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【关键词】岩土工程;勘察;试样采取
引言
随着我国城市化进程的加快,兴建了众多基础建设项目和现代化超高层建筑物,在工程实施方面,岩土工程勘察至关重要,如果岩土工程勘察没有做到实处,则会给工程实施带来巨大的影响。岩土工程勘察目的是查明场地地基的工程地质条件,提出基础类型建议,提供地基土物理力学指标和地基承载力特征值、桩基等岩土参数,为设计、施工等提供详实、科学、准确的地质资料。因此,各项工程建设在设计和施工前,必须按基本建设程序进行岩土工程勘察。
1、勘探点深度及间距
实际工作中,勘探人员虽严格按原定大纲执行,但因现场编录人员的不仔细,不能做到随机应变,造成在内业资料整理中发现相邻两勘探点地层变化很大,甚至相差悬殊的情况。另外,在对勘探区岩土特性不太了解的情况下,按某个地基等级进行勘探,在室内对所采集的岩土试样进行分析时,发现如盐渍土、湿陷性土等特殊性岩土,使地基等级发生变化,造成勘探点间距的不合理。遇复杂地基情况,应按规范要求加密勘探点,不能局限于经济或时间等因素而坚持原勘探方案不变,否则难以查明场地工程地质情况,埋下工程隐患。大部分勘察人员遇到上述情况,都会进行补充勘探,完善勘察工作,造成一定的成本支出。但在勘察市场竞争激烈、盲目压价的地区,遇到这种情况勘察人员可能会闭门造车,给工程建设造成资金浪费或埋下工程隐患。
建筑基础形式结构形式不同,勘探深度不同,如5~6层砖混结构住宅,勘探孔深15m可满足要求,在工程地质条件好的密实碎石土及基岩区可适当减小深度,而多层框架结构商场,高度较大的地下室,由于柱网的柱荷载大,基础面积大甚至可能采用桩基,尤其在细土平原区可能存在软土层的情况下,15m深度不能满足要求。相反,在有丰富经验的碎石地区,对2、3层一般建筑物,也盲目地勘探15m深,造成不必要的浪费。
2、野外编录及地层划分
野外编录描述不细对工程质量影响也较大。如某工程为28层高层建筑,采用
3、地下水的测定
实际地下水位量测存在以下几个问题:
(1)应同时观测地下水位,量测时间须在最后一个钻孔施工24h后。
(2)地下水位观测应考虑周围地下水开采情况的影响,若量测时间正好处于附近抽水井抽水下降漏斗时,所量测到的地下水位肯定偏深。
(3)水位量测应与钻孔坐标、标高回测相结合。我们知道勘探孔口周围地面实际不是一个水平面,水位量测参照孔口位置不同,水位埋深也不一样,因此而产生的误差几厘米是难以避免的,这根本无法满足按规范要求地下水位量测精度为±2cm的要求,也更无法测定地下水的正确流向。解决方法是孔口坐标、标高回测,同时以标高回测时的孔口位置为准向下量测地下水位深度。
(4)要分析近年地下水的变化幅度以及历史最高水位、最低水位。
(5)钻孔深度范围内有2个以上含水层时,应分层量测水位,在钻穿第一含水层(到下一含水层之前)并进行静止水位观测之后,采用套管隔水,抽出孔内存水,变径钻进,再对下一含水层进行水位观测。这样量测到的水位才是含水层分层水位。
4、原位测试和室内试验
通过采取原位测试和室内试验方法,可较好地解决岩土工程分析评价问题,提供真实、可靠、完整的技术参数,如强度、固定变形、渗透性能等;一方面,原位测试主要对勘察环节中主体部分进行细致分析,应确保试样在实际环境中获取,并保持原位应力,综合表现宏观结构对岩土性质的影响,但是这种方法不能对应力的路径进行控制,难以进行大量试验;另一方面,室内试验的周期短、效率高,尤其在岩土层采样存在困难的情况下,这种方法可精准评定工作性质,并且充分了解边界实际情况,对应力条件、应变条件、试验条件等进行掌控。
5、试样采取
试样采集中,没有严格按照规范要求,原状样高度不够,数量不足或密封不到位,造成土中含水量散失,有时用于颗分或土盐化学分析的碎石土试样,采集时因从井壁敲刻接收不好,造成多为大颗粒,影响对实际级配的定性或土盐化学分析的准确性。采取地下水试样时,钻孔才终孔即采取,尤其是采用冲洗液或泥浆护钻进的钻孔,其水样成分根本就无法代表地下水的真实成分。
6、岩土工程分析评价
6.1 地基均匀性评价
高层建筑地基均匀性评价按《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)之规定进行,但对一般建筑,(GB50007-2001)规定要求进行地基均匀性评价,没有给出相应的评价方法进行评价,许多单位参考高层建筑地基均匀性评价的方法进行评价,目前许多专家认为这种评价方法不太合理,需要各地区定制相应的评价方法。
6.2 地基承载力特征值的确定
我国幅员辽阔,土质条件各异,用查表法按(GBJ7-89)规范确定地基土承载力值在大多数地区可能适合或保守,也可能在某些地区会不安全,故(GB5007-2002)取消了按表格查取承载力的办法,但大多地区仍在采用,因为很多地区的经验不足,没有能够建立起自己的成熟经验,基本上仍是各勘察单位各自为政、沿用2002规范。更有甚者,故意利用所谓地区经验,逃避责任,降低承载力指标,造成工程浪费。
6.3 基础方案的选择
基础方案选择应依据场地岩土工程条件、荷载大小及地区经验综合考虑,从多个可行方案中选取既经济又合理的基础方案。现大多数勘察单位图省事,既不与设计协商,也不考虑工程造价,仅提供单一的基础方案,设计人员不问原由拿起就用,可能给工程造价造成很大的影响。相反,也有勘察单位建议基础方案时脱离当地实际情况,设计方根本不与理会,这些都是勘察单位今后引以为戒的。
结束语
综上所述,岩土工程勘察质量水平的高低,将对工程建设的安全、稳定运行产生直接影响。作为一名岩土工程勘察工作者,只有全面掌握与岩土工程有关的规范、规程,并在实际工作中认真细致的开展工作,同时汲取互相在实际工作中积累的经验,才能确保岩土工程勘察工作有条不紊地运行,提高勘察质量,实现工程效益目标。
参考文献:
[1] JGJ72―2004高层建筑岩土工程勘察规程[S]
[2] GB50007―2002建筑地基基础设计规范[S]
关键词:城市地铁;岩土工程勘察;注意事项
引 言
地铁工程对于岩土工程勘察的依赖性较强,岩土工程勘察所得资料是地铁工程各项工作开展的前提和基础,如果没有准确的岩土工程勘察,工作人员就无法指定系统的施工方案。岩土工程勘察至关重要,在具体的实践中应该注意以下几个问题:
1 勘察过程中应注意的一般问题
1.1 工作量布置
工程量的布置是岩土工程勘察中需要考虑到的问题之一,在工作量布置过程中应该重视布孔工作,布孔时需要考虑的因素有很多,如地形、场地、地下管线等问题。根据标准,钻孔一般布置在结构线外缘3-8m,钻探完成后必须进行回填封孔。①勘探点数量及间距。详勘阶段勘探点间距如表1所示。②勘探孔深度。
1.2 外业管理与控制
外业管理与控制是岩土工程勘察工作中的重点内容也是关键内容,外业勘察对技术人员的专业素质要求较高,因此,要求技术人员除了具有较高的专业素质之外,还应该具备一定的专业敏感度,从而提高勘察效果,提高资料的准确性和可靠性。检查时应注意的问题有:①钻孔结构;②地层分层;③样品采取、保管与运送;④日志填写;⑤原位测试试验;⑥水文观测。初见水位、稳定水位测量是否符合要求。
1.3 不良地质及特殊土
城市的岩土工程勘察是一项复杂的工程,勘察过程中总会遇到不良地质和特殊土,因此,勘察过程中要查清地铁线路通过处的不良地质及特殊岩土分布。重点注意人工填土、地震可液化层、软土、膨胀土、残积土等。
1.4 地下水
城市地下水分布比较复杂,必须引起岩土工程勘察工作人员的重视。勘察过程中必须查明地下水的类型、水位、流向、流速、补给来源、水位变幅、腐蚀性,以及含水层性质、含水量、渗透系数等。还应查明地铁线路附近地表水与地下水的水力联系等。分析评价地下水对岩土体及建筑物的作用和影响。
