【摘 要】勘察设计是一项工程的生命，尤其是基础工程一旦出错铸成损失就无法挽回。工程地质勘察设计按规范要求对桩端持力层复杂地区(如岩溶地区)是需要逐桩钻孔勘察或是逐桩多孔进行勘察，概率才能接近准确。在施工过程中。若不是及时发现存在的不良地质问题，以施工勘察进行补救，很有可能在工程建成后造成严重的经济损失和不良的社会影响。
【关键词】岩土工程；勘察;设计
引言
岩土工程勘察是一项综合性的工程地质调查工作。岩土工程勘察的目的是运用各种勘察测试手段和方法，对建筑场地进行调查研究，分析判断修建各种工程建筑物的地质条件以及建设对自然地质环境的影响；研究地基和上部结构共同工作时，保证地基强度、稳定性以及不致产生过大沉降变形的措施，分析并提出地基的承载能力；提供基础设计、施工以及必要时进行地基加固所需要的工程地质和岩土工程资料。
1、岩土工程勘察的不确定性
岩土层是在漫长的地质年代里自然形成的，土层物质来源、搬运物质的自然营力的性质与规模、土体沉积以后的成土环境等都是变化的，基本上是无序的、随机的。其中岩石的裂隙性和土的孔隙性以及空间分布的不均匀性，是区别于混凝土、钢材等人工材料的主要特点。
1.1岩石的裂隙性
岩石总是或稀或密、或宽或窄、或长或短地存在着各种各样的裂隙,这是岩石区别于混凝土的主要特点。这些裂隙有的粗糙不平,有的光滑;有的平直,有的弯曲;有的充填,有的不充填;有的产状规则,有的规律性很差。裂隙的成因复杂多样,有岩浆凝固收缩形成的原生节理,有沉积间断形成的层理,有构造应力形成的构造节理,有表生作用形成的卸荷裂隙和风化裂隙,还有变质作用形成的片理、劈理等,在岩石中构成极为多样非常复杂的裂隙系统。人们将岩石和裂隙视为一个整体称为“岩体”,将裂隙概化为“结构面”。裂隙的发育程度直接影响岩体的强度和承载能力,搞清结构面的发育情况,特别是软弱结构面的产状、强度参数等,是岩土工程勘察设计的重点和难点。
1.2土的孔隙性
根据土力学解释:土是一种散体结构的材料,存在孔隙。对于饱和土是固、液两相;对于非饱和土,是固、液、气三相。于是产生了有效压力和孔隙压力;孔隙压力又有孔隙水压力和孔隙气压力。在饱和土中,由于孔隙水压力的增长和消散,不同的加荷速率地基承载力不同;是否及时支撑,对软土基坑稳定有不同的表现;渗透系数和地层组合的差别,导致基础沉降速率的差别等等。饱和土中的超静水压力可导致挤土效应,使桩被挤断、挤歪和上浮;地震时的超静水压力导致砂土和粉土液化。非飽和土的孔隙气压力形成基质吸力,基质吸力随着土中含水量的增加而降低,因而是不稳定的。膨胀土和黄土随湿度的增加而强度显著降低,非饱和土基坑雨季容易发生事故,花岗岩残积土边坡暴雨容易发生浅层滑坡,都和基质吸力降低有关。总之,把握好孔隙压力,特别是地下水的影响,是岩土工程的重要环节。
1.3地层空间分布的不均匀性
自然地质条件是复杂的,岩土体是不均匀的,岩土工程勘察工作,需要从地质成因和地质年代上对岩土层进行区分。对岩层进行不同风化程度的划分,对土层还要区分是冲洪积还是坡残积，是河漫滩还是阶地,是第四纪地层还是老地层,需要针对等等的不均匀性特征,进行地质单元的划分,这就需要用勘探点的间距来控制其平面分布和竖向厚度变化,不同的基础类型对地层厚度的敏感性不同,因而布孔间距的要求是不同的。特别是对于十分明显的不均匀地基,例如软硬不均的地基、部分基岩出露的地基、半挖半填的地基,存在暗浜的地基、岩溶地基等等,必须布置一定数量的勘探点来查明其空间分布及其工程特性,必要时还需进行施工补充勘察工作。
2、岩土工程设计模型的不确定性
岩土工程设计涉及工程地质理论、土力学的理论、工程力学理论等,这些工程理论都是一种半科学半经验的理论,很多理论是建立在经验的基础上的,如很多公式都是经验公式。岩土工程的理论研究和工程实践计算应用大都离不开模型,采用规范计算公式也往往需考虑边界条件,选择适当的计算模型。因为模型是原型的理想化替代物,它反映原型的主要特征,而略去了次要特征,在岩土工程实践中,对于各种问题其分析模型并不是唯一的,因此模型的不确定性由此而来,模型选择不同,分析和计算结果就不同,甚至有很大差异。由于人们所采用的分析模型,就其实用性和复杂性来说,是与人们的认识水平和分析能力直接相关的,岩土工程设计发展趋势是越来越多的考虑实际结构的特点和性能,这就要求使用越来越复杂的模型,工程实践中也需要结合地区经验,考虑工程地质条件的复杂性,必要时需进行补充勘察并进行设计方案调整,做到技术可靠和经济合理。
3、岩土工程实例
3.1工程概况
