巖溶地區(qū)基坑勘察要點(diǎn)及巖土參數(shù)取值分析

楊朝發(fā)， 代萬(wàn)品

(1.貴州有色地質(zhì)工程勘察公司，貴州 貴陽(yáng) 550005；2.貴州正和工程質(zhì)量檢測(cè)試驗(yàn)研究有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550005)

0 引 言

巖溶又稱喀斯特，是指可溶性巖長(zhǎng)期受雨水的沖淋、洗刷、溶蝕等作用所形成的獨(dú)特地形地貌，常伴有溶洞、溶溝、溶槽、石芽、石林等獨(dú)特地理特征。特別是在貴州這樣的多山省份，巖溶出露廣泛，地勢(shì)起伏較大，建設(shè)場(chǎng)地受地形制約常形成深開(kāi)挖或高回填，建筑基坑四周往往高低起伏大，巖土層面起伏大，在巖溶發(fā)育場(chǎng)地因溶溝、溶槽、溶洞等影響，紅黏土層厚達(dá)二十余米，且土層底部常常呈軟塑狀態(tài)，對(duì)基坑穩(wěn)定極為不利。

1 巖溶地區(qū)基坑工程勘察面臨的難點(diǎn)及解決措施

建筑基坑因建設(shè)場(chǎng)地位置的特殊性，基坑受周邊道路、管線、已有建筑物及建設(shè)紅線的限制，特別是深基坑工程往往無(wú)法采用放坡開(kāi)挖。為增加基坑支護(hù)的可靠性，確保地基基礎(chǔ)施工安全，降低基坑支護(hù)費(fèi)用，基坑勘察成為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但因基坑周邊及建設(shè)紅線的諸多限制，在進(jìn)行勘察布孔時(shí)，場(chǎng)地平面常常無(wú)法滿足勘察范圍需要，很多勘察孔位可能落在道路上、已有建筑物內(nèi)及建設(shè)紅線外，無(wú)法進(jìn)行地質(zhì)鉆探，應(yīng)地質(zhì)調(diào)查、收集已有地質(zhì)資料為主，并結(jié)合瑞雷波法、地質(zhì)雷達(dá)法及高密度電阻率法等措施查明巖土層分布及厚度變化，查明溶洞、溶槽、溶溝的分布變化、大小形態(tài)及填充情況。

2 巖溶地區(qū)基坑工程勘察要點(diǎn)

2.1 工程地質(zhì)調(diào)查要點(diǎn)

通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查，除了解和收集場(chǎng)地附近地質(zhì)構(gòu)造、地層分布、巖層產(chǎn)狀、巖溶發(fā)育現(xiàn)象及建設(shè)所形成的基坑邊坡特點(diǎn)和周邊環(huán)境條件外，還應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查下列內(nèi)容：

(1) 場(chǎng)內(nèi)溶溝、溶槽的發(fā)育分布情況，溶洞的分布及填充情況；紅黏土的分布及厚度變化、結(jié)構(gòu)類型、靈敏度和裂隙發(fā)育特征；場(chǎng)區(qū)是否存在斷層或破碎帶等不良地質(zhì)作用，斷層或破碎帶的形態(tài)、走向、規(guī)模、發(fā)育程度及其對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定性的影響。

(2) 巖層軟弱結(jié)構(gòu)面的分布、產(chǎn)狀及填充膠結(jié)情況，巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育程度、貫通性、走向、傾角及填充膠結(jié)情況等。

(3) 臨近建筑物的基礎(chǔ)類型及埋深，地下設(shè)施和周邊道路的現(xiàn)狀、分布、走向及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并評(píng)估其對(duì)基坑開(kāi)挖變形的承受能力。

(4) 地下水類型、補(bǔ)給來(lái)源、排泄條件，地下水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系，含水層特征、埋藏深度、水位變化對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響，泉眼位置及流量變化等。

2.2 勘探要點(diǎn)

勘探是直接揭露巖土層平面分布及分層厚度變化的最主要手段，勘探布置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)調(diào)查成果、基坑邊坡等級(jí)、地形地貌特征、周邊環(huán)境條件及建設(shè)紅線位置綜合確定，在進(jìn)行基坑邊坡勘探時(shí)應(yīng)重點(diǎn)探明下列內(nèi)容：

