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        巖土工程勘察中的綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

        2020-03-09 03:24:34張新濤
        中國金屬通報 2020年22期
        關(guān)鍵詞:測線巖土樁基

        張新濤

        (中國電建集團(tuán)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)行可行性研究勘察、初步勘察、詳細(xì)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(jìn)行現(xiàn)場的踏勘,當(dāng)現(xiàn)有的資料不夠充分時,需要進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步進(jìn)行勘探與取樣、原位測試與實驗等工作。

        (3)詳細(xì)勘察:詳細(xì)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(jìn)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(jìn)行技術(shù)交底,此階段需適當(dāng)進(jìn)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(yùn)用,本文主要以綜合勘察技術(shù)為研究對象展開詳細(xì)分析。

        2 綜合勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用目標(biāo)與價值

        2.1 綜合勘察技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

        長期以來,勘察鉆探點(diǎn)位間隔20m~30m,通過鉆探的結(jié)果可對勘探地點(diǎn)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(diǎn),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(zhǔn)確的變化數(shù)據(jù)。在運(yùn)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(zhǔn)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(dá)到點(diǎn)線面綜合勘察的目標(biāo)。

        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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),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(xì)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(yuǎn)超常規(guī)設(shè)計荷載,對建筑變形控制要求也極其嚴(yán)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(qiáng)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(yán),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(jìn)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(jìn)行三維建模,精確描述各地層空間分布,實現(xiàn)樁長精細(xì)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(jìn)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(diǎn),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(jī),雙管回旋方式鉆進(jìn)。對場地巖土層進(jìn)行鉆探、取樣并進(jìn)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(biāo)。同時結(jié)合勘察數(shù)據(jù),利用三維地質(zhì)軟件,對場地進(jìn)行三維建模,重點(diǎn)分析強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn),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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(biāo)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行樁基精細(xì)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(qiáng)(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(fù)變正且逐漸增強(qiáng),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(fù)變化劇烈,正負(fù)變化范圍達(dá)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(qiáng)度的巖石動彈性模量、動剪切模量、阻尼比和巖土體的動強(qiáng)度指標(biāo),還得到了巖石的長期強(qiáng)度及流變系數(shù)指標(biāo),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(jìn)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(zhǔn)確且科學(xué)。而相關(guān)工作人員需以實際情況為準(zhǔn)合理選用勘察技術(shù),熟練運(yùn)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。

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