巖土工程勘察設計與施工一體化模式探究

何 潘

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

在巖土工程項目中應用勘察、設計與施工一體化模式，既可以保障工程項目質量，又有助于提升建設單位的效益。在實際建設時，要求負責地質勘測、工程設計和現場施工的人員加強信息交流，實現信息共享，充分發揮這一模式的應用優勢，高效率地完成工程建設任務。

1 巖土工程勘察設計與施工一體化的價值分析

勘察、設計和施工是巖土工程建設中3個緊密相關的流程，相比于傳統的分散模式，實行一體化模式的優勢主要體現在：①顯著提高施工速度。通過加強組織協調，讓勘察人員與設計人員保持聯系，方便設計人員詳細地掌握勘察資料，從而保證了設計方案的質量與可行性，加快了設計出圖效率。讓設計人員與施工人員保持聯系，用設計圖紙指導現場施工的順利進行，提高了施工速度；②方便工程造價管理。承包商全權負責勘察、設計和施工，能夠將各種資源合理配置，對各個環節進行優化，減少工程設計變更，從而有利于工程造價的控制。除此之外，該模式還具有責任劃分明確、加快技術創新等一系列特點，一體化模式的組織架構見圖1。

圖1 設計與施工一體化模式的基本架構Fig.1 Basic framework of design and construction integration model

2 工程概況

某工程項目總用地面積14 391.7 m2，共有2棟建筑，1棟為廠房，1棟為配套用房。場地東高西低，2棟建筑的臺地落差為10.5 m。該工程區域的地質以素填土、粉質黏土、風化泥巖為主，邊坡開挖之后處于不穩定狀態，為保障建筑結構安全，需要設置邊坡支護。為節約工期和保證支護效果，采用了勘察、設計與施工一體化模式。

3 巖土工程勘察設計與施工一體化模式的應用

3.1 巖土工程勘察作業要點

3.1.1 勘察孔的布置

參考《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330—2013)，以現場邊坡為基準線，沿著邊坡走向，以50 cm為間隔，畫出1條與邊坡平行的勘探線，在該條線上以20 cm為間隔，布設勘探點。在該次工程中，現場共布設了27個勘探點，選取其中11個作為取樣點，通過采集巖土樣品為原位測試等試驗提供必要的材料。

3.1.2 鉆探成孔

鉆孔作業選擇的是XY-100型鉆機，按照“套管跟進、泥漿護壁、回旋鉆進、全孔取芯”的作業模式，完成鉆孔。初始鉆探可使用普通的合金鉆頭，達到一定深度遇到中風化巖后，要替換為金剛石鉆頭，保證成孔效果和鉆探效率。開孔口徑為130 mm，終孔口徑為100 mm。在素填土層鉆探時，可適當增加進尺深度，鉆探回次進尺深度在2.0～2.5 m之間，遇到巖層后調整為2.0 m以內。成孔后還要檢查有無孔壁開裂、明顯偏斜等問題。若成孔質量不佳，應視為廢孔，并在附近重新選擇勘探點進行鉆孔。

3.1.3 采樣及測試

使用取土器進行工程現場土樣的采集，將樣品裝入密封袋后送至實驗室進行化驗、分析。將土樣分成若干份，依次進行各項測試，如原位測試、標準貫入試驗、動力觸探試驗等。以動力觸探試驗為例，將錐頭、觸探桿、穿心錘(重63.5 kg)提升至距離測點76 cm高的地方，使其自由下落、錘擊地面。然后記錄貫入10 cm的夯擊次數為一陣擊數。測試結果見表1。

表1 動力觸探試驗結果Tab.1 Results of dynamic sounding tests

3.1.4 工程測量

在現有的鉆孔平面布置圖基礎上，利用CAD軟件采集各個勘測點的坐標，選取A4#和2C 656#作為控制點，2個控制點的坐標與高程見表2。采用RTK按設計孔位坐標將各鉆孔放置實地。坐標系統采用本市城建坐標系統，高程系統為1985國家高程基準。各勘探點位置由測量工程師采用南方測繪RTK衛星定位系統(GPS)進行施放并計算孔口高程。

3.2 巖土工程設計工作要點

3.2.1 邊坡設計原則

邊坡設計前應做好周邊環境的勘察，并且參照《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330—2013)，《巖土錨固與噴射混凝土支護工程技術規范》(GB 50086—2015)等相關規范作為設計依據。在此前提下，還要遵循以下原則：①設計方案要兼顧安全、美觀、環保、可靠等要求，保證邊坡設計方案的實用性；②基于該設計方案的邊坡支護加固，應至少達到50年的有效試用期，在該時間段內邊坡應有效抵御各種不利荷載產生的破壞，從而保障巖土工程本身的安全和穩定；③在施工條件允許的前提下，邊坡治理方案要做到簡便易行、經濟合理和安全可靠。