2 城市地铁岩土工程勘察技术实例分析
2.1 工程概况
本文以某市地铁为例对城市地铁岩土工程勘察技术及注意事项进行了深入的探讨。城市地铁总体呈东西走向,线路全长约25.739km,全线设站24座,均为地下车站。线路里程右DK0+280.000处,车站型式为地下二层岛式,车站东西向长257m,结构底板最大埋深约16m,相应标高为-12.14m,拟采用明挖法施工。该工程重要性等级为一级,工程安全性等级为一级,场地等级为二级,地基等级为二级,基坑侧壁安全等级为一级,勘察等级为甲级。
2.2 勘探点测放
根据工程勘察的实际内容来看,本次勘察的内容主要有以下几点:采用Trimble 5700 GPS测定各勘探孔位置,孔口高程为1985国家高程基准,钻孔坐标为该市轨道交通独立坐标系,各控制点坐标及高程见表2。
2.3 勘察方法
2.3.1 钻探方法
钻探方法的选择直接关系到工程的勘测效果,具体而言,勘探钻孔采用XY-1A型钻机完成,开孔孔径146mm,终孔孔径110mm,护壁管径146mm,采用泥浆护壁循环钻进,分回次钻进取芯,并进行标准贯入试验,采取不扰动土样及扰动土样,对所采集的不扰动土样按土层变化情况进行常规测试及不固结不排水(UU)、固结不排水(CU)、K0固结、渗透试验、热物理指标、电阻率等试验,扰动土样进行颗粒分析。
2.3.2 标准贯入试验
标准贯入试验是一种常用的勘探方法之一,优点众多,标准贯入试验在机钻孔内进行,钻至预定试验深度,将标贯器置于土层中,以重63.5kg的自由落锤提升76cm然后使其自由下落,将标贯器打入土层中,先预先将标贯器打入土中15cm(以消除土层扰动对标贯击数的影响),而后再记下打入30cm的击数(每10cm记一次击数)。
2.3.3 波速测试
本次勘察采用检层法进行孔内波速测试(悬挂式波速测试仪)。悬挂式单孔波速测试是由地面控制系统控制井下震源(电磁锤)激发振动信号,并由井下两组水平分量拾震器接收振动信号。由于两组拾震器相距1m,根据两组拾震器的到时差可计算出拾震器之间的土层的横波速度Vs、纵波速度VP。由于各土层的物理性质各有差异,使波在其中的传播速度各不相同,分层求取VS、VP,即可按公式计算出各土层的各项动态模量及有关参数。
3 岩土工程勘察工作量统计
3.1 野外钻探及原位测试工作量
野外钻探及原位测试工作量的统计是工程勘察中需要特别注意的问题,本次勘察共完成机钻取土孔24个,扁铲侧胀试验孔2个,孔内波速试验孔3个,静力触探孔16个。野外实际完成工作量见表3。
3.2 钻孔回填
钻孔回填是工程勘察工作的重点内容之一,具体来说,本文所研究的此次勘察对所有机钻取土孔,根据有关要求,施工结束后,进行了回填封孔工作,并及时清洗施工现场。
3.3 室内土工试验
相关工作人员在对工程所在地的地质进行勘察后,对采集的土样进行了物理力学性质试验,并提交试验成果报告,各项试验项目均按要求进行,具体完成工作量见表4。
4 岩土工程勘察资料整理
资料整理是岩土工程勘察工作中的最后环节,同时也是关键环节。工作人员需要对各种勘察手段得出的成果资料进行整理、检查、综合分析、鉴定。分析不同的勘察方法得出的结果是否一致,如果结果不一致,应分析出现差异的原因,去伪存真,做出正确结论。①岩土参数。确定岩土参数时,应按下列内容评价其可靠性和适宜性。②岩土工程勘察报告编制的基本要求。③岩土工程勘察成果提交内容。
5 结束语
综上所述,城市地铁岩土工程勘察是一项复杂的工程,需要注意的问题也有很多,在具体的实践中,要求勘察工作人员能够积极准确地找到岩土工程勘察方法,避免意外事故的发生,保证岩土工程的勘察效果。鉴于城市地铁岩土工程勘察对于城市交通事业发展的重要性,因此,本文研究这个课题具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1]张雪雷.地铁岩土工程勘探过程中的几个关键问题[J].长沙铁道学院学报(社会科学版),2010(01).
[2]蔡伟忠.宁波轨道交通西门口站工程岩土工程勘察和评价[J].铁道勘察,2011(03).
《岩土工程勘察规范》(GB50021)是国家强制性标准,是进行岩土工程勘察工作的依据,对勘察工作各个方面提出了全面的、可操作执行的要求。但由于规范中的个别条款过于笼统或与其它相关规范(规程)存在矛盾,导致不同工程技术人员在应用中产生不同的理解,在一定程度上影响勘察工作的可操作性。本人将根据近20年来的勘察经验,分别从岩土工程勘察分级、勘探点数量及各类型勘探点比例、取样和原位测试的样本数量、地下水的腐蚀性评价、岩石饱和单轴抗压强度取值等容易产生不同理解的方面,谈谈自己的理解和对策,旨在抛砖引玉,期望岩土工程师在岩土工程勘察中应用理论知识和实践经验,充分发挥主观能动性,使岩土工程勘察成果客观、真实地反映岩土体特征,最有效的服务于建设工程。
1岩土工程勘察分级
岩土工程勘察分级的依据是:工程重要性等级、场地等级和地基等级。《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)(以下简称“岩土规范”)的3.1.1条文说明对工程重要性等级的解释是“《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001),将建筑结构分为三个安全等级,《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)(以下简称“地基规范”)将地基基础设计分为三个等级,都是从设计角度考虑的。对于勘察,主要考虑工程规模大小和特点,以及由于岩土工程问题造成破坏或影响正常使用的后果。由于涉及各行各业,涉及房屋建筑、地下洞室、线路、电厂及其他工业建筑、废弃物处理工程等,很难做出具体划分标准,故本条做了比较原则的规定。以住宅和一般公用建筑为例,30层以上的可定为一级,7~30层的可定为二级,6层及6层以下的可定为三级。”
《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)(以下简称“高规”)将工程重要性等级进行了细化并分为甲、乙两个等级,与地基规范的地基基础设计等级基本相同。反映在规范中的内容归纳有“甲级包括:30层以上或高度超过100米超高层建筑;体形复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体的高层建筑;对变形有特殊要求的高层建筑;高度超过200米的高耸构筑物或重要的高耸工业构筑物;位于建筑边坡或邻近边坡的高层建筑和高耸构筑物;对原有工程影响较大的新建高层建筑;有三层或三层以上地下室的高层建筑或软土地区有二层或二层以上地下室的高层建筑。乙级包括以上不属于甲级的高层建筑”。《油气田及管道岩土工程勘察规程》(SY/T0053-2004)指出:油气田及管道重要性等级都为一级。
通过上面的叙述发现同样的工程不同规范出现不同的勘察分级。如体形复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体的高层建筑在“高规”中定为甲级(即工程重要性等级为一级),而按“岩土规范”的规定,勘察等级应为二级。显然在场地等级和地基等级相同的条件下依据规范不同将会出现勘察分级的不同。
因此,建议“岩土规范”继续引入“地基规范”的设计分级,并参照“高规”的勘察分级。将工程重要性分级的条文说明按以下理解并划分。
