克里格法在巖土工程勘察和地基處理中的應(yīng)用

張靜

【摘 要】根據(jù)勘探鉆孔獲得工程地質(zhì)性質(zhì)繪制的地質(zhì)剖面圖，具有很大的人為隨意性，導(dǎo)致地基處理的一定盲目性，建筑場(chǎng)地勘探點(diǎn)布置為較標(biāo)準(zhǔn)的正交網(wǎng)絡(luò)狀分布，是克里格法對(duì)樣品點(diǎn)分布的基本要求，克里格法可給出直觀的圖形定性結(jié)果，如某目的巖土層三維塊體圖，能給出理論分析定量結(jié)果，理論變異函數(shù)模型及其相關(guān)參數(shù)。可使單純依據(jù)勘探鉆孔獲得的定性成果進(jìn)化為科學(xué)的定量成果。保證精確預(yù)算，科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前只能將克里格法作為巖土工程勘察成果分析的輔助手段，采用此方法可減少隨意性，檢驗(yàn)巖土工程勘察成果，為確保建筑物安全，可為巖土工程勘察規(guī)范制定提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】克里格法；巖土工程勘察；地基處理

工程建設(shè)首先進(jìn)行場(chǎng)地巖土工程勘察，查明建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)及巖土工程條件，編制勘察文件，可采取人工處理地基，提高地基承載力。按巖土工程勘察規(guī)范，對(duì)勘探點(diǎn)間距有具體要求。

如控制性勘探點(diǎn)宜占勘探點(diǎn)總數(shù)的1/5-1/3.根據(jù)規(guī)定要求勘察所獲得成果，以勘察工程平面圖的形式提交給工程設(shè)計(jì)方，工程設(shè)計(jì)方結(jié)合建筑工程要求，進(jìn)行地基處理。

根據(jù)勘探孔繪制工程地質(zhì)剖面圖具有很大的人為隨意性，會(huì)導(dǎo)致地基處理的某種盲目性，造成工程質(zhì)量的缺陷。很多建筑物完工不久出現(xiàn)不均勻沉降，很大程度上與此有關(guān)。本文對(duì)工程地質(zhì)剖面圖繪制進(jìn)行合理的改進(jìn)，給出工程場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)地基上巖土層三維厚度變化狀態(tài)，探討完善地基處理等相關(guān)問(wèn)題【1】。

一、建筑工程概況

擬建場(chǎng)地地形東南略高，根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地巖土層自上而下分布為雜填土，強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，中風(fēng)化頁(yè)巖。雜填土雜色，松散，由碎石，碎混凝土等混少量粘性土組成，分布廣泛。強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)可辨認(rèn)，遇水易軟化崩解，埋深0.3-3.8m.中風(fēng)化頁(yè)巖黃褐色-灰色，層狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化，巖芯呈塊狀，長(zhǎng)柱狀，分布普遍，埋深3.7-21.5m.

擬建場(chǎng)地位于大連市某兩條主要道路間，場(chǎng)地周邊分布有學(xué)校街區(qū)與主要交通干線等，場(chǎng)地內(nèi)地下管網(wǎng)，地下人防工程較密集。擬建工程總體呈弧形，地上四層，按建筑物外邊線范圍大開挖，最大埋深12m.根據(jù)測(cè)試結(jié)果與建筑規(guī)范，擬建工程采用筏形基礎(chǔ)方案，中風(fēng)化頁(yè)巖巖層厚度分布不均，擬采取換填墊層法進(jìn)行褥墊處理，褥墊可采用爐渣，粗砂等材料。厚度宜取300-500mm。

二、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是研究區(qū)域變化量具有二重變化的統(tǒng)計(jì)方法，變異函數(shù)是其基本的工具。可描述區(qū)域變化的特征，描述迭加規(guī)律地質(zhì)變量空間規(guī)律變化的隨機(jī)變化，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)基于區(qū)域變化量具有某種結(jié)構(gòu)相關(guān)性假設(shè)上，如區(qū)域化變量z在空間上x與x+h樣本值是與距離h相關(guān)的。所研究某種自然現(xiàn)象變量具有連續(xù)性。

區(qū)域變化具有平穩(wěn)性，樣本值為正態(tài)分布，可通過(guò)樣本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化的調(diào)整得到滿足。在某一確定方向區(qū)域化變量無(wú)系統(tǒng)性的變化，保證統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的估計(jì)結(jié)果不出現(xiàn)偏差。

克里格是一種無(wú)偏的最優(yōu)化儲(chǔ)量計(jì)算方法，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在研究方法上取得了很大的進(jìn)展。從早期儲(chǔ)量估計(jì)擴(kuò)展到化學(xué)元素空間分布等多項(xiàng)研究對(duì)象。巖土工程勘察中只需了解空間形態(tài)，目前克里格法是一種輔助的巖土工程勘察手段，有必要應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)估計(jì)預(yù)算方法。

三、場(chǎng)地巖土層的克里格估計(jì)

根據(jù)勘探孔繪制工程地質(zhì)剖面圖不能真實(shí)反映地下巖土層厚度變化情況，克里格差值根據(jù)區(qū)域變化量具有空間位置相關(guān)性對(duì)樣品值進(jìn)行內(nèi)插，場(chǎng)地勘探點(diǎn)布置遵循巖土工程勘察規(guī)范，為克里格法在巖土勘察工程中的應(yīng)用提供了方便。

