巖土工程地質(zhì)勘察及樁基方案的選擇研究

歐高軍

（湖南化工地質(zhì)工程勘察院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

地質(zhì)勘察是巖土工程中的關(guān)鍵組成部分，直接關(guān)系到工程的設(shè)計施工、工程的周期和造價。因此，在工程前期準(zhǔn)備中，必須要重視對巖土的研究勘察，預(yù)測可能會在工程項目建設(shè)出現(xiàn)的問題，先行對預(yù)防和治理措施進(jìn)行思考，才能開展下一環(huán)節(jié)的工作，合理優(yōu)選出樁基方案，為工程的設(shè)計施工提供保障。

1 巖土工程地質(zhì)勘察的概述

在開展巖土工程施工工作前，要由專業(yè)的勘察單位使用專業(yè)的勘察設(shè)備對施工現(xiàn)場進(jìn)行全面的測量、采樣以及試驗、檢驗等工作，進(jìn)而對施工現(xiàn)場的地質(zhì)地貌、水文環(huán)境做出全面的了解，并為后續(xù)樁基方案的選擇以及施工方案的制定提供重要依據(jù)。

1.1 地質(zhì)勘察的步驟分析

首先，勘察過程中要對工程區(qū)域內(nèi)的巖土類別、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及地基土地層狀況、分布規(guī)律等進(jìn)行做出全面的勘察，并對巖土的工程特性做出分析。其次，要對施工現(xiàn)場的場地復(fù)雜狀況以及擬建建筑的等級做出了解，并以此為基礎(chǔ)開展鉆孔工作。這一期間，要選用合理的勘察方法，同時還要開展工程勘察綱要的編制。此外，要結(jié)合勘察數(shù)據(jù)和勘察結(jié)果，合理開展巖土工程設(shè)計，制定相應(yīng)的施工方案與病害防治措施。最后，還要結(jié)合巖土工程已有的理論構(gòu)架與地質(zhì)勘察經(jīng)驗，結(jié)合工程實際狀況，合理、有序進(jìn)行巖土工程的地質(zhì)勘察。

1.2 巖土工程地質(zhì)勘察要點分析

工程建設(shè)期間，要求工程勘察人員嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工現(xiàn)場地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造等方面的勘察，對工程的地質(zhì)、水文條件進(jìn)行全面的掌握，在了解施工區(qū)地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖土工程項目要求，分析地質(zhì)環(huán)境與工程間聯(lián)系，合理制定設(shè)計施工方案。但地質(zhì)勘察工作的展開，要求施工人員應(yīng)首先進(jìn)入到施工現(xiàn)場，全面搜集各類資料。然后，待資料收集完畢后，使用相關(guān)儀器展開測繪工作。同時，提取現(xiàn)場土層，以實驗形式探究土層性質(zhì)，并建立施工現(xiàn)場模型，直觀化展示巖土工程施工現(xiàn)場地質(zhì)狀況，最終將調(diào)查數(shù)據(jù)編制成勘察報告。

2 樁基方案的選擇

現(xiàn)階段，常用到的樁基類型主要有以下三種：其一，就是鉆孔樁。相比于其他類型的樁基結(jié)構(gòu)而言，鉆孔樁的直徑相對較大，受力形式較為簡單。同時，鉆孔樁的施工工藝簡便，有著較強的承載能力。如果施工現(xiàn)場的巖石表面凹凸不平，并且主要以單—巖石地基為主，那么可以采用這一樁基形式。施工期間，要對裂縫等問題進(jìn)行嚴(yán)格把控，避免鉆孔樁出現(xiàn)裂縫、傾斜問題，以免影響到樁基的穩(wěn)定性和承載能力。其二，夯擴樁在巖土工程中也有著廣泛的應(yīng)用。夯擴樁主要由混凝土與鋼筋等材料構(gòu)成。夯擴樁的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在樁尖阻力方面。同時，由于樁端截面面積較大，因而能夠提高樁基的整體承載能力。其三，巖土工程施工期間也常用到灌注樁。灌注樁的施工主要包含兩大部分：鋼筋籠的制作、混凝土的澆筑。特別在一些巖溶地區(qū)，灌注樁有著廣泛的應(yīng)用。

3 案例分析

3.1 工程概況

擬建安化縣城南區(qū)茶都安置房（二）南側(cè)的護(hù)坡長約150m，坡頂面標(biāo)高約121.00m，呈L形，分為ABC段、CD段；其中，ABC段位于西側(cè)，呈南北向，長約20m，該側(cè)紅線外擬建怡和家園地下室（基坑深5.0m），坡底面設(shè)計地坪標(biāo)高為105.00m，支護(hù)高度約16.0m；CD段位于北側(cè)，呈東西向，長約130m，該側(cè)紅線外北面擬建茶都安置房（二），坡底面設(shè)計地坪標(biāo)高為110.00m，支護(hù)高度約11.0m。其中，下圖1為擬建護(hù)坡位置示意圖。

