樊有龍

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，蘭州 730000）

1 巖土工程勘探基本流程

1.1 前期準(zhǔn)備

巖土工程勘察前期準(zhǔn)備工作主要包括以下3個(gè)部分：（1）合同評(píng)審、任務(wù)下達(dá)；（2）配備人員、配置設(shè)備；（3）收集資料、制訂勘察計(jì)劃、編制綱要?？辈斓那捌跍?zhǔn)備工作是為后續(xù)實(shí)際勘察打好基礎(chǔ)的第一步，直接關(guān)系到建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，也是影響建筑工程造價(jià)的關(guān)鍵因素[1]。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)勘察

現(xiàn)場(chǎng)勘查的工作內(nèi)容依次為地質(zhì)測(cè)繪、定勘探點(diǎn)、確定勘探間距；進(jìn)行勘探作業(yè)；實(shí)施原位測(cè)試、勘探取樣、樣品儲(chǔ)運(yùn)。（1）地質(zhì)測(cè)繪是勘探作業(yè)的基礎(chǔ)，通過測(cè)繪能夠直接了解到與工程相關(guān)的地質(zhì)、地貌、氣象等具體情況，為后續(xù)勘察測(cè)試工作提供依據(jù)。（2）勘探工藝有物探、鉆探、坑探等作業(yè)方式，在實(shí)際作業(yè)過程中需要結(jié)合巖土特征及勘察目的進(jìn)行科學(xué)選擇。（3）勘探取樣是從工程施工地采取少許巖土試樣和水試樣實(shí)物樣品，借助特定的技術(shù)手段，獲取試樣具體數(shù)據(jù)參數(shù)。

1.3 室內(nèi)試驗(yàn)與業(yè)內(nèi)整理

室內(nèi)試驗(yàn)通常是按以下步驟：校對(duì)樣品、校驗(yàn)儀器→土工試驗(yàn)、數(shù)據(jù)記錄→試驗(yàn)結(jié)束、總結(jié)成果。通過試驗(yàn)可以得知，巖土地質(zhì)的參數(shù)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行業(yè)內(nèi)整理。業(yè)內(nèi)整理的內(nèi)容包括清理試驗(yàn)標(biāo)本、整理地質(zhì)點(diǎn)卡片以及繪制地質(zhì)平面圖與剖面圖、編寫測(cè)繪報(bào)告等。

2 地基設(shè)計(jì)和巖土工程勘察過程中的常見問題

2.1 勘探點(diǎn)深度及間距問題

1）勘探人員不了解勘探區(qū)的巖土特性，盲目地根據(jù)地基等級(jí)進(jìn)行勘探，等到室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)才發(fā)現(xiàn)巖土中存在鹽漬土、濕陷性土等特殊類型巖土，導(dǎo)致地基等級(jí)發(fā)生變化。對(duì)于巖土工程的勘察間距、勘探點(diǎn)的數(shù)量以及勘探的深度，都需要按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在地基結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，勘探點(diǎn)的間距也要相應(yīng)縮小，設(shè)置更多的勘探點(diǎn)，才能掌握地基的全貌。

2）勘探單位為了控制勘探成本或耗時(shí)，在發(fā)現(xiàn)特殊性巖土?xí)r不進(jìn)行補(bǔ)充勘探，導(dǎo)致地質(zhì)勘探不完整、不準(zhǔn)確，為后續(xù)施工埋下質(zhì)量隱患；在實(shí)際勘探工作中，勘探點(diǎn)孔距不規(guī)范、孔深達(dá)不到深度測(cè)試要求，這些不符合操作規(guī)范的情況十分普遍。

3）勘探單位對(duì)于測(cè)試取樣不及時(shí)封蠟，不按規(guī)定進(jìn)行標(biāo)記，不對(duì)施工區(qū)域地基土進(jìn)行詳細(xì)勘探，鉆空子、圖應(yīng)付，對(duì)于測(cè)試取樣的均勻性與代表性不管不顧，導(dǎo)致勘探失去實(shí)際效用，對(duì)地基設(shè)計(jì)造成影響。除此之外，不少勘察單位在勘察之前不考慮地基等級(jí)，盲目地鉆探進(jìn)尺，這不僅會(huì)增加勘察的工作量，還容易影響勘察結(jié)果的質(zhì)量。

