探討基礎(chǔ)地質(zhì)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

李全軍 王浩 李猛

江蘇省巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院 江蘇 鎮(zhèn)江 212021

巖土工程勘察是在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和施工之前，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、巖土層工程性質(zhì)進(jìn)行一定深度的了解、掌握，從而幫助設(shè)計(jì)、施工單位更好地認(rèn)識(shí)到所面對(duì)的具體地質(zhì)條件，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的合理設(shè)計(jì)，以及增強(qiáng)施工過(guò)程的科學(xué)性。對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)的分析、研究、應(yīng)用，可以在進(jìn)行巖土工程勘察的過(guò)程中，目標(biāo)更明確、方法手段更有針對(duì)性，分析的更全面、更符合實(shí)際情況，從而增強(qiáng)勘察的效果，達(dá)到最終的提高工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量、安全的目標(biāo)。

1 巖土工程中的基礎(chǔ)地質(zhì)分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，工程建筑得以蓬勃發(fā)展，極大地推動(dòng)了巖土工程勘察技術(shù)的進(jìn)步。在進(jìn)行巖土工程勘察的時(shí)候，水文和氣象條件、巖土地質(zhì)條件等基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題都是展開(kāi)巖土工程勘察的重點(diǎn)，通過(guò)歷年的水文資料的分析判斷，能夠?yàn)閷?shí)際的工程開(kāi)展提供相應(yīng)的地下水作用、地下水水位、地下水流量、流向等基本信息，從而指導(dǎo)對(duì)工程進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和具體建設(shè)方法的規(guī)劃；而歷史自然氣候條件則能夠反映地形地貌的形成及演化，同時(shí)也提供當(dāng)前工程進(jìn)行過(guò)程中，大概率的天氣條件、溫度和濕度、降水等信息；巖土地質(zhì)條件則主要是提供建設(shè)區(qū)域內(nèi)的巖層厚度、性質(zhì)、狀態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造等信息，由此可以看出，基礎(chǔ)地質(zhì)是巖土工程的根本，是內(nèi)因，相關(guān)單位通過(guò)相應(yīng)階段的勘察，充分的地掌握巖土工程區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)信息，合理的使用，促進(jìn)工程建設(shè)的安全性提升。基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)巖土工程建設(shè)的重要參考依據(jù)，在進(jìn)行基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲取時(shí)，可以采用野外調(diào)查法、歷史比較法、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)字研究等傳統(tǒng)地質(zhì)研究方法。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，相關(guān)單位在進(jìn)行實(shí)際工作的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行方法、手段的選取，其目的就是保證獲得的數(shù)據(jù)的可靠性、真實(shí)性、一致性、適用性，避免相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)際的建設(shè)需求存在較大的出入。基礎(chǔ)地質(zhì)勘察所獲得的相關(guān)信息，是當(dāng)前所進(jìn)行的巖土工程中較為客觀的數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確地反映出巖土工程所在地的基本地質(zhì)情況，是設(shè)計(jì)、施工單位編制技術(shù)方案、施工組織設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

2 巖土工程基礎(chǔ)地質(zhì)研究方法

2.1 資料的收集、野外調(diào)查

在進(jìn)行巖土工程勘察的時(shí)候，由于所涉及的工作內(nèi)容較多，時(shí)間較短，因此對(duì)勘察工作的全面展開(kāi)有著較大的挑戰(zhàn)，為了保證巖土勘察工作的順利、有序展開(kāi)，需要對(duì)工程建設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)地踏勘，全面地了解當(dāng)?shù)氐臍庀蟆⑺摹⒌匦巍⒌孛病⒌貙印⒌刭|(zhì)露頭、交通環(huán)境、人文地理等信息，同時(shí)收集周邊管線、埋藏物等資料。早期收集、論證相關(guān)資料，編制勘察大綱以指導(dǎo)勘察過(guò)程的實(shí)施，并保證勘察工作的效率。勘察工作的后期，相關(guān)工作人員還需要與已完成的周邊場(chǎng)地的技術(shù)資料進(jìn)行比對(duì)，以避免勘察工作之中可能存在的誤差，保證獲取資料的一致性、可靠性和有效性。資料的收集、野外調(diào)查是掌握基礎(chǔ)地質(zhì)情況的必要條件，是基礎(chǔ)地質(zhì)工作的重要內(nèi)容之一，需要相關(guān)工作人員的高度重視。通過(guò)野外調(diào)查，能夠有效地對(duì)當(dāng)前巖土工程區(qū)域的地形、地貌、地層等進(jìn)行直觀而清晰的了解，避免巖土勘察過(guò)程出現(xiàn)重復(fù)和盲目的現(xiàn)象。

