巖土勘察技術(shù)在復雜地形地質(zhì)條件的運用

楊歷生

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

巖土工程勘察是指根據(jù)建設(shè)工程的要求，對建設(shè)場地的地質(zhì)情況、環(huán)境特征、巖土工程條件等進行查明、分析、評價，最終編制勘察文件的一系列過程。我國建設(shè)工程涉及的種類日益增多，在一些較為復雜的自然環(huán)境中，受地質(zhì)地形條件的影響，巖土工程勘察必須采用特殊技術(shù)，既需要保證勘查結(jié)果的真實性、準確性，又要避免對生態(tài)環(huán)境造成較大破壞[1]。

1 勘察技術(shù)綜述

巖土勘察技術(shù)主要是指在巖土工程的施工中，隨著工程進度的推進，依照工程需求，利用各種勘察技術(shù)對施工場所的地質(zhì)和環(huán)境進行勘察、分析，從而為工程項目建設(shè)做好準備。提前勘察為工程項目的設(shè)計和施工創(chuàng)造有利的條件，確保工程項目的安全性和穩(wěn)定性，提升工程項目的整體質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，建筑工程的技術(shù)不斷更新升級，巖土工程勘察技術(shù)有了更多細分種類，質(zhì)量也得到了極大的提高。

1.1 巖土勘察的主要步驟

研究勘察、初步勘察及詳細勘察 3 個階段。可行性研究勘察是巖土工程勘察工作中最重要的一項，主要目的是從幾個意向區(qū)域中選擇一個最為合適的地點，收集這些區(qū)域的地質(zhì)特點進行綜合分析，綜合考量這些地點的地震發(fā)生頻率、曾有建筑、建設(shè)目的和當前的施工技術(shù)等。初步勘察是為了擴大設(shè)計要求而開展的工作，主要是為了設(shè)計出符合當前巖土勘察技術(shù)的初步施工方案，為下一步細化工作做出充足的準備。詳細勘察需要結(jié)合多方面的工作進行，為工程最終確定一個合適的施工方案。進行詳細勘察工作時要結(jié)合工程設(shè)計、施工條件、地基處理要求，進行一系列的技術(shù)論證和評價，為巖土工程施工中可能出現(xiàn)的問題提供可行的解決方案，從而保證整個工程正常施工。

1.2 巖土工程中應用勘察技術(shù)的重要意義

我國幅員遼闊，地勢情況非常復雜，巖土類型多種多樣，為巖土工程的勘察和施工帶來了很大的困難。因此，在我國巖土工程實施中，巖土工程勘察技術(shù)至關(guān)重要，直接影響著建筑施工進程。勘察技術(shù)的應用可以幫助施工人員更好地了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，從而為巖土工程項目的后續(xù)工作提供科學化、準確化的沿途數(shù)據(jù)，還能及時發(fā)現(xiàn)巖土工程施工中的一些潛在問題，從而采取預防對策。

2 復雜地形地質(zhì)條件下巖土工程勘察技術(shù)簡析

2.1 復雜地形原位測試技術(shù)

原位測試技術(shù)是在巖土原來位置，或是模擬出與原位置狀態(tài)極為相似的應力環(huán)境后，對巖土性質(zhì)開展測試。此種測量方式的原理為：巖土層原來所處的位置，能夠基本保持天然結(jié)構(gòu)、天然含水量、天然應力狀態(tài)，使巖土工程勘察的重要參數(shù)—工程力學性質(zhì)指標維持極高的精度。原位測試包括靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、靜載試驗、扁板側(cè)脹試驗、應力鏟試驗、現(xiàn)場直剪試驗、巖體應力試驗、巖土波速測試等。原位測試技術(shù)原理比較簡單，常用于室內(nèi)檢測條件與工程實際情況相差過大的情況。此外，當土層、地基的基礎(chǔ)受力狀態(tài)較為復雜，或是超出預期、計算準確度不足、勘察人員缺乏經(jīng)驗、整體基礎(chǔ)的原味真型試驗較為簡單，均可以采用原位測試技術(shù)。需要注意的是，如果重要的建設(shè)工程，必須進行適度的原位測試。如圖 1所示，為巖土工程彈性力學參數(shù)原位測試儀測量原理示意圖，其中上部所示為縱橫波地面（表面）測試示意圖；左下所示為縱橫波單孔測試示意圖、右下所示為縱橫波跨孔測試示意圖[2]。

2.2 地形地質(zhì)測繪技術(shù)