圖1 擬建護(hù)坡位置示意圖

3.2 地質(zhì)勘察分析

3.2.1 勘察方法

本工程的勘察環(huán)節(jié)中，主要用到了以下幾種勘察方法：第一，鉆探法。具體勘察期間，投入了GY-1型鉆機2臺套。鉆孔口徑φ127～146，開孔孔徑127mm～146mm，終孔孔徑方面達(dá)到了91mm～108mm。在進(jìn)行填土層、黏性土層以及全風(fēng)化層的勘察時，主要應(yīng)用的是沖（錘）擊鉆進(jìn)技術(shù)，并采用套管進(jìn)行護(hù)壁；在進(jìn)行巖層的鉆探時，主要用到的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，使用泥漿護(hù)壁。第二，取樣。對于土樣的采集，用到的是活塞薄壁取土設(shè)備。對于巖樣的采集，用到的是鉆探巖芯制作的方法；對于水樣的采取，使用的是直接鉆孔取樣的方法。第三，勘察時還用到了原位測試的方法。通過開展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，可以獲取黏性土層以及風(fēng)化巖層的各類物理、力學(xué)參數(shù)，試驗期間嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗流程與規(guī)范進(jìn)行操作。同時，本次勘察工作中還進(jìn)行了動力觸探（N63.5）試驗，具體試驗過程中使用的是自由落錘法。

3.2.2 場地環(huán)境和工程地質(zhì)、水文條件分析

其一，本工程的地形地貌狀況如下：場地位于益陽市安化縣城南區(qū)，原始地貌為低山丘陵地貌。擬處理的邊坡總長約150m，坡頂面除西北角已開挖外其余范圍場地較為平坦，坡頂面地坪標(biāo)高約121.00m。北側(cè)區(qū)域的地形相對平坦，盡在施工場地的西北角、西側(cè)存在著一定范圍的邊坡地貌，為場地挖填過程中形成，坡頂面標(biāo)高約121.00m，坡底面標(biāo)高約110.65m～111.57m，現(xiàn)狀邊坡坡率約1：1到1：1.5，局部現(xiàn)狀邊坡坡面頂部較陡見少量崩塌；場地東側(cè)已設(shè)擋土墻，高約3.00m。在本次的鉆孔工作中，孔口標(biāo)高主要在110.65m～121.14m之間，孔口的相對高差達(dá)到了10.49m。

其二，氣候水文方面，安化縣位于資水的中游地區(qū)，處于典型的亞熱帶季風(fēng)區(qū)，該地區(qū)的雨量相對充沛，氣候較為溫和。年平均氣溫可以達(dá)到16.1℃～16.9℃之間，年降雨量可以達(dá)到1230mm～1700mm。

其三，擬建場地區(qū)域巖層主要為頁巖及炭質(zhì)泥灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r。據(jù)場地以北鄰近場地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，頁巖產(chǎn)狀大體的傾斜狀況為傾向150°～170°，傾角為60°～80°。

其四，由于受到施工現(xiàn)場不良地質(zhì)作用的影響，現(xiàn)狀邊坡存在著崩塌的危險，并且泥灰?guī)r存在著微溶蝕的問題。在本次的勘察過程中，并沒有發(fā)現(xiàn)泥石流、采空區(qū)以及變形沉降等不良地質(zhì)作用。

