浅析现代岩土工程勘察技术的工程应用

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　　 摘要：随着我国现代化高层建筑物不断兴建，采用传统的勘察方法和传统的勘察手段已经很难满足设计的需要，存在着许多急需解决的岩土工程勘察技术问题。本文是作者就岩土工程勘察中存在的常见问题及相关技术进行简要的阐述和分析。
　　 关键词：岩土工程勘察；技术；地基基础；设计方案
　　
　　 1概述
　　 岩土工程勘察是运用地质学、岩土力学、工程地质学的理论，按照科学的勘察程序与方法，利用有效的测试仪器和技术，调查和工程建设有关的工程地质条件，评价存在的与岩土工程有关的工程地质问题，从而为工程建设的设计、施工等提供详实、科学、准确的地质资料的活动，从而预防岩土工程问题造成的危害。通常地质勘察报告给出的场地地质资料包括土的物理性指标，土层分布，地下水和地下水分布，地基评价，是设计、施工的依据。施工过程中除必须依据设计文件和施工图外，还须参考工程地质勘察资料，在工程地质勘察中查明其成因类型、分布规律、埋藏条件及其土的性质，针对各种复杂的工程地质条件，在保证工程设计和工程建设质量的前提下，充分挖掘地基土的潜力，合理地选择地基与基础设计和施工方案，可降低工程造价，缩短建设工期。
　　 2岩土工程勘察常见技术问题分析
　　 随着现代建筑物基础和基坑开挖深度越来越深，采用传统的勘察方法和传统的勘察手段已经很难满足设计的需要，存在着许多急需解决的岩土工程勘察技术问题。这些问题主要有以下几个方面：
　　 2.1勘察依据不充分、目的不明确
　　 设计意图明确，才能有的放矢地合理布置工作量，解决工程设计和施工中的岩土工程问题。《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)明确规定详勘时应“搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点，基础型式、埋置深度、地基允许变形等资料”。但不少勘察报告前期资料收集不全，拟建工程的结构形式、规划地坪标高、勘探点坐标等情况不清，设计单位的勘察技术要求缺乏。
　　 2.2岩土参数问题
　　 主要是那些难于取到原状岩土样和难于进行室内、外试验的岩土层如粗颗粒土、残积土和风化岩等。其岩土设计参数（承载力、变形指标等）难于确定。如：
　　 ①在提供岩土性状参数时一概以平均值以蔽之；
　　 ②原位测试结果与土工试验成果确定的岩土性状、状态强度相悖的现象时有出现而不究其原因；
　　 ③参数统计时对相关联参数如c与φ、Es与a1-2样本数往往不一致；
　　 ④根据岩土参数确定的地基土强度往往与推荐的结果不符；
　　 ⑤提出地基承载力指标时不了解容许承载力和极限承载力的内涵；不明白承载力基本值、承载力标准值、承载力设计值、承载力特征值几个概念的本质区别。
　　 2.3岩土工程分析评价深度不足
　　 规范GB50021-2001第14.3.3对岩土工程勘察报告基本内容进行了概括。不少岩土勘察报告还停留在工程地质勘察报告的水平上，缺乏有效的、实质性的岩土工程分析评价。对原始数据的合理可靠性不作深入探讨，仅作简单的数理统计，便作为其它分析的依据；在承载力的评价时，采用了多种手段、给出了相应的成果，但对各方法的适宜性不加分析，对不同方法产生的差异不作研究，常给出1个最低值了事，显然不符合岩土工程分析的基本原理。勘察报告结论建议不合理，如同一建筑物推荐多种基础型式，未可能产生的差异沉降进行建议；推荐基础类型时，不考虑施工的可行性，不结合建筑物的结构荷载特点，不注意环境影响；场地明显存在边坡，却不进行勘察评价，不提支护方案及设计参数；不进行技术经济分析，不能真正做到技术先进，经济合理。