地形地質(zhì)測繪技術(shù)是工程學領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一，是指對自然地理要素、地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及屬性等進行測定、采集并繪制成圖。應用于復雜地形地質(zhì)條件下的巖土工程勘察作業(yè)時，研究測定及推算目標點的幾何位置、巖土結(jié)構(gòu)形態(tài)、組分構(gòu)成等，通過具體數(shù)據(jù)，對施工現(xiàn)場的地形地質(zhì)條件進行測評和分析后，有助于判斷地形地質(zhì)的復雜程度，進而對施工現(xiàn)場的地質(zhì)構(gòu)造予以確認，最終目的在于找出施工現(xiàn)場存在的所有地質(zhì)問題并判斷能否及時解決，既可以提高勘察的準確性，也能提高工程的安全系數(shù)。

2.3 復雜地區(qū)巖層鉆探技術(shù)

與上述兩種技術(shù)相比，巖層鉆探技術(shù)的復雜性、作業(yè)難度較高。此種技術(shù)主要使用的工具為臺式或車裝鉆機，在鉆探作業(yè)中，需要使用泥漿，目的在于保護巖土壁層；而在回轉(zhuǎn)時，往往采用“彩芯”的作業(yè)方式。為了提升勘察準確性、避免出現(xiàn)意外情況，應該將砂土層巖心采取率控制在75%左右；對黏土層的巖心采取率最小值應該控制在90%，開展正常作業(yè)，土層水平、垂直方向的變化將會成為重要參數(shù)，有助于精確探測土層變化的整體趨勢，故而必須借助智能化設(shè)備，時刻記錄，如果條件允許，應該實時傳輸?shù)娇偪囟恕?/p>

3 巖土工程施工勘察現(xiàn)狀

隨著巖土工程技術(shù)的發(fā)展，巖土工程技術(shù)在數(shù)量和種類上都得到了很大的提升。豐富的工程實踐經(jīng)驗也加快了技術(shù)升級的速度，提高了大量工程技術(shù)效率的提升。巖土工程的主要勘察對象就是巖土體，我國的廣闊地形和復雜地勢給巖土勘察工作帶來了很多的挑戰(zhàn)。無論是對勘探工具、人員素質(zhì)還是指導規(guī)范都提出了很多的要求。因此，在當前的工程技術(shù)施工中還存在一些亟待解決和改善的問題。

3.1 勘探工具陳舊、技術(shù)落后

巖土工程對勘探技術(shù)的精密度要求比較高，在巖土勘探過程中只有保障了巖土勘探的精密度，才能為巖土工程施工的不同階段提供準確、詳細的數(shù)據(jù)作參考，結(jié)合實際情況制定更為合理的施工方案。但是，最新的勘察技術(shù)在巖土工程中的應用并不廣泛，目前的機器設(shè)備嚴重落后于時代的發(fā)展，大大降低了巖土工程測量的精確度，也影響了整個工程的施工周期。

3.2 指導規(guī)范匱乏

當前，我國巖土工程的施工技術(shù)發(fā)展沒有得到足夠的重視，也缺乏政府的相關(guān)政策扶持，導致我國巖土勘察的相關(guān)指導性文件比較少，與國際主流的勘察標準脫節(jié)，也無法對勘探結(jié)果進行有效的監(jiān)督，嚴重影響了我國巖土工程勘探技術(shù)的進一步發(fā)展。由于沒有相關(guān)規(guī)定，技術(shù)人員在進行勘察工作的時候缺乏統(tǒng)一的標準，全憑經(jīng)驗判斷，導致在巖土工程施工中問題頻發(fā)，增加了后期的施工成本。

3.3 工作人員綜合素質(zhì)相對較低

從當前的情況來進行分析，主要是借助于數(shù)字化技術(shù)來搜集空間定位信息，在地理信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的引導下，構(gòu)建地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，已經(jīng)變成了地質(zhì)學工作人員的重要任務(wù)。現(xiàn)階段，我國對勘察技術(shù)的革新與發(fā)展不夠重視，從業(yè)人員對勘察技術(shù)的認識也不充分，導致我國尚未建立完整的勘察知識系統(tǒng)。由于技術(shù)能力不足，導致技術(shù)人員在勘察工作中難以識別工作的要點和難點，也無法對工程問題進行預測，難以體現(xiàn)勘察技術(shù)的價值，無法在巖土工程施工中發(fā)揮其重要作用。