2.2 歷史比較法

歷史比較法在巖土勘察中主要是運(yùn)用“以古論今、論未來(lái)法”。根據(jù)巖土的歷史成因及其工程性質(zhì)變化的一般規(guī)律，我們來(lái)推測(cè)人類的工程活動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生的地質(zhì)問(wèn)題，地質(zhì)問(wèn)題又會(huì)對(duì)工程活動(dòng)造成何種影響。如：在溝、谷、河塘底部，我們會(huì)根據(jù)沉積環(huán)境來(lái)推測(cè)其底部會(huì)有淤泥、淤泥質(zhì)土，進(jìn)一步會(huì)推測(cè)出其孔隙比會(huì)大于1.0，含水量會(huì)大于液限，是流塑狀態(tài)等等軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；山坡底腳附近，我們會(huì)根據(jù)地質(zhì)成因推測(cè)，該區(qū)域地層是坡積物堆積或者有殘積物，沉積序列一般是底部顆粒粗大，上部逐漸變細(xì)，透水性強(qiáng)等特征，還會(huì)推測(cè)將有滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)源，對(duì)坡底的建構(gòu)筑物將會(huì)產(chǎn)生影響等。該方法在巖土勘察過(guò)程中具有特別重要的作用和意義，是我們綜合利用基礎(chǔ)地質(zhì)知識(shí)服務(wù)巖土工程的基本方法論。

2.3 室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

室內(nèi)試驗(yàn)是對(duì)勘察現(xiàn)場(chǎng)采集的樣本所做的測(cè)試工作，通過(guò)測(cè)試，相關(guān)工作人員和單位在對(duì)巖土工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的基本地質(zhì)狀況進(jìn)行了解的情況下，可以對(duì)巖層的物理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)有所掌握，需要注意的是，在進(jìn)行測(cè)試工作的時(shí)候，相關(guān)人員必須按照嚴(yán)格的規(guī)范進(jìn)行操作，從而確保得到的指標(biāo)參數(shù)準(zhǔn)確，與實(shí)際相符合，從而更好的指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工。試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提是所取的樣本要有代表性，因此在采樣工作完成之后，為了避免巖土樣本在較長(zhǎng)的儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程之中，發(fā)生擾動(dòng)或變質(zhì)等現(xiàn)象，相關(guān)人員在完成采集后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)、穩(wěn)妥地將巖土樣本送到實(shí)驗(yàn)室。

基礎(chǔ)地質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段主要有地質(zhì)填圖、坑探、槽探、鉆探及一些相應(yīng)的物理探測(cè)，其中地質(zhì)鉆探是最重要的，最終的驗(yàn)證手段。在前期踏勘的基礎(chǔ)上，在場(chǎng)區(qū)或沿線地質(zhì)露頭，進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)填圖，或依據(jù)收集到的地質(zhì)圖在相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造帶、地層異常部位且易于施行坑探、槽探的地質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行剖面填圖；野外鉆探是巖土工程勘察之中相對(duì)較為復(fù)雜的部分也是基礎(chǔ)地質(zhì)研究方法的最終驗(yàn)證手段，為了保證鉆探工作進(jìn)展的順利進(jìn)行，相關(guān)人員要對(duì)技術(shù)裝備、勘察計(jì)劃等進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，從而在最大程度上保證野外鉆探過(guò)程的順利推進(jìn)。野外鉆探工作是巖土工程勘察、基礎(chǔ)地質(zhì)研究的核心部分，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)針對(duì)項(xiàng)目工作性質(zhì)特點(diǎn)及工作項(xiàng)目的具體需求，嚴(yán)格按照PDCA循環(huán)實(shí)施過(guò)程控制，在情況允許的前提之下，加大技術(shù)投入，進(jìn)行知識(shí)創(chuàng)新，保障野外工作的有效性、準(zhǔn)確性、先進(jìn)性。

