國外勘察手段與國內(nèi)勘察標準的結(jié)合與應用

李光誠，陳 勇，徐 潔

(湖北地礦建設(shè)工程承包集團有限公司，湖北武漢 430030)

國外勘察手段與國內(nèi)勘察標準的結(jié)合與應用

李光誠，陳 勇，徐 潔

(湖北地礦建設(shè)工程承包集團有限公司，湖北武漢 430030)

通過蒙古國巖土工程勘察實踐，總結(jié)了國外勘察手段、方法與國內(nèi)的異同點，對現(xiàn)場及土工試驗資料進行綜合再分析，為保證資料成果的準確可靠，進一步進行了平板載荷試驗與其它原位測試的對比試驗，提交了可靠度較高的巖土參數(shù)，推介了國外單動雙管帶伸縮式柔性袋管技術(shù)提高強風化軟巖取芯質(zhì)量的做法，對類似項目有一定的借鑒與參考意義。

巖土工程勘察;勘察手段;勘察標準;國外取芯技術(shù)

0 引言

“蒙古之金”(MAK)公司為蒙古國境內(nèi)規(guī)模較大的礦業(yè)公司，為滿足蒙古經(jīng)濟發(fā)展對水泥的需求，蒙古MAK公司擬在東戈壁省投資建造1 500 T/D水泥生產(chǎn)項目，項目地點位于蒙古國東戈壁省達蘭扎爾嘎朗領(lǐng)地Khukh Tsav地區(qū)，北距首都烏蘭巴托市約300 km，有烏(蒙古烏蘭巴托市)—二(中國二連浩特市)國際鐵路相通。該項目實行EPC模式，總承包商為中國企業(yè)，設(shè)計單位為國內(nèi)某設(shè)計院，因此需要提供符合中國勘察規(guī)范的巖土勘察報告，受總承包單位的委托，我公司承擔了該項目詳細勘察階段的巖土工程勘察任務。

1 重點難點分析

由于是境外項目，限于客觀實際，現(xiàn)場勘察施工及試驗均由蒙古勘察公司完成，由于勘探工作量較大，蒙古勘察公司將其中控制性鉆孔和部分原位測試工作交由日本Sankyo Materials公司完成，因此勘察工作面臨不同國家、不同標準、不同做法的局面，存在大量的溝通協(xié)調(diào)工作，如何將國外勘察手段、做法、標準與國內(nèi)標準進行對比分析并提供質(zhì)量合格的勘察報告是該項目技術(shù)管理的重點和難點。

2 規(guī)范或勘察做法中的幾點區(qū)別及應對措施

2.1 巖土分類［1］

2.1.1 顆粒分析及土類定名

擬建場區(qū)為巖漿巖地區(qū)，表層第四紀覆蓋層薄，玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r等廣泛分布，巖土體結(jié)構(gòu)從上至下表層是松散的吹填土，往下是厚度不一、成份不均的殘積土，然后進入下伏的風化基巖。表層吹填土因厚度薄、松散，不用作建筑物基礎(chǔ)持力層，殘積土在部分地段因有一定厚度，可能會用作一般輕型建筑的持力層，風化基巖則是場區(qū)承載力較大的建(構(gòu))筑物良好的持力層。因此對殘積土性質(zhì)分析是勘察工作的一項重要內(nèi)容。本區(qū)殘積土含礫(碎)石較多，粘粒含量低，接近于粗粒土，首先的基礎(chǔ)工作是定名，勘察工作中取了較多的土樣進行顆粒分析。

室內(nèi)土工試驗由蒙古國烏蘭巴托市巖土檢測中心完成，作為一個單項工程，要求室內(nèi)土工試驗完全按中國標準進行是有困難的，可行的方法是對試驗數(shù)據(jù)進行再分析，得出符合中國規(guī)范的成果資料。

蒙古巖土檢測中心是按照MNS標準(蒙古國家標準)進行試驗，依照MNS標準粒組分級如下：

塊石(boulder)d＞200 mm

礫石(angular pebble) 200 mm＞d＞10 mm

角礫(angular gravels) 10 mm＞d＞2 mm

砂粒(sands) 2 mm ＞d＞0.05 mm

粉粒(dusty) 0.05 mm ＞d＞0.005 mm

粘粒(clay)d＜0.005 mm

按照中國國家標準對粒組進行劃分，見表1：

表1 粒組劃分Table 1 Division of fraction

以上對比可見，中國標準與蒙古標準在粒組劃分上是有區(qū)別的：

(1)中國標準將粒徑2～60 mm歸為礫石，其中2～20 mm為細礫，20～60 mm為粗礫，蒙古標準把2～10 mm歸為角礫，對應于中國標準的細礫，并把10～200 mm歸為礫石，包含了中國標準的部分細礫、粗礫和碎石，在礫石與塊石間沒有細劃碎石這一層次，區(qū)別是十分明顯的。