其五，通過鉆孔發(fā)現(xiàn)，施工現(xiàn)場的地層巖性狀況如下（①～⑥代表的是地層序號）：首先，對于素填土（Qml）①而言，主要呈現(xiàn)出灰黑色、黃褐色，該地層稍濕、土質(zhì)松散。在本次的勘察工作期間，擬建場地內(nèi)除了鉆孔ZK1、ZK2以及ZK9之外，都發(fā)現(xiàn)素填土層的存在，該層的厚度介于0.50m～2.20m之間，土層的平均厚度為0.82m。其次，對于角礫（Qdl+el）②而言，主要呈現(xiàn)出黃褐色、灰黃色夾灰黑色，該地層稍濕、稍密，局部地區(qū)呈現(xiàn)出中密狀，礫石主要為頁巖、泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖碎塊，磨圓度較差，粒徑5mm～60mm不等，大者達(dá)100mm以上。此外，角礫層的泥質(zhì)含量主要介于25%～40%之間。在本次的勘察環(huán)節(jié)中，發(fā)現(xiàn)擬建場地內(nèi)盡在ZK3以及ZK10、ZK11、ZK18有角礫層的分布，層厚達(dá)到了2.60m～6.10m，平均厚度為3.76m。此外，對于粉質(zhì)黏土（Qdl+el）③而言，主要呈現(xiàn)出灰黃色、黃褐色，該層具有可塑、局部軟塑的特性。在本次的勘察過程中，發(fā)現(xiàn)ZK12、ZK13、ZK14以及ZK15、ZK16具有粉質(zhì)粘土層的分布，層厚介于1.70m～6.30m之間，平均厚度達(dá)到了4.04m。另外，施工現(xiàn)場還以此分布著全風(fēng)化頁巖④、強風(fēng)化頁巖⑤以及中風(fēng)化泥灰?guī)r⑥。其中，全風(fēng)化頁巖④主要呈現(xiàn)出灰黃色與黃褐色，該地層在擬建工程的施工現(xiàn)場分布相對普遍，層厚主要介于4.10m～18.80m之間，平均厚度達(dá)到了11.99m。

其六，勘察期間分析，場地外主要地表水為場地北側(cè)約270m的資水。其中，下表1為場地巖土層工程特性指標(biāo)推薦值。

3.2.3 工程風(fēng)險分析與評價

（1）場地分析與評價。通過收集施工區(qū)域的地質(zhì)、水文資料，并開展鉆探勘察工作發(fā)現(xiàn)，施工現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)新構(gòu)造運行以及斷裂構(gòu)造等相關(guān)跡象，除西北角邊坡局部因開挖放坡角度較大頂部發(fā)生少量崩塌問題之外，場地中的下伏泥灰?guī)r存在著微溶蝕現(xiàn)場。

（2）特殊性巖土評價。在本工程中，特殊性巖土地層主要有三個：首先，素填土層呈松散狀，穩(wěn)定性差，主要為新近填土；在場地西北角超挖部分如需要回填，需采取分層碾壓或夯實等處理措施達(dá)到設(shè)計要求。其次，頁巖全（強）風(fēng)化層，在自然狀態(tài)（原狀）下強度較高，具有遇水軟化崩解的特點，水浸泡后強度顯著降低，坡面易發(fā)生崩解和塌方等，不利于邊坡穩(wěn)定，因此基礎(chǔ)施工應(yīng)及時封砼，以免其力學(xué)性能降低。

表1 場地巖土層工程特性指標(biāo)推薦值

（3）地下水和地表水評價。場地內(nèi)分布著填土層，場地地處多雨地區(qū)，根據(jù)區(qū)域施工經(jīng)驗，雨季場地內(nèi)的填土層可能會匯集少量大氣降水，匯集的水會對組成邊坡的素填土①、粉質(zhì)黏土③和全風(fēng)化頁巖⑤造成軟化，自重增加，強度降低，進(jìn)而影響邊坡穩(wěn)定，設(shè)計施工時應(yīng)加強邊坡周邊截排水及坡面與坡頂面防水措施，并做好坡體泄水措施，防止水毀等問題的發(fā)生。

3.3 樁基方案的選擇

本項目中，針對AD段以及BCC1段的不同地質(zhì)、水文環(huán)境，采用了不同類型的樁基形式。

3.3.1 AD段樁基方案的選擇

針對AB段、C1C2、C2D、DE段的實際地層狀況，宜采用樁錨加固方案。其中，AB、C1C2應(yīng)采用人工挖孔樁形式，C2D、DE可采用機械旋挖或人工挖孔樁的形式，樁頂設(shè)冠梁，樁側(cè)植錨筋掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面板，錨索設(shè)腰梁。AB、C1C2、C2D、DE段施工順序為：施工準(zhǔn)備--樁孔放線定位--人工挖孔樁施工--錨索施工--樁側(cè)植錨筋掛掛網(wǎng)噴射混凝土面板--錨墩墊板安裝--抗拔試驗--張拉鎖定--下排錨索施工--樁側(cè)植錨筋掛掛網(wǎng)噴射混凝土面板--錨墩墊板安裝--抗拔試驗--張拉鎖定--截排水溝、泄水孔--驗收。

