巖土工程場地與地質體勘察分析

潘 莉

摘要:巖土工程實踐是在地殼表層某一深度范圍內進行的,因此須查明這一深度范圍內巖土體的空間分布情況及其工程性質以及地下水等條件。文章就巖土工程場地與地質體勘察的復雜性以及技術手段進行了分析,最后提出了土層是巖土工程鉆探的主要對象,應可靠地鑒定土層名稱,準確判定分層深度,正確鑒別土層天然的結構、密度和濕度狀態等特殊要求。

關鍵詞:巖土工程;復雜地質;勘察技術;抗震穩定度

中圖分類號:P631文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)21-0154-02

一項工程建設,尤其是重大工程,從構思設想到建成運行需要經過反復研究和不斷深化,而不可能是一次完成的。只有經過不斷的、反復的實踐,才能認識客觀事物的內部規律性,使人的主觀意圖適應于客觀存在。按《巖土工程勘察規范》GB5002l-94(以下簡稱《規范》)規定,巖土工程勘察的復雜性,是由工程場地和地基的復雜程度等因素決定的。首先應分別對場地復雜程度進行分級,并進一步對復雜地質進行勘察技術分析。

一、場地復雜程度等級

場地復雜程度是由建筑抗震穩定性、不良地質現象發育情況、地質環境破壞程度和地形地貌條件四個條件衡量的,也劃分為三個等級,見表1:

(一)建筑抗震穩定度

按國家標準《建筑抗震設計規范》GBJll地段的劃分規定為:89規定,選擇建筑場地時,對建筑抗震穩定性的劃分見表2:

注:(1)vn、vsm分別為土層的剪切波速和平均剪切波速,后者取地面以下15m且不深于場地覆蓋層厚度范圍內各土層的剪切波速,按土層厚度加權的平均值計;(2)fk為地基土靜承裁力標準值(kPa)。

1.危險地段:地震時可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及發震斷裂帶上可能發生地表位錯的部位。

2.不利地段:軟弱土和液化土,條狀突出的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質的陡坡、河岸和斜坡邊緣,平面分布上成因、巖性和性狀明顯不均勻的土層(如故河道、斷層破碎帶、暗埋的塘沃溝谷及半填半挖地基)等。

3.有利地段:巖石和堅硬土或開闊平坦、密實均勻的中硬土等。上述規定中,場地土的類型按表2劃分。

(二)不良地質現象發育情況

不良地質現象泛指由地球外動力作用引起的,布于場地內及其附近地段,主要影響場地穩定性,巖土工程有不利影響。

“強烈發育”是指由于不良地質現象發育招致建筑場地極不穩定,直接威脅工程設施的安全。例如,山區崩塌、滑坡和泥石流的發生,會釀成地質災害,破壞甚至整個摧毀工程建筑物。巖溶地區溶洞和土洞的存在,所造成的地面變形甚至塌陷,對工程設施的安全也會構成直接威脅。“一般發育”是指雖有不良地質現象分布,但并不十分強烈,對工程設施安全的影響不嚴重;或者說對工程安全可能有潛在的威脅。

(三)地質環境破壞程度

由于人類工程——經濟活動導致地質環境的干擾破壞,是多種多樣的。例如,采掘固體礦產資源引起的地下采空;抽汲地下液體(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂縫;修建水庫引起的邊岸再造、浸沒、土壤沼澤化;排除廢液引起巖土的化學污染,等等。地質環境破壞對巖土工程實踐的負影響是不容忽視的,往往對場地穩定性構成威脅。表3中地質環境的“強烈破壞”,是指由于地質環境的破壞,已對工程安全構成直接威脅;如礦山淺層采空導致明顯的地面變形、橫跨地裂縫等。“一般破壞”是指已有或將有地質環境的干擾破壞,但并不強烈,對工程安全的影響不嚴重。

(四)地形地貌條件

主要指的是地形起伏和地貌單元(尤其是微地貌單元)的變化情況。一般地說,山區和丘陵區場地地形起伏大,工程布局較困難,挖填土石方量較大,土層分布較薄且下伏基巖面高低不平。地貌單元分布較復雜,一個建筑場地可能跨越多個地貌單元,因此地形地貌條件復雜或較復雜。平原場地地形平坦,地貌單元均一,土層厚度大且結構簡單,因此地形地貌條件簡單。

