黃 欣

(中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都610052)

巖土工程勘察領(lǐng)域中有眾多的勘探方法。在四川地區(qū)，經(jīng)過(guò)眾多專(zhuān)家、學(xué)者及現(xiàn)場(chǎng)勘探作業(yè)人員的多年努力，已經(jīng)掌握了相對(duì)成熟的野外勘探手段，尤其對(duì)于成都平原地區(qū)的勘探，具有豐富的區(qū)域性經(jīng)驗(yàn)。

在成都平原地區(qū)的勘探中，圓錐動(dòng)力觸探與植物膠回旋鉆探是最主要的勘探手段。本文將采用結(jié)合規(guī)范及工程實(shí)例的方式對(duì)這兩種勘探方法進(jìn)行探討。

1 兩種勘探方法的作用原理及應(yīng)用范圍

圓錐動(dòng)力觸探——利用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度的自由落距將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭打入土層中，根據(jù)探頭貫入的擊數(shù)或貫入度來(lái)判定土層的物理力學(xué)性質(zhì)。

在四川省，尤其是成都平原的砂礫卵石地層，該勘探方法有極為廣泛的應(yīng)用，為最主要的測(cè)試手段［1］，其中又以超重型(N120)動(dòng)力觸探的應(yīng)用最為廣泛。該勘探方法可客觀綜合反映砂礫卵石地層的物質(zhì)構(gòu)成、密實(shí)度、風(fēng)化程度及膠結(jié)狀態(tài)等，但不能直接觀察其顆粒級(jí)配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、填充物的性質(zhì)及填充程度等。不同的地層情況也可能有相同的圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果。

植物膠回旋鉆探——采用一定規(guī)格的鉆孔管具，在砂礫卵石地層中利用植物膠護(hù)壁配合套管跟進(jìn)，按一定的回尺鉆進(jìn)取芯。

該勘探方法對(duì)于大多數(shù)地層皆可應(yīng)用。其植物膠的作用則是專(zhuān)門(mén)針對(duì)砂礫卵石地層進(jìn)行護(hù)壁，以保證孔壁的穩(wěn)定，保障取芯物質(zhì)的完整性，進(jìn)而直接觀察其顆粒級(jí)配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、填充物的性質(zhì)及填充程度等。對(duì)所取芯樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)后，能依據(jù)規(guī)范判定其骨架顆粒質(zhì)量占總重的百分比，定量判定其顆粒構(gòu)成。該勘探方法不能直接反映某個(gè)地層的物理力學(xué)性質(zhì)，只能感觀定性。

2 規(guī)范中的相關(guān)論述

在我國(guó)現(xiàn)行的勘察規(guī)范中，對(duì)于動(dòng)力觸探與植物膠回旋鉆探均有論述。以最常見(jiàn)的工業(yè)及民用建筑勘察為例，相關(guān)規(guī)范對(duì)于這兩種勘探方法的論述，現(xiàn)總結(jié)如下。

2.1 《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)2009年版

對(duì)于碎石土，首先應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)。這就需要確定其顆粒形狀及顆粒級(jí)配，而這些數(shù)據(jù)來(lái)自于勘探現(xiàn)場(chǎng)所進(jìn)行的野外編錄及室內(nèi)試驗(yàn)。野外編錄對(duì)于碎石土能描述顆粒級(jí)配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、風(fēng)化程度、填充物的性質(zhì)和填充程度及密實(shí)度等。室內(nèi)顆粒分析試驗(yàn)可以定量的反映砂礫卵石層的顆粒級(jí)配，而其它的定性分析只有通過(guò)植物膠回旋鉆探進(jìn)行全芯取樣才能準(zhǔn)確反映。

