特殊性土質巖土工程勘察分析

張博++張全鋒

摘 要：巖土工程是土木工程中包含巖石、土體和地下水三個部分的工程的總稱。不同地域在長久的自然演變后會形成各不相同的巖石和土壤，部分地區(qū)形成了特殊性土質。深特殊性土質巖土工程比普通土質的巖土工程施工難度要大得多，所以更加需要用特殊的勘察設備儀器和技術方法進行分析。通過勘察可以提前熟悉施工現場的地形地貌、水文地質情況并由此確定施工技術的各個運行參數，以避免施工現場特殊性土質引發(fā)的問題。

關鍵詞：特殊性土質；巖土工程；勘察分析

中圖分類號：TU195 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0089-02

巖土工程被廣泛應用在城市地下空間與地下工程、邊坡與基坑工程、地基與基礎工程等涉及到巖石和土體的建筑工程中。嚴重濕陷、膨脹、鹽漬、污染的特殊性巖土的情況復雜，需要作具體化的專門處理。特殊性土質的巖土工程勘察工作結束后，要求勘察人員能夠提出合理的具體的建議，以此為工程整體全程的建設作更大的貢獻，而不是單純提供勘察報告中的數值資料。

1 對濕陷性土工程的勘察分析

1.1 濕陷性土的概況

首先，濕陷性土分為濕陷性黃土和干旱以及半干旱地區(qū)的除黃土外的濕陷性碎石土、砂土和其他土體。近些年來，我國的巖土工程勘察技術，特別是濕陷性土工程勘察技術取得了相當可觀的進步。黃土在自重或一定壓力下受到水的浸泡，土體的結構會發(fā)生破壞，繼而出現較明顯的附加下沉現象，這樣的黃土被稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土的濕陷系數已經大于等于0.015。

1.2 濕陷性土的勘察方法

施期前要開展嚴密的現場勘察。《巖土工程勘察規(guī)范》GB500212001-2009中對濕陷性土的勘察執(zhí)行標準進行了全面的說明。詳細的勘察勘探點的間距應按照地基復雜程度的等級來確定，越復雜的現場勘探點布置的越密集。濕陷性土的勘探點間距應取范圍內的最小值。若當場的濕陷性土分布不均勻，則可以適當地增加勘探點數量且要求所有勘探孔的深度都要穿透濕陷性土層。濕陷性碎石土和砂土，適宜采用動力觸探試驗和標準貫人試驗確定力學特性。取樣后需要測定的參數包括：濕陷性和總濕陷量（濕化實驗）、密度和含水率（大體積法）、地基承載力、地層接觸面的強度。鉆探工藝簡單的有十字鉆回轉法和鋼絲鉆頭回轉法。前者是應用十字鉆回轉進行軟土區(qū)鉆探作業(yè)，采用的設備是空心十字鉆頭，鉆頭四側分布有向上的出水口。鉆進操作采用的是水鉆工藝，鉆頭在孔內造漿護壁。必須滿足取樣要求密度大的要求，取樣間隔普遍采用的是10米。后者即鋼絲鉆頭回轉法，鉆探設備采用普通合金鉆頭，用水口較大而且需要帶有鋼絲，水鉆法作為鉆進方式，在多種地層種類鉆探作業(yè)中被大量應用，缺點是鉆探與取樣的質量都相對較差。

2 對紅黏土工程的勘察分析

2.1 紅黏土的概況

紅黏土含原生與次生紅黏土，顏色為棕紅或褐黃，覆蓋在碳酸鹽類的巖系之上，其含水率大于或等于50%的高塑性黏土為原生紅黏土。其經搬運、沉淀后仍保留其基本特征，且其液限大于45%可界定為次生紅黏土。紅黏土地區(qū)的巖土工程勘察，應著重其狀態(tài)分布、裂隙發(fā)育特征及地基的均勻性。紅黏土根據其含水比從小到大，土質狀態(tài)逐漸變軟。根據其裂隙的發(fā)育特征，又可以由裂隙的數量從少到多分為致密狀、巨大塊狀和碎塊狀態(tài)三種土體結構。若當地地基全部由紅黏土組成，則改地基均勻，否則為不均勻地基。

