(lái)綜合評(píng)價(jià)膨脹土。針對(duì)埋藏較淺的膨脹土，在勘察時(shí)，可使用天然地基土進(jìn)行勘察，如果條件允許，也可使用浸水載荷試驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)對(duì)地基土承載力的確定，具體實(shí)施時(shí)，取其破壞荷載的50%，將這一數(shù)值看做成承載力標(biāo)準(zhǔn)值。而對(duì)于大面積勘察工程來(lái)說(shuō)，可借助檢測(cè)儀器模擬出巖土剖面，再選取有參考、研究?jī)r(jià)值的指標(biāo)。

但在勘察時(shí)，工作人員需加強(qiáng)對(duì)三項(xiàng)工作的關(guān)注：其一，勘察野外膨脹土?xí)r，需對(duì)膨脹土顏色、狀態(tài)、濕度等要素進(jìn)行細(xì)致記錄，并根據(jù)勘探實(shí)際，對(duì)勘測(cè)區(qū)域的地表水排泄與聚集情況展開(kāi)深入調(diào)查，同時(shí)還需分析地下水類型，尤其是上層滯水的排泄與富集情況，并匯總該區(qū)域常年水位變化，從中找出波動(dòng)規(guī)律。但在勘探過(guò)程中，若使用巖層鉆探技術(shù)，不可出現(xiàn)為鉆探方便而在土層表面噴水問(wèn)題，致使勘察結(jié)果受到影響，膨脹土取樣時(shí)，也需對(duì)取樣位置進(jìn)行合理控制，一般為地面以下1～3.5m，不同勘測(cè)點(diǎn)間的距離應(yīng)大于0.5m，但不得超過(guò)1m，以保證取樣完整性。其二，應(yīng)用室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)勘測(cè)膨脹土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格按照勘測(cè)工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并以此為依據(jù)，合理選擇多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，除以往常規(guī)項(xiàng)目試驗(yàn)外，還需根據(jù)要求展開(kāi)特殊試驗(yàn)，確保試驗(yàn)結(jié)果豐富性，提高勘測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。其三，開(kāi)展膨脹土勘測(cè)工作前，需計(jì)算巖土地基變形量，并根據(jù)不同地區(qū)不同條件選擇與之相匹配的計(jì)算方法，并對(duì)天氣條件所造成的影響加以綜合考量。

3.濕陷性黃土工程。

（1）巖土介紹。

濕陷性黃土通常是在受到作用于土質(zhì)本身上的壓力而形成的（如圖6所示），而土層原有的水分會(huì)在壓力下滲入土中，致使土層整體結(jié)構(gòu)受到破壞，并呈現(xiàn)出濕陷情況，便形成濕陷性黃土。當(dāng)前常見(jiàn)的巖土類型包括自重型、非自重型，主要由特殊巖土形成期間所受到的自重壓力來(lái)源而決定。

圖6 濕陷性黃土

（2）地質(zhì)特征。

黃土主要由粉粒組構(gòu)成，其含量占所有成分的50%～70%，該類巖土體現(xiàn)出孔隙大的特點(diǎn)，孔隙比大于1，且自然形態(tài)下的黃土架構(gòu)主要為垂直節(jié)理或較大孔隙架空形式。這一特征的形成原因是黃土中存在負(fù)孔隙壓力以及可溶性鹽膠結(jié)物，不具備較強(qiáng)的壓縮性，而又在可溶鹽膠結(jié)物的作用下，表現(xiàn)出較大的粘聚力。若黃土中滲透大量水分，土質(zhì)整體壓縮性也會(huì)隨之增大，但粘聚力會(huì)逐漸變小。談及到的垂直節(jié)理所起到的影響就是改變濕陷性黃土滲透系數(shù)，通常情況下，垂直滲透系數(shù)要大于水平向滲透系數(shù)的10倍以上。

（3）技術(shù)實(shí)施。

勘察濕陷性黃土?xí)r，需保證所使用的勘察技術(shù)能夠達(dá)到地基巖土工程勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)勘察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的細(xì)致分析，并結(jié)合分析結(jié)果估算該種巖土對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響程度。此外，還需對(duì)黃土底層時(shí)代加以勘察，判斷底層成因，并全方位測(cè)量黃土層厚度，組織專業(yè)人員檢測(cè)勘察區(qū)域內(nèi)黃土所屬的濕陷類型，做好地下水變化幅度、黃土物理學(xué)性質(zhì)等要素的綜合考量。

勘察前，需嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖紙內(nèi)容確定勘察點(diǎn)，還需結(jié)合周邊土質(zhì)類別以及巖土復(fù)雜情況合理布設(shè)勘察點(diǎn)具體位置，與此同時(shí)，測(cè)量黃土厚度、預(yù)計(jì)壓縮層深度，以此為依據(jù)，對(duì)勘察點(diǎn)深度進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際勘察時(shí)，若濕陷性黃土為非自重類型，則需適當(dāng)增加勘察點(diǎn)深度，一般在基礎(chǔ)底面以下5m左右，而對(duì)于自重類型黃土，應(yīng)再向下延伸5m，但最終深度仍需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及具體土質(zhì)條件做出合理調(diào)整。

為保證勘察結(jié)果真實(shí)性、可靠性，需應(yīng)用到靜力觸探技術(shù)以及室內(nèi)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃土底層均勻性、巖土力學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步評(píng)價(jià)，此外，也可采用荷載試驗(yàn)方式進(jìn)行，但需注意，該種方法的實(shí)施需依托于極具精準(zhǔn)性的濕陷起始?jí)毫?shù)據(jù)方可達(dá)到勘察目的。

結(jié)束語(yǔ)：工程建設(shè)期間，需加大對(duì)復(fù)雜區(qū)域特殊巖土的勘察力度，針對(duì)不同巖土類型合理篩選勘察技術(shù)，明確各巖土工程的地質(zhì)特征，以保證勘察工作的有效、科學(xué)實(shí)施，規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保在可靠、全面勘察數(shù)據(jù)的支撐下，推動(dòng)工程項(xiàng)目有序、安全施工。