克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎設計中的應用

楊洪東++吳暢

摘 要：本文結合工程項目，分析了克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎設計中的應用情況和應用效果。從目前來看，克里格法作為巖土工程勘察的輔助手段，能夠減少建筑工程設計、施工中的盲目性與隨意性，確保建筑工程的施工質量，也為巖土工程勘察提供了參考依據。

關鍵詞：克里格法 巖土工程勘察 地基處理 基礎設計

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0041-02

在工程建設中，應對建設場地的巖土工程條件、環境特征、地質特征進行分析，做好基礎設計和地基處理，才能保證建筑工程的質量。根據建筑工程的實際情況來看，由于地質剖面圖的隨意性較大，導致基礎設計和地基處理中的盲目性較大，影響了工程施工的質量。

1 工程概況

1.1 場地工程地質概況

擬建工程的場地在地勢上呈東南高西北低，地形高低落差最大值大約為4.5米，工程的基本地貌結構為剝蝕低丘結構。按照鉆探揭露，建筑場地的巖土層基本分布如圖1所示。

場地巖土層最上面一層為雜填土，其土層顏色為雜色，質地干燥，相對比較松散。雜填土一般由碎石、碎磚以及碎混凝土等混少量粘性土構成，其局部地段的表層0.04 m是柏油路面。雜填土的分布相對廣泛，土層厚度在0.30～3.80 m之間。雜填土的下面是-1強風化頁巖，該巖層呈黃褐色，風化相對較強但是不均勻，其原本的結構構造具有可辨認性，巖芯表現為土狀或碎塊狀，碰到水很容易會出現軟化，進而崩解，該巖層的分布也比較廣泛，產狀80°∠65°，埋深在0.30～3.8 m之間，巖層厚度在1.70～18.40 m之間[1]。最下方的是-2中風化頁巖，該巖層的顏色呈現為黃褐色、灰褐色或者灰色，土層結構為泥質結構，基本構造表現為層狀，其節理裂隙較發育，風化相對較弱且不均勻。-2中風化頁巖的巖芯多表現為塊狀、短柱狀或者長柱狀，強度有輕微不同，在分布上比較廣泛，其產狀與-1強風化頁巖一樣都是80°∠65°，埋深在3.70～21.50 m之間，最大揭露厚度為12.10 m。

1.2 建筑工程概況

擬建場地的位置坐落在兩條主干道之間，建筑場地的四周有大型商場、學校、市場等，城市的主要交通干線也分布在該區域內。建筑場地分布著大量的地下管網以及地下人防工程，其中地下管網的埋深大約在0.5～1.8 m之間，地下人防工程的埋深在3.0～4.0 m之間。工程在總體上呈弧形形狀，有兩層在地下，4層在地上，工程高度大概為20 m。根據建筑外邊線的區域進行大開挖，埋深的最大值為12 m。根據巖土工程勘察規范，勘探孔深度的具體要求如表1所示。

綜合考慮巖土勘測的具體結果以及建筑工程的建設規范和相關施工要求，對各種地質狀況和建筑因素進行全面分析，建筑工程使用的是筏形基礎方案，建筑的主樓基礎埋深大概為12 m，該擬建建筑工程的基礎持力層是中風化頁巖。因為中風化頁巖在厚度上的分布并不是很均勻，所以應該選用換填墊層法開展地基的褥墊處理工作，工程基坑開挖完畢之后馬上要進行墊層的鋪筑工作，可以選擇爐渣、中砂、粗砂以及土夾石等作為褥墊的制作材料，將褥墊的厚度控制在300～500 m之間[2]。

2 地質統計學應用及可行性分析

地質統計學方法通常是用來對區域化變量在空間內的二重性變化進行研究和估計，一般以克里格法作為核心，該方法最基礎的使用工具是變異函數，通過使用變異函數我們可以對表征區域化變量的具體特性進行有效描述，不但描述了區域化變量在空間上的變化規律，還描述了迭加與空間變化規律上的隨機變化。在地質統計中經常會使用到的變異函數模型是球形模型。

地質統計學的應用是以地質變量具有某種結構關聯性為假設前提的，即認為區域化變量具有空間位置上的相關性。舉個例子，地質變量z在空間y以及y+h的樣本值（z y）以及（z y+h）和空間距離h之間是具備相關性的。該關聯性意味著，研究分析的某個自然現象的變量在一定空間范圍內是連續的。

根據地質統計學的要求，地質變化必須要具備較突出的平穩性，也就是說，在某一個明確的方向上，區域化地質變量不會出現系統性的增減現象。空間樣本值呈現出正態分布，進而確保地質統計學基礎上的估計結果具有較高的準確性。為了滿足這種要求，可以對空間樣本的數據類型進行有效轉化，或者對其估計方向進行科學調整，盡可能保證減少估計結果上的偏差。

