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巖土工程勘察中常見的技術問題及解決措施

我國工程地質勘察專業經過近20年的努力,已實現了向巖土工程勘察方向發展,技術人員的知識得到了更新換代,巖土工程技術不管從勘探手段、測試設備、試驗儀器、計算機技術的應用還是技術人員知識的廣度和深度都有了很大的提高。但是,應該看到隨著我國經濟改革的進一步深入,勘察市場競爭越來越激烈。不少勘察單位由于種種原因不愿意購置先進設備,低價中標使許多勘察單位不愿意采用先進手段和先進設備。近年來,勘察技術進步有停滯不前的趨勢。許多與工程密切相關的課題得不到解決。

1 巖土工程勘察中存在的主要技術問題

隨著我國國民經濟不斷高速發展,眾多基礎建設項目和現代化超高層建筑物不斷興建,基礎和基坑開挖深度越來越深,各種公共建筑物的建筑風格迴異,其平面和立面變化大,給結構和勘察專業帶來諸多的新課題,采用傳統的勘察方法和傳統的勘察手段已經很難滿足設計的需要,存在著許多急需解決的巖土工程勘察技術問題。這些問題主要有以下幾個方面:

(1)界面劃分問題:主要有巖土體和巖石風化程度的界面劃分,地質構造和軟弱結構面的判定,以及不良地質體的地質界面等。

(2)地質形態問題:主要有不明地下物體、空洞及其分布形態、埋藏位置和埋藏深度的確定。

(3)巖土參數問題:主要是那些難于取到原狀巖土樣和難于進行室內、外試驗的巖土層如粗顆粒土、殘積土和風化巖等。其巖土設計參數(承載力、變形指標等)難于確定。

(4)綜合能力問題:主要表現在一部分勘察技術人員缺乏對勘察各專業的野外和室內原始資料的整理、分析、利用的能力,缺乏如何辨別真偽、去偽存真、補充印證、歸納總結的能力。缺乏建筑結構設計方面的知識,常造成勘察的目的性不明確,所提供的資料不能滿足設計的需要。

(5)技術素質問題:主要是勘察技術人員知識的廣度和深度問題,勘察各專業缺乏內部溝通、技術交流,對各自技術服務的對象和技術發展狀況不了解,導致碰到重大項目和復雜工程時束手無策,不知應采用何種技術方法和手段去解決所碰到的技術問題。

2 巖土勘察中存在技術缺陷的解決措施

要解決上述巖土工程勘察工作中存在的主要技術問題,可以考慮從以下幾個方面著手:

(1)隨著電子、電子計算機技術的飛速發展,近十幾年來,工程物探專業根據彈性波理論、電磁波理論和電學原理發展了許多新的工程物探方法并相應發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備,它具有采樣密度大、速度快、成本低、信息量大等特點。可以利用工程物探可連續加密測點的辦法來獲得連續的地質界面。從而有效的解決傳統鉆探手段以點帶面劃分地質界面時常帶來的漏判、劃分不準確等缺點: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、軟弱結構面、滑動面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態、埋藏深度、位置。并且可以提供許多工程建設所需的巖土動力參數和設計地震動參數。相對傳統的鉆探方法,工程物探技術使用時受場地、地形條件的限制較少,具有節省時間、節省費用、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,解決問題的可靠的性越大。因此,為了有效地解決某些復雜的巖土工程技術難題,必須采用多種工程物探手段和鉆探聯合使用的方法,起到互相補充、互相驗證的作用。合理地選擇、運用工程物探技術與傳統勘探手段相結合,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)加強室內、外測試新技術(如多功能靜力觸探頭、標準貫入試驗、波速測試、靜載荷試驗等)和施工檢測、監測技術的使用,通過其所獲得的數據和資料,經過分析、對比,建立它們之間的經驗關系,并通過工程施工檢測、監測所獲取的實測資料反算得到的參數作為對比依據,確保所提供的巖土工程設計參數的可靠性,并達到解決那些采用傳統勘探手段難于獲取可靠的巖土工程設計參數(如粗顆粒土、花崗巖殘積土、風化巖的承載力、變形指標)等問題。此外,還可以利用土工離心模擬技術檢查工程安全的可靠性;驗證堤壩、邊坡的變形和穩定性;解決建筑物淺基礎的地基變形特征、破壞模式及極限承載力,樁基礎的承載力和施工工藝對樁基礎承載力及變形的影響:解決擋土結構的變形及破壞機理,土體與結構物之間的相互作用;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。

(3)加強勘察技術人員的再教育和技術培訓并形成定期制度,促進其知識的更新換代。勘察單位施行內部崗位輪換制度,促成勘察各專業的技術交流、知識滲透,盡可能組織技術人員參加各種有關的學術活動和講座,達到擴大勘察技術人員的知識廣度和深度的目的。強調計算機技術的應用(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、基坑支護設計計算、沉降分析、數理統計、地基與基礎協同作用分析、地震反應分析、滲流分析等),采取這些措施無疑可以大大提高他們的技術綜合能力。

3 工程實例分析

某居住小區依山而建,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1610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、學校、衛生院、地下室、農貿市場、郵電局、儲蓄所、會所、俱樂部等)。業主按使用功能把本項目劃分為A-G 等七個區,山體北部為A-C區,山體南部為D-G區,場地中部為居住小區的標志性建筑———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,既有山前沖洪積物、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十來米(含有直徑可達1~2m的巨大塊狀石頭)的人工填土,地層和巖性分布復雜。基巖主要為花崗巖,局部有斷層分布,巖石的裂隙較發育,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寬度內就分布有14條巖脈。各種巖石、巖脈風化程度不一,有的巖脈風化后,其土質松軟,形成了復雜的巖土組合。其勘察的難度大,為了查明場地的巖土層分布和地質構造特征,合理地制定勘察方案和選擇合理的勘察手段,首先在收集當地地質資料的基礎上,進行了大量的工程地質測繪工作。然后根據地質測繪成果和場地工程地質條件編制勘察綱要。再針對場地地形、地貌特征、地質條件及工程特點,選用以鉆探、物探為主結合坑探、槽探、洛陽鏟、靜力觸探等多種勘探方法進行勘察工作。本工程共布置勘探點 1008 個,對場地巖土體進行了一系列的室內外試驗和測試工作,野外測試工作主要有淺層載荷板試驗、標準貫入試驗、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;室內試驗除了常規的巖土試驗項目外,還進行了三軸剪切試驗、擊實試驗、滲透試驗、水質分析等。具體的勘察工作是:

(1)根據山地地層相對簡單,但鉆機搬運困難等因素,將物探、井探、槽探手段應用于難于進行鉆探的山頂、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、槽探等結合起來使用,既達到了勘察目的又節約了勘察成本。

(2)各種勘察手段相互進行對比驗證,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,提高了物探資料的準確性和可靠性。把室內巖土試驗和野外標準貫入試驗結果與靜載荷板試驗成果進行分析、對比,建立它們與地基承載力和變形指標之間的關系等。

(3)根據初步勘察成果判定,本工程有大量的擬建物基礎將選擇花崗巖殘積土作為其持力層,由于場地內花崗巖殘積土穿插有大量不同巖性的巖脈,并且其風化程度不同,造成巖土軟硬不一。根據經驗,采用常規土工試驗和標準貫入試驗成果提供設計所需的巖土設計參數往往偏低,為了能準確地提供設計所需的巖土設計參數,本次勘察共進行了6臺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)。取得了較大的經濟效益。

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