2.2 紅黏土的勘察方法

紅黏土地區(qū)的工程地質測繪和調查應按照規(guī)范的規(guī)定進行，其中著重要確定下來的內容包括：不同地貌單元紅黏土的分布、厚度、物質組成、土特性及其差異；下伏基巖巖性、巖溶發(fā)育特征及其與紅黏土的土性、厚度變化的關系；地裂分布、發(fā)育特征及其成因，土體結構特夜，土體中裂隙的密度、深度、延展方向及其發(fā)育規(guī)律；地表本體和地下本的分布、動態(tài)及其與紅黏土狀態(tài)垂直方向的分布的關系。紅黏土的勘察鉆探可以采用無泵反循環(huán)鉆進，鉆具需選用開閉式反循環(huán)鉆具。鉆探過程中要注意以下幾個常出狀況的點：①鉆頭壓力，若控制不當容易造成巖芯阻礙；②鉆探不能一鉆到底，而要周而復始、循序漸進；③鉆具的操作要穩(wěn)步、平緩進行，速度可稍微快一些。當遇到突發(fā)情況必須停止鉆探時，需要上下反復提鉆，防止出現埋鉆的問題；④為提高鉆探的高效利用率，每次鉆后都要進行鉆頭的維護工作。無泵反循環(huán)鉆進技術的提高和發(fā)展是一個要考慮經濟效益和施工技術難易程度的關鍵問題。在勘察的初級階段，探點的布置間距可控制在30到50米之間。到了詳細勘察階段，對于均勻的地基，間距可以調整在12到24米，不均勻地基則減少到6到12米。和濕陷性土一樣，對于復雜地區(qū)，勘探點要適當加密，勘探孔深度要達到基巖的深度。當基礎淺埋、外側的基礎傾斜或者承受較大水平荷載時，應結合多個因素綜合考慮確定紅黏土的承載力。

3 對多年凍土工程的勘察分析

3.1 多年凍土的概況

含有固態(tài)水，且凍結狀態(tài)持續(xù)兩年或兩年以上的土，可以定義為多年凍土。持續(xù)多年凍結狀態(tài)的土石層，可分為上下兩層：上層每年夏季融化，冬季凍結，為活動層或是冰融層；下層常年處在凍結狀態(tài)，為多年凍土或多年凍層。多年凍土的南方向的界線處的平均低溫接近0℃，凍土厚度為1到2米。數值上如果超過這一界限，就從連續(xù)凍土帶過渡到不連續(xù)凍土帶。中、低緯高山和高原地區(qū)的凍土層厚度和變化規(guī)律，主要與海拔高度有關。一般來講，海拔越高，凍土層越厚，底部溫度也越低，多年凍土的埋藏深度也就越小。土層的凍融變化作為土木工程建設中一項必須考慮的至關重要的因素，處置不當將帶來許多嚴重后果。

3.2 多年凍土的勘察方法

對多年凍土進行勘察研究相對較難，專業(yè)勘測人員一般主要采取鉆探的方式。挖探和物探兩種方法作為輔助，不必要時一般不會采取。野外鉆探作業(yè)通常選擇合金無水回轉鉆進，通常鉆頭的橫截面大于0.11米，回次進尺數按照進尺速度及凍土上限這兩個參數來確定。為了有效控制冰晶狀態(tài)，鉆進時間段要掌握好，回次進尺最好保證在不高于0.3米。含水量或者冰層數值顯示較大時，應利用高壓中速方式鉆進；砂性凍土層利用高壓方式鉆進，通過不停地活動，使之壓力不斷擴充，為采取巖芯作保障；粘性凍土層回次進尺數通常不應過大；面對礫卵石在上層覆蓋而且地下水量很大的情況下，孔口管應直接深入凍土層，以取得更好鉆進作用。