表2 2個測量控制點的基本信息Tab.2 Basic information of the 2 control points

3.2.2 邊坡設計方案

結合勘察資料，該工程所在地區具有邊坡高度大、坡頂與坡地環境較為復雜等特點，因此基于工程結構安全的考慮，設計邊坡安全等級為II級，邊坡穩定安全系數取1.30。該次設計驗算過程中，按一般工況、飽和工況、地震工況3種工況分別驗算。同時重要建筑物以及距離邊坡較近的建筑物應優先采用樁基礎，以避免建筑荷載對邊坡的不利影響。該工程采取錨拉式樁板墻支護，樁截面為1.0 m×1.4 m，采用雙排并列的方式，提高加固效果。另外使用預應力錨索控制變形。考慮到個別區域的地下水位較高，還要設計邊坡排水系統。于擋墻后側80～100 cm處，設計1條寬度為400 mm、深度為60 cm，與擋墻同等長度的截水溝。內部使用泥漿抹平，提高防滲效果。這樣雨水能夠沿著截水溝向下排出，避免積水滲透影響邊坡穩定。另外還設計若干處降水井，起到降低水位的效果。

3.2.3 邊坡穩定性分析

邊坡設計時必須要開展穩定性分析，作為編制邊坡設計方案的重要依據。影響邊坡穩定性的因素有工程地質條件、水文條件，以及邊坡坡形和坡頂荷載等。該工程邊坡穩定性計算結果見表3。

表3 工程邊坡穩定性分析Tab.3 Analysis of engineering slope stability

3.3 巖土工程施工技術要點

3.3.1 抗滑樁施工準備

做好施工準備對提高成樁質量和加快施工速度有積極幫助。抗滑樁施工準備事項包括：①科學選材，如水泥的標號、鋼筋的型號、砂的細度等，都是選材時必須要考慮的內容。材料經檢查合格后進場，做好妥善保存，避免水泥受潮、鋼筋銹蝕；②制備泥漿。抗滑樁的樁身采用C30混凝土澆筑而成。因此要現場確定配合比，并提前制作泥漿。通過制作試件的方式，確定混凝土試件的強度達標后，再按照該配合比批量化生產；③做好現場施工場地的整平處理，為下一步樁孔開挖創設良好條件。

3.3.2 樁孔開挖與處理

在制備泥漿的同時，在場地表面進行測量放線，參考設計圖紙標記出各個樁位點。從1#樁位上開始鉆孔，鉆機就位后，調整鉆孔與樁位點垂直、對齊。然后操作人員設定鉆機運行參數，開始進行挖孔。結合地質勘察資料，若鉆孔所在位置地下水位較高，鉆孔前要做降水處理，保證成孔效果。鉆孔達到標高后，拔出鉆頭，檢查成孔質量，沒有孔壁開裂、孔身偏斜的問題后，進行清孔。完成1#樁孔開挖后，要間隔2～3個孔再進行開挖。鉆孔產生的棄渣要使用運輸車運送至指定的堆放點，避免水土流失誘發次生危害。

3.3.3 鋼筋籠的制作與放置

鋼筋經檢查不存在銹蝕等問題后，按照設計方案現場裁切鋼筋，并采用機械連接或者雙面搭接焊的方式，制作成鋼筋籠。注意豎筋的搭接處不得放在巖層層面和滑動面處，使用吊車將焊接完成的鋼筋籠吊起，垂直于鉆孔向下放置，直至到達鉆孔底部。每個鉆孔需要放置2～5節不等的鋼筋籠，注意做好連接與固定。

3.3.4 混凝土的灌注

每次澆筑前應確保灌漿機內儲存的混凝土滿足單樁連續灌注需要，避免因為混凝土儲備不足導致澆筑中斷進而影響成樁效果的情況。若孔底存在積水，在積水深度不超過100 mm的情況下，可選擇干法灌注；若水深超過100 mm，應采取降水處理后再進行灌注。采用泵送方式灌注，將泵送管道從鋼筋籠的間隙自上而下插入，至孔底上方1 m處，然后連續注漿。期間注意做到一邊澆注、一邊拔管、一邊振搗。單孔灌注完畢后，也要采取間隔灌注的方式，避免連續灌注產生的土體擠壓導致樁身變形。現場澆筑應安排專門的監管人員，密切觀察孔樁周邊及地表情況，如有異常盡快中止施工并迅速撤離。

3.3.5成樁質量檢測

抗滑樁施工完畢后，還要開展成樁質量檢測，若檢測結果不達標，必須采取相應處理措施。檢測內容包括樁身垂直度檢測、樁身完整度檢測、樁體承載力檢測等。以樁體完整性檢測為例，使用聲波透射法進行無損檢測，如果樁體內部有孔洞、裂紋，聲波會發生改變，從而根據接收的聲波信號判斷有無裂縫，以及裂縫的位置、大小。若質量檢測結果表明影響樁的正常使用，需要采取加固措施，或者視作廢樁重新開孔、灌注。