一级:30层以上或高度超过100米的建筑;体形复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体的建筑;对变形有特殊要求的高层建筑;高度超过200米的高耸构筑物或重要的高耸工业构筑物;位于建筑边坡或邻近边坡的高层建筑和高耸构筑物;对原有工程影响较大的新建高层建筑;有三层或三层以上地下室的建筑或软土地区有二层或二层以上地下室的建筑。
二级:不符合一级高层建筑;对变形有特殊要求的多层建筑;高度200米以下的高耸构筑物或较重要的高耸工业构筑物;位于建筑边坡或邻近边坡的多层建筑和构筑物;对原有工程影响较大的新建多层建筑;有一至二层地下室的建筑或软土地区有一层地下室的建筑。
三级:6层及6层以下且高度24米以下的建筑。
地下洞室、岸边工程、管道和线路架空工程、电厂、水泥工厂及其他工业建筑、废弃物处理工程等的工程重要性等级划分应参照相关的行业标准或地方标准规定。
2勘探点数量及各类型勘探点比例
“岩土规范”的4.1.20的1条“采取土试样和进行原位测试的勘探孔的数量,应根据地层结构、地基土的均匀性和工程特点确定,且不能少于勘探孔总数的1/2,钻探取土试样孔的数量不应少于勘探孔总数的1/3”,该规范的4.1.17对高层建筑指出“每栋建筑物至少应有1个控制性勘探点”,但对其它建筑没有指出控制点的要求。而“高规”指出“控制性勘探点不应少于勘探点总数的1/3且不少于2个”。
一方面“岩土规范”与“高规”在控制点数量上面存在矛盾,另一方面岩规对控制点比例没有明确,在实际操作中不容易把握。
本人认为,在勘探点数量及比例上的处理措施是:勘察等级为甲级的单栋建筑的勘探点总数不应少于5个,乙级的不应少于4个,丙级可适当减少勘探点,密集建筑群的勘探点可相互共用。不同类型的勘探点宜均匀布置,控制性勘探点不应少于勘探点总数的1/3,且对于甲、乙级勘察每栋不应少于2个勘探点,丙级不少于1个。采取土试样和进行原位测试的勘探孔的数量,应根据地层结构、地基土的均匀性和工程特点确定,且不能少于勘探孔总数的1/2,钻探取土试样孔的数量不应少于勘探孔总数的1/3。
3取样和原位测试的样本数量
“岩土规范”4.1.20-2规定“每个场地每一主要土层的原状土试样或原位测试数据不应少于6件(组),当采用连续记录的静力触探或动力触探为主要勘察手段时,每个场地不应少于3个孔”。在《工程建设标准强制性条文实施手则中》指出:“需要注意的是,该规定并不意味着任何情况,每个场地每个主要土层取6个土样或做6次原位测试就够。合理的数量与场地大小、土层厚薄、土性的变异系数以及场地邻近已有资料的掌握程度等因素有关,应根据具体条件确定”。“高规”4.1.7条规定“每栋高层建筑每一主要土层内采取不扰动土试样的数量或进行原位测试的次数不应少于6件(组)次”。
如何理解“每个场地”,若单栋建筑物,每个场地是指该单栋建筑物所在场地,若为二栋、三栋或为一个小区呢?勘察单位大都将每个场地视为一次勘察的范围。土性指标的变异性,用空间场中少数几个点的取样得到的力学性质去预测整个空间场地性质,必然会产生不确定性。点数越少,空间场地越大,不确定性也就越大。所以不考虑一次勘察范围的大小、建筑物的性质和高度,将其理解为每一主要土层的取样数量或原位测试数据大于等于6件(组),就算满足要求,这种理解是不恰当的。尤其是一些勘察单位为了减少成本,在施加操作中,勘察单位往往断章取意,将原状土试样或原位测试数据不应少于6件(组)变成原位测试数据不少于6组,这就更加可笑了。
本人针对该问题的理解和解决措施是。
首先,对能采取原状土样的地层(如:粘性土)应该在规范中明确规定以采取原状土试样为基本控制指标;而对于不能采取原状土试样的地层(如:碎石土)才可以原位测试数据做为控制指标,以土试样作为定名的依据。
其次,对于样本数量,应该参照“高规”对样本数量进一步明确,即对勘察等级为乙级及乙级以上的建筑,每栋建筑每一主要土层内采取不扰动土试样的数量或进行原位测试的次数不宜少于6件(组)次;对勘察等级为丙级的建筑,每个场地每一主要土层内采取不扰动土试样的数量或进行原位测试的次数不应少于6件(组)次。采取不扰动土试样或进行原位测试的竖向间距,对勘察等级为乙级及乙级以上的建筑,在基础底面下1.0倍基础宽度内宜按1米~2米,以下及勘察等级为丙级的建筑可根据土层变化情况适当加大距离。当样本不能满足要求时,应加密勘探点。
4地下水的腐蚀性评价
“岩土规范”12.1条指出“当有足够经验或充分资料,认定工程场地的土或水(地下水或地表水)对建筑材料为微腐蚀时,可不取样试验进行腐蚀性评价”,所谓有足够经验或充分资料是指有专门研究论证,并经地方主管部门组织审查认可,或地方规范规定,并非个别单位意见。12.1.2-4又明确规定水和土的取样数量每个场地不应少于2件;《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ01-501-92)规定“一般情况下,可不考虑地下水的腐蚀性,但对有环境水污染的地区,应查明地下水对混凝土的腐蚀性”;《上海地基基础设计规范》(DBJ08-11-89)规定:“上海市地下水对混凝土一般无侵蚀性,在地下水有可能受环境水污染地段,勘察时应取水样化验,判定其有无侵蚀性”。各地执行各自的地方规定、规范的条文。
规范既然有“足够经验或充分资料”的口子,就是岩土工程师应该去充分把握的。岩土工程师应该从场地的环境条件、附近有无污染源(如化工厂)、上游影响范围的环境条件进行全面分析论证,确认为微腐蚀性后得出结论是可以作为乙级及其以下勘察等级的腐蚀性评价依据的;对于甲级建筑甲级建筑应该按规范取样试验论证。最好对不取水样评价的场地由地方勘察单位(可以几个单位联合)整理腐蚀性评价材料,提出建议及其依据,由地方建设主管部门组织专家评审会作出结论,再由建设主管部门根据专家的结论形成文件就完全符合规范要求了。比如:桂林本身就是山水甲天下的城市,漓江水质本身就可以接近或达到饮用水的标准,而上游又有桂林市政府保护漓江水质的一系列措施,再依据目前已有的水质分析资料得出“桂林市地下水对混凝土一般为微腐蚀性”的结论是完全可行的。
5岩石饱和单轴抗压强度取值
“岩土规范”3.2.2条的表3.2.2-1提出根据饱和单轴抗压强度对岩石进行分类,但未明确饱和单轴抗压强度是平均值还是标准值。在实际工作中某石灰岩的饱和单轴抗压强度平均值是65MPa,而标准值是58MPa,于是按平均值划分为坚硬岩,按标准值划分为较硬岩。而在“地基规范”中就明确是标准值。
因此,岩石饱和单轴抗压强度的取值应该是取标准值。
6结语
《岩土工程勘察规范》(GB50021)是国家强制性标准,是进行岩土工程勘察工作的依据,在勘察中应该严格遵守相关要求,对勘察规范中一些不十分明确或与其它相关规范(规程)有出入的内容,岩土工程师应灵活把握,避免教条,使岩土工程勘察走上健康发展的道路,更好地为国民经济建设服务。
参考文献
[1] 中华人民共和国建设部.《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.
[2] 中华人民共和国建设部.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3] 中华人民共和国建设部.《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72-2004[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[4] 高大钊.岩土工程勘察与设计―― 岩土工程疑难问题答疑笔记整理之二[M].人民交通出版社,2010.
[5] 吴建春.浅谈岩土工程勘察报告中的常见问题[J].中国高新技术企业,2010(7).
[6] 何镇彬,张卫新.岩土工程勘察报告编写中应注意的几点问题[J].建筑科技与管理,2009(5).