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，物探技術(shù)和物探儀器發(fā)展迅速，地質(zhì)雷達(dá)、高密度電阻率技術(shù)、波速層析成像技術(shù)等電法、波法或電磁法綜合物探技術(shù)手段也大量用于巖土勘察領(lǐng)域，其從不同角度提供各種信息、綜合野外勘查，相互驗(yàn)證，可以獲得更為精確的勘察結(jié)果。

2.4 數(shù)字研究法

數(shù)字研究法也就是3S研究法，是三維空間主要研究方法，近年來(lái)隨著數(shù)字城市的應(yīng)用普及，該研究方法也被推廣應(yīng)用到巖土工程勘察領(lǐng)域，GPS的空間定位能夠準(zhǔn)確的確定地質(zhì)點(diǎn)或勘察點(diǎn)位；RS遙感數(shù)據(jù)的獲得使大量勘察點(diǎn)組成面，區(qū)域性、全面性更強(qiáng)，能夠從整體上對(duì)勘察區(qū)域進(jìn)行認(rèn)識(shí)；電子技術(shù)的進(jìn)步、移動(dòng)數(shù)據(jù)的普及特別是現(xiàn)代的5G技術(shù)應(yīng)用，GIS平臺(tái)更容易把我們獲得的巖土勘察數(shù)據(jù)、信息用可視化來(lái)表達(dá)，傳送、檢索。勘察信息的收集、基礎(chǔ)地質(zhì)資料的收集存儲(chǔ)于GIS這個(gè)空間數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)這些空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、分析可以更好的為巖土設(shè)計(jì)、施工提供決策依據(jù)。基于3S技術(shù)的數(shù)字研究法不僅技術(shù)措施精確，而且是動(dòng)態(tài)中提供決策依據(jù)，在現(xiàn)代巖土勘察中具有不可代替的優(yōu)勢(shì)。

3 巖土工程中的基礎(chǔ)地質(zhì)作用

3.1 地質(zhì)作用

巖土工程勘察活動(dòng)，主要根據(jù)工程項(xiàng)目的要求來(lái)查明、分析、評(píng)價(jià)項(xiàng)目場(chǎng)地的地質(zhì)、環(huán)境特征和巖土工程條件。要查明項(xiàng)目場(chǎng)地的地質(zhì)，就必須了解區(qū)域地質(zhì)作用，查明工程地質(zhì)條件，將不良地質(zhì)問(wèn)題揭露出來(lái)，分析存在的地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地區(qū)域做出正確的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。構(gòu)造作用、風(fēng)化作用、剝蝕、搬運(yùn)作用、沉積作用和固結(jié)成巖作用等是巖土工程中常涉及的基礎(chǔ)地質(zhì)作用。我們無(wú)力改變地質(zhì)作用的規(guī)律，但可以認(rèn)識(shí)和運(yùn)用這些規(guī)律。正確認(rèn)識(shí)其產(chǎn)生的原因機(jī)理及其發(fā)展規(guī)律，這對(duì)我們?cè)趲r土勘察中的工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)，有著極其重大的作用，可使之向有利于工程建設(shè)的方向發(fā)展，防患于未然。

3.2 勘察過(guò)程中的構(gòu)造作用

構(gòu)造作用是由地球的內(nèi)動(dòng)力作用造成的，構(gòu)造作用可以使地殼表層發(fā)生位置移動(dòng)，引起地形地貌的變化；還會(huì)出現(xiàn)斷裂、褶皺現(xiàn)象，甚至引起地裂縫。地震、巖漿活動(dòng)和巖石變質(zhì)等地質(zhì)作用也是構(gòu)造作用引起的，構(gòu)造作用影響的范圍廣，是區(qū)域性的變化，巖土勘察項(xiàng)目場(chǎng)地相對(duì)構(gòu)造作用影響的范圍是局部問(wèn)題，與其緊密聯(lián)系的僅僅是由其造成的斷裂帶、地裂縫或地震活動(dòng)而形成的巖土層的異常，但這些異常影響是十分巨大的，稍有不慎就會(huì)造成毀滅性的后果。勘察前期收集區(qū)域地質(zhì)資料，對(duì)建設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性和建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)構(gòu)造異常帶采用多種方法手段對(duì)比驗(yàn)證，查明異常給出處理措施和建議。