(2)在粉粒與砂粒間的界限粒徑不一樣，中國標準為 0.075 mm，蒙古標準為0.05 mm。

不僅粒組劃分不一樣，土的定名也有區(qū)別。在實際操作中，我們采取對蒙古試驗室的顆分試驗進行再分析，然后要根據(jù)中國標準進行土類定名。場區(qū)殘積土總體屬碎石土類，中國標準的碎石土分類見表2。如場區(qū)分布較典型的碎石土其＞2 mm的顆粒質(zhì)量一般在60% ～75%(由大到小)，按中國標準定名為殘積角礫土，而按蒙古標準則為含壤土礫石土。

表2 碎石土分類［1］Table 2 Classification of gravel soil

2.1.2 巖石分類及定名

由于場區(qū)巖體埋深淺，風化基巖擬作為場區(qū)重要建筑物良好持力層。國內(nèi)勘察對巖體工程地質(zhì)性質(zhì)評價基本按照鑒定巖類—定名—劃分巖石堅硬程度—劃分巖體風化程度—測試試樣的抗壓強度—綜合評價提出承載力特征值等一套程序進行，巖體定名及劃分風化程度、堅硬程度和完整程度是現(xiàn)場重要的基礎(chǔ)工作。本項目勘察我們根據(jù)中國規(guī)范進行分層，劃分了強風化玄武巖(安山巖)、中風化玄武巖(安山巖)等，而蒙古勘察的做法對基巖不以風化程度進行分層，但對每段巖層均進行風化程度及裂隙發(fā)育程度等方面的具體描述，對巖體主要分二層：一是風化帶(Weathered zone)，一是節(jié)理帶(Jointed zone)，前者當風化程度較高、裂隙十分發(fā)育將巖體切割成小塊時，相當于國內(nèi)的強風化，后者當風化程度一般，有一定強度且裂隙發(fā)育不強時，相當于國內(nèi)的中風化，但兩者內(nèi)涵并不完全等同，因此在技術(shù)管理上需按中國規(guī)范對風化層的鑒定進行統(tǒng)一歸并重新分層。

2.2 室內(nèi)試驗及原位測試

2.2.1 巖石單軸抗壓強度試驗［2］

確定巖石地基承載力特征值一種通行的方法是根據(jù)室內(nèi)巖石單軸抗壓強度按巖體完整程度進行折減，見《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［3］(GB50007—2002)之5.2.6 條：

式中：fa——巖石地基承載力特征值(kPa);frk——巖石單軸抗壓強度標準值(kPa);Ψr——折減系數(shù)。巖體完整程度折減系數(shù)，對完整巖體可取0.5;對較完整巖體可取0.2 ～0.5; 對較破碎巖體可取0.1 ～0.2。

勘察實踐中，一般按風化程度不同從鉆孔巖芯中取足巖塊試樣送檢試驗室，對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析確定巖石單軸抗壓強度標準值(frk)，在巖石單軸抗壓強度試驗這個環(huán)節(jié)上，國內(nèi)和蒙古試驗室做法又有區(qū)別。國內(nèi)《工程巖體試驗方法標準》(GB/T50266—99)對試件要求是圓柱體，直徑48～54 mm，試件高度與直徑之比為2.0～2.5，本次勘察按此要求取樣試件直徑為50 mm，高度為100 mm;蒙古試驗室原做法試件直徑和高度均為45 mm，與國內(nèi)要求不同，存在尺寸效應影響試驗結(jié)果的情況，對此我們查閱相關(guān)文獻資料并做了代表性的對比試驗，顯示后者結(jié)果偏高9.4%，因此本次勘察對試件尺寸按國內(nèi)標準進行了要求，統(tǒng)一了用法口徑。

2.2.2 圓錐動力觸探試驗(DPT)［4］

中國規(guī)范中，圓錐動力觸探試驗類型分為輕型、重型和超重型三種，其規(guī)格和適用土類見表3。

本項目控制性鉆孔是交由日本的Sankyo Materials公司完成的，圓錐動力觸探試驗布置在②層角礫土和③層強風化軟巖層，限于客觀情況，圓錐動力觸探試驗主要由日本公司按日本標準完成，日本的標準見表4。

在本項目中采用的是日本圓錐動力觸探試驗中的“大型”，與國內(nèi)的重型相接近，如錘重、落距、探桿直徑等，但探頭直徑與指標用法不用，中國標準的探頭直徑為74 mm，而日本標準的探頭直徑為50 mm，中國標準的探頭直徑較日本的大，另在指標用法上，中國規(guī)范取貫入10 cm的讀數(shù)N63.5，需進行桿長修正，而日本標準取貫入30 cm的讀數(shù)Nd，一般不作桿長修正，對此采取的措施是：