关键词:地下铁道 岩土工程勘察
1、外业勘察
1. 1 勘察内容及原则地铁岩土工程勘察的目的是查明地铁沿线及附属工程的工程地质条件及水文地质条件,提供满足设计、施工所需的基础资料和设计参数。
地铁岩土工程勘察工作按勘察阶段的不同分为可行性研究阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段、(施工过程中)补充勘察阶段。不同的勘察阶段有不同的精度要求。下面仅就详细勘察阶段的勘察内容及原则叙述如下。
(1)在初勘基础上详细查明沿线工程地质及水文地质条件,特别是地质复杂地段、特殊岩土地段或有特殊施工要求区段,应进行重点勘察。
(2)对于车站、出入口、通风道、水源井、车辆段等应进行单独详细勘察。
(3)车站的横断面布置不少于3个,在地质条件复杂地段的区间应布置横断面。
(4)依据工程地质和水文地质条件,结合设计及施工方法的要求,以数理统计的方法分层、分段综合各项指标,提出设计所需技术参数。
(5)查明水文地质条件,进一步查明地下水及含水层的性质并做出评价。需降水施工时应分段提出降水方法及有关计算参数;各车站、区间及每个地貌单元应进行水文地质试验,分站段提供沿线地下水类型、补给来源、流速、流向、渗透系数、水位、水质,以及历年最高水位、枯水位等水文地质资料。
(6)分析沿线建筑物、地下构筑物及管线在地铁施工干扰下的稳定性,并提出防护措施。
1 .2 勘察方法的选择应在地质调绘的基础上根据工程施工方法、场地条件及地质情况等综合确定。勘察过程中应尽量避免单一勘察手段,因地制宜地选择钻探、物探及原位测试试验,包括标准贯入试验、静力触探试验、动力触探试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验、波速测试等。勘察过程中应积极使用新方法、新技术。
1.3 基础资料及设计参数
(1) 基础资料地铁岩土工程勘察应取得的基础资料主要包括:
①场地岩土类型、成因、分布及其工程性质;
②场地不良地质现象及特殊地质问题;
③地下水情况,包括地下水类型、水位、水量、流向、流速及水质等。
(2) 设计参数地铁岩土工程勘察应取得的设计参数主要包括岩土物理指标、力学指标及热物理指标等。勘察时应根据工程的类别、工程性质、基础类型、土的性质、施工方法等对岩土物理力学参数的需求来确定,对所取得的试验数据必须满足数理统计和设计检算要求。土工常规试验按土类确定,其他试验项目的确定可根据所取样品的种类、工程性质及施工方法等确定。
1. 4 勘察过程中应注意的一般问题
(1)外业调查勘察前应对线路通过区域进行详细调查,熟悉周围环境,收集附近建筑物的基础资料,以进一步了解地层状况及可利用资料情况。
(2)工作量布置布孔时应充分考虑地形、地物、地下管线埋设及场地等因素,钻孔一般布置在结构线外缘3~8m,钻探完成后必须进行回填封孔。
①勘探点数量及间距勘探孔的布置根据设计专业提供的资料和设计要求,考虑工程地质水文地质条件、工点类型、结构形式、基础埋深、基坑围护、降水要求和施工方法等因素综合确定。
初勘阶段勘探点间距一般为100~200m,并可根据地质条件复杂程度及设计需要确定;详勘阶段勘探点间距如表2所示。
②勘探孔深度初勘阶段,因地铁线路纵坡不稳定,勘探孔可适当加深,以免浪费勘探工作量。详勘阶段勘探孔深度一般按下列原则确定。
第四系松散地层:控制性钻孔的深度应根据区间及车站的埋深、地层、地下水、设计要求、施工方法及降水工程的需要确定,一般可钻至基础底下6~10m.基岩地区:遇微风化带应钻入3~5m,但每个站、段必须有进入基底下1~3m的钻孔。在中等风化带应进入基底下3~5m.编制详细的勘察工作任务书,包括工点名称、勘察目的、勘察孔数、孔深及位置、勘察要求等。
对兼做其他试验的勘探孔要事先联系协调,以免工序脱节,造成测试漏项及工期的拖延。
(3)外业管理与控制外业勘察过程中,技术人员应到现场进行检查,掌握勘察进度,确保勘察质量,保证第一手资料的准确性。检查时应注意的问题有:
①钻孔结构施钻方法、钻进工艺是否符合技术要求;换径深度是否符合地层条件及取样直径要求;是否达到设计孔深。
②地层分层是否按不同地层控制回次进尺;地层分层深度是否正确,有无漏层现象;岩心是否按顺序排列,并与日志记录相符。
③样品采取、保管与运送取样数量及位置是否符合技术要求;岩心采取率是否达到钻探质量标准规定的要求;是否按规定做好岩心样品的存放和保管,样品标签是否正确以及样品是否及时蜡封;及时做土工试验,样品保留时间不能太长;在土样运送过程中应采取保护措施,尽量避免样品扰动。
④日志填写及时填写钻探日志,字迹整洁,原始记录无漏项;地层描述详细,分层清晰明确,各级签署齐全。
⑤原位测试试验试验设备及仪器是否符合标准。测试深度、操作方法是否符合技术要求。
⑥水文观测初见水位、稳定水位测量是否符合要求;取水方法是否正确及时;若分层取水时,有无漏样。
⑦岩心照片每个钻孔钻探结束后都要进行岩心照相,岩心照片作为附件附在勘察资料中。
1 .5 勘察过程中应特别注意的问题地铁岩土工程勘察时应特别注意的问题概括起来有3个方面:地质构造、不良地质及特殊土、地下水。
(1) 地质构造查清线路通过处断层的走向、倾向、倾角,破碎带宽度、充填物及胶结状况、富水情况,对其影响作出评价及建议。
(2) 不良地质及特殊土勘察过程中要查清地铁线路通过处的不良地质及特殊岩土分布。重点注意人工填土、地震可液化层、软土、膨胀土、残积土等。
人工填土是地铁勘察过程中最常见的特殊土,一般按组成成分划分为素填土、杂填土及填筑土,因其分布及层厚变化较大,成分复杂,对工程影响较大。勘察过程中必须慎重对待,必要时增大勘探孔密度,查清其分布范围及埋藏深度。
地震可液化层的判定范围应包括:地下水位以下,黏粒含量
(3) 地下水勘察过程中必须查明地下水的类型、水位、流向、流速、补给来源、水位变幅、腐蚀性,以及含水层性质、含水量、渗透系数等。还应查明地铁线路附近地表水与地下水的水力联系等。分析评价地下水对岩土体及建筑物的作用和影响。
分析评价降、排水措施可能引起的附近建筑物变形,市政道路下沉、塌陷,地下管线及各种设施的变形等不利因素,并提出防治措施。
2、资料整理
对各种勘察手段得出的成果资料进行整理、检查、综合分析、鉴定。分析不同的勘察方法得出的结果是否一致;如果结果不一致,应分析出现差异的原因,去伪存真,作出正确结论。
2.1 岩土参数的确定确定岩土参数时,应按下列内容评价其可靠性和适宜性:
①取样、试验等因素对测试成果的影响;②采用的测试方法及取值标准;③测试方法与分析评价的配套性。
2.2 岩土工程勘察报告编制的基本要求地铁岩土工程勘察报告应在工程地质测绘、勘探、测试及搜集已有资料的基础上编写,应提供工程场地及沿线邻近地带的工程地质及水文地质资料,并结合工程特点和要求进行岩土工程分析评价。
勘察报告中一般应包括下列内容:
① 拟建工程概况;
② 勘察目的、任务要求和依据的技术标准;
③ 勘察工作量及工作方法;
④ 区域地质概况;
⑤ 勘察场地的地形、地貌、水文、气象概况;
⑥ 场地环境,包括拟保留和拟拆除的各种地面工程、地下工程、道路、管线等;
⑦ 勘察场地的地质构造及地层时代、成因、产状、性质、分布;
⑧ 岩土的物理力学性质、围岩分类、岩土设计参数;
⑨ 地下水的类型,赋存、补给和排泄条件,地表水与地下水的水力联系,各地层的渗透性及富水情况;
⑩ 可能影响工程稳定的不良地质和对工程的危害程度评价;岩土工程分析评价及工程措施建议;周围环境与地铁工程的相互作用评价及工程措施建议。
2.3 岩土工程勘察成果提交内容岩土工程勘察报告成果资料应包括以下内容:
① 工程地质说明书;
② 岩土物理力学指标统计表;
③ 地质柱状图;
④ 工程地质剖面图;
⑤ 勘探点平面位置布置图;
⑥ 室内试验成果图表;
⑦ 原位测试成果图表;
⑧ 其他图表及图件。
参考文献
[1]GB50307—1999 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范