　　 2岩土工程勘察技术及优化
　　 针对上述岩土工程勘察工作中存在的主要技术问题，可以考虑从以下几个方面着手：
　　 2.1明确勘察目的及勘察方法的综合应用
　　 依据岩土工程特性分析的目的，就是明确勘察目的，以指导勘察技术工作方向。目前我国岩土工程勘察的方法或技术手段很多，主要有以下几种：
　　 (1)工程地质测绘。
　　 (2)勘探与取样。
　　 (3)原位测试与室内试验。
　　 (4)现场检验与监测。
　　 勘察工作可以根据各种勘察方法的优点综合使用。比如，若勘探深度不大，且地下水位埋深较大时，应首选探井法；对于需划分岩土分区界线的勘探点位，探槽法是应考虑的。触探法方便快捷，很快就能够知道地基土层的承载力或其他指标。
　　 2.2注重新技术的运用
　　 加强室内、外测试新技术（如多功能静力触探头、标准贯入试验、波速测试、静载荷试验等）和施工检测、监测技术的使用，通过其所获得的数据和资料，经过分析、对比，建立它们之间的经验关系，并通过工程施工检测、监测所获取的实测资料反算得到的参数作为对比依据，确保所提供的岩土工程设计参数的可靠性，并达到解决那些采用传统勘探手段难于获取可靠的岩土工程设计参数（如粗颗粒土、花岗岩残积土、风化岩的承载力、变形指标）等问题。此外，还可以利用土工离心模拟技术检查工程安全的可靠性；验证堤坝、边坡的变形和稳定性；解决建筑物浅基础的地基变形特征、破坏模式及极限承载力，桩基础的承载力和施工工艺对桩基础承载力及变形的影响：解决挡土结构的变形及破坏机理，土体与结构物之间的相互作用；了解动力工程、砂土液化、单桩和群桩在水平动荷载作用下的性状。
　　 3岩土工程勘察技术的工程应用
　　 3.1工程概况及分析
　　 3.1.1工程概况
　　 某拟建高层商住楼地上27层，地下1层，基坑深度约5米。工程拟采用桩基础，最大柱荷载为20000kN(见图1)。
　　
　　 图1勘探孔平面位置图
　　 3.1.2地基土层的划分及分层评述
　　 根据本次勘探揭露及地基土的成因、岩性特征、埋藏分布条件及物理力学性质，结合静力触探曲线，将勘探深度以浅地基土划分为7个工程地质层，12个亚层体，1个透镜体。各土层划分情况详见表1。
　　 表1工程地质层划分表
　　
　　 3.2岩土工程的分析与评价
　　 3.2.1单桩竖向承载力估算
　　 为了更好的进行基础方案比选，本次按《建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）》第8.5.5条公式对场地适宜采用的桩型进行单桩竖向承载力特征值估算。抗拔桩采用《建筑地基基础设计规范（DB33/1001-2003）》第9.2.7条公式估算。考虑到地下室开挖因素，有效桩长从标高-2.50m起算，估算结果详见表2。
　　 表2单桩竖向承载力特征值估算表
　　 注：表中地下室部分抗拔承载力计算时，抗拔系数取0.7。
　　 3.2.2桩基变形参数
　　 桩基变形参数，对于5c及以上土层，可从e-P、e-LogP曲线中获取，对于6层其e-P、e-LogP曲线反应的仅是粘性土含量较高时的压缩变形过程，而6层以碎石土为主，该层按地区经验变形模量可取25MPa。
　　 3.3地基基础方案论证
　　 (1) 预应力管桩
　　 该桩型的优点在于施工速度快，桩身质量容易控制，但在本场地施工时存在以下问题：
　　 a.当沉桩需穿过厚度较大的3a层粉质粘土、3b层粉质粘土、3c层含粘性土卵石时，沉桩难度较大。建议施工时要选择合适的沉桩配重及打桩设备，合理安排打桩顺序，控制打桩速率，宜采用锤击沉桩。对于高层区，当选择预应力管桩时，设计施工前应通过试沉桩确定其成桩可能性，设计时应考虑可能采取预钻孔取土后再打入的方法成桩。