其次，應(yīng)確定其物理力學(xué)性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)提供其物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。巖土工程勘察報(bào)告中所應(yīng)提供的砂礫卵石層的主要物理力學(xué)性能參數(shù)有地基承載力特征值、壓縮模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、樁端極限側(cè)阻力及端阻力標(biāo)準(zhǔn)值等。這些數(shù)據(jù)的提供，除了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)、參考相似或臨近工程的經(jīng)驗(yàn)以外，最重要的就是分析野外勘探的成果數(shù)據(jù)。對(duì)于砂礫卵石地層，植物膠回旋鉆探的全芯取樣僅能定性的反應(yīng)性狀，并進(jìn)行取樣分析，而現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試(即本文中的圓錐動(dòng)力觸探)卻能客觀的反應(yīng)砂礫卵石地層的密實(shí)程度及物理力學(xué)性質(zhì)，故該種勘探手段在成都平原應(yīng)用極其廣泛。

規(guī)范寫(xiě)明，在詳細(xì)勘察中勘探手段宜采用鉆探與觸探相配合［2］，并對(duì)取土鑒別孔的數(shù)量進(jìn)行了強(qiáng)制性規(guī)定。

2.2 《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 87—92)

該規(guī)范應(yīng)用對(duì)象為鉆探。其中附錄B中表B—6是對(duì)砂礫卵石地層密實(shí)度的野外鑒別。由該表可知，在對(duì)卵石土密實(shí)度的鑒別中。骨架顆粒質(zhì)量占總重的百分比［3］是唯一定量的鑒別手段，這也是現(xiàn)目前巖土工程勘察報(bào)告中成都平原砂礫卵石地層按密實(shí)度劃分地層的一個(gè)重要依據(jù)。

2.3 《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB 51/T 5026—2001)

該規(guī)范的附錄B中表B.0.1對(duì)于碎石土的野外鑒別方法與《建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 87—92)基本相同。

規(guī)范寫(xiě)明，成都地區(qū)(這里指的是成都平原)的碎石土中，無(wú)角礫狀碎石，故分類(lèi)表中僅有漂石、卵石、圓礫。重型(N63.5)及超重型(N120)動(dòng)力觸探是地基土對(duì)探頭阻力和探桿的側(cè)壁摩擦阻力的綜合表征，還與地基土的顆粒級(jí)配及磨圓度有關(guān)，故在低擊數(shù)時(shí)或探遇大粒徑卵石、漂石錘擊數(shù)很高且試驗(yàn)困難時(shí)，則不能僅以試驗(yàn)表述地基巖性特征，必須配合抽取土樣進(jìn)行巖性鑒別。圓錐動(dòng)力觸探對(duì)漂石土的適宜性差，勘察應(yīng)配合旋轉(zhuǎn)取芯鉆進(jìn)等手段綜合進(jìn)行［4］。

3 工程實(shí)例一

3.1 工程概況

某工程位于四川省德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)青衣江大橋附近，其占地面積約120 000 m2。

為了取得真實(shí)完整的野外資料，全面反映地質(zhì)情況［5］，該工程同時(shí)采用了超重型(N120)動(dòng)力觸探和植物膠回旋鉆探對(duì)地基土層進(jìn)行了原位測(cè)試及全芯取樣鑒別。

勘察深度范圍內(nèi)地基土層由上至下劃分為4個(gè)工程地質(zhì)大層。其中第三大層砂礫卵石層③由③1粗礫砂、③2圓礫、③3稍密卵石、③4中密卵石4個(gè)工程地質(zhì)亞層組成，第四大層為密實(shí)卵石層④。這兩個(gè)大層主要呈松散～密實(shí)狀態(tài)，為成都平原地區(qū)具有代表性的砂礫卵石地層。

3.2 對(duì)比孔分析

現(xiàn)對(duì)該工程中3個(gè)具有代表性的勘探對(duì)比孔(4#、6#及13#孔)進(jìn)行分析，并引用該工程的超重型(N120)動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 超重型(N120)動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(1)對(duì)于4#孔:在4.4～5.3 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)為1.5～2.5擊，若按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，根據(jù)其圓錐動(dòng)力觸探的貫入能力，應(yīng)劃分為粗礫砂。在5.3～6.3 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)為3.5～5.0擊，若按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，根據(jù)其圓錐動(dòng)力觸探的貫入能力，應(yīng)劃分為稍密卵石。