[2]GB50021—2001 岩土工程勘察规范
[3]GBJ111—87 铁路工程抗震设计规范
[4]GB50011—2001 建筑抗震设计规范
[5]TB10014—98 铁路工程地质钻探规程
[6]GB50157—2003 地铁设计规范
结合承德市区的地质实际情况,分析了其水文地质特征,通过列举由地下水引发的案例,总结了岩土工程勘察中应注意的水文地质问题,介绍了做好水文地质评价工作的要点,以保证勘察工作的顺利进行,提高工程施工质量。
关键词:
岩土工程,水文地质,地下水,含水层
1概述
承德市位于河北省的东北部,是享誉国内外的旅游城市。其市区下辖双桥区、双滦区、鹰手营子矿区三个区,其中双桥区作为承德市人民政府驻地,也是承德人通常意义上的市区所在。近年来随着城市规模的不断扩大,市区内的建筑物由多层向高层迅速转变。伴随着高层建筑的兴起,地下建设更显突出,如地下车库、人防设施等都向地下深部逐渐发展。因此承德市区的岩土工程勘察工作的重要性也越来越突出,成为工程施工中的重要环节,关系着工程的安全性与稳定性。在进行岩土工程勘察时,现场的水文地质状况如果没有得到应有的重视,会为以后的施工留下巨大隐患。因此,为了提高工程施工质量,在勘察过程中必须查明与岩土工程有关的水文地质问题,为此本文对承德市区(主要指双桥区)岩土工程勘察中应注意的水文地质问题进行了简单探讨。
2承德市区地质概况
承德市区地处燕山山脉东段,位于燕山沉陷带与高原后背斜过渡带,地势由西北向东南逐渐降低,海拔高度为697m~305m,为浅切割的中~低山区。武烈河自北而南纵贯全区,于大石庙南汇入滦河,因此在构造运动与河流地质长期作用下,形成了以武烈河河谷为中心的阶地地貌格局。区内地层主要为太古界单塔子群白庙子组(Arb)、中生界中侏罗统后城组(J2h)、新生界第四系上更新统(Qal+pl3)和全新统(Qal+pl4)地层。区内抗震设防烈度为6度。
3承德市区水文地质特征及地下水引发的案例
3.1承德市区水文地质特征
承德市区主要为第四系松散孔隙潜水及基岩表层风化裂隙潜水。第四系松散孔隙潜水主要赋存于武烈河沿岸及山间沟谷地段的第四系全新统地层下部砂砾石中。武烈河Ⅰ级阶地地下水水位埋深2.2m~7.8m,含水层厚度为6.0m~10.0m,地下水水位年变幅1.5m~2.5m。武烈河Ⅱ级阶地及山间沟谷地段地下水水位埋深0.9m~8.5m,地下水水位年变幅1.5m~2.0m。水质分析结果表明,该区地下水为HCO3•SO4-Ca型弱碱性微硬淡水,pH值为7.1~7.4。基岩表层风化裂隙水主要赋存在山间沟谷的缓坡及基岩出露地段。区内地下水主要靠大气降水补给,与武烈河和滦河有密切的水力联系,主要以地下径流方式排泄。
3.2近年来由地下水引发的事故案例
下面简单列举几个承德市区近年来由于地下水处置不当引发的建设工程事故,以突显岩土工程勘察中水文地质工作的重要性。
1)东园林某小区。小区拟建场区位于武烈河Ⅰ级阶地之上,设计有地下车库及人防工程,采用的持力层为圆砾层,其上部有粉细砂层。场区内毗邻武烈河地下水水位埋深较浅,设计采用了止水帷幕处理场区内的地下水。基坑止水帷幕施工完成后,由于止水帷幕的接头处理不当,局部地段帷幕沿基坑周边未完全封闭存在渗漏水问题,该问题未能引起施工单位的重视,随着基坑开挖加深,漏水处发生潜蚀将基坑外侧地层中粉细砂层全部冲入基坑,在基坑外侧形成地下空洞。后来地下空洞处发生坍塌,造成人员伤亡。
2)图书馆。场区位于武烈河两岸的山间沟谷地段,图书馆建有地下室。由于勘察单位提供的地下水水位存在错误,设计单位依据错误数据对地下室未做防渗设计,图书馆建成后,在雨季期间因地下水位变幅引起地下水上升,图书馆地下室被浸泡,造成了巨大的经济损失。
3)体育场地下旱冰场。该场区位于武烈河Ⅱ级阶地之上,地下水埋深较浅,筏板基础施工过程中一直采用井点法对场区进行降水,基础施工完成后,施工单位认为基础施工已经完成无需再继续进行降水,便停止降水,结果仅过了一夜,基坑被地下水浸泡,筏板上浮,致使已完成的基础全部报废。
4)武烈路某居民楼。该居民楼位于武烈河Ⅰ级阶地之上,毗邻武烈河。后来承德市为美化市容,在武烈河上修建橡胶坝蓄水景观工程。橡胶坝建成蓄水后,使附近区域地下水水位抬升,该居民楼的地下室被抬升的地下水浸泡,造成了经济损失。
4承德市区岩土工程勘察水文地质问题及评价
4.1应注意的水文地质问题
1)注意地下水水位升降对施工区域岩土体以及建筑物所产生的影响和作用,特别是武烈河沿岸区域因橡胶坝蓄水、放水导致地下水位频繁变化产生的影响。
2)注意建筑物的地基或基础位于地下水水位以下时,应该考虑地下水对钢筋和混凝土的腐蚀性以及基坑开挖过程中地下水渗入到基坑中,可能淹没工作面,影响工程的开挖施工质量与效率的问题。
3)注意基坑排水时,会导致基坑周围地面出现沉降、变形的问题。
4)注意在地基基础应力扩散范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时,可能发生潜蚀、流砂、管涌的问题。特别是武烈河沿岸及开发区区域,第四系地层中含有饱和粉细砂薄层、透镜体的区域需要重点考虑本问题。
5)注意地下水对强风化岩体可能产生的软化、崩解、胀缩等问题。
4.2如何做好岩土工程勘察中水文地质的评价工作
结合承德市区的实际情况,个人认为做好承德市区岩土工程勘察中的水文地质评价关键在于以下几点:
1)充分预测在岩土工程勘察中可能遇到的问题。承德市区地下水以潜水为主,含水层主要为第四系冲洪积层和白庙组及后城组基岩的风化层,其下部的新鲜完整基岩可视为相对隔水层。在预测时要依据工程的具体情况,在详细调查周边地质环境、地下水位情况、含隔水层情况的基础上,预测分析岩土工程勘察中水文地质评价的问题。着重分析本文前述应注意的水文地质问题对岩土工程的各种危害,并针对可能的重大安全隐患,提前提出防治方案。
2)确保水文地质参数测定的可靠性:水文地质参数作为水文地质评价的基础,其可靠性是保证质量的决定性因素,要从以下几个方面入手确保参数的可靠性。a.合理确定含水层。在工程勘察时,要通过对场区地层和地下水的水位情况,合理确定含水层。承德市区含水层主要为第四系冲洪积层和白庙组及后城组基岩的风化层,但是也不排除局部存在上层滞水及承压水的可能性。b.准确测定静水位。在工程勘察中要准确地测定静水位才能评价地下水位升降变化对岩土工程的影响。承德市区多为潜水,但是一旦遇到多层含水层时应分层测定水位,同时静水位的测定应有一定的稳定时间,钻进过程中的初见水位不一定是静水位。或者在有需要时,可在勘察结束后,统一测量一次静水位。c.进行有针对性的水文地质试验。水文地质试验是为测定水文地质参数和了解地下水的运动规律而进行的试验工作,具体包括抽水、提水、注水、压水、渗水、连通、流速和弥散等试验方法。工程勘察中水文地质试验要按照工程实际情况以及想要取得的参数,有针对性的进行。抽水试验是承德市区工程勘察中最常用的试验手段,通过采用稳定流或非稳定流的方式抽取地下水,观测记录涌水量及其与水位下降的历时变化关系,计算渗透系数。
3)采用科学合理的方法进行水文地质评价。要根据工程的具体情况采取科学合理的方法,划分水文地质单元,分析确定水文地质边界、补径排关系,分析评价水文地质条件。武烈河自北而南纵贯承德市区,因此承德市区内武烈河及滦河Ⅰ级阶地区域可以使用近河定水头补给的水文模型,其他区域则需要根据实际情况确定使用的水文模型。
5结语
水文地质与工程地质有十分密切的关系,两者之间互相联系、互相作用。随着科学技术水平不断提升,在任何地质条件下都可以进行建筑工程建设,但这要以详细科学的工程地质勘探以及合理的水文地质评价为依据。因此,本文仅对承德市区岩土工程勘察中应注意的水文地质问题进行了简单探讨,希望能够为日后在承德市区更好地发挥水文地质在工程勘测过程中的作用尽一点绵薄之力。
参考文献:
[1]于辉增,张骥远.承德市双桥区工程地质区划及勘察应注重查明的工程地质问题[J].岩土工程界,2006(6):76-80.