表3 中國圓錐動力觸探類型Table 3 Types of Chinese cone dynamic penetration

表4 日本圓錐動力觸探類型Table 4 Types of Japanese conr dynamic penetration

(1)根據(jù)探頭直徑的不同，通過計算比貫入阻力進行換算。按照中國《巖土工程勘察規(guī)范》(DB50021—2001)之10.4.1 條文說明，動貫入阻力采用荷蘭公式：

式中：qd——動貫入阻力(MPa);M——落錘質(zhì)量(kg);m——圓錐探頭及桿件系統(tǒng)(包括打頭、導向桿等)的質(zhì)量(kg);H——落距(m);A——圓錐探頭截面積(cm2);e——貫入度，等于D/N，D為規(guī)定貫入深度，N為規(guī)定貫入深度的擊數(shù);g——重力加速度，其值為9.81 m/s2。上式建立在古典的牛頓非彈性碰撞理論(不考慮彈性變形量的損耗)的基礎(chǔ)上。故限于：

①貫入土中深度＜12 m，貫入度2～50 mm。

②m/M＜2。

本項目試驗巖土層為②層角礫土和③層強風化軟巖層，試驗深度一般3～8 m，貫入度在②層角礫土為8～15 mm，在③層強風化軟巖層為5～8 mm，m/M一般在0.5～0.9，因此均滿足上式的適用條件，可以進行不同直徑錐頭的貫入擊數(shù)換算。

(2)對于指標用法的不同，要求日本鉆機上試驗操作手按國內(nèi)的做法，每貫入10 cm記錄一次擊數(shù)。日本資料對動探擊數(shù)一般是不作桿長修正的，在這一點我們還是要求參照中國的規(guī)范進行桿長修正，因此每次試驗要求記錄桿長。對超過50擊貫入達不到10 cm的情況，要求記錄實際貫入深度，以便后期數(shù)據(jù)分析時有針對性地進行處理。

2.2.3 標準貫入試驗(SPT)

勘察對本場區(qū)殘積角礫土、砂質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘土等進行了大量的標準貫入試驗(SPT)，用于評定其密實度，確定承載力。蒙古勘察方對基巖以上土層采用汽車土鉆，鉆進過程中每米進行一次標貫試驗，蒙古的標貫設(shè)備與國內(nèi)的基本一致，如錘重63.5 kg、落距76 cm、貫入器外徑51 mm、內(nèi)徑35 mm等，但在兩個方面有區(qū)別：

(1)落錘方式：國內(nèi)要求是自由落錘，蒙古采用手拉繩索牽引落錘。

(2)貫入擊數(shù)處理：國內(nèi)是預打15 cm，然后記錄正式貫入30 cm擊數(shù)，在蒙古則沒有前面預打的15 cm，對30 cm的貫入深度劃分三段，記錄每貫入10 cm的擊數(shù)。

對于(1)，我們認識到對于手拉繩索牽引貫入，繩索與滑輪的摩擦以及運轉(zhuǎn)中繩索所引起的張力消耗了一部分能量，減少了落錘的沖擊能，使錘數(shù)略有增加，對此查閱相關(guān)文獻資料，采取對錘擊數(shù)實測值進行0.9的折減，同時，在該層設(shè)計了淺層平板載荷試驗，并專門在平板載荷試驗坑內(nèi)預先進行標準貫入試驗，取得標貫擊數(shù)，再與淺層平板載荷試驗結(jié)果進行比對，結(jié)果表明對錘擊數(shù)進行0.9的折減是適當?shù)摹?/p>

對于(2)，國內(nèi)采用的預打15 cm是避免孔底沉渣的影響。本勘察項目由于場區(qū)淺部土層不厚，標貫試驗深度一般不超過4.0 m，且土鉆采用的是130 mm鉆具成孔，孔徑較大，干鉆作業(yè)，無水循環(huán)影響孔底土，巖芯采取率100%，基本能保持孔底無擾動，加之每次下貫入器都量測深度復核，復核無誤方才進行標貫試驗，故認為無需預打上面的15 cm。對30 cm的貫入深度進行三段劃分后，也有助于分析標準貫入是否穩(wěn)定均勻。