　　 b．该桩型属挤土桩，场地分布饱和软土，设计、施工时应注意其不利影响，避免出现桩顶上浮、断桩及影响周边环境。另外当基础方案同时采用钻孔灌注桩及预应力管桩时，应先施工预应力管桩，后施工钻孔灌注桩，必要时在中间设消震孔，以消除挤土效应的影响。

　　 c．对于单桩承载力要求较高的桩，设计时要保证桩身足够的强度和刚度，并选择有经验的打桩队伍。
　　 (2)静压预制桩沉桩的可能性
　　 目前静压桩机，压桩能力受预制桩身强度C40控制，按静力触探比贯入阻力来计算压桩所需反力，当桩入土23m，有效桩长12m，以第12层密实状态细砂层为持力层，进入该层3.0m时，压桩反力需4400kN。从目前压桩机的能力来看可以达到上述压桩反力的要求，但桩身采用标号C40混凝土时，fck=27kN/mm2，相对桩顶承受力标准值为4320kN，故当桩入土深度超过23m时，桩身强度受到制约，桩再长将可能被压断或桩顶受到破坏。
　　 (3) 钻孔灌注桩成孔的可能性
　　 当采用钻孔灌注桩入土深度、有效桩长可以满足上部荷载要求时，由于桩入土深度内有粉土、粉细砂、中砂存在，可采用泥浆护壁解决孔的坍塌问题，成孔没有问题。
　　 综上所述，本工程建议使用钻孔灌注桩，该桩型的优点在于地层适应性强，单桩承载力大，对于本工程场地，设计施工时应注意以下问题：
　　 a.在成孔过程中桩身容易在场地上部流塑的淤泥质粉质粘土层和软塑的粉质粘土层中发生断桩和缩径现象，穿透中下部的含砂、圆砾及卵石层时易塌孔及漏浆，施工时应选择合适的泥浆比重，并采取护壁措施。
　　 b.由于桩长较长，桩底沉渣不易控制，而桩底沉渣厚度直接关系到桩端承载力的发挥，本次桩端土的参数是建立在桩底沉渣厚度≤10cm（按《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》）的基础上的，施工时应严格控制沉渣厚度，桩底沉渣厚度不应>10cm。
　　 3.4基坑设计与施工分析
　　 本工程设1层地下室，开挖深度5m左右。基坑开挖及影响深度内的地基土层主要有：1a层素填土，1b层粉质粘土和2层淤泥质粉质粘土，基坑范围较大，开挖时应采取支护措施。
　　 根据本基坑开挖范围内地基土的特点和类似工程实践经验，基坑围护可选择水泥搅拌桩重力式挡墙结合钻孔灌注桩内支撑的支护结构，该支护的整体性和隔水性能良好，基坑内无支撑，有利于机械挖土，且用作内支撑的钻孔灌注桩可以作为基础桩，但造价较高。
　　 作为比较方案，也可采用土钉墙支护方案，其特点是喷锚网结构与土体紧紧结合在一起，形成喷锚网复合体，是一种主动受力体系，施工时配合降水进行。
　　 由于地基土层透水性相对较差，水量较小，基坑开挖时一般可采用集水井法排水。
　　 基坑开挖围护方案应通过专门设计确定，本次根据勘察资料结合经验，确定基坑支护设计参数，详见表1。
　　 表1基坑围护设计参数建议表
　　 3结束语
　　 综上所述，岩土工程勘察的目的在于解决和处理建设工程中与岩土介质有关的问题，是建设工程中不可或缺的重要环节。因此，我们必须要优化岩土工程的勘察技术，将岩土工程勘察中常见问题加以归纳、分析，对其产生的根源进行了深层次的探讨，才能更好地预防岩土工程问题的发生。
　　
　　
　　参考文献：
　　1.GB 50021-2001岩土工程勘察规范[S]. 中国建筑工业出版社. 2002
　　2.地质工程手册.中国知识出版社.2006
　　3.岩土工程新技术实用手册.电子科技出版社.2004-1-1
　　
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