3.3.2 BCC1段樁基方案的選擇

針對BCC1段的實際地層狀況，應(yīng)采用人工挖孔樁形式，在樁頂設(shè)置冠梁，樁側(cè)植錨筋與擋土板連接。除樁頂設(shè)冠梁外，中部設(shè)冠梁，陽角內(nèi)設(shè)一樁，通過拉梁連接對拉陽角兩側(cè)樁。其施工順序如下：施工準(zhǔn)備--樁孔放線定位--（原狀已切坡段）人工挖孔樁施工--下排第二排拉梁施工--樁側(cè)植錨筋掛網(wǎng)噴射混凝土面板--土方部分回填處理--上部兩道拉梁施工--土方回填處理整平--截排水溝、泄水孔--驗收。以上AD各段邊坡開挖支護(hù)應(yīng)采用先樁后錨、分段跳挖、及時施工的程序，錨索張拉鎖定也應(yīng)間跳施工。其中樁側(cè)臨空段需回填土保證挖樁安全。AB段、BCC1段由于在斜坡上進(jìn)行人工挖樁，存在一定風(fēng)險，應(yīng)采取相應(yīng)防護(hù)措施。

3.3.3 支護(hù)樁施工技術(shù)

支護(hù)樁施工前應(yīng)熟悉掌握設(shè)計圖紙及相關(guān)要求；應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)范施工，不得擅自變更設(shè)計。首先，在開展樁孔開挖施工之前，要對坡體上存在的不穩(wěn)定土體進(jìn)行及時的清理，必要時采取專門護(hù)壁措施，防治塌孔，局部樁側(cè)臨空段需回填土保護(hù)后方可挖樁；其次，施工期間，施工單位以及建設(shè)單位、現(xiàn)場監(jiān)理單位應(yīng)對每根支護(hù)樁進(jìn)行地質(zhì)驗槽，確保支護(hù)樁的嵌固段深度，若嵌固段地層差別較大，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況合理確定嵌固段樁基長度。

3.3.4 錨索施工技術(shù)

對于錨索施工工作而言，應(yīng)按照成孔、清孔、錨索施工、注漿、張拉等施工順序開展相應(yīng)的施工。具體施工期間，應(yīng)重點加強以下幾方面的管控：一方面，施工過程中要對錨索孔位進(jìn)行嚴(yán)格控制，其允許偏差不能超過±100mm；同時，孔徑的偏差不能超過±5mm，孔深的偏差值不能超過±50mm。另一方面，施工時對于錨桿（索）的張拉主要使用的是間隔張拉的方法。

3.3.5 擋土板、噴砼面板施工技術(shù)

其一，擋土板主要采用現(xiàn)澆而成，在施工護(hù)壁樁時，樁臨空側(cè)設(shè)錨筋，錨固長度不小于15d。擋土板每隔2m左右設(shè)一泄水孔，擋土板最下一排泄水孔的高度高于坡腳的高度約200mm。其二，在開展噴砼面板的噴射施工時，應(yīng)嚴(yán)格按照“分段、分片”的原則進(jìn)行噴射。對于同一分段內(nèi)的混凝土，應(yīng)遵循“自下而上”的噴射順序。

3.3.6 伸縮縫

支護(hù)砼板伸縮縫按設(shè)計位置進(jìn)行留設(shè)，縫寬300mm，以瀝青碼蹄脂嵌縫。

3.3.7 泄水孔及截排水溝技術(shù)要求

首先，在本工程中泄水孔采用的是φ50PVC管，泄水孔孔斜5%～10%，豎向每隔2m布置一根。需要注意的是，需要在泄水孔的后方設(shè)置一層反濾層。其次，在坡頂、坡底等位置，要按要求做好截水溝、排水溝的設(shè)置，其尺寸規(guī)格與配筋狀況應(yīng)滿足設(shè)計要求。排水溝應(yīng)與周圍的排水系統(tǒng)相連接。

3.3.8 土方施工技術(shù)

其一，在進(jìn)行填土施工時，首先要對現(xiàn)狀坡面進(jìn)行表面清理，清除表面覆蓋層，包括植被，沖積土等軟弱土層，分層壓實填土應(yīng)與原邊坡的老土直接接觸，在接觸面每隔2m高開挖槽，使填土與老土呈階梯型接觸。其二，對于開挖土方施工工作而言，應(yīng)嚴(yán)格按照“分層、分段”的開挖原則進(jìn)行施工。挖土期間，要使用專門的機械設(shè)備，分層開挖的深度不能超過2.0m，要確保坡面的平整效果，防止出現(xiàn)超挖、欠挖等問題。

4 結(jié)語

工程建設(shè)之前，做好巖土工程勘察是非常必要的。通過對巖土地質(zhì)進(jìn)行勘探，能夠全面掌握工程地質(zhì)情況，及時掌握可能會對工程項目建設(shè)造成威脅的地質(zhì)因素，制定合理的施工預(yù)防計劃，避免出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題。