(1) 紅黏土的平面分布及厚度變化，紅黏土狀態(tài)隨深度的變化。在土層中嚴(yán)禁采用跟水鉆進(jìn)，應(yīng)采用回旋鉆進(jìn)或振動(dòng)鉆進(jìn)，根據(jù)鉆進(jìn)的難易程度及速度判斷土性狀態(tài)的變化，并在每個(gè)支護(hù)段或溶溝、溶槽較深處布置不少于3個(gè)鉆孔，至紅黏土頂面往下每間隔0.5 m取一件土樣，測(cè)定其含水比變化，特別應(yīng)測(cè)定巖土界面附近的土樣含水比，以此判斷紅黏土狀態(tài)隨深度的變化。

(2) 在鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)固定活塞、自由活塞或單動(dòng)雙管等方法采取不擾動(dòng)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)；在地質(zhì)環(huán)境或周邊條件復(fù)雜一級(jí)基坑邊坡，鉆探方法難以準(zhǔn)確查明地下情況時(shí)，應(yīng)通過(guò)探井、探槽等方法進(jìn)行勘探，以查明紅黏土層的結(jié)構(gòu)類型、裂隙發(fā)育特征及狀態(tài)隨深度變化情況等；在鉆探取不擾動(dòng)土樣困難時(shí)，可在探井或探槽壁刻取不擾動(dòng)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

2.3 物探要點(diǎn)

因周邊環(huán)境或建設(shè)紅線限制而無(wú)法布置鉆孔，或鉆孔數(shù)量不足不能充分揭露巖土界面變化、巖溶分布及規(guī)模等條件下，應(yīng)充分利用場(chǎng)地條件布置物探測(cè)線，以查明紅黏土平面分布、深度變化，及溶溝、溶槽、溶洞等分布、規(guī)模、發(fā)育情況等。

2.4 室內(nèi)試驗(yàn)及原位測(cè)試要點(diǎn)

室內(nèi)試驗(yàn)及原位測(cè)試成果是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中進(jìn)行巖土側(cè)壓力計(jì)算的重要參數(shù)，該參數(shù)取值是否合理，不僅關(guān)系基坑工程的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)對(duì)基坑支護(hù)安全也起著至關(guān)重要的作用。另外,巖土體作為基坑支護(hù)體系不可分割的組成部分，其巖土參數(shù)不僅受到不同支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的影響，同時(shí)也受到施工過(guò)程的影響。在進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和原位測(cè)試時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制下列內(nèi)容：

(1) 在進(jìn)行原狀土試樣制備和強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)避免對(duì)土樣的擾動(dòng)；在進(jìn)行土體及巖土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面(或巖土界面)的現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)充分模擬基坑邊坡的實(shí)際受力變形及施工擾動(dòng)的不利因素，使測(cè)試成果盡可能反映基坑施工擾動(dòng)的不利影響及巖土體實(shí)際受力變形等因素。

(2) 室內(nèi)試驗(yàn)除測(cè)定不擾動(dòng)土樣的抗剪強(qiáng)度參數(shù)外，還應(yīng)測(cè)定擾動(dòng)土樣或土層的殘余抗剪強(qiáng)度。

(3) 在基坑工程勘察報(bào)告中，推薦巖土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)根據(jù)原狀土試樣抗剪強(qiáng)度、現(xiàn)場(chǎng)直接剪切測(cè)試抗剪強(qiáng)度及擾動(dòng)土樣或土層的殘余抗剪強(qiáng)度值，區(qū)分不同工況下進(jìn)行使用或經(jīng)折減后使用。

3 巖土參數(shù)取值分析

巖土參數(shù)是基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)最重要、最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，是支護(hù)體系選取、支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算、基坑邊坡穩(wěn)定性分析及變形計(jì)算的最關(guān)鍵參數(shù)。巖土參數(shù)的合理選取和正確使用，既關(guān)系基坑工程的經(jīng)濟(jì)安全，也影響著基坑支護(hù)方案的選擇和基坑施工工期的長(zhǎng)短。以下是幾種巖土參數(shù)取值的常用方法：