[关键词]岩土工程;问题;勘察技术;应用
中图分类号:TU195 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)35-0238-01
岩土工程勘察所指的是经过工程地质的调查、测绘与勘探,并实施土试样、室内试验、原位测试与现场检验,以查明分析工程的地貌地形、地下水位与地层界面等,合理评价场地环境与工程条件,对文件进行编制勘察,并向工程提供可靠的依据,保证建筑产品更为合理美观。
一、岩土工程勘察的任务
1.勘察场地概貌
查明勘察范围内场地原始地形、地貌,岩土层的成因、类型、深度、分布、工程特性和变化规律,分析评价地基的稳定性和均匀性。
2.埋藏物情况
查明埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、旧基础、孤石等对工程不利的埋藏物及其分布范围。
3.地质作用的影响
查明影响建筑场地稳定性的不良地质作用和特殊土的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度,并提出相应防治措施的建议。
4.地下水埋藏情况
查明地下水埋藏情况、类型、补给及排泄条件,地下水位,水位变化幅度及规律;评价地下水(土)对建筑材料的腐蚀性。对基坑工程还应查明各土层的渗透性质,分析评价地下水的静水压力、动水压力及浮托力的作用和影响;预估产生基坑突涌、流沙(土)或管涌等地下水不良作用的可能性及危害程度,并提出相应的防治措施建议;提供基坑施工降水的有关技术参数及施工降水方法的建议;提供用于计算地下水浮力的设计水位。
5.基坑周边环境
基坑工程还应查明基坑周边环境,提供基坑设计所需的岩土参数,分析评价放坡开挖的可能性和基坑边坡稳定性,适宜选用的支护结构类型及其稳定性,基坑开挖与降水对地基变形、周围建筑物和地下设施的影响。
二、目前岩土工程勘察技术存在的问题
1.地质形态与界面划分的问题
在岩土工程中,地质形态主要包含不明空洞、地下物体、分布形态与埋藏深度确定,其地质隐患有煤炭采空区、黄土溶洞与水流暗穴等,要查找出地质中的不良现象,需要运用物探与钻探等方式查明地质状况。界面划分包含岩石风化与岩土体的界面划分,不良地质体界面与软弱结构与地质构造判断等,需要勘察工作者对现场工作具有足够经验进行判断分析,并运用成功经验了解工程地质状况。在地形地貌研究中,工程及环境间的共同作用容易被忽视,对工程的所在区域了解不够,仅对施工点进行考察,通常很难全面了解工程区域的地质变化,会造成资金浪费与工期延误等问题,给施工场地造成影响。
2.岩土参数与综合能力有关问题
岩土参数存在的勘察问题主要是原状的岩土样难以获取,残积土、细颗粒与风化岩等岩土层难以实施室内外试验,淤泥质土、深层黄土等需要现场野外试验,以判断其物理指标。综合能力中的勘察技术问题,主要表现为部分勘察人员对野内外的原始资料进行整理、分析与利用缺乏认识,结构方面的知识目的不确切,岩土资料无法满足相关设计要求,勘察人员为降低成本常出现少做勘察项目的问题,具体作业常和规范具有出入,一些地下物体、位置与空洞无法探明。勘察报告作为勘察工作成果及参考依据,常存有漏洞,勘察资料的质量不是很高,应有作用难以发挥。
三、勘察技术问题对策及其应用
1.勘察技术问题对策
针对岩土工程当中的勘察问题,可从下列方面进行解决,运用工程物探加密测点法对地质界面进行连续获取,以解决钻探方法在地质界面中的划分问题,还可运用综合工程物探法解决相关岩土工程,室内外的测试技术与施工检测技术应用,经过资料与数据的分析对比,保证岩土工程的设计参数可靠。强化勘察技术人员再教育与技术培训,加强勘察知识更新,在内部实施岗位轮换机制,加强勘察技术的交流与渗透,相关技术人员可组织参加相关学术讲座与活动,以加大技术人员知识深度与广度,提高技术综合力。现场岩石与土壤采样工作应加强,土壤取样、岩土工程结果的测试,有关数据的来源是勘察技术问题的解决对策,在结果数据分析评价前提下,加强计算参数与模型的准确性,可有效确保岩土工程的设计计算,地质钻探过程应加强控制,在工程勘察中,现场检查与监测是必不可少的,运用岩土工程,可有效保证工程的安全,并增强工程效益,检查数据能确保技术参数的可靠性,并对设计与技术进行优化与及时修正。地质钻探也是很重要的,是较为有效的侦查方法,依据岩石的不同性进行取样,以满足技术要求。
2.勘察技术应用
2.1 数字化勘察技术
在数字化发展下,勘察方法也得到了提高,在建模方法上,现在主要应用的是数字表面的模型法,此方法对地面起伏状况可真实表达,其基本内容为工程地质体的外表面方式以表达均质地质体,还可运用抽象方式,将一系列的同属性点进行一定规则连接,以构成网状的曲面片,对地质体空间属性进行确定。该方法的数据来源主要是经过测点进行系列离散测点资料获得,包含测点属性特征数据与几何特征数据,并运用数据对重构地质体界面进行解释。而地形建模法所采取的是DEM数据基础,并通过遥感影像叠加,对地形进行三维显示,正射影像图可实施投影变换,运用Photoshop给予调色处理,当作三维城市底图。地质三维数字化是运用三维地理空间,对地下各类内容进行全面描述,包含土质、地层、天然气与岩石等,以描述三维地理空间的各状态、属性与特征等分布。
2.2 数字岩土勘察数据库
岩土工程所涉及的原始数据是地理信息非空间与空间数据,其数据来源有基础地理数据与岩土工程的勘察数据,基础地理包含自然区划图与地形地貌图,勘察数据主要为各勘探点信息与地层信息,如环境、地理与液化等级等。数字化的岩土勘察数据库步骤为数据库概念模型的设计与数据库构建,数据库管理是工程勘察数字系统的基本工作,也是数据密集与数据库问题基础处理,对数据库中的实体、联系功能及行为进行剥离,可有效反映信息的概念数据,对现实世界当中的实体数据给予侧面建立。在数据库构建中,一体化系统数据包含用户的原始数据、系统的中间数据与最终数据,其中,原始数据是由测点数据所构成的,测点数据是由测点的几何属性与信息属性数据所构成。最终数据是由中间数据所生成的,主要包含文档资料与图形资料。而中间数据则是由原始数据系统所生成的三维表面、等值线与剖面等模型,运用这些模型能生成用户所需各类图件,并对各类信息进行查询操作。
2.3 新测试技术发展
勘察工作基础为测试技术,与国外测试技术相比,还有较大差距,我国测试技术的最大问题为参数测试技术存在较大的不成熟性,要完善其测试技术,应在传统测试方法上,重视电子技术与波动理论等物理技术应用,如土工测试当中,将研究地基的某点向更大空间的面与体发展,土工测试可从直接试验与触探旁压试验向无损无孔测试技术发展。测试技术需要硬件支持,仪器与设备设计者还有待加强制造水平的提高,并对实际工作进行更好地配合,研发者应加强生产实际中的技术关注,以做到实践与理论的结合。
结束语:
在岩土工程当中,勘察技术是基础工作,对整个工程项目运行质量具有重要的作用。我国因勘察技术起步较晚,在实际应用当中,还存在一些问题,需要根据实际勘察经验,加强勘察技术资料分析评价,并以提高勘察技术水平,以展开有效的岩土勘察工作。
参考文献:
关键词:岩土工程;勘察;设计;问题
中图分类号: F470.1文献标识码:A 文章编号:
一、岩土工程的勘察中应注意的问题
1、勘察方案制定中应注意的问题
(1)掌握工程概况,充分了解设计意图
工程概况包括工程规模和特征,工程所处场地的复杂程度,建筑物地基的复杂程度等,掌握了这些情况才能确定勘察的等级。了解设计意图主要指清楚设计所需的工程地质资料参数。不同工程功能不同,荷载不同,结构不同,变形要求不同,因此对岩土参数的要求也不同。例如,在平原土石坝水库建设中,主要应考虑库区岩土体渗透性,坝体的稳定性,沉降,因此勘察要提供岩土体的渗透系数,变形系数,抗剪强度指标及地基承载力,而在高层建筑中,平原地区大多需要打桩处理,因而要提供桩基参数,变形模量等指标。只有掌握了工程概况,充分了解设计意图,才能使勘察工作具有针对性、目的性,做到有的放矢。
(2)重视现场踏勘
确定勘察的方法、手段之前,需要初步了解工程现场情况和区域地质资料。现场踏勘是了解工程现场情况和区域地质资料的最有效手段之一,是对工作现场的地质条件和施工条件等进行实地的概略调查和了解,使地质工作的设计和部署切合于实际。我国幅员辽阔,各地地形地貌不同,岩土体成因复杂多变,因而各地的不良地质作用不一,岩土体的物理力学性质不同,而岩土参数往往是通过多次试验、分析统计得出的,具有区域性和经验型,例如岩溶地区,喀斯特溶洞及土洞是主要不良地质作用,而在滨海地区,软弱土及盐渍土是勘察时必须重视的,在黄土高原, 黄土的湿陷又是勘察的重点,因此,要进行现场踏勘,收集临近工程的地质资料,充分了解区域地质特点和工程现场情况,为下一步工作打下坚实的基础。
2、勘察方案实施中应注意问题
(1)技术交底
从事现场作业的人员大多为近几年毕业的学生,缺乏应有的经历和经验,要重视初业人员技术交底。工作现场中技术、安全等交底不能流于形式,要针对项目的工程特点、场地环境进行技术、安全等交底,不能使现场人员知其然不知其所以然。
(2)根据现场情况适当调整勘察方案
由于岩土的复杂多变性,制定方案可能与实际情况有出入,在实施过程中要根据情况适当调整。比如勘探孔在预定深度内遇到厚度较大,且分布均匀的坚实土层时,一般性勘探孔深度可适当减小,而在预定深度内有软弱土层时,勘探孔深度应适当增大。又如在滨海地区勘察时,当遇到较厚砂层时宜适当增加标准贯入点,而遇到分布广、厚度大软弱层时要增加静力触探点和十字板剪切试验。因此现场调整勘察方案有它的必要性。