大多數時候我們都認為，克里格作為一種有效的儲量計算方法，其誤差是最小的，甚至可以認為這是一種無偏差的最優化儲量計算手段。這幾年來，地質統計學不僅在研究手段上取得了較大的進度，其在研究對象上也有了不容忽略的進展，地質統計學的研究手段已經慢慢地由原來的參數地質統計法上升為非參數地質統計學法，這就改變了以往對儲量的單純估計，其研究對象逐漸發展到地質空間展布、化學元素空間等多個領域。事實上，建筑工程的場地的某個巖土層只是一個較為簡單的地質體，在進行巖土勘測工作時并不是要了解和分析其在賦存量上的精度，而是要對其空間形態和具體展布特征、工程性質等進行全面了解和分析。現階段，克里格法對巖土勘測工作和成果質量的驗證工作有著十分重要的輔助作用，是巖土工程勘察工作的重要輔助手段，必須要不斷在巖土工程勘察工作和地基處理工作中推廣克里格法的應用，充分發揮其積極作用。

3 場地巖土層克里格估計

傳統的工程地質剖面圖都是依靠勘探孔進行繪制的，其人為隨意性相對比較突出，如圖1中顯示的震旦系頁巖強風化巖以及中風化巖之間鉆孔的分界線，這種地質剖面圖通常無法真實對地下巖土層在厚度上的變化情況進行真實反映。克里格插值依據區域化地質變量具備空間位置上的關聯性這一特點，對空間樣品值實行內插，這就可以更為真實地反映出建筑場地地下巖土層在厚度上的具體變化情況。場地勘探位置的布置是根據巖土工程勘察規范來進行的，其分布呈現出相對標準的正交網格狀。這也正好滿足了克里格估計對空間樣品分布的基本條件，為克里格法在建筑工程巖土勘測工作及地基處理工作中的有效應用創造了條件。endprint

文中主要采用由美國Gold Software公司開發的系統軟件Surfer7.0提供的克里格法對建筑場地的地形結構和地貌特點以及軟弱巖土層，即雜填土以及強風化震旦系頁巖的厚度開展克里格估計工作。Surfer通過使用一定的格網化方法，也就是數學模型針對分布不規則的原始數據點開展插值工作，形成基于原始數據分布范圍之內的規則距離的數據點分布。格網化方法是進行等值線繪制工作的核心手段。Surfer使用了7類數學模型，差不多包含了現階段全部的模型類型，每一種數學模型都具備其各自的相關參數設置。可以科學選擇數學模型并對其相關參數進行靈活地設置，實現對不同類型的等值線圖的繪制。克里格方法就是一種比較有效的地質統計格網化手段，在很多的領域都得到了廣泛的應用，該方法較隱蔽地反映了數據中的大概趨勢。

4 克里格估計應用的意義

首先，在巖土工程勘察工作上，利用三維塊狀圖能夠使建筑工程場地的地貌特征顯示得更加直觀，更加全面地給出某巖土層頂部或底部的形態分布特點，這在為工程設計人員進行地基處理方案和基礎設計方案的選擇工作提供便利的同時，也促進了土方工程量以及施工任務量、工程用時的計算工作的準確性的提高，大幅度提升了建筑工程的總體經濟效益。其次，在地基處理工作上，由于建筑工作已經明確使用的是筏形基礎方案，必須通過使用換填墊層法針對地基開展褥墊處理，軟弱層的換填墊層具體如圖2所示。

地基的褥墊處理完畢之后，將其徹底夯實，生成地基，也就是圖2中的土層；也可以將北半部場地厚度到達18米的表層雜填土以及強風化巖層和中風化巖層徹底清除，也就是圖2中的軟弱層清除法。不管使用哪一種處理方案，都要使用到較大的土方量，然而，沒有使用克里格法進行建筑場地軟弱巖土層地面形態的估計，就只能進行相對粗略的估算。而使用克里格法進行地基處理不但可以較好地對工程場地的軟弱巖土層的地面形態進行直觀地認識，而且還可以提高動用土方量的計算工作的精確性，準確計算其所用的資金以及工程耗時。由于使用軟弱層換填法比使用軟弱層清除法所耗的工作量和時間相對較少，綜合考慮建筑場地軟弱巖土層的地面形態狀況，有效分析建筑工程的具體要求，從工程的總體經濟效益出發，進行地基處置方案的最終確定。

最后，在巖土工程的基礎設計工作上，工程場地南部的中風化巖層頂面，也就是強化風巖層地面總體上呈現出起伏不平的態勢，存在很多凹陷坑或者出現巖層凸起的現象，推測為巖溶形成的原因。綜合分析巖土工程的具體地質條件，在開展基礎設計工作時，一定要對潛伏的巖溶現象進行全面分析，視具體情況對工程場地南部的地基強度進行適當地加強，避免潛伏巖溶現象在以后的時間里造成地基的局部變形，使工程基礎出現不均勻的沉降現象，給構造物帶來了嚴重的損壞[3]。

