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摘要:项目建设之前要进行工程勘察,才能得以有效的设计适合本地质条件的作品及施工,减少不必要的后期处理费。而我们在进行岩土工程勘察任务时,必须明确该工程需要解决哪些主要技术问题在岩土工程勘察实施过程中,根据工程的具体情况,抓住主要矛盾。岩土工程的复杂性及建筑场地的实际情况进行分析,进而研究出两者之间的关系。
关键词:岩土工程;地基;关系
中图分类号:TU47文献标识码: A 文章编号:
一、岩土工程复杂地质勘查基本情况
针对工程重要性的不同以及场地和地基复杂程度的差异,岩土工程的勘察划分为不同的等级,针对不同的等级,各个勘查阶段的工作内容、方法及详细程度具有显著地差别。
(1)根据工程的规模和特征以及工程破坏所产生的后果,将工程分为三个重要性的等级:
一级工程:工程性质是重要工程,破坏后引起的后果属很严重;
二级工程:工程性质是一般工程,破坏后引起的后果属严重;
三级工程:工程性质是次要工程,破坏后引起的后果属不严重。
(2)根据地基复杂程度,可按规定分为三个等级:一级地基(复杂地基):特征是岩石种类多,很不均匀,性质变化大,需特殊处理,多年冻土,严重湿陷、膨胀、盐渍,需要专门处理;满足前面一个特征及或更多。二级地基(中等复杂):特征是岩石种类多,不均匀,有特殊岩石:满足前面一个特征或更多。三级地基(简单地基):特征是岩石种类单一,均匀,无特殊岩石:全部满足前面全部特征。
确定了上面的工程的重要性等级、地基等级复杂程度等级以后,就可以进行岩土工程的勘察等级的划分。
甲级:在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度中,有一项或多项为一级:
乙级:除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目;
丙级:工程重要性、场地复杂和地基复杂程度等级均为三级的。场地复杂程度是由建筑抗震稳定性不良地质现象发育情况地质环境破坏程度和地形地貌条件四个条件衡量的,也划分为三个等级,见表1:
表 1场地复杂程度等级
(3)建筑抗震稳定度
按国家标准建筑抗震设计规范GBJ11地段的划分规定为:选择建筑场地时,对建筑抗震稳定性的划分见表2:
①危险地段:地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及发震断裂带上可能发生地表位错的部位。
②不利地段:软弱土和液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡河岸和斜坡边缘、平面分布上成因岩性和性状明显不均匀的土层(如故河道、断层破碎带、暗埋的塘沃沟谷及半填半挖地基)等。
③ 有利地段:岩石和坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等上述規定中,场地土的类型划分如表2所示。
(4)不良地质现象发育情况
不良地质现象泛指由地球外动力作用引起的,分布于场地内及其附近地段,主要影响场地稳定性。
表2场地土的类型划分
注:①Vn、Vsm 分别为土层的剪切波速和平均剪切波速,后者取地面以下20m 且不深于场地覆盖层厚度范围内各土层的剪切波速,按土层厚度加权的平均值计;
②fk为地基土静承截力标准值(kPa)
“强烈发育”是指由于不良地质现象发育招毁建筑场地极不稳定,直接威胁工程设施的安全。例如,山区崩塌,滑坡和泥石流的发生,会酿成地质灾害,破坏甚至整个摧毁工程建筑物岩溶地区溶涧和土洞的存在,所造成的地面变形甚至塌陷,对工程设施的安全也会构成直接威胁“一般发育”是指虽有不良地质现象分布,但并不十分强烈,对工程设旅安全的影响不严重;或者说对工程安全可能有潜在的威胁。
(5)地质环境破坏程度