1.克里格估計(jì)結(jié)果及其地質(zhì)勘察意義

本文應(yīng)用系統(tǒng)軟件Surfer7.0提供的克里格法對(duì)場(chǎng)地地形地貌特征等進(jìn)行了克里格估計(jì)。采用一定的格網(wǎng)化法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，數(shù)學(xué)模型是繪制等值線的核心，每種數(shù)學(xué)模型有相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，通過(guò)對(duì)模型選擇可繪制各種類型的等值線圖，是在許多領(lǐng)域很有用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)格網(wǎng)化法。如高值點(diǎn)是沿脊連接，Surfer能對(duì)格網(wǎng)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行圓滑，轉(zhuǎn)化及進(jìn)行殘差分析，能自由旋轉(zhuǎn)及進(jìn)行體積計(jì)算。

純塊金效應(yīng)存在說(shuō)明變量在所有有效距離上完全缺失空間相關(guān)，表示變量間有極端變異或均勻，本文為變量極端均勻。場(chǎng)地勘察工程平面圖不會(huì)將地形地貌特征直觀的表現(xiàn)，如僅從圖件看，工程設(shè)計(jì)人員不能對(duì)場(chǎng)地地形樹立直觀的概念。

軟弱土層地面克里格估計(jì)的三維塊狀圖，東西向場(chǎng)地中央凹洼，場(chǎng)地南北分異明顯，向南部突然凹洼起伏不平，高差近18m，工程地質(zhì)情況復(fù)雜，軟弱土層厚度變化強(qiáng)烈，與勘探線各巖土層厚度變化情況吻合【2】。

場(chǎng)地地形特征僅通過(guò)工程地質(zhì)剖面不能反映，克里格估計(jì)能夠定量表示各點(diǎn)厚度變化值，給出與空間位置相關(guān)的樣品值，是克里格估計(jì)的優(yōu)越性，避免了人為的隨意性，根據(jù)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行地基處理，依據(jù)更可靠，施工方可準(zhǔn)確的計(jì)算土方工程量。

2.克里格估計(jì)的變異函數(shù)與理論擬合模型

估計(jì)方向?yàn)镹S，在2個(gè)不同估計(jì)方向變異函數(shù)存在基臺(tái)值與塊金系數(shù)相同，方差相等，反映出場(chǎng)地軟弱土層厚度變化波動(dòng)強(qiáng)烈。塊金系數(shù)為5.63，反映兩點(diǎn)間軟弱巖土層厚度在很近的距離內(nèi)存在很大的差異，因場(chǎng)地南半部軟弱土層厚度變化所致。

變程a給出2個(gè)樣本間估算最大可靠距離，與勘察規(guī)范要求鉆孔間距相當(dāng)一致。反映克里格法對(duì)巖土層厚度估算的適用性。變異函數(shù)曲線呈現(xiàn)某種周期性變化，空穴效應(yīng)存在反映區(qū)域化變量不具有穩(wěn)定性，描述了場(chǎng)地軟弱巖土層厚度NS方向上的變化。變異函數(shù)差異是場(chǎng)地軟弱巖土層厚度不同方向的差異引起，各向異性在0°與90°方向存在明顯。

本文選定理論擬合模型為球形模型，理論擬合模型為γ=5.63+10.386[1.5h/30-0.5h/303]式中h為滯后距m，最大預(yù)測(cè)半徑為30m，塊金效應(yīng)顯著，塊金效應(yīng)反映出非結(jié)構(gòu)隨機(jī)變化，塊金效應(yīng)體軟弱巖土層厚度的變化特征。

四、克里格估計(jì)的應(yīng)用意義

三維塊狀圖可給出工程場(chǎng)地地形特征，或地面形態(tài)展布特征，可幫助工程設(shè)計(jì)人員選擇地基處理設(shè)計(jì)方案，提高工程效益。采用筏形基礎(chǔ)方案，必須采取換填墊層法進(jìn)行褥墊處理，形成地基，或完全清除背半部場(chǎng)厚度達(dá)18m的上覆雜填土，工程以中風(fēng)化巖層為地基，必須動(dòng)用較大的土方量，未經(jīng)克里格法對(duì)場(chǎng)地軟弱土層地面形態(tài)估計(jì)，采用克里格法可獲得對(duì)場(chǎng)地軟土底面直觀形態(tài)的認(rèn)識(shí)，可精確的計(jì)算出土方量及相應(yīng)費(fèi)用等。可根據(jù)出的場(chǎng)地軟土底面形態(tài)，結(jié)合工程要求，確定處置方案。

場(chǎng)地南部中風(fēng)化巖層頂面起伏不平，推測(cè)為巖溶成因，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮潛伏巖溶現(xiàn)象，防止以后因潛伏巖溶現(xiàn)象出現(xiàn)局部地基變形，導(dǎo)致基礎(chǔ)不均沉降。

五、結(jié)語(yǔ)

巖土工程勘察是為建筑工程設(shè)計(jì)服務(wù)，因根據(jù)勘探孔繪制的地質(zhì)剖面圖會(huì)導(dǎo)致地基處理的一定盲目性，克里格法能描述區(qū)域化變量的空間規(guī)律變化，是一種誤差最小的最優(yōu)化儲(chǔ)量計(jì)算方法，在地基處理等方面應(yīng)用克里格法可減少隨意性。克里格法可給出直觀的圖形定性結(jié)果，客觀的展示場(chǎng)地地形特征，是工程地質(zhì)剖面圖不能反應(yīng)出的，能給出理論分析定量結(jié)果，理論擬合曲線及各相關(guān)參數(shù)。將克里格估計(jì)結(jié)果應(yīng)用于工程勘察等方面，可達(dá)到科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳媛媛.克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（03）：153-154.

[2]楊洪東，吳暢.克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2014，12（20）：41-42.