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對巖土工程勘察的新認識

導語

在各種工程項目建設中,巖土或者為材料,或者為介質與其他物質相互作用,作為工程項目必不可少的一種材料,我們必須對其進行充分的了解,為工程項目的設計與施工打好基礎。如何才能了解巖土的特質呢?進行巖土工程地質勘察就是基本的手段,通過對實地考察,了解施工地區的巖土特質,為工程項目的順利施工提供必要的地質資料,對潛藏的安全隱患進行制定有效的預防手段,在定性的基礎上做出定量的工程地質評價。巖土工程勘察質量的好壞直接對整個工程的安全性和經濟性造成影響。所以我們在實際工作中,一定要提高大家對勘察工作重要性的認識,不斷改進勘察手段,提高勘察質量,保證工程質量安全,特別是的巖土勘查研究工作,一丁點的疏忽都會造成重大安全事故。

一、引言

通常人們所說的“巖土工程勘察”主要指的是民用、工業建筑工程的勘察。勘察主體主要包括地基處理、邊坡工程、岸邊工程、管線及架空線路、市政工程、工業廠房、房屋樓舍、學校樓舍等。巖土工程地質勘察的主要內容包括:現場檢驗和檢測、原位測試、勘探及采取土試樣、工程地質調查和測繪、室內試驗,根據以上辦法,對場地工程地質條件進行定性或定量分析評價,編制滿足不同階段所需的成果報告文件。

巖土工程勘察是工程設計的先決條件。一般巖土工程信息,包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風化層厚度以及各種物探、化探資料,這些資科只是一些離散的數據,巖土工程技術人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質參數的分布規律。更何況傳統的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態的表達,這種表達描述空間構造起伏變化的直觀性差,往往不能充分的揭示它們空間變化的規律,難以使人們直接、完整、準確的理解,也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。

隨著計算機圖形處理技術的完善,已經完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數字化、巖土工程數據庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質解釋以及空間分析和預測、地學統計和圖形可視化的一體化系統,繼而發展成為現代化、信息化為一體的巖土工程勘察數字化新體系。

巖土工程勘察要求我們不僅僅限于傳統的勘察方法和勘察手段,還要面臨更多的考驗,需要找到更科學、更有效的解決辦法。基礎地質主要是對區域地質的調查和基礎地質的研究,不僅可以為巖土工程勘察提供原始的地質資料,還能有效節約勘察的成本和對技術的要求。

二、巖土工程勘查研究的現狀及解決辦法

1.巖土工程勘查研究的現狀及存在的問題

巖土工程勘察工作一個的特點是地層情況變數大,沒有一個場地條件和土質情況是同樣的。國家規范和行業規范很多也很具體,但都不能照搬硬套。巖土工程勘察工作應根據擬建工程特點和場區工程地質條件確定。在工程實踐中應注意以下問題:

(1) 資料搜集不全,任務目的不明確。只有設計意圖明確,才能有的放矢,才能有效地解決工程設計和施工過程中的巖土工程問題。但不少勘察報告的前期資料搜集不全面,擬建工程的地面整平標高、結構形式等情況也不詳細,設計單位的勘察技術要求嚴重缺乏。

(2) 勘察方法、技術落后。隨著經濟和技術的高速發展,傳統的勘查方法和傳統的勘察手段、方法已經很難滿足設計的需求.存在著諸多急需解決的巖土工程勘察技術問題。這些問題主要有以下幾個方面,野外勘測中勘測點的合理布設問題、地質界面劃分問題、巖土參數和地基承載力的確定問題、對勘察的野外和室內原始資料的整理、分析、利用問題。存在上述問題的主要原因是巖土工程勘查人員沒有掌握先進的勘察技術,缺乏建筑、結構設計方面的知識。

(3) 界面劃分不明確。主要包括巖石風化程度和巖土體的界面劃分,軟弱結構面以及地質構造的判斷,還有不良地質體的地質界面等。例如:在實例中的界面劃分,有的時候會出現劃分的混淆。勘察工作的內容,不僅應提供滿足建筑結構荷載所需要巖土工程特性指標和地基基礎設計參數,尚應包括可能影響工程穩定的不良地質作用、建筑場地類別、建筑抗震地段劃分和巖土地震穩定性等對建筑場地穩定性適宜性評價所需要的內容。