2.2 野外編錄及地層劃分問題

野外編錄描述的詳細(xì)程度會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成一定程度上的影響。例如，某項(xiàng)28層高樓建筑工程，施工中運(yùn)用直徑小于1 m的鉆孔灌注樁，樁基持力層深度大約45 m。在實(shí)際鉆孔過程中，孔鉆進(jìn)入深度大約30 m的位置就出現(xiàn)巨大阻力，難以繼續(xù)鉆入，因此，拖慢整體進(jìn)度。為了解決這一問題，工程采用孔內(nèi)重錘夯擊法。在對(duì)該原因進(jìn)行研究的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，地層中含有密實(shí)的鐵板砂透鏡體。鐵板砂是一種特殊的沉積地貌，強(qiáng)度高、難清理，導(dǎo)致鉆孔難度加大，但是在工程勘察報(bào)告中并沒有提及，野外編錄描述不詳細(xì)、不完整。如果在野外編錄的時(shí)候能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就能夠早日采取應(yīng)對(duì)措施，避免后續(xù)出現(xiàn)問題。業(yè)內(nèi)整理的基礎(chǔ)就是對(duì)野外地層進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的劃分。一些大型建設(shè)工程往往是采用多鉆機(jī)平行作業(yè)形式，參與的技術(shù)人員數(shù)量多，勘探人員往往各行其是，導(dǎo)致野外編錄資料不完整、不詳細(xì)、描述不統(tǒng)一，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)整理工作的難度進(jìn)一步加大。

2.3 原位測(cè)試問題

在原位測(cè)試操作中，“走捷徑”的現(xiàn)象非常普遍。在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)操作中，不按照規(guī)定對(duì)桿長(zhǎng)及孔深進(jìn)行矯正?？椎琢粲袣埩粑飼r(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確把握標(biāo)貫器是否落入應(yīng)測(cè)試孔的孔底位置，導(dǎo)致標(biāo)貫數(shù)據(jù)的真實(shí)性與完整性存疑。在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)中，對(duì)于桿長(zhǎng)及孔深應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正，即使孔底存在殘留物，標(biāo)貫器也能夠準(zhǔn)確落至應(yīng)測(cè)試段，同時(shí)也便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟弱地層標(biāo)貫自陷、自沉的情況，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)的真實(shí)性與完整性。除此之外，重型與超重型動(dòng)力觸探依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)連續(xù)貫入。然而，由于連續(xù)灌入操作的時(shí)間較長(zhǎng)、起桿難度大，部分單位施工過程中放棄連續(xù)灌入，導(dǎo)致對(duì)碎石類土的觸探指標(biāo)數(shù)據(jù)記錄的翔實(shí)度降低，進(jìn)一步增加對(duì)碎石類土評(píng)價(jià)的難度。

2.4 地基穩(wěn)定性驗(yàn)算問題

在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算得出地基承載力參數(shù)，但在實(shí)際勘察階段，由于建筑物的特征參數(shù)存在較大的不確定性，地基承載力參數(shù)計(jì)算不完全準(zhǔn)確。在施工過程中，上部結(jié)構(gòu)的荷載越大，地基出現(xiàn)變形的可能性越大；隨著荷載的增大，地基變形程度也逐漸增大，可能會(huì)由于新修建筑物而出現(xiàn)地基變形、滑移、側(cè)向破壞等情況，施工停滯。對(duì)此，需要進(jìn)行地基穩(wěn)定性驗(yàn)算，評(píng)價(jià)地基承載力的極限狀態(tài)，確認(rèn)施工的可行性[2]。

3 地基設(shè)計(jì)和巖土工程勘察相關(guān)問題的解決對(duì)策

3.1 科學(xué)確定勘探孔深度及間距

勘探的深度受到地基基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式、地基復(fù)雜程度的影響。通常情況下，5～6層的磚混結(jié)構(gòu)建筑樓勘探孔深度約為15 m；5～6層的框架結(jié)構(gòu)建筑，如商業(yè)中心，由于其基礎(chǔ)面積較大，勘探孔深度通常超過15 m。高層的建筑相比于低層建筑來(lái)說(shuō)，勘探孔之間的間距更小，勘探點(diǎn)設(shè)置更加密集。對(duì)于地貌、地質(zhì)的交界處要設(shè)置更多勘探點(diǎn)，提高勘探的準(zhǔn)確性。勘探孔的深度還受到工程地質(zhì)性質(zhì)的影響，工程地質(zhì)性質(zhì)較好的基巖地區(qū)勘探點(diǎn)深度通常比工程地質(zhì)性質(zhì)較差的區(qū)域更淺。在確認(rèn)勘探點(diǎn)深度及間距時(shí)，應(yīng)對(duì)勘探地區(qū)的地層情況做到全面、充分調(diào)查，避免留下安全隱患。

1）天然地基勘探孔的深度按式（1）計(jì)算：

式中，a為基礎(chǔ)埋深；d為地基壓縮層厚度；w為基礎(chǔ)寬度。

2）樁基由計(jì)算式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中，H為樁端平面；h為預(yù)計(jì)樁長(zhǎng)。