在對(duì)砂礫卵石地層進(jìn)行了植物膠全芯取樣鑒別并進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)后可以直接鑒別出4.4～6.3 m深度段均為圓礫。僅在顆粒粒徑及密實(shí)度上有所差異。

由此可見(jiàn)，僅僅用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)地層進(jìn)行定名，相同的地層情況也可能有不同的圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果。

(2)對(duì)于6#孔:其卵石土部分芯樣見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，左下角矩形框區(qū)域內(nèi)卵石粒徑為8～12 cm，卵石含量為75% ～80%之間，從表觀上可初步判定為密實(shí)卵石。

從圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)來(lái)看，該層段為4.0～5.5擊，與以往勘察經(jīng)驗(yàn)不符合。用小刀戳開(kāi)可見(jiàn)其風(fēng)化強(qiáng)烈(白色顆粒部分)，顯然，圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)低是由于卵石風(fēng)化程度高而降低了其力學(xué)強(qiáng)度?？紤]其風(fēng)化程度等對(duì)力學(xué)性質(zhì)有影響的因素，并結(jié)合該工程整個(gè)場(chǎng)地的勘探數(shù)據(jù)，將該層段按稍密卵石層處理。

圖1 6#孔卵石土部分芯樣

由此可見(jiàn)，僅僅用植物膠回旋鉆探雖然可以對(duì)地層進(jìn)行定名，但無(wú)法直觀的反映某個(gè)地層的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于砂礫卵石地層，野外鑒別受人為的因素影響較大［6］，且相同的地層情況也可能由于其風(fēng)化程度或密實(shí)度等的不同，有不同的物理力學(xué)性質(zhì)。

(3)對(duì)于13#孔:在21.3～23.6 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)大部分為4.2～6.6擊，其中21.8～22.3 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)為8.5～22.0擊，平均為13.0擊，若按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，根據(jù)其圓錐動(dòng)力觸探的貫入能力，應(yīng)將21.3～23.6 m深度段劃分為稍密卵石，其中21.8～22.3 m深度段可劃分為中密卵石夾層。

在對(duì)砂礫卵石地層進(jìn)行了植物膠全芯取樣鑒別可以看出，21.8～22.1 m深度段有兩顆粒徑為11～14 cm的卵石，由于這兩顆相對(duì)較大粒徑骨架顆粒的影響，使該層段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)相對(duì)偏高，并產(chǎn)生了一定的滯后效應(yīng)，結(jié)合相鄰勘探孔數(shù)據(jù)，將該層段按稍密卵石層處理。

由此可見(jiàn)，對(duì)于砂礫卵石地層，在密實(shí)度相對(duì)較低的層段，受個(gè)別大粒徑骨架顆粒的影響，其圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)會(huì)陡然增大，并產(chǎn)生一定的滯后效應(yīng)，使得在按密實(shí)度劃分地層時(shí)容易產(chǎn)生誤判，僅僅用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)無(wú)法對(duì)這種差錯(cuò)進(jìn)行剔除。

4 工程實(shí)例二

4.1 工程概況

某工程位于四川省成都市雙流縣，主要由25棟1～5層建筑組成。

該工程原擬采用天然地基基礎(chǔ)，在詳細(xì)勘察階段主要采用了超重型(N120)動(dòng)力觸探并輔以少量植物膠回旋鉆探對(duì)地基巖土層進(jìn)行了原位測(cè)試及全芯取樣鑒別。設(shè)計(jì)變更后擬采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，在施工勘察時(shí)對(duì)全場(chǎng)地進(jìn)行了植物膠回旋鉆探的全芯取樣鑒別工作。