3.3 風(fēng)化作用強(qiáng)弱評(píng)價(jià)

風(fēng)化作用是在地表環(huán)境中，由大氣溫度的變化，水分、氧、生物的作用使礦物和巖石在原地分解，碎裂的作用。是外動(dòng)力作用，風(fēng)化作用不能形成特殊地形但可以改變或破壞地形是改變地表形態(tài)和沉積物產(chǎn)生的重要因素之一，是形成微地貌的最重要原因。巖土工程勘察主要查明的是淺地表的巖土層的性質(zhì)，全部涵蓋于風(fēng)化作用的范圍，風(fēng)化層的厚度一般不大，大多十多米，已發(fā)現(xiàn)的極端情況熱帶地區(qū)最厚達(dá)1公里。風(fēng)化層形成有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三種作用，生物風(fēng)化是物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化的綜合。風(fēng)化層一般從上至下風(fēng)化程度不斷減弱，分為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層、微風(fēng)化層，一般根據(jù)風(fēng)化破裂程度及強(qiáng)度進(jìn)行人為劃分。但在花崗巖分布區(qū)，由于球狀風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化層中會(huì)包含中風(fēng)化、微風(fēng)化層。風(fēng)化層序多變化，在巖土勘察鉆探過(guò)程中，要慎重認(rèn)真區(qū)分、準(zhǔn)確判斷。

3.4 剝蝕、搬運(yùn)作用

剝蝕、搬運(yùn)作用是地表水、地下水、風(fēng)等的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)地表巖石和地表形態(tài)的破壞和改造作用，如丘陵地區(qū)，巖石經(jīng)風(fēng)化剝蝕成土丘，高度不斷降低等，風(fēng)化、剝蝕作用形成的物質(zhì)堆積于坡腳或更遠(yuǎn)的地方這又是搬運(yùn)作用。在江蘇地區(qū)的下蜀黃土經(jīng)過(guò)二次的搬運(yùn)堆積后，為次生黃土，其工程性質(zhì)較原生下蜀土發(fā)生較大變化。力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)明顯降低，勘察過(guò)程中細(xì)加區(qū)分驗(yàn)證，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

3.5 沉積作用和固結(jié)成巖作用

沉積作用，是各種被外營(yíng)力搬運(yùn)的物質(zhì)。因營(yíng)力動(dòng)能減小，或介質(zhì)的物化條件發(fā)生變化而沉淀、堆積的過(guò)程。經(jīng)過(guò)沉積作用形成的松散物質(zhì)叫沉積物。常見(jiàn)的陸地沉積作用有河流沉積、風(fēng)力沉積如：長(zhǎng)江中下游平原和長(zhǎng)江三角洲，河流攜帶大量泥沙流動(dòng)時(shí)，由于流速降低、泥沙逐漸沉積，在河流的中下游常常造成寬廣平坦的沖積平原和三角洲。我國(guó)的黃土高原和江蘇的下蜀黃土就是風(fēng)力沉積的杰作。古氣候強(qiáng)勁的西北風(fēng)從遙遠(yuǎn)的蒙古高原搬來(lái)粒粒沙塵，經(jīng)過(guò)上百萬(wàn)年形成深厚的黃土分布。

4 結(jié)語(yǔ)

巖土工程勘察在我國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)得到了較大的發(fā)展，隨著巖土工程地質(zhì)勘察技術(shù)程度的越來(lái)越成熟，準(zhǔn)確的分析評(píng)價(jià)工程地質(zhì)狀況越來(lái)越受到重視。只有運(yùn)用多種研究方法和多手段的綜合使用，才能正確反映場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件及巖土體性態(tài)。為設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)，更好地服務(wù)于工程建設(shè)的全過(guò)程。