由于人类工程—— 经济活动导致地质环境的干扰破坏,是多种多样的例如,采掘固体矿产资源引起的地下采空;抽汲地下液体(地下水、石油)引起的地面沉降地面塌陷和地裂缝;修建水库引起的边岸再造、浸没、土壤沼泽化;排除废液引起岩土的化学污染等等。地质环境破坏对岩土工程实践的负影响是不容忽视的,会对场地稳定性构成威胁,表3中地质环境的强烈破坏,是指由于地质环境的破坏,已对工程安全构成直接威胁;如矿山浅层采空导致明显的地面变形、横跨地裂缝等。一般破坏是指已有或将有地质环境的干扰破坏,但并不强烈,对工程安全的影响不严重。
(6)地形地貌条件
主要指的是地形起伏和地貌单元(尤其是微地貌单元)的变化情况一般地说,山区和丘陵区场地地形起伏大,工程布局较困难,挖填土石方量较大,土层分布较薄且下伏基岩面高低不平地貌单元分布较复杂,一个建筑场地可能跨越多个地貌单元,因此地形地貌条件复杂或较复杂平原场地地形平坦,地貌单元均一,土层厚度大且结构简单,因此地形地貌条件简单。
二、复杂地质体的钻进技术
岩土工程钻探往往会遇到复杂地质体,如软弱夹层破碎带和深厚砂卵石层等这些地层常常是工程所关注的重要对象为了探明这些复杂地层的空间分布工程性质和水文地质条件,须保证钻进的穿透能力和千方百计地提高岩心采取率,以提供有关的地质信息主要措施有:增大岩心抗扭断能力改善钻具单动性能及时起钻和缩短回次进尺时间减小破岩作用力提高钻具稳定性减少冲洗液的冲刷提高卡取岩心的可靠程度等无泵钻进技术在钻进过程中不用水泵,而是利用孔内水的反循环作用,不使钻头与孔壁或岩心粘结,同时将岩粉收集在取粉管内这种钻进技术较简便,但它可防止由于水泵送水而冲刷岩心及孔壁,较顺利地穿透软弱破碎岩层,并提高岩心采取率和基本保持岩层的原状结构。
无泵钻进与干钻不同,需定时地串动钻具,利用孔内水的反循环作用,将岩粉沉淀于取粉管和岩心管内,孔底保持干净而顺畅地钻进这种钻进技术的钻具有敞口式和封闭式两种(图1和图2)钻进时孔内一定要有水,而且其水位应经常保持在出水孔上部,以使冲洗液在钻具串动时产生循环作用孔内水系天然地下水或由地面灌人的串动钻具的时间间隔次数和高度,需根据岩层软硬和钻进深度等确定孔内洁净是提高钻进效率及岩心采取牢的关键,所以必须恰当地串动钻具固无泵钻进劳动强度大,钻进效率较冲洗钻进低,所以在钻穿软弱破碎岩层并做完水文地质试验后,应即下人套管,改用冲洗液钻进。
复杂地质条件勘探工作的特殊要求:
(1)土层是岩土工程钻探的主要对象,应可靠地鉴定土层名称,准确判定分层深度,正确鉴别土层天然的结构密度和湿度状态。为此,要求钻进深度和分层深度的量察误差范围应为±0.05m,非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内,连续取心的回次进尺应控制在2m以内;某些特殊土类,需根据土体特件选用特殊的钻进方法;在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻,当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进。
(2)岩心采取率要求较高对岩层作岩心钻探时,一般岩石不应低于80%,破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象,为保证获得较高的岩心采取率,应采用相应的钻进方法例如,尽量减少冲洗液或用于钻,采取双层岩心管连续取心,降低钻速,缩短钻程。当需确定岩石质量指标及RQD时,应采用N型双层岩心管钻进,其孔径为75mm,采取的岩心直径为54mmm,且宜采用金刚石钻头。
(3)在钻进过程中,为了研究岩土的工程性质,经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心,但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时,必须采取特殊措施 为了取得质量可靠的原状土样,需配备取土器,并应注意取样方法和操作工序,尽量使土样不受或少受扰动采取饱和软粘土和砂类土的原状土样,还需使用特制的取土器。
圖 1敞口式无泵钻具 图2封闭式无泵钻具
三、岩石工程地质勘察在建筑工程中的具体运用
(1)房屋建筑与构筑物