某大型钢铁企业决定投资2亿元建设1台360m2大型烧结机,采用先进技术和工艺节能降耗,加强环境治理,达到国内同类型烧结厂装备水平,争取将烧结工艺和装备水平迈上一个新台阶,3年半内收回投资,获得良好的经济效益和环保效益。其烧结机主厂房为钢筋混凝土结构,5层,高46m,厂房面积137m×22m。设计委托岩土工程勘察要求提供岩土技术参数及分析评价,并对基础设计及处理,对不良地质现象防治作出论证和建议,经业主委托,工程地质勘察单位组织施工,提交场地资料如下:主要土层分布为杂填土、粘土、粉质粘土、强风化页岩(埋深为28～30mm),中风化页岩等。水文地质状况为:上层滞水、水量不大。区域地质构造为低山丘陵与平原地带,区域断裂比较发育。根据构造调查,拟建场区无断裂通过。结论为:所建场区地层分布稳定,无断裂通过无不良地质作用,场地是稳定的,适宜建筑。
3.2现场桩基施工现状
根据现场条件和施工总体网络计划安排,挖孔桩基础计划1个半月全部完成,工程施工月个多月有一根桩(C17)在挖至16.8m时出现涌水,C18桩在23m出现大量涌水,其后三四天共有16根桩陆续出现涌水现象。B18号桩日涌水量达2000m3以上,采用水泵排水无法排干。经测量,其静止水位标高大部分在-19～-20m,其桩底离中风化岩面还有4m左右。根据详勘报告,地下水量不大,这与实际情况不符。另外,从另一处(B18桩)取样也发现岩性异常,即出现灰岩夹层。由于地质情况发生变化,整个挖孔桩工程全面停工。根据施工现场所反映的情况,设计单位对现场情况进行了详细分析,由于出现地下涌水和灰岩岩性,工程地质实际情况与原详勘报告不符合,采用排水疏干的办法难以奏效而机械钻孔受设备能力限制桩径为2700大口径,且需嵌岩),难以实施,故拟采用桩筏基础。同时提出对施工区域进行工程补勘:对地下水性质进行综合评价,判明岩土整体性和稳定性,并查明是否有岩溶、断裂等不良地质作用。
3.3进行补充勘察
由某勘察单位对施工区域进行了补充勘察,由于场地地质情况复杂,除进行钻探工作外,还专门进行了井探和物探工作。经补勘工作得出如下认识:(1)经孔底并内环刀取样分析,⑤层粘土压缩模量原勘察值为Es=7.8MPa,实际为Es=7.5MPa,稍低;(2)基岩性质较原详勘报告有较大差别,为寒武系页岩和灰岩交互层,局部出现20～60cm厚度不等的溶洞,但其下部均控制有3m厚的完整岩石;(3)水文地质情况:场地赋存有地下水,第四层上层滞水水位23.5m左右,岩溶裂隙水承压水位17m左右,证明下部有裂隙存在,地下水对混凝土、混凝土结构中钢筋均具微腐蚀性。
3.4地基处理设计
⑴.通过设计计算,决定采用桩筏混合基础,其中桩为摩擦桩,对有水桩采用碎石挤密充填办法。要求桩底达到⑤层土的承载力标准,承载力为250kPa,压缩模量6.5MPa。后在施工过程中,因受到施工场地和施工机具限制,只能用1t左右的锤夯实,同时,对桩底进行动力触探检测。经验证,难以达到承载力要求,且对桩土周围影响较大,不利于下步混凝土灌注施工。在充分研究岩土工程地质条件的基础上,设计采用增加扩大头,并对原先采用的未达要求的碎石挤密部分(即扩大头底部)进行预埋管压浆处理的方法。
⑵.增加扩大头
随着进浆量及压力的增加,逐渐增加扩大头,压密区范围得到扩大,具体可以在外管内灌入部分混凝土,稍提外管锤击(静压)以扩大桩尖。一般情况下,当桩端持力层性质相对较差而易于夯扩时,应适当增加扩大头混凝土灌注量;当持力层密实度大、性质较好难以夯扩时,扩大头混凝土灌入量就要适当减少。这样,压浆后桩底沉渣得以处理,软底消失,同时也改变了土体的性质,增大了桩侧土的摩阻力,从而大大提高了桩的承载力。
⑶.预埋管压浆处理桩底未达要求的碎石
原先采用的的碎石挤密充填,未达承载力要求。处理方法为预埋注浆管,每根桩按正三角形预埋三根注浆管,注浆管距桩边20cm。桩芯混凝土灌注七天后,压注纯水泥浆,注浆压力不小于10MPa,水泥浆为P.O42.5水泥,水灰比为0.8～0.5,由稀变浓。根据以上的补充勘察和地基处理设计,在进行施工处理后,效果良好,经大应变和静载试验检测,单桩承载力达到设计要求,未出现不合格桩。
4、结语
岩土工程勘察与设计,在工程建设全过程中的起着关键作用,地基基础工程一旦出现质量问题,对工程建设造成损失可能无法挽回。岩土工程勘察工作,按规范要求,在條件复杂时(如岩溶地区) 对一柱一桩的基础,宜逐柱布置勘探孔,甚至一柱多孔进行勘察,以满足工程设计要求。在施工过程中加强施工验桩验槽工作,及时发现岩土工程问题,通过补充勘察,及时调整设计,采取地基处理措施,可以避免工程质量事故的发生。参考文献
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