二、復雜地質體的鉆進技術

巖土工程鉆探往往會遇到復雜地質體,如軟弱夾層、破碎帶和深厚砂卵石層等。這些地層常常是工程所關注的重要對象。為了探明這些復雜地層的空間分布、工程性質和水文地質條件,須保證鉆進的穿透能力和千方百計地提高巖心采取率,以提供有關的地質信息。主要措施有:增大巖心抗扭斷能力、改善鉆具單動性能、及時起鉆和縮短回次進尺時間、減小破巖作用力、提高鉆具穩定性、減少沖洗液的沖刷、提高卡取巖心的可靠程度等。

無泵鉆進技術在鉆進過程中不用水泵,而是利用孔內水的反循環作用,不使鉆頭與孔壁或巖心粘結,同時將巖粉收集在取粉管內。這種鉆進技術較簡便,但它可防止由于水泵送水而沖刷巖心及孔壁,較順利地穿透軟弱、破碎巖層,并提高巖心采取率和基本保持巖層的原狀結構。

無泵鉆進與干鉆不同,需定時地串動鉆具,利用孔內水的反循環作用,將巖粉沉淀于取粉管和巖心管內,孔底保持干凈而順暢地鉆進。這種鉆進技術的鉆具有敞口式和封閉式兩種(圖1、圖2)。鉆進時孔內一定要有水,而且其水位應經常保持在出水孔上部,以使沖洗液在鉆具串動時產生循環作用。孔內水系天然地下水或由地面灌人的。串動鉆具的時間間隔、次數和高度,需根據巖層軟硬和鉆進深度等確定。孔內潔凈是提高鉆進效率及巖心采取牢的關鍵,所以必須恰當地串動鉆具。

固無泵鉆進勞動強度大,鉆進效率較沖洗液鉆進低,所以在鉆穿軟弱、破碎巖層并做完水文地質試驗后,應即下人套管,改用沖洗液鉆進。

三、復雜地質體勘探工作的特殊要求

1.土層是巖土工程鉆探的主要對象,應可靠地鑒定土層名稱,準確判定分層深度,正確鑒別土層天然的結構、密度和濕度狀態。為此,要求鉆進深度和分層深度的量測誤差范圍應為±0.05m,非連續取心鉆進的回次進尺應控制在1m以內,連續取心的回次進尺應控制在2m以內;某些特殊土類,需根據土體特性選用特殊的鉆進方法;在地下水位以上的土層中鉆進時應進行干鉆,當必須使用沖洗液時應采取雙層巖心管鉆進。

2.巖心采取率要求較高。對巖層作巖心鉆探時,一般巖石不應低于80%,破碎巖石不應低于65%。對工程建筑物至關重要需重點查明的軟弱夾層、斷層破碎帶、滑坡的滑動帶等地質體和地質現象,為保證獲得較高的巖心采取率,應采用相應的鉆進方法。例如,盡量減少沖洗液或用于鉆,采取雙層巖心管連續取心,降低鉆速,縮短鉆程。當需確定巖石質量指標及QD時,應采用N型雙層巖心管鉆進,其孔徑為75mm,采取的巖心直徑為54mm,且宜采用金剛石鉆頭。

3.在鉆進過程中,為了研究巖土的工程性質,經常需要采取巖土樣。堅硬巖石的取樣可利用巖心,但其中的軟弱夾層和斷層破碎帶取樣時,必須采取特殊措施。為了取得質量可靠的原狀土樣,需配備取土器,并應注意取樣方法和操作工序,盡量使土樣不受或少受擾動。采取飽和軟粘土和砂類土的原狀土樣,還需使用特制的取土器。

參考文獻

[1]顧寶和.巖土工程勘察技術現狀及發展問題述評[J].工程勘察,1998,(4).

[2]孫巍,沈小克,張在明.巖土工程勘察今后十年發展趨勢[J].工程勘察,2001,(3).

[3]呂迎春.淺談巖土工程勘察[J].中國新技術新產品,2009,(1).

[4]陳仁俊.信息化與巖土工程——訪青年巖土工程專家秦四清[J].巖土工程界,2002,(12).

[5]戴一鳴.巖土工程新技術發展慨述[J].福建建筑,2005,(1).

[6]郭書泰.工程地質勘察與巖土工程技術發展現狀與展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),1999,(1).

作者簡介:潘莉(1983-),江西人,核工業華東建設工程集團公司助理工程師,研究方向:巖土工程。