房屋建筑物与构筑物是指一般房屋建筑物、高层建筑物、大型公用建筑物、工业厂房等高耸建筑物。房屋建筑与构筑物岩土工程勘察各阶段的基本要求如下:
在可行性研究阶段,要对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价,这个阶段的基本要求为:首先要全面收集充分的与该工程有关的资料;其次要对所收集的资料进行分析了解场地的工程地质条件,最后针对地质条件复杂的场地当不能够全面掌握其信息的要进行工程地质察绘等工作。
在初步勘察阶段,对场地内拟建筑地段的稳定性做出岩土工程评价,该阶段的基本要求为:①布置初步勘察的工作量;②确定地质地基勘探线、点间距和勘探孔深度;③做取样和原位测试。
在详细勘察阶段,详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩上工程资料和设计、施工所需的岩土参数,对建筑地基做出岩土工程评价,这个阶段的基本要求和初步勘察阶段的基本相同,唯一的区别是这个阶段要做的工作的要求更高,更加细致。
(2)地下硐室
地下硐室是指以岩土体为介质,在岩土体中用人工开挖或者利用天然形成的地下空间地下硐室勘察的主要任务是选择地质条件优越的洞址,从而进行硐室围岩分类和稳定性评价,提出硐室和洞口的布置方案和施工方法因此地下硐室的岩工程勘察的各阶段的基本要求如下:
在可行性研究阶段,要通过收集区域地质资料,现场踏勘和调查,了解拟选方案的地形地貌、土层岩性、地质构造、水文地质和环境条件,做出可行性评价,选择合适的洞址和洞口。
在初步勘察阶段,要初步查明选定方案的地质条件和环境条件,初步确定岩体质量等级,对洞口稳定性做出评价,为初步设计提供依据。存这个阶段主要采用工程地质察绘和调查、勘探与察试等方法。
在详细勘察阶段,要详细查明洞址、洞口、硐室穿越线路的工程地质和水文地质条件,分段划分岩体质量等级,评价洞体和围岩的稳定性,为设计支护结构和确定施工方案提供资料在木阶段主要采用的采用钻探、钻孔物探和察试等勘察方法和手段。
四、结束语
岩土工程勘察是工程建设的前期工作,对于建筑工程来说,建筑方案的选择、设计与施工都必须以岩土工程勘察结果为依据岩土勘察工作必须尽量准确,要使岩土勘察工作准确除了要求了解常见的地质条件外,还要求对岩土工程复杂地质勘察有进一步的了解,才能使岩土工程复杂地质勘察更好的服务于建筑工程场地。
关键词:岩土工程;地基;关系
中图分类号:TU47文献标识码: A 文章编号:
一、岩土工程复杂地质勘查基本情况
针对工程重要性的不同以及场地和地基复杂程度的差异,岩土工程的勘察划分为不同的等级,针对不同的等级,各个勘查阶段的工作内容、方法及详细程度具有显著地差别。
(1)根据工程的规模和特征以及工程破坏所产生的后果,将工程分为三个重要性的等级:
一级工程:工程性质是重要工程,破坏后引起的后果属很严重;
二级工程:工程性质是一般工程,破坏后引起的后果属严重;
三级工程:工程性质是次要工程,破坏后引起的后果属不严重。
(2)根据地基复杂程度,可按规定分为三个等级:一级地基(复杂地基):特征是岩石种类多,很不均匀,性质变化大,需特殊处理,多年冻土,严重湿陷、膨胀、盐渍,需要专门处理;满足前面一个特征及或更多。二级地基(中等复杂):特征是岩石种类多,不均匀,有特殊岩石:满足前面一个特征或更多。三级地基(简单地基):特征是岩石种类单一,均匀,无特殊岩石:全部满足前面全部特征。
确定了上面的工程的重要性等级、地基等级复杂程度等级以后,就可以进行岩土工程的勘察等级的划分。
甲级:在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度中,有一项或多项为一级:
乙级:除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目;
丙级:工程重要性、场地复杂和地基复杂程度等级均为三级的。场地复杂程度是由建筑抗震稳定性不良地质现象发育情况地质环境破坏程度和地形地貌条件四个条件衡量的,也划分为三个等级,见表1:
表 1场地复杂程度等级