(4) 地下水的問題。地下水不僅是巖土的重要組成部分,也是建筑工程的環境,直接影響著巖土的形狀,也左右著建筑物的耐久性、穩定性,因此,能否提供準確、可靠的水位及水質測量數據成為了工程勘察中必須注意的大問題,對地下水位的變化幅度測量是不容錯誤存在的,無論是上升還是下降都會給建筑質量和地下水質帶來一系列的不良影響,使地下水質惡化或影響建筑地的土壤性質。

(5) 技術素質的問題:主要涉及到勘察技術人員知識的廣度與深度,勘察各之間缺乏技術交流與內部的溝通,不了解各自的技術服務對象和技術發展的狀況,導致一旦遇到了復雜工程和重大項目的時候往往束手無策,不知道該采取何種技術方法及手段去解決所面對的技術問題。

2.巖土工程地質勘查技術改進方法探究

(1) 認真編寫勘察報告

勘察報告的準確編寫可使勘察工作少走彎路,若不能滿足建設要求,會使本可一次完成的勘察工作進行復工,不僅會使業主有更多的費用支出還會延長施工的時聞。所以,在勘察前一定弄清建設要求和建筑結構概況,然后選擇合適的測量方法,再有切實根據的情況下勘察,消除編寫誤區,才能使報告在各方面滿足土建設計要求。

(2) 合理選用測試方法

應根據擬建工程的規模和重要性,巖土的性質以及按要求提供的設計參數合理選用澍試方法,在軟土地區的勘察工作中配合一定量的勘探孔,以滿足直接取樣和鑒另Ⅱ地層的要求。在勘察前,盡可能搜集工程附近的地質資料,了解工程的規模和可采取的地基基礎型式,熟悉原位測試方法的適用性是技術人員必須要做的.然后方能確定采用何種測試方法,以確保勘察結果的正確性。

(3) 明確粉土的定義及劃分界限

明確粉土的定義,建筑地基基礎規范對粉土的定義為:塑性指數IP小于等于10且粒徑大于0.075mm 的顆粒含量不超過全重的50%的土。只有明確了粉土的定義和劃分界限,才能在實際的勘察工作中更好的對不同質地的粉土和粉砂等進行劃分,從而采用合理的勘察方式,為工程建設施工提供可靠的技術數據。

(4) 嚴格勘查水位分層

對于多層地下水位勘察單位應該嚴格分層觀察,不能以混合水位代替;觀測水位時應考慮到四周地下水的開采情況的影響,看測得的水位是否偏深;要分析歷年地下水的水位變化幅度及歷史水位;規范要求提供地下水位與其變化幅度,查明埋藏條件,勘察人員應結合各地的實際情況總結地下水位的變化情況。

(5) 加強培訓和教育

加強對技術勘察人員的培訓和素質教育,是技術人員的只是能夠不斷的更新換代,跟上社會發展的步伐。勘察單位內部實行輪班制度。促進各部門的技術交流和知識滲透,多組織技術人員參加各種相關的學術活動和知識講座,以擴大技術人員知識的廣度和深度,另外,計算機的應用也可極大的提高工作效率。

三、運用現代化科學技術進行巖土工程地質勘查研究

改革開放以來,我國的巖土工程勘察設計工作取得了長足的進步,特另Ⅱ是計算機技術和現代科技技術的應用,使巖士工程勘察、設計工作更是迅猛發展,主要表現在:

①我國巖土工程勘察在裝備和先進技術應用水平上有較大進步和提高,尤其是進入20世紀90年代以來,各勘察設計院在勘探、測量、設計等方面對計算機的應用都有了很大的發展。

②隨著RS、GIS,GPS (3S技術)的發展與集成。已促使巖土工程勘察進入到以數據庫為核心的勘察設計一體化產業體系。但是在注視上述發展的同時也應該看到,目前雖然計算機輔助設計(CAD)已廣泛應用于巖土工程勘察設計中,功能日益完善。但是,由于多種原因,巖土工程勘察設計之間仍有許多問題欲待完善。因此我們需要發展和推廣巖工程勘察數字化和一體化技術,運用現代化科學技術進行巖土工程地質勘查。

運用現代化科學技術進行巖土工程地質勘查,是指運用數字化勘查技術進行巖土勘查。數字化巖土工程勘察是指應用當代測繪技術、數據庫技術、計算機技術、網絡通信技術和CAD技術,通過計算機及其軟件,把一個工程項目的所有信息(包括勘察、設計、進度、計劃、變更等數據)有機的集成起來,建立綜合的計算機輔助信息流程,使勘查設計的技術手段從手工方式向CAD 技術轉變,做到數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化,逐步形成和建立適應多、多工種生產的商效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。該技術體系用系統工程觀點,把勘察、設計的圖紙、圖像、表格、文字等以數字化形式存儲,供各設計使用。