5 結語

巖土工程勘察是建筑工程設計、基礎設計、地基處理的重要基礎性資料（設計輸入條件），但由于勘察工作是以點代面的，地質剖面圖的隨意性較大，很難精準反映出整個場地的所有工程地質條件，因此在基礎設計和地基處理中可能會存在一些問題，增加工程隱患。克里格法是一種精度較高的計算方法，在建筑工程設計、基礎設計、地基處理中，克里格法的應用能夠減少甚至避免巖土工程勘察中的盲目性和隨意性。

參考文獻

[1] 鮑鵬，蘇彩麗，張利偉.基于時程分析法的剛性樁復合地基地震響應分析[J].巖土工程學報，2011，11（2）：52-53.

[2] 韓曉雷，張輝，水偉厚，等.強夯法處理沙漠地基的載荷試驗尺寸效應研究[J].工程勘察，2011，14（6）：103-104.

[3] 胡長明，梅源，劉增榮，等.濕陷性黃土高貼坡變形模式和穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2012，7（12）：88-89.endprint

文中主要采用由美國Gold Software公司開發的系統軟件Surfer7.0提供的克里格法對建筑場地的地形結構和地貌特點以及軟弱巖土層，即雜填土以及強風化震旦系頁巖的厚度開展克里格估計工作。Surfer通過使用一定的格網化方法，也就是數學模型針對分布不規則的原始數據點開展插值工作，形成基于原始數據分布范圍之內的規則距離的數據點分布。格網化方法是進行等值線繪制工作的核心手段。Surfer使用了7類數學模型，差不多包含了現階段全部的模型類型，每一種數學模型都具備其各自的相關參數設置。可以科學選擇數學模型并對其相關參數進行靈活地設置，實現對不同類型的等值線圖的繪制。克里格方法就是一種比較有效的地質統計格網化手段，在很多的領域都得到了廣泛的應用，該方法較隱蔽地反映了數據中的大概趨勢。

4 克里格估計應用的意義

首先，在巖土工程勘察工作上，利用三維塊狀圖能夠使建筑工程場地的地貌特征顯示得更加直觀，更加全面地給出某巖土層頂部或底部的形態分布特點，這在為工程設計人員進行地基處理方案和基礎設計方案的選擇工作提供便利的同時，也促進了土方工程量以及施工任務量、工程用時的計算工作的準確性的提高，大幅度提升了建筑工程的總體經濟效益。其次，在地基處理工作上，由于建筑工作已經明確使用的是筏形基礎方案，必須通過使用換填墊層法針對地基開展褥墊處理，軟弱層的換填墊層具體如圖2所示。

地基的褥墊處理完畢之后，將其徹底夯實，生成地基，也就是圖2中的土層；也可以將北半部場地厚度到達18米的表層雜填土以及強風化巖層和中風化巖層徹底清除，也就是圖2中的軟弱層清除法。不管使用哪一種處理方案，都要使用到較大的土方量，然而，沒有使用克里格法進行建筑場地軟弱巖土層地面形態的估計，就只能進行相對粗略的估算。而使用克里格法進行地基處理不但可以較好地對工程場地的軟弱巖土層的地面形態進行直觀地認識，而且還可以提高動用土方量的計算工作的精確性，準確計算其所用的資金以及工程耗時。由于使用軟弱層換填法比使用軟弱層清除法所耗的工作量和時間相對較少，綜合考慮建筑場地軟弱巖土層的地面形態狀況，有效分析建筑工程的具體要求，從工程的總體經濟效益出發，進行地基處置方案的最終確定。

最后，在巖土工程的基礎設計工作上，工程場地南部的中風化巖層頂面，也就是強化風巖層地面總體上呈現出起伏不平的態勢，存在很多凹陷坑或者出現巖層凸起的現象，推測為巖溶形成的原因。綜合分析巖土工程的具體地質條件，在開展基礎設計工作時，一定要對潛伏的巖溶現象進行全面分析，視具體情況對工程場地南部的地基強度進行適當地加強，避免潛伏巖溶現象在以后的時間里造成地基的局部變形，使工程基礎出現不均勻的沉降現象，給構造物帶來了嚴重的損壞[3]。

5 結語

巖土工程勘察是建筑工程設計、基礎設計、地基處理的重要基礎性資料（設計輸入條件），但由于勘察工作是以點代面的，地質剖面圖的隨意性較大，很難精準反映出整個場地的所有工程地質條件，因此在基礎設計和地基處理中可能會存在一些問題，增加工程隱患。克里格法是一種精度較高的計算方法，在建筑工程設計、基礎設計、地基處理中，克里格法的應用能夠減少甚至避免巖土工程勘察中的盲目性和隨意性。

參考文獻

[1] 鮑鵬，蘇彩麗，張利偉.基于時程分析法的剛性樁復合地基地震響應分析[J].巖土工程學報，2011，11（2）：52-53.