3.1 取樣試樣法

這是最基礎(chǔ)的一種辦法，根據(jù)巖土層分布及變化，分別獲取各主要巖土的試樣，嚴(yán)格按照相關(guān)試驗(yàn)方法，測(cè)定各試樣的物理力學(xué)數(shù)值，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析方法給出不同土層的物理力學(xué)指標(biāo)。如巖溶地區(qū)，上覆紅黏土層的狀態(tài)隨深度不斷變化，在取樣試驗(yàn)時(shí)應(yīng)分別獲取硬塑、可塑、軟塑等狀態(tài)的土樣，測(cè)定土的物理力學(xué)數(shù)值，再通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析給出不同狀態(tài)下的物理力學(xué)指標(biāo)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)法

它是室內(nèi)試驗(yàn)一種補(bǔ)充和驗(yàn)證方法，在難以取得試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，或室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果難以有效反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況時(shí)，應(yīng)采取現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)，以獲得更為可靠的巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。如土體沿巖土界面滑動(dòng)及巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面或破碎帶滑動(dòng)時(shí)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，很難通過(guò)取樣試樣取得可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)可以通過(guò)試驗(yàn)條件的設(shè)置，以模擬巖土體實(shí)際受力狀態(tài)、變形特征及施工擾動(dòng)等條件，使試驗(yàn)成果更科學(xué)可靠。

3.3 反演分析法

即根據(jù)已形成的人工或自然邊坡現(xiàn)狀的實(shí)際穩(wěn)定性狀態(tài)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果的其他物理參數(shù)，假定一個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，反演計(jì)算另一個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法。該方法需結(jié)合邊坡的主剖面形態(tài)、坡體的厚度、坡體后緣裂縫及地下水影響等因素綜合考慮，并經(jīng)過(guò)多斷面、多次反復(fù)推演，最終確定各土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

3.4 工程類比法

根據(jù)基坑邊坡高度、場(chǎng)地周邊條件及地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、巖土分布變化、巖體產(chǎn)狀、地下水特征及影響等條件，綜合分析后給出各巖土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。工程類比法適用于安全等級(jí)為三級(jí)的基坑邊坡工程，對(duì)于安全等級(jí)二級(jí)的基坑邊坡工程采用工程類比法時(shí)，應(yīng)同時(shí)具備以下三個(gè)條件：首先，坡頂與坡腳無(wú)建筑物或主要道路、管線等設(shè)施；其次，邊坡施工階段應(yīng)采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；最后，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)采取其他方法驗(yàn)證后使用。

巖土參數(shù)的合理取值是巖土工程勘察的一大難點(diǎn)，同時(shí)，采用不同方法獲得的巖土參數(shù)往往差別較大，如何合理使用不同巖土參數(shù)，是值得各巖土工程技術(shù)人員研究的重要課題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基坑勘察查明基坑邊坡的地質(zhì)條件、巖土分布變化、地下水特征等情況，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試等技術(shù)措施提出合理的巖土物理力學(xué)指標(biāo)，為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供基本的地質(zhì)條件和最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。針對(duì)巖土工程而言，勘察、設(shè)計(jì)和施工雖屬于不同的工作范疇，且各自相對(duì)獨(dú)立，但卻又密不可分。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是根據(jù)勘察報(bào)告提供的地質(zhì)條件及巖土參數(shù)進(jìn)行的，基坑的開(kāi)挖施工等對(duì)地層巖土體必然造成一定的擾動(dòng)甚至破壞，同時(shí)勘察查明的地質(zhì)條件與基坑開(kāi)挖揭露的地質(zhì)條件可以能存在一定差異，特別是巖溶發(fā)育地區(qū)，出現(xiàn)這種差異的可能性更大。因此，為有效保障地基基礎(chǔ)施工安全、縮短建設(shè)工期、降低基坑支護(hù)施工成本，基坑工程應(yīng)采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化管理辦法，根據(jù)施工揭露的地質(zhì)差異及時(shí)調(diào)整基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，保障施工安全和有效實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)。