從以上說明可以看出,通過現代化科學技術完美可以建立數字化巖土勘查工程數據系統,該系統可以通過以下幾個步驟實施構建:

(1) 巖土工程勘察數據庫的概念模型設計

巖土工程勘察數據庫管理作為巖土工程勘察數字化系統的一項基礎工作,是一個數據密集,處理復雜的數據庫應用問題,為了能夠獲得反映信息世界的概念性數據模型,將與實體和聯系相關的功能與行為剝離出來,僅從現實世界中實體的數據側面來建立模型即研究數據對象與屬性及其關系,并在此基礎上建立相對應的數據庫表結構。

(2) 數據庫建立實現

巖土工程一體化系統的數據有三類:用戶輸入的原始數據、系統生成的中間數據及數據。原始數據由測點數據組成,而測點數據又由測點幾何屬性數據(位置)和測點信息屬性數據;中間數據包括根據原始數據系統自動生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等,根據這些模型可以生成用戶需要的各種圖件,還可以進行各種信息查詢操作;數據種類繁多。主要是根據用戶需要由中間數據生成,包括圖形資料和文檔資料(如地質勘查報告等)。

四、巖土工程地質勘查技術方法研究

在巖土工程地質勘察方面,對某些特殊地質的勘察尤其要注意,特別是軟土、地震區的勘察,同時注意巖土工程勘查施工過程中的質量控制。

1.巖土工程地質勘查的重點及方法

(1) 軟土的勘查方法

軟土地基的勘察重點主要包括:查明軟土的分布范圍,生成環境,埋藏深度、軟土層和表層硬殼、下臥壓縮層的厚度及其分層物理力學性質,軟土底部硬層的坡度,有無排水層次,地下水的埋藏、補給、逕流和排泄條件。

軟土地基勘察應采用鉆探和原位測試相結合的綜合勘探方法。勘探、測試及土工試驗中應重點注意以下幾點:

1) 勘探、測試點的布置、密度應根據軟土的成因類型及地層結構、成層條件、硬底橫坡等軟土的空間變化特點確定。如:長江沖積平原、太湖湖積平原等區沉積的軟土多治古湖沼、古河道及暗埋的塘渠分布,且其地表微地貌多被人類活動所破壞,勘探點縱向間距宣控制在5O。左右,在軟土分布界線附近還應適當加密,以準確確定軟土的分布范圍;而在濱海平原區,由于軟土地層成層較穩定,勘探點縱向間距可控制在lOOm 左右。在查明軟土的分布范圍及縱向變化特征的基礎上進行橫斷面勘探。

2) 鉆探、原位測試(主要包括靜力觸探、十字板剪切試驗、應力鏟試驗、螺旋板載荷試驗、動力觸探、標準貫人試驗等)方法的綜合運用應根據地層巖性特點、建筑物的類型、規模、基礎型式等情況決定,注意勘探、測試方法的適宜性。如:對于飽和粉土、砂類土,由于采取原狀土樣困難且極易析水,各類指標應以原位測試成果為主。對于橋涵基礎當采用靜力觸探時(單橋靜力觸探為主),宜配合一定數量的雙橋靜力觸探,而對路基工程應有適當的孔壓靜力觸探孔。對于均質的飽和軟黏土,十字板剪切試驗是獲取軟土抗剪強度指標的合適方法。

3) 為更好地發揮鉆探、原位測試綜合勘探的效果,解決兩者在土類劃分、地基承載力等參數取值上的差異,宜在不同地貌單元、不同巖相地段進行鉆探與原位測試的對比試驗,建立其相關關系,并采用載荷試驗校核。

(2) 地震區的勘查方法

以京滬為例,京滬經過地震動峰值加速度0.19以上的區域所占比重較大,其中有大量的液化土地基分布。南京越江隧道區域,其地震動峰值加速度為0.19。在池河附近經過郯廬活動性斷裂帶的主干斷裂。因此,加強地震區的工程地質勘察,為在工程建筑物的設計中合理確定抗震減災措施,提供全面、可靠的地震地質資料,對確保京滬的長期安全是非常重要的。