4 巖土工程邊坡變形監測

4.1 監測內容及監測周期

開展邊坡變形監測，既是為了保障巖土工程自身的安全，又有利于維護周邊建筑物、道路的安全。因此，在施工開始后就要同步開展監測工作，并根據監測結果采取對應的措施。監測內容包括：坡頂水平/垂直位移、地面沉降、坡頂建筑物變形、錨索內力變化5項。在邊坡施工初期，將監測裝置分別安裝到各個監測點后，每天采集一次監測信息。另外，結合前期的地質勘察資料，在一些地質環境較為復雜、周圍構筑物較多的地方，可適當增加監測頻率。遇到暴雨等惡劣天氣后，也要適當提高監測頻率，確保有異常情況第一時間發現。若邊坡出現險情，則監測頻率應當>3次/d。在邊坡支護完成后，監測工作還要繼續進行，持續2年，并且保證每個月至少采集1次監測信息。

4.2 監測報警值

結合《巖土工程監測規范》(YST 5229—2019)有關要求，以及巖土工程現場的地質條件，確定邊坡支擋結構的最大允許值，該值同時也是監測報警值。若監測設備采集到的參數超出該值，則觸發報警程序，進行報警，提醒巖土工程管理人員及時采取應對措施。監測報警值的設計標準見表4。

表4 監測報警值Tab.4 Alarm indication of monitoring

4.3 監測方法及要求

為進一步提高邊坡變形監測的規范性、有效性，在實施監測作業時還應注意以下事項：①在設計完畢、施工之前，就要參考設計圖紙確定觀測點，并將監測設備提前安置，將整個邊坡施工全部納入監測范疇；②進行坡頂位移監測時，應設置不少于3個觀測點的觀測網，分別用于監測位移量、移動速度和移動方向；③抗滑樁施工完畢，要進行樁身質量檢測。采用無損檢測技術，檢測樁身內部有無孔洞、裂紋。

邊坡的監測頻率，監測點埋設后開始監測，施工期間每天對其進行監測，遇暴雨、降雨及變形過大時，應加大監測頻率，見表5。

表5 監測頻次Tab.5 Monitoring frequency

5 巖土工程勘察設計與施工一體化模式的保障措施

5.1 創新管理思維，管理人員熟悉一體化模式

勘察、設計與施工一體化在實現資源優化配置、加快工程建設進度等方面的應用優勢不言而喻，但是目前還有一些企業缺乏合作共贏的意識。要創新管理思維，迎合土建行業的發展趨勢，尤其是企業的管理層，要主動去了解勘察、設計與施工一體化模式的運行流程、操作要點、管理要求等一系列內容。在熟悉這一模式的基礎上，自上而下的將這一模式在企業內部推廣開來。讓勘察人員、設計人員、施工人員，都能夠對這一模式的意義、內容等有所了解，進而在巖土工程建設中將該模式落實下去。建議企業將一體化模式的應用效果納入到管理人員的考核中，通過提供培訓、定期考評，督促管理層、一線職工自覺應用勘察、設計與施工一體化模式。

5.2 完善配套制度，為一體化模式應用創設良好環境

從技術層面上來看，我國巖土工程勘察、設計、施工的一體化模式在應用中積累了比較豐富的經驗，技術成熟度較高。但是配套的制度、標準發展較為滯后，在一定程度上制約了這一模式的推廣和發展。下一步，政府相關部門或行業有關協會，要基于勘察設計與施工一體化模式的技術特點、工作銜接等方面，盡快出臺與之配套的規章制度、行業準則，為該模式應用價值的發揮創設良好的外部環境。例如，要明確劃分勘察、設計、施工三方主體的責任，加強相互之間的信息交流，通過破除部門之間的信息壁壘，讓各項工作的前后銜接更加緊密、過渡更加自然，在巖土工程建設中不留質量隱患。

5.3 引進信息技術，依托BIM和3S技術實現一體化管理

信息技術在土建行業的融合應用，是實現勘察、設計與施工一體化的關鍵因素。例如，將3S技術中的RS(遙感)和GPS(全球定位系統)能夠幫助勘察人員快速、全面、精確地了解野外工程所在區域的巖土條件、地表植被等信息。對于勘察所得信息，由地面接收站收到信號后，傳輸到計算機上。然后利用計算機上的GIS(地理信息系統)或BIM(建筑信息模型)等應用軟件，將二進制數據轉化成二維平面圖紙或三維立體模型，為設計人員開展巖土工程設計提供輔助。設計人員進行簡單修改后，自動出圖或參考立體模型，為巖土工程現場施工提供必要的參考，對提高施工質量有積極幫助。在信息技術的支持下，實現了從勘察到設計，再到施工的一體化。

6 結 語

在巖土工程建設中，勘察是設計的前提，設計為施工提供依據，三者之間密切聯系。推行勘察、設計與施工的一體化模式，將有助于實現企業現有資源的合理配置，做好工程建設各個環節的前后銜接，無論是對于工程質量的提升，還是成本、進度的控制，均起到了積極作用。在巖土工程項目中，除了要熟練掌握勘察、設計、施工等環節的技術要點，還要從制度層面、技術層面提供必要的保障措施，確保一體化模式得以順利實施，保證巖土工程順利建設完成。