4 提升在復雜地形地質(zhì)條件下巖土工程勘察質(zhì)量的有效方式

4.1 借助數(shù)字智能化手段提高地質(zhì)測繪水平

隨著我國國力的提升，建設(shè)工程不再局限于城市、鄉(xiāng)村等地形地勢相對簡單、供人民群眾正常生活、工作的區(qū)域，而是逐漸向偏遠地區(qū)擴散。比如 5G 基站成功建立，信號覆蓋珠穆朗瑪峰北側(cè)全境，正是建立在極其嚴格的復雜地形巖土工程勘探的基礎(chǔ)之上。基于此，提升在復雜地形地質(zhì)條件下巖土工程的勘察質(zhì)量的首要思路在于借助數(shù)字智能化手段，對現(xiàn)有巖土工程勘察技術(shù)進行升級，進一步擴大勘察范圍，盡可能地提升數(shù)據(jù)的精確程度。比如全面收集建設(shè)工程所在區(qū)域的長久以來的土層變化情況，還應包含造成“非正常變化”的主要原因，將相關(guān)信息輸入智能化數(shù)據(jù)模擬分析系統(tǒng)中，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析之后，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，為所有進行的復雜地形、巖土勘察提供更加良好的參考。

4.2 提高對勘察和取樣工作的重視程度

無論在何種復雜的條件下，開展巖土工程勘察作業(yè)時，若要提升結(jié)果的精度，勘查過程和樣本取制樣過程都是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。基于此，提高勘察質(zhì)量的第二個思路在于重視過程、提升取制樣工藝。一般來說，如果土層的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)樣式等存在不同之處，如前文所述，勘查深度和勘察點布設(shè)必然存在差異，此時必須采用不同的勘查方案。比如勘查混轉(zhuǎn)型住宅地基時，如果層數(shù)超過10 層，則鉆孔勘察深度不可盲目加深。應該在18m 深度開展第一次勘查；之后需要圍繞建筑的承載能力、預期沉降等反復論證之后，決定是否增加鉆探深度。

4.3 引入基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定點勘察方法

在一些特殊地形地質(zhì)中，由于自然環(huán)境較為惡劣，重型勘察機械無法運抵，故而只能通過人工方式，逐漸“接近”目標區(qū)域。在此類長久性的巖土工程勘察過程中，需要“積小勝為大勝”，故而前期的努力不能浪費。基于此，可以引入基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的測控點布設(shè)勘查方法，通過衛(wèi)星傳遞勘察信息，并在系統(tǒng)中完成模擬推進的全過程，為實地作業(yè)提供基礎(chǔ)。如圖 2 所示，為基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的巖土工程勘察示意圖。其中勘察人員攜帶終端及勘查設(shè)備逐漸靠近目標區(qū)域，選擇合適位置布置好勘察點位之后，將在系統(tǒng)中予以記錄。在后續(xù)的勘察過程中，其他人員獲得的指引將更加明確，從另一個角度不斷提升了勘察結(jié)果數(shù)據(jù)的精準度[3]。

圖2 基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的巖土工程勘察示意圖

4.4 注重通過地下水勘查，獲得相關(guān)信息

地下水的存在對于巖土工程勘察的影響程度較為嚴重，基于此，注重對地下水的勘察，不僅能夠提升整體質(zhì)量，還可以通過地下水，獲取有關(guān)信息。然而地下水勘查在具體實施過程中存在一定的難度，特別是勘察時機的把控，一般在成功鉆探最后一個鉆孔后的24 小時之內(nèi)，勘察效果能夠真實反映巖土的真實情況，超過時限或提前勘探，均會使結(jié)果受到不小的影響。不僅如此，地下水很可能受周邊地區(qū)水源的影響，故而勘察人員開展相關(guān)作業(yè)前，應該充分收集目標地區(qū)地下水位歷史變化情況，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，從而得出精確的水層分層水位數(shù)值。

5 結(jié)語

整體來看，巖土工程勘察應該圍繞選址勘察（重點在于對勘察方案的可行性展開論證）、初步勘察、詳細勘察三個階段。在復雜地形地勢條件下，以上述三項內(nèi)容作為基本框架，引入數(shù)字智能化手段，完善各項勘察細節(jié)，能夠得出較為準確的結(jié)果。在可持續(xù)發(fā)展理念下，巖土工程勘察及后續(xù)的大規(guī)模工程建設(shè)，必須滿足環(huán)保要求，特別是對地下水的保護，提升工程的“綠色指數(shù)”。