(3)建筑抗震稳定度
按国家标准建筑抗震设计规范GBJ11地段的划分规定为:选择建筑场地时,对建筑抗震稳定性的划分见表2:
①危险地段:地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流及发震断裂带上可能发生地表位错的部位。
②不利地段:软弱土和液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡河岸和斜坡边缘、平面分布上成因岩性和性状明显不均匀的土层(如故河道、断层破碎带、暗埋的塘沃沟谷及半填半挖地基)等。
③ 有利地段:岩石和坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等上述規定中,场地土的类型划分如表2所示。
(4)不良地质现象发育情况
不良地质现象泛指由地球外动力作用引起的,分布于场地内及其附近地段,主要影响场地稳定性。
表2场地土的类型划分
注:①Vn、Vsm 分别为土层的剪切波速和平均剪切波速,后者取地面以下20m 且不深于场地覆盖层厚度范围内各土层的剪切波速,按土层厚度加权的平均值计;
②fk为地基土静承截力标准值(kPa)
“强烈发育”是指由于不良地质现象发育招毁建筑场地极不稳定,直接威胁工程设施的安全。例如,山区崩塌,滑坡和泥石流的发生,会酿成地质灾害,破坏甚至整个摧毁工程建筑物岩溶地区溶涧和土洞的存在,所造成的地面变形甚至塌陷,对工程设施的安全也会构成直接威胁“一般发育”是指虽有不良地质现象分布,但并不十分强烈,对工程设旅安全的影响不严重;或者说对工程安全可能有潜在的威胁。
(5)地质环境破坏程度
由于人类工程—— 经济活动导致地质环境的干扰破坏,是多种多样的例如,采掘固体矿产资源引起的地下采空;抽汲地下液体(地下水、石油)引起的地面沉降地面塌陷和地裂缝;修建水库引起的边岸再造、浸没、土壤沼泽化;排除废液引起岩土的化学污染等等。地质环境破坏对岩土工程实践的负影响是不容忽视的,会对场地稳定性构成威胁,表3中地质环境的强烈破坏,是指由于地质环境的破坏,已对工程安全构成直接威胁;如矿山浅层采空导致明显的地面变形、横跨地裂缝等。一般破坏是指已有或将有地质环境的干扰破坏,但并不强烈,对工程安全的影响不严重。
(6)地形地貌条件
主要指的是地形起伏和地貌单元(尤其是微地貌单元)的变化情况一般地说,山区和丘陵区场地地形起伏大,工程布局较困难,挖填土石方量较大,土层分布较薄且下伏基岩面高低不平地貌单元分布较复杂,一个建筑场地可能跨越多个地貌单元,因此地形地貌条件复杂或较复杂平原场地地形平坦,地貌单元均一,土层厚度大且结构简单,因此地形地貌条件简单。
二、复杂地质体的钻进技术
岩土工程钻探往往会遇到复杂地质体,如软弱夹层破碎带和深厚砂卵石层等这些地层常常是工程所关注的重要对象为了探明这些复杂地层的空间分布工程性质和水文地质条件,须保证钻进的穿透能力和千方百计地提高岩心采取率,以提供有关的地质信息主要措施有:增大岩心抗扭断能力改善钻具单动性能及时起钻和缩短回次进尺时间减小破岩作用力提高钻具稳定性减少冲洗液的冲刷提高卡取岩心的可靠程度等无泵钻进技术在钻进过程中不用水泵,而是利用孔内水的反循环作用,不使钻头与孔壁或岩心粘结,同时将岩粉收集在取粉管内这种钻进技术较简便,但它可防止由于水泵送水而冲刷岩心及孔壁,较顺利地穿透软弱破碎岩层,并提高岩心采取率和基本保持岩层的原状结构。
无泵钻进与干钻不同,需定时地串动钻具,利用孔内水的反循环作用,将岩粉沉淀于取粉管和岩心管内,孔底保持干净而顺畅地钻进这种钻进技术的钻具有敞口式和封闭式两种(图1和图2)钻进时孔内一定要有水,而且其水位应经常保持在出水孔上部,以使冲洗液在钻具串动时产生循环作用孔内水系天然地下水或由地面灌人的串动钻具的时间间隔次数和高度,需根据岩层软硬和钻进深度等确定孔内洁净是提高钻进效率及岩心采取牢的关键,所以必须恰当地串动钻具固无泵钻进劳动强度大,钻进效率较冲洗钻进低,所以在钻穿软弱破碎岩层并做完水文地质试验后,应即下人套管,改用冲洗液钻进。
复杂地质条件勘探工作的特殊要求:
(1)土层是岩土工程钻探的主要对象,应可靠地鉴定土层名称,准确判定分层深度,正确鉴别土层天然的结构密度和湿度状态。为此,要求钻进深度和分层深度的量察误差范围应为±0.05m,非连续取心钻进的回次进尺应控制在1m以内,连续取心的回次进尺应控制在2m以内;某些特殊土类,需根据土体特件选用特殊的钻进方法;在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻,当必须使用冲洗液时应采取双层岩心管钻进。
(2)岩心采取率要求较高对岩层作岩心钻探时,一般岩石不应低于80%,破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象,为保证获得较高的岩心采取率,应采用相应的钻进方法例如,尽量减少冲洗液或用于钻,采取双层岩心管连续取心,降低钻速,缩短钻程。当需确定岩石质量指标及RQD时,应采用N型双层岩心管钻进,其孔径为75mm,采取的岩心直径为54mmm,且宜采用金刚石钻头。
(3)在钻进过程中,为了研究岩土的工程性质,经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心,但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时,必须采取特殊措施 为了取得质量可靠的原状土样,需配备取土器,并应注意取样方法和操作工序,尽量使土样不受或少受扰动采取饱和软粘土和砂类土的原状土样,还需使用特制的取土器。
圖 1敞口式无泵钻具 图2封闭式无泵钻具
三、岩石工程地质勘察在建筑工程中的具体运用
(1)房屋建筑与构筑物
房屋建筑物与构筑物是指一般房屋建筑物、高层建筑物、大型公用建筑物、工业厂房等高耸建筑物。房屋建筑与构筑物岩土工程勘察各阶段的基本要求如下:
在可行性研究阶段,要对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价,这个阶段的基本要求为:首先要全面收集充分的与该工程有关的资料;其次要对所收集的资料进行分析了解场地的工程地质条件,最后针对地质条件复杂的场地当不能够全面掌握其信息的要进行工程地质察绘等工作。
在初步勘察阶段,对场地内拟建筑地段的稳定性做出岩土工程评价,该阶段的基本要求为:①布置初步勘察的工作量;②确定地质地基勘探线、点间距和勘探孔深度;③做取样和原位测试。
在详细勘察阶段,详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩上工程资料和设计、施工所需的岩土参数,对建筑地基做出岩土工程评价,这个阶段的基本要求和初步勘察阶段的基本相同,唯一的区别是这个阶段要做的工作的要求更高,更加细致。
(2)地下硐室
地下硐室是指以岩土体为介质,在岩土体中用人工开挖或者利用天然形成的地下空间地下硐室勘察的主要任务是选择地质条件优越的洞址,从而进行硐室围岩分类和稳定性评价,提出硐室和洞口的布置方案和施工方法因此地下硐室的岩工程勘察的各阶段的基本要求如下:
在可行性研究阶段,要通过收集区域地质资料,现场踏勘和调查,了解拟选方案的地形地貌、土层岩性、地质构造、水文地质和环境条件,做出可行性评价,选择合适的洞址和洞口。
在初步勘察阶段,要初步查明选定方案的地质条件和环境条件,初步确定岩体质量等级,对洞口稳定性做出评价,为初步设计提供依据。存这个阶段主要采用工程地质察绘和调查、勘探与察试等方法。
在详细勘察阶段,要详细查明洞址、洞口、硐室穿越线路的工程地质和水文地质条件,分段划分岩体质量等级,评价洞体和围岩的稳定性,为设计支护结构和确定施工方案提供资料在木阶段主要采用的采用钻探、钻孔物探和察试等勘察方法和手段。
四、结束语
岩土工程勘察是工程建设的前期工作,对于建筑工程来说,建筑方案的选择、设计与施工都必须以岩土工程勘察结果为依据岩土勘察工作必须尽量准确,要使岩土勘察工作准确除了要求了解常见的地质条件外,还要求对岩土工程复杂地质勘察有进一步的了解,才能使岩土工程复杂地质勘察更好的服务于建筑工程场地。