(3)室内试验条件要尽量接近工程实际状态
勘察是为工程设计服务的,要为工程设计提供必要的岩土参数,在室内试验时试验条件越接近工程实际工作状态,试验结果越符合工程实际。例如,在平原土石坝水库建设中,土试样试验前要先饱水,这是因为水库运行时,大堤浸没线以下是饱水的,正因为饱水,大堤上浸没线以下土的物理力学性质指标比浸没线以上指标要差。又如,在对击实土样做强度和渗透性试验中,不应用最大干密度对应的土试样,而一般采用压实系数为0. 94 左右的土样,这是因为在筑堤时,土体压实质量控制一般取压实系数0. 94 左右。
二、岩土工程的设计中应注意的问题
岩土工程设计做到可行比较简单,但是做到合理则很困难,因为它不仅依赖地形条件与地质条件,而且还依赖施工方法。进行岩土工程项目设计首先必须根据地质状况拟订初步设计方案,根据初步设计方案制定施工方法,根据施工方法验算设计方案的可行性,最后将详细的设计方案、施工方法与施工要求作为设计文件一并提交,在施工过程中还必须时时跟踪,发现地形地质变化较大还应及时变更设计。因此作为一名岩土工程技术人员,不仅要求具备良好的设计知识,掌握各种岩土工程的设计方法与要点,而且要求具备丰富的实践经验,了解岩土工程各种成熟的施工方法与注意事项,这样才能立于不败之地。
1、注意进行多种方法的比选。
首先应保证方法的有效性,然后选择方法的经济性。如在岩层中锚杆加固比挡土墙效果好;在土层中防护措施与削减坡度结合采用比单纯增强加固措施效果好;预应力锚索与抗滑桩结合比单纯采用抗滑桩效果好。
2、注意对工程永久安全度的认识
土体的蠕变变形作用,锚杆的锈蚀作用,预应力的松弛作用以及土体遇水软化均会对防护结构的永久安全度产生较大的削弱。
3、当需要加强防护措施时要注意分清加强措施的真伪
在某些条件下,加强防护措施可能并不能增加防护安全度,如仅仅增加锚杆直径或提高锚杆密度而不增加锚杆长度;增加锚杆长度而减小成孔直径;增加预应力锚杆的总体长度与强度但未相应增加锚固长度;承受水平荷载的桩增加长度而不增加直径;锚杆、锚索及桩未穿过滑动面或穿过长度不够等等。
4、注意对环境影响的评价
岩土体开挖一般要引起附近地表沉降变形,施工爆破在附近产生较大的震动与噪声以及引起地下水位出现较大变化而使附近地下水减少、地表水体不能长时间保持等等。
5、计划变更
在设计过程中必须提出施工质量检查措施和设计变更条件,这是由于现场地形地质条件复杂多变而保证岩土工程施工质量所必须的。
岩土工程更依赖于地质条件,一旦地质工作出现失误,轻者对设计方案进行局部修正或调整施工方法,重者必须改变整个设计方案,造成工程建设管理上的被动和经济上的损失,所以必须对岩土工程的地质勘察工作充分重视。岩土工程项目的地质勘察工作首先表现在对勘察的范围要求更广: 不仅在“点”和“线”上要明确,而且在工程影响范围内的“面”上甚至“三维空间”上均必须把握;其次表现在对岩土体的物理力学性质的要求更全面: 不仅要求提供岩土体的容重、承载能力和极限摩阻力等等,而且要求提供孔隙比,内摩擦角,内聚力,弹性模量等等,且不同的工程方法要求不一样。要搞好岩土工程的勘察设计,必须熟悉每一类岩土工程的设计方法,了解每一类岩土工程的工程影响范围以及对岩土体的物理力学参数的要求。对于岩土工程应该从方法的有效性、工程的永久可靠度、环境保护以及防止出现较大的地质灾害等多方面综合分析,做到工程既不浪费又有充分的可靠度。
【关键词】岩土工程;勘察;波速测试技术;应用
随着我国社会经济的快速发展及国土整治工作的全面开展,自上世纪80年代以来,国内的岩土工程项目数量逐年增多,对于勘察技术的发展需求也更为迫切。波速测试技术作为先进的工程物探技术之一,在现代岩土工程勘察中得到了广泛的应用,作为一项重要的测试与监测方法逐渐引起国内外岩土工程界的关注。目前,波速测试技术在铁路工程、工业与民用建筑工程、水利水电工程、石油工程、冶金工程等岩土工程的地质勘探领域均得到应用,并且取得了较为理想的实际效果。与传统的岩土工程勘探技术相比,波速测试技术可以用于压缩波、剪切波、瑞雷面波等在岩体中传播速度的原为测定,有效避免了室内测试中存在的误差较大及相关地质问题。
1、岩土工程勘察的重要性分析
为了保证岩土工程设计中各类地质参数的可靠性与准确性,必须认识到岩土工程勘察工作的重要性。在岩土工程勘察中,勘察点的布置不合理或分析不足可能造成很多的实际问题,例如:由于受到岩土工程勘察流程、结果等因素的影响,可能因基础设计方案过于保守而导致项目的总体成本增加,或者导致基础设计方案的安全度不足。因此,在岩土工程的勘察工作中,必须根据现场条件及结构重要性等因素,选取相应的勘查技术手段。但是在岩土工程的总体预算中,勘察费用所占的比例较小,如果及时获取满足基础设计要求的数据与资料,成为勘查人员面临的关键性问题之一,如果选用的技术手段不合理则可能导致勘察结果的准确定受到一定的影响。由此可见,在岩土工程项目建设中,勘察工作的重要性是不容忽视的,直接关系到工程项目的整体设计方案与建设质量,对于工程项目施工现场与使用的安全性也会产生较大的影响。
2、波速测试技术概述
在岩土工程勘察中应用的波速测试技术主要是指通过波速确定地基土的工程指标或物理力学性质,是一种先进的岩土工程现场测试方法。在岩土工程的勘察中,波速测试技术主要应用剪切波、压缩波、瑞利波的波速测试,以此进行场地类型的准确划分。在波速测试技术的应用中,可以为动力机器基础设计提供必须的各类地基土动力参数,如:抗剪、阻尼、抗压、抗扭刚度、刚度系数等。同时,在岩土工程勘察中应用波速测试技术时,还可以提供与地震反映分析相关的各类地基土动力参数,如:动剪切刚度、动剪切模量、阻尼比等,以此作为判断地基土液化可能性的依据,进而进行场地土特征周期的确定,对于场地类别也可以进行科学、合理的划分。
波速测试技术的主要应用原理为:固体介质受到外力的冲击时,介质受应力作用的影响会产生应变,作用于介质之上的应力消失后,应变与应力之间将失去平衡,应变则会在介质中以弹性波的形式,由介质中的质点逐步向周围传播,弹性波的成分较为复杂,其中主要有面波、体波,面波通常是在地层表面进行传播,其可分为:瑞雷波、拉夫波;体波又可以分为:压缩波、剪切波。由于各种波在介质中的实际传播特征与速度不同,所以,在岩土工程的勘察中,应用波速测试技术的基础为岩土体的弹性特征,通过对于不同岩土层实际传播速度的测试,为岩土体动弹性参数计算提供必要的数据与信息,进而判定岩土体的实际工程性质,为岩土工程的设计工作提供更为可靠、科学的依据。
3、波速测试技术在岩土工程勘察中的应用
在岩土工程勘察中应用的波速测试技术通常的方法包括:单孔法、跨孔法等,其中单孔法因具有测试简便、只需打一个孔等优点,而得到了广泛的应用。本文以单孔法为例,简要分析波速测试技术在岩土工程勘察中的应用,单孔法是指在一个垂直钻孔中进行岩土体波速测试的方法,也被称为弹性波速度测井。根据震源及检波器在钻孔中的位置,可以将单孔法分为:孔底法、地表激发孔中接收法、孔中激发孔中接收法、孔中激发地表接收法等测试方法,其中地表激发孔中接收法较为常用,其主要原理为:通过地面激发的方式产生弹性波,在孔内利用检波器进行弹性波的接收与处理。
3.1 技术要求,在岩土工程勘探中应用单孔法应符合以下技术要求:1)测试孔必须保持垂直;2)检波器必须固定于孔内的预定深度,并且保证与孔壁紧贴;3)根据实际需求选取地面激振或孔内激振方式;4)结合土层进行测试点的布置,相邻测试点之间的垂直间距以1-3m为宜。在层位变化处应适当加密,尽量采取自下而上的逐点测试方法。
3.2 测试方法,在岩土工程勘察单孔波速测试技术的实际应用中,一般是由震源、记录仪器组成,检波器完全置于孔底以后,自底部向上依次进行地层界面的测试,气筒充气固定检波器的应用较多,保证其底部紧贴孔壁,地面部分则需使用木锤、铁锤等进行木板两端的水平敲击,敲击所产生的剪切波将经过地层传播至测试点,孔中的水平检波器将自动接收剪切波信号,通过电缆将相关数据传输至地震仪,并进行放大、储存与记录。在岩土工程勘察的现场测试中,必须保证场地平整,激振板的长度约为2.5m、宽度约为0.3m、厚度约为0.1m,其与井口之间的距离应保持在1.5m左右,而且保证木板中的垂线经过井口中心,通过压上500-l000kg的重物,使得木板与地面之间紧密接触,以获得较为理想的的测试效果。在岩土工程勘探中,分别敲击木板两端直至可以获得较为清晰的剪切波形为止,垂直敲击置于井口一侧的铁板以激发压缩波,测试点距离根据岩士分层的厚度而确定,通常为1m左右。
3.3 注意事项,在岩土工程勘探中,波速测试技术的应用原理与操作流程相对简单,但是在实际应用中仍然需要注意以下问题:1)信号质量与测试深度是保证测试结果准确性的关键,测试人员必须注重合理采用增强、叠加等技术,以及增益与带通滤波;2)测试人员必须具备正确识别剪切波、压缩波的能力,由于压缩波的传播速度快于剪切波。在激振板两端水平激发的过程中,剪切波的相位反向,而压缩波的相位则保持不变。在与井口之间的距离保持一定的深度后,压缩波的振幅变小,频率变高,而剪切波的幅度则相对较大,频率也会相对较低,这是测试中应注意的技术问题之一;3)在波速测试技术的应用中,最小测试深度应尽量大于震源板、孔口之间的距离,以避免因浅部高速地层界面而出现折射波影响的问题。特别是在场地出现混凝土、沥青硬化等现象时,可以在激振板底部均匀铺设一层中细砂或粉土,也可以保证较为理想的测试效果。