3 值得借鑒的做法

3.1 注重多手段試驗數(shù)據(jù)的相互驗證與對比分析

照片1 PLT試坑中的標準貫入試驗Fig.1 Standard penetration test in test pit

照片2 淺層平板載荷試驗(PLT)Fig.2 Plate loading test

由于是境外工程，地質(zhì)環(huán)境條件與國內(nèi)差別很大，對當?shù)亟?jīng)驗掌握不足，加之前述巖土現(xiàn)場鑒定、室內(nèi)試驗及原位測試做法的不同，單純地采用哪一種手段來確定巖土參數(shù)都不一定可靠。因此勘察設(shè)計有3個淺層平板載荷試驗，由日本的Sankyo Materials公司完成。載荷試驗作為一種最直接的原位測試手段，具有較高的可靠度，勘察中對淺層平板載荷試驗(PLT)點先行進行了標準貫入試驗和圓錐頭動力觸探試驗，并與載荷試驗結(jié)果進行對比，見照片1、2。

3.2 采用單動雙管帶伸縮式柔性袋管取芯技術(shù)，提高強風化軟巖取芯質(zhì)量

由于場地強風化層較厚，水泥生產(chǎn)重要建(構(gòu))筑物如筒倉、窯、磨等基礎(chǔ)采用強風化層作為持力層可能性大，因此強風化層鉆探質(zhì)量十分關(guān)鍵，而傳統(tǒng)單管工藝在強風化層等軟巖鉆探時存在巖芯采取率不高、受水循環(huán)擾動較大、分層與取樣較困難的缺陷，基于此，本次勘察所有的控制孔均采用金鋼石鉆頭單動雙管帶伸縮式柔性袋管的施工工藝，見照片3、4，由日本Sankyo Materials公司完成。

照片3 單動雙管內(nèi)管(帶伸縮式柔性袋管)Fig.3 Inner tube of single － action double barrel

照片4 伸縮式柔性袋管取芯采取率較高Fig.4 High percentage recovery of core by telescopic flexible pipe

該工藝是在傳統(tǒng)的單動雙管內(nèi)管上帶一伸縮式柔性袋管，強風化層巖芯直接進入預置的伸縮式柔性袋管內(nèi)，與水循環(huán)隔離，提高巖芯采取率至85%以上，很好地解決了這一巖土工程界的難題。本次勘察在強風化層取原狀樣37件進行抗壓強度測試，很好地保證了勘探質(zhì)量。

4 從事境外勘察項目的幾點體會

(1)結(jié)合當?shù)靥攸c，重視對當?shù)貧庀笏馁Y料的搜集。國內(nèi)勘察中，對于具體某一地方，由于前人工作資料豐富，國內(nèi)規(guī)范、標準也齊，氣象水文方面的資料要求不多。對于境外項目，國內(nèi)的設(shè)計院沒有當?shù)氐臍庀笏臄?shù)據(jù)，因此勘察工作要重視這一方面的工作。如蒙古的本項目場區(qū)夏季高熱、冬季嚴寒、風沙大，有較高的風荷載和雪荷載，并存在季節(jié)性凍土問題，因此勘察工作需提供標準凍深、基本風壓、基本雪壓等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)重視對試驗數(shù)據(jù)的再分析。由于試驗工作為外方完成，一般各國巖土試驗方法是相近的，但因規(guī)范的差異性，給出的數(shù)據(jù)結(jié)果往往不盡相同，不能簡單照搬試驗結(jié)果，需要對試驗方法和中間數(shù)據(jù)進行再分析，得出符合中國規(guī)范的試驗結(jié)果。

總之，對于前述規(guī)范和做法的不同，需結(jié)合勘察實踐靈活應對，要求巖土技術(shù)人員有較豐富的理論知識和勘察實踐，不能一味要求按國內(nèi)通行方法進行，也不能簡單照搬境外方法得出的數(shù)據(jù)，需要進行綜合評價，才能得出較為準確的結(jié)論。

［1］GB50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］GB/T50266—99，工程巖體試驗方法標準［S］.

［3］GB20007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］工程地質(zhì)手冊編委會.工程地質(zhì)手冊［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

Combination and Application of Foreign Exploration Means and Domestic Exploration Standard

LI Guangcheng，CHEN Yong，XU Jie
(Hubei Geo－engineering Construction Corporation，Wuhan，Hubei430030)

Through geotechnical engineering practice Mongolia，the authors sum up the same and different points of exploration means＆ methods at home and abroad，comprehensively re － analyze field and soil test data.In order to ensure the accuracy and reliability of achievement data，plate loading test is compared in － situ test by an experiment.Finally，the authors submit geotechnical parameters of high reliability，promote foreign single－action double barrel with telescopic flexible pipe technology to enhance core of high weathered soft rock quality.It has some referential meaning to the similar project.

geotechnical engineering;exploration means;exploration standard;foreign coring technology

TU413

A

1671－1211(2011)03－0272－05

2010－12－30;改回日期：2011－01－14

李光誠 (1971－)，男，高級工程師，注冊巖土工程師，一級建造師，水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，從事巖土工程設(shè)計與施工及新技術(shù)研發(fā)工作。E－mail：lgctje@163.com

于繼紅)