1) 加強液化土的判別

當線路通過地震動峰值加速度為0.19以上地區時,應進行場地和地基地震效應的工程地質勘察。對地面15~20m 范圍內的飽和砂土或飽和粉土層,應判別其在地震作用下液化的可能性。通過鉆探、物探及原位測試等綜合勘探方法,查明地面以下15~20m 范圍內飽和砂土或飽和粉土層的埋藏深度、層位、層厚、分布范圍及上覆非液化土層的厚度和地下水位等。通過標準貫人試驗、靜力觸探及剪切波速測試等方法,結合土工試驗來判別地震液化的可能和等級。并可適當選擇代表性工點進行液化土的動力特性試驗,主要包括動三軸強度試驗及動三軸液化試驗,為評價地基土液化危害的程度及對工程穩定性的影響,提出合理的防止地基液化措施提供可靠的依據。

2) 對特別重要的工程、活動性斷裂等進行場地地震安全性評價

對特別重要的工程、活動性斷裂等進行場地地震安全性評價,是線路選線、工程設計中采取有效的抗震措施的基礎,對保證的安全是至關重要的。如南京越江工程,是京滬的標志性工程,通過地震場地安全性評價,復核工程場地的地震基本烈度,提出該工程場地不同超越概率水準的動峰值加速度、反應譜及時程曲線等地震動參數,評估工程場地地震地質災害(如砂土液化、軟土震陷等)的危害程度,為設計提供科學依據。

(3) 路基填料的勘查方法

以往鐵路工程建設的經驗表明,對路基填料質量控制重視不夠,是造成路基病害的重要原因。在京滬的前期工作中,鐵道部領導及有關專家都多次強調做好該項工作的重要性。有專家提出對路基填料應按建筑材料的要求進行勘察。

因此路基填料的工程地質勘察應作為工程地質勘察的重點加以高度重視。

1) 路基填料的勘察涉及工程經濟、線路、地質等多個,應加強各的配合。以路基土石方調配為基礎,做好填料來源的選點工作,分段落實,并與地方政府有關部門簽訂相關協議。填料缺乏或填料不良地段,應擴大土源選點范圍,進行多方案比較。

2) 集中取土場的勘察:查明場地的地形地貌、可開采范圍以及是否符合國家環境保護的有關規定。并根據場地特點、開采范圍及儲量計算方法需要布置勘探斷面;填料的土工試驗是評價填料質量,劃分填料級別的重要依據。應針對不同填料類型確定試驗項目。

2.巖土工程勘查施工過程中的質量控制

(1) 行業加強勘察單位的管理

一方面提高勘察企業的市場準入制,除了應相應的技術人員進行嚴格審查外,還應包括設備和質量管理體系等進行嚴格的審查,淘掉那些技術人員不足、技術設備落后和質量管理混亂的勘察企業。另一方面,在制度上和規程上加強對勘察企業在科技投入的管理,如建筑行業行政部門在制度和規程上要多引導和鼓勵企業增加科技投入,加強技術儲備和技術創新。只有依靠科技進步,更新技術裝備,才能提高勘察企業的技術水平和技術含量,才能提高勘察質量。

(2) 加強對建設單位的管理:

一方面要加強對建設單位招投標的行為。勘察取費標準太低,沒有經濟效益,勘察單位就不會按要求去做了,因為沒有哪個勘察單位會去做虧本的生意。所以行業行政部門要根據地區特征規定勘察費的低價不能低于國家取費標準的多少。另一方面加強建設單位的誠性教育,盡量避免拖欠工程款。

(3) 勘察人要加強自我提高和修養:

勘察的主要對象就是各類巖土體,而巖土的種類多,巖土多變和復雜性,決定了勘察人每次研究的對象其實呈現的是異性的,有不同的特陛存在。那勘察入在從業過程中要不斷地反思和總結,提高個人素養,提高在勘察過程中判斷的準確性。

(4) 建立勘察監理制度。

實行勘察監理制度,可從勘察監理方案、野外作業、勘察成果和參與驗槽進行全過程監控。這樣可防止出現勘察工作量布置不合理,尤其是對原始資料的不按實記錄,虛構原始資料。還可監控技術人取樣是否符合規范,原位測試實驗是否按要求做了,建立和完善勘察監理制度在當前尤顯重要。

五、結論

巖土勘察是工程建設的一步,它為后續的設計、施工及安全使用提供一手資料,關系到整個工程項目的經濟性和安全性。本文通過對巖土勘查研究的現在、存在的問題、解決辦法以及運用現代化科技手段提高巖土勘查工作的效率研究、巖土工程地質勘察技術方法的研究,進一步了解目前巖土工程勘察的重要性,它對整個工程項目的經濟性及安全性起到了至關重要的作用。通過巖土工程勘察,運用現代化科學技術,為工程設計提供必需的資料。

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