4、结论
综上所述,在岩土工程勘察中应用波速测试技术具有简便、经济、快速、分辨率高、应用范围广、准确等优点,在国内外的岩土工程勘察中得到了广泛的应用。随着电子信息、数据处理与信号分析等现代化技术手段的广泛应用,波速测试技术必将为岩土工程的设计、施工与监测等提供更为可靠、全面的参数与依据,必须注重对于技术应用及相关问题的深入研究。
参考文献
[1]岩土工程手册编写委员会.岩土工程手册[M].北京,中国建筑工业出版社,2006.
[2]中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范[M].北京,中国建筑工业出版社,2001.
[3]中华人民共和国机械工业部.地基动力特性测试规范[M].北京,中国建筑工业出版社,1998.
[4]周德泉,彭柏兴.岩土工程勘察技术与应用[M].人民交通出版社,2008.
关键词:工程勘察 水文地质 岩土工程
中图分类号:P33文献标识码: A 文章编号:
前言
在工程勘察中,水文地质问题之所以重要,是因为水文地质和工程地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用。地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
1、工程地质勘察中水文地质评价内容
工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造:地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质,自然(物理)地质现象和天然建筑材料等。这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后,需根据设计建筑物的结构和运行特点,预测工程建筑物与地质环境相互作用的方式、特点和规模,并作出正确的评价,为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。
水文地质勘探是为各种专门目的而进行的比较详细的水文地质勘察工作。一般在水文地质普查的基础上进行,采用较大的比例尺。水文地质勘察的工作内容包括:水文地质测绘,即对地下水和与其有关的各种地质现象进行实地观测和填图工作,包括收集有关的资料,研究其形成条件,以查明地下水的形成、分布、埋藏条件和岩土的含水性,选定进一步勘探和试验工作的地点等;地球物理勘探,常用来寻找地下水,确定含水层的位置,划分咸水体和淡水体界线等;水文地质钻探,目的是确定含水层的位置与分布,以查明地下水的存在条件;水文地质试验,目的是取得各种参数,为地下水资源评价或矿山涌水量计算等提供基础资料;地下水动态观测,一般要求动态观测的时间不少于一个水文年,时间系列愈长愈好;实验室分析,指在水文地质勘察过程中,要选取水样、岩样或土样进行实验室的水质分析、粒度分析、孢粉或微体古生物分析、同位素年龄测定等;编制水文地质报告和图件,水文地质勘察的成果一般分为报告和图件两部分。根据以往的经验和教训,在今后的工程勘察中,对水文地质问题的评价,应主要考虑以下内容:(1)重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。(2)工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文地质问题,提供选型所需的水文地质资料。(3)在查明地下水的天然状态的基础上,着重分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况及对岩土体和建筑物的反作用。(4)从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当着重评价的地质问题。
2、岩土水理性质在工程勘察中的重要性
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质包括以下几方面:(1)容水性:指常压下岩土孔隙中能容纳一定水量的性能,以容水度表示即岩土孔隙中能容纳水量的体积与该岩土总体积之比。(2)持水性:指饱水岩土在重力作用下排水后仍能保持一定水量的性能,以持水度表示即饱水岩土在重力作用下释水后,所能持水量的体积与该岩土总体积之比。(3)给水性:指在重力作用下饱水岩土从孔隙中能自由流出一定水量的性能,以给水度表示即在常压下饱水岩土在重力作用下流出来的水体积与该岩土总体积之比。(4)毛细管性:以毛细管上升高度、速度和毛细管水压力来表示。(5)透水性:指在水的重力作用下,岩土容许水透过的能力,以渗透系数表示。(6)含水量:重量含水量与体积含水量:岩土中含水的重量与干燥岩土重量之比。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
3、地下水引起的岩土工程危害
地下水位变化可由天然因素或人为因素引起,当地下水位的变化达到一定程度时,都会对岩土工程造成危害,地下水位变化引起危害分为三种情况:水位上升引起的岩土工程危害,可能造成土壤沼泽化、盐渍化,斜坡岩土体产生滑坡崩塌等不良地质现象;地下水位下降引起的岩土工程危害,由于地下水位的过大下降常常产生地面沉降、地面塌陷等地质灾害及水源枯竭、水质恶化等环境问题;地下水位频繁升降,可能直接影响建筑物的稳定性。地下水在天然状态下水力作用比较弱,由于人为工程活动中改变了地下水天然的动力平衡,往往会产生一些严重的岩土工程危害,如流砂、管涌及基坑突涌等。
3.1地下水升降变化引起的岩土工程危害
地下水位变化可由天然因素或人为因素引起, 但不管什么原因, 当地下水位的变化达到一定程度时, 都会对岩土工程造成危害, 地下水位变化引起危害又可分为三种方式:
1)水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的, 其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状; 水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响, 有时往往是几种因素的综合结果。
2)地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的, 如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降, 常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题,对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。
3)地下水频繁升降对岩土工程造成的危害。地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形, 当地下水升降频繁时, 不仅使岩土的膨胀收缩变形往复,而且会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大,进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替, 会使土层中的胶结物———铁、铝成分流失, 土层失去胶结物将造成土质变松、含水量孔隙比增大, 压缩模量、承载力降低, 给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。
3.2 地下水动压力作用引起岩土工程危害
地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱,一般不会造成什么危害,但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在移动的动水压力作用下,往往会引起一些严重的岩土工程危害。
4、地下水污染勘探在岩土工程中的作用
地下水污染勘探就是指使用一定的工作手段,查明地下水污染带的分布和污染途径。常用的手段包括坑探、钻探、物探及遥感技术等。地下水污染勘探中运用坑探手段,主要为补充查明水文地质条件,地下水污染带的分布和污染途径,以及进一步研究污染地下水运移规律时做一些实验用。运用物探方法可确定咸淡水界面和圈定地下水污染带。在野外试验工作中还可用地面电法配合确定弥散系数。遥感技术在地下水污染调查中的具体应用还不多,国外现已将红外线探测、雷达和微波探测成功运用于断层带测图、圈定渗流图形、确定地热和石油污染以及咸淡水分界面,利用航卫照片可以查明某些污染源的分布。据此为工程提供相应的水文地质资料,最大限度的减少地下水污染对岩土工程的危害。
结束语
水文地质工作在建筑物持力层选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面都起着重要的作用,随着工程勘察的发展,其必将受到越来越广泛的重视,切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起着极大的推动作用。
作者简介:周艺有,男,现工作单位:广西壮族自治区第一地质队,工程师。
参考文献