[2] 韓曉雷，張輝，水偉厚，等.強夯法處理沙漠地基的載荷試驗尺寸效應研究[J].工程勘察，2011，14（6）：103-104.

[3] 胡長明，梅源，劉增榮，等.濕陷性黃土高貼坡變形模式和穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2012，7（12）：88-89.endprint

文中主要采用由美國Gold Software公司開發的系統軟件Surfer7.0提供的克里格法對建筑場地的地形結構和地貌特點以及軟弱巖土層，即雜填土以及強風化震旦系頁巖的厚度開展克里格估計工作。Surfer通過使用一定的格網化方法，也就是數學模型針對分布不規則的原始數據點開展插值工作，形成基于原始數據分布范圍之內的規則距離的數據點分布。格網化方法是進行等值線繪制工作的核心手段。Surfer使用了7類數學模型，差不多包含了現階段全部的模型類型，每一種數學模型都具備其各自的相關參數設置。可以科學選擇數學模型并對其相關參數進行靈活地設置，實現對不同類型的等值線圖的繪制。克里格方法就是一種比較有效的地質統計格網化手段，在很多的領域都得到了廣泛的應用，該方法較隱蔽地反映了數據中的大概趨勢。

4 克里格估計應用的意義

首先，在巖土工程勘察工作上，利用三維塊狀圖能夠使建筑工程場地的地貌特征顯示得更加直觀，更加全面地給出某巖土層頂部或底部的形態分布特點，這在為工程設計人員進行地基處理方案和基礎設計方案的選擇工作提供便利的同時，也促進了土方工程量以及施工任務量、工程用時的計算工作的準確性的提高，大幅度提升了建筑工程的總體經濟效益。其次，在地基處理工作上，由于建筑工作已經明確使用的是筏形基礎方案，必須通過使用換填墊層法針對地基開展褥墊處理，軟弱層的換填墊層具體如圖2所示。

地基的褥墊處理完畢之后，將其徹底夯實，生成地基，也就是圖2中的土層；也可以將北半部場地厚度到達18米的表層雜填土以及強風化巖層和中風化巖層徹底清除，也就是圖2中的軟弱層清除法。不管使用哪一種處理方案，都要使用到較大的土方量，然而，沒有使用克里格法進行建筑場地軟弱巖土層地面形態的估計，就只能進行相對粗略的估算。而使用克里格法進行地基處理不但可以較好地對工程場地的軟弱巖土層的地面形態進行直觀地認識，而且還可以提高動用土方量的計算工作的精確性，準確計算其所用的資金以及工程耗時。由于使用軟弱層換填法比使用軟弱層清除法所耗的工作量和時間相對較少，綜合考慮建筑場地軟弱巖土層的地面形態狀況，有效分析建筑工程的具體要求，從工程的總體經濟效益出發，進行地基處置方案的最終確定。

最后，在巖土工程的基礎設計工作上，工程場地南部的中風化巖層頂面，也就是強化風巖層地面總體上呈現出起伏不平的態勢，存在很多凹陷坑或者出現巖層凸起的現象，推測為巖溶形成的原因。綜合分析巖土工程的具體地質條件，在開展基礎設計工作時，一定要對潛伏的巖溶現象進行全面分析，視具體情況對工程場地南部的地基強度進行適當地加強，避免潛伏巖溶現象在以后的時間里造成地基的局部變形，使工程基礎出現不均勻的沉降現象，給構造物帶來了嚴重的損壞[3]。

5 結語

巖土工程勘察是建筑工程設計、基礎設計、地基處理的重要基礎性資料（設計輸入條件），但由于勘察工作是以點代面的，地質剖面圖的隨意性較大，很難精準反映出整個場地的所有工程地質條件，因此在基礎設計和地基處理中可能會存在一些問題，增加工程隱患。克里格法是一種精度較高的計算方法，在建筑工程設計、基礎設計、地基處理中，克里格法的應用能夠減少甚至避免巖土工程勘察中的盲目性和隨意性。

參考文獻

[1] 鮑鵬，蘇彩麗，張利偉.基于時程分析法的剛性樁復合地基地震響應分析[J].巖土工程學報，2011，11（2）：52-53.

[2] 韓曉雷，張輝，水偉厚，等.強夯法處理沙漠地基的載荷試驗尺寸效應研究[J].工程勘察，2011，14（6）：103-104.

[3] 胡長明，梅源，劉增榮，等.濕陷性黃土高貼坡變形模式和穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2012，7（12）：88-89.endprint