勘察深度范圍內(nèi)地基巖土層由上至下劃分為4個(gè)工程地質(zhì)大層。其中第三大層砂卵石層③由③1中砂、③2松散卵石、③3稍密卵石、③4中密卵石4個(gè)工程地質(zhì)亞層組成，第四大層泥巖層④由④1強(qiáng)風(fēng)化泥巖及④2中風(fēng)化泥巖組成，為成都平原地區(qū)具有代表性的砂卵石層下臥基巖層的地層。

4.2 對(duì)比孔分析

現(xiàn)對(duì)該工程中2個(gè)具有代表性的勘探對(duì)比孔(15#及18#孔)進(jìn)行分析，并引用該工程詳細(xì)勘察階段的超重型(N120)動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 超重型(N120)動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(1)對(duì)于15#孔:在3.2～5.0 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)為1.0～2.5擊，若按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，根據(jù)其圓錐動(dòng)力觸探的貫入能力，應(yīng)劃分為中砂。

在施工勘察階段，對(duì)全場(chǎng)地地層進(jìn)行了植物膠全芯取樣鑒別并對(duì)砂卵石層進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，該層段卵石粒徑一般為2～3 cm，骨架顆粒質(zhì)量占總重的百分比為55%，可以直接鑒別出該層段為松散卵石。

由此可見(jiàn)，僅僅用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)地層進(jìn)行定名，不同的地層情況也可能有相同的圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果。

(2)對(duì)于18#孔:在6.6～8.0 m深度段圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后的錘擊數(shù)為9.0～23.0擊。該層段在詳細(xì)勘察階段，根據(jù)其圓錐動(dòng)力觸探的貫入能力，劃分為中密卵石。

在施工勘察階段，對(duì)全場(chǎng)地地層進(jìn)行了植物膠全芯取樣鑒別后可以直接鑒別出該層段實(shí)際為強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

由此可見(jiàn)，僅僅用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)地層進(jìn)行定名，不同的地層情況也可能有相同的圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果。在砂卵石層下臥基巖層的地層，該現(xiàn)象尤其明顯。

5 分析及結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，巖土工程勘察技術(shù)日趨成熟，在區(qū)域性經(jīng)驗(yàn)較為成熟的成都平原地區(qū)，勘察的手段也顯得越來(lái)越依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)，在節(jié)約工程造價(jià)的同時(shí)，也應(yīng)該保證對(duì)于巖土工程勘察資料的足夠嚴(yán)謹(jǐn)性。

在劃分成都地區(qū)砂礫卵石地層的亞層時(shí)，不僅需要依據(jù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的數(shù)據(jù)判定其密實(shí)度、風(fēng)化程度及膠結(jié)狀態(tài)等，更需要植物膠回旋鉆探等能夠全芯取樣鑒別來(lái)查明其顆粒級(jí)配、顆粒形狀、顆粒排列、母巖成分、填充物的性質(zhì)及填充程度等的勘探手段。單獨(dú)某種勘探方法較為片面，也容易出現(xiàn)差錯(cuò)(例如地層定名不準(zhǔn)，力學(xué)性質(zhì)無(wú)法查明等)，兩者結(jié)合才能滿(mǎn)足工程的需要。對(duì)于砂卵石層下臥基巖層的地層，更加需要植物膠回旋鉆探來(lái)進(jìn)行地層定名。

在成都西部、綿陽(yáng)等地區(qū)，有著漂石地層，在這些地區(qū)圓錐動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)有著局限性，更加需要重視對(duì)于植物膠回旋鉆探等的應(yīng)用，才能保證提供合乎要求的巖土工程勘察資料。

［1］王煜.成都地區(qū)砂卵石層超重型動(dòng)力觸探擊數(shù)規(guī)律［J］.四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2000(2):118－120

［2］GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］

［3］JGJ 87—92建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［4］DB 51/T 5026—2001成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］宋戰(zhàn)旺.淺析卵石土場(chǎng)地地層劃分［J］.山西建筑，2010(15):103－105

［6］黃文治.西昌地區(qū)卵石層應(yīng)用N120超重型動(dòng)力觸探的評(píng)價(jià)［J］.四川建筑，1994(1):59－60