科學(xué)確定勘探孔的深度及間距是準(zhǔn)確獲取地基參數(shù)，提高地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。

3.2 科學(xué)安排野外編錄

我國(guó)的建筑工程項(xiàng)目地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要包括甲、乙、丙3個(gè)等級(jí)。等級(jí)的劃分需根據(jù)地基的復(fù)雜程度、建筑物的功能特征以及地基問題對(duì)建筑物造成影響的程度進(jìn)行考量。巖土工程勘察的目的是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行充分了解，對(duì)巖土進(jìn)行采樣檢測(cè)，獲取巖土參數(shù)，為地基設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，從而制訂科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方案。提高巖土工程勘察質(zhì)量有助于發(fā)揮勘察在地基設(shè)計(jì)中的重要作用，促進(jìn)建筑工程的順利實(shí)施，而順利完成上述工作的依據(jù)便是要做好野外編錄工作。在巖土工程勘探過程中，應(yīng)當(dāng)先對(duì)勘探人員進(jìn)行集中培訓(xùn)，安排人員共同勘探、統(tǒng)一編錄。對(duì)于勘探區(qū)域要安排專人負(fù)責(zé)整體野外分層連線工作，對(duì)于特殊地層要注意描述的全面性，包括地層的形態(tài)、產(chǎn)狀、成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、垂向?qū)有蚝团c高程變化的關(guān)系等方面狀況，提高野外編錄資料的詳細(xì)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，降低業(yè)內(nèi)整理的難度，為后期工程勘察工作奠定基礎(chǔ)。

3.3 加強(qiáng)勘察新技術(shù)的應(yīng)用

在巖土工程勘察原位測(cè)試過程中，需要加強(qiáng)室內(nèi)外測(cè)試新技術(shù)的應(yīng)用，提高巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。例如，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、波速測(cè)試、土工離心模擬技術(shù)等方法。其中，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)技術(shù)是原位測(cè)試的一種，可以測(cè)定砂土、黏性土的地基承載力，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供巖土參數(shù)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的設(shè)備包括標(biāo)貫器、觸探桿、穿心錘。觸探桿的直徑約為4 cm，穿心錘的質(zhì)量大約64 kg。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)操作過程中需要注意：（1）貫入前先檢查觸探桿的接頭是否存在松脫的情況，如表1所示。（2）貫入過程中，穿心錘的落距控制在0.76 m，讓穿心錘在不受外力的影響下自由下落，將貫入器垂直打入土壤中15 cm的位置。（3）之后每打入土層30 cm的錘擊數(shù)，計(jì)作實(shí)測(cè)錘擊數(shù)T，將貫入器再打入30 cm，記錄這30 cm中每隔10 cm的錘擊次數(shù)t，當(dāng)錘擊的總次數(shù)達(dá)到50次但是打入深度還沒有到達(dá)30 cm時(shí)，停止打入，并記錄貫入度R。換算成打入30 cm的錘擊次數(shù)，計(jì)算公式（3）為：

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)要安裝相關(guān)規(guī)定校正桿長(zhǎng)系數(shù)

式中，T為實(shí)測(cè)錘擊數(shù)；t為30 cm中每隔10 cm的錘擊次數(shù)；R為貫入度。

通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)操作，可提出貫入器，將貫入器內(nèi)的土壤取樣進(jìn)行鑒別描述，能夠提高對(duì)土層勘察的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，解決原位測(cè)試走捷徑問題。

3.4 做好地基穩(wěn)定性與變形驗(yàn)算

在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的壓力、地基承載力等因素，進(jìn)行地基穩(wěn)定性與變形運(yùn)算，地基變形值計(jì)算結(jié)果需小于或等于建筑地基允許的變形值，確保地基具備較強(qiáng)的不均勻變形的適應(yīng)能力。巖土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算有定量與定性分析兩種方法。通過計(jì)算地基承載力的極限狀態(tài)，可以對(duì)地基的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于勻質(zhì)地基，通常采用極限平衡理論的圓弧滑動(dòng)條分法來(lái)進(jìn)行地基穩(wěn)定性的驗(yàn)算，具體條件應(yīng)符合式（4）。

式中，QE為抗滑力矩，kN·m；QC為滑動(dòng)力矩，kN·m；GD為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，滑動(dòng)面為圓弧及平面時(shí)，分別取值1.2與1.3。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，地基設(shè)計(jì)和巖土工程勘察是工程建設(shè)中必不可少的工作，是保證建筑物質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。在勘察與設(shè)計(jì)的過程中，要采取切實(shí)可行的措施，加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，提高勘察與設(shè)計(jì)質(zhì)量，為實(shí)際施工奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。