4 對膨脹土工程的勘察分析

4.1 膨脹土的概況

膨脹土，是指主要成分為親水性礦物，具有顯著吸水膨脹、失水收縮、開裂，并且還會出現往復脹縮變形現象的高塑性黏質土。膨脹土因為富含鈣離子、鐵離子、錳離子，顏色一般呈現出棕、黃、褐色及灰白。膨脹土在我國的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等省市均有不同大小范圍的分布。想要判定某土體是否為膨脹土，通常要考察膨脹率與液限這么兩種指標。當自由膨脹率大于等于40%、液限大于等于40%時，該土質即為膨脹土，并且可分為強、中、弱三個等級。膨脹土常常會引起地面的不平坦和坑坑洼洼。根據膨脹土地區(qū)的地形坡度和同一建筑物附近小范圍內的局部高差大小可以把該地區(qū)分類為平坦場地和不平坦場地。當粘土的含水量發(fā)生變化，垂直和水平兩個方向的體積立即就都會產生膨脹。僅1%～2%的含水量的輕微變化就足以引起有害的土體膨脹。社會上關于許多膨脹土地區(qū)報道出建造在膨脹土上的地板在雨季來臨時土中含水量增加引起的地板翹起開裂事件時有發(fā)生，對人們正常生產生活的不良影響較大。

4.2 膨脹土的勘察方法

對于膨脹土地區(qū)勘察作業(yè)，可采用鉆探、人力鉆、人工挖探等方式，在實際勘察過程中，如果膨脹土層厚度不大，通常鉆至非膨脹土層一定深度；如果膨脹土層厚度較大，對于各個勘探點實際勘探深度，必須滿足擬建工程對勘探鉆孔深度的要求。膨脹土是特殊土的一種，常用的地基處理方法有換土、土性改良、預浸水以及防止地基土含水量變化等工程措施。膨脹巖土地區(qū)的工程地質測繪和調查應包括下列內容：查明膨脹巖土的巖性、地質年代、成因、產狀、分布以及顏色、節(jié)理、裂縫等外觀特征；劃分地貌單元和場地類型，查明有無淺層滑坡、地裂、沖溝以及微地貌形態(tài)和植被情況；調查地表水的排泄和聚集狀況以及地下水型、水位和變化規(guī)律；搜集當地降水量、蒸發(fā)力、氣溫、培植、干溫季節(jié)、干旱持續(xù)時間等氣象資料，查明大氣影響深度；調查當地的建筑經驗。

勘察過程中，有一系列規(guī)定必須遵守，嚴格執(zhí)行。膨脹巖石區(qū)域的地貌單位和微地貌形態(tài)相對較復雜，所以勘探點的設置數量應該相對其他土質區(qū)域要多一些，采樣的探測點的數量則規(guī)定要大于等于總數量的一半。探測孔的埋設深度子啊滿足了基礎埋深和額外壓力的影響深度基礎上，還需要控制在大氣的影響深度范圍內，數值上大于等于8米，特殊情況下不得小于5米。為了取各個等級的土樣，埋設的探測點位置也不同。最終需要測定得到的參數主要是包括自由膨脹率、收縮系數、膨脹力。特別的，對于具有膨脹縮小裂縫的膨脹土邊坡，要進行裂縫滑動的驗算。

5 結語

特殊性巖土地區(qū)都要根據實際的勘查結果來進行下一步的施工，堅決不能簡單搬用普通地區(qū)的施工經驗。否則會導致泥石流、地面沉降、斷裂等問題。因此，施工前、施工期間、施工后三大階段都要有時時的勘察工作，準確詳細的勘察資料在特殊性巖土工程的設計參數的確定方面起著重要的作用。濕陷性土、紅黏土、多年凍土、膨脹巖土等特殊性巖土的地區(qū)要按照其對應的勘察規(guī)范確定其對應的地質水文條件，進一步確定相應的實際的技術方案。精確的勘察分析可有效提高工程的施工安全性和造價的經濟合理性。

參考文獻

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