岩土工程勘察工作问题及经验方法探讨_罗文汉.pdf

20233专题研究94岩土工程勘察是建设工程重要的前期阶段，勘察成果是地基基础（基坑）设计的重要参考资料，其工作内容、质量将直接影响设计工作及工程主体施工，并对后续运营期间造成影响。由于岩土工程的隐蔽性和复杂性，勘察工作对建设工程的影响是全局性、长期性的，如果勘察成果资料不准确或与实际情况误差过大，容易造成设计错误或地基基础（基坑）施工时出现问题，轻则造成基础埋深、成本预算与实际误差过大，重则造成基坑坍塌或地基承载力不足引起建筑物倾斜、开裂、沉降量大等情况。如果勘察期间因勘察方法手段不合理，勘察工期延长，拖延整个工程项目工期，极易造成项目工期及成本增加。因此，勘探工作过程及勘察成果质量对于整个工程项目的质量安全及整个工程项目能否顺利实施非常关键。合理的勘探方法是保证勘探工作顺利实施的重要手段，勘察成果质量是保证建设工程质量安全的重要前提条件。勘察成果质量的控制，一方面需要控制好野外现场勘探质量，一方面需要控制好室内试验及资料整理质量。本文通过对实际工作中的几个勘察问题方法经验探讨，希望能够给岩土勘察工作者提供一些有益的参考。1.场地主要土层的判别 勘察工作正式实施前，要根据拟建物情况及拟采用的基础型式或拟采用的地基处理方式，来确定场地主要土层。例如，拟采用端承桩基础的有地下室和无地下室的场地主要土层有所不同，有地下室的场地从上到下基本都是主要土层，每一层土采取的不扰动试样或原位测试数据不少于6件（组）；无地下室的端承桩基础主要土层为桩端的持力层所在土层，但是如果场地上部有松软土层需处理控制地面沉降量，则上部松软土层也属于主要土层。对于道路工程、基坑工程及对地面堆载有明确要求的工民建等工程，浅部土层包括填土层，也是主要土层，勘察时应对填土进行取土试验及原位测试。2.钻探回次记录及量杆现场钻探时，有些钻机组为了节省时间，没有每个回次及时进行记录填写岩芯牌，也没有每个回次量杆长，待整个钻孔终孔后才补填岩芯牌、测量杆长，造成岩土层埋深及厚度记录不准确、误差过大，对基础埋深设计和基础施工造成影响。如云浮某项目，勘察报告剖面图显示地下室底板位于11填土层和12耕土层（图1），地下室基础型式采用天然地基基础，根据勘察报告，地下室底板基础持力层为11填土和12 耕土层，11填土层和12耕土层的地基承载力特征值均为80kPa，而开挖后地下室底板实际位于21粉质黏土层（图2），地基承载力特征值为130kPa。勘察报告中的土层埋深与实际误差偏大，误差达到0.6m1m，出现问题的原因是因为没有将每个回次及时进行记录填写岩芯牌及量杆长，造成土层埋深数据不准确、误差偏大，如按勘察报告提供的持力层11填土层和12耕土层来设计，成本会增加。图1 钻孔剖面图图2 基坑开挖后土层实况岩土工程勘察工作问题及经验方法探讨 佛山市天健工程勘察院有限公司 罗文汉20233专题研究953.钻孔漏浆如果钻孔存在卵石层或者基岩破碎层漏浆，会造成冲洗液消耗大、进尺慢、成本高、钻头容易损坏等问题，合适的堵漏方法手段是解决问题的关键。因此，野外钻探施工能否按勘察方案要求顺利快速完成，勘察方法及手段是一个关键因素。案例1：南沙某超前钻项目，基岩局部破碎（图3、图4），3中风化层（）：褐黄色、青灰色，局部灰白色，中风化状态，裂隙发育，花岗结构，块状构造，岩芯多呈块状，局部碎块状、短柱状，锤击声响，局部夹少量岩状强风化岩或达微风化状态，岩体基本质量等级为V级。钻探至该层时漏浆严重。机组人员用纯水泥浆（425#普通硅酸盐水泥，水灰比约0.5:1）进行堵漏（图5），水泥用量大、成本高，平均一个钻孔用了20包（1吨）水泥，堵漏效果并不好，导致钻孔进尺慢、效率低，造成工期比原来预计时间延迟了近15天。案例2：肇庆某项目地层存在卵石层（图6），3卵石（Q4al）层厚3.2m20.3m，平均11.4m，层顶埋深6.7m18.5m，层顶标高-12.5m-0.58m（图7），勘探孔均有分布，卵石呈灰黄色，灰白色，稍密-中密，局部密实，饱和，卵石成分为石英质灰岩或钙质胶结物，强度相当于中微风化基岩，级配良好呈次圆形，粒径约20mm80mm，最大超过100mm，大颗粒间充填砂土或黏性土充填程度较差，局部夹薄层粉质黏土。钻孔钻至该卵石层时发生严重漏浆现象，钻孔基本不返浆。机组人员在泥浆池中加入适量锯末搅拌均匀，比例按锯末（松散状态体积）与泥浆体积比大约1:58（图8），根据漏浆严重程度调整，钻进时泵入钻孔内，堵漏效果立竿见影，钻孔即时返浆（图9），效果好、成本低，基本没有影响工期。以上两个案例对比，如钻孔存在破碎基岩、卵石层漏浆的情况，将锯末按一定比例加入到泥浆中堵漏，比用水泥浆堵漏效果好、成本低。4.取样方法及取样的代表性4.1 土层取样很多勘察场地都存在填土层，填土成分既有砂土也有黏性土，因为砂土松散难于取到原状样，现场人员往往只取黏性土样，不取砂土样，造成取样代表性不足；或者有地下室的场地只取钻孔下部持力层土样而不取填土层及上部松散土层的土样，造成基坑设计时填土层的粘聚力c值、内摩擦角值、容重等土工试验数据不足，缺乏设计所需参考依据，不能满足要求。有地下室的场地，钻孔上部土层亦为主要土层，取样需符合规范要求，有效数据需达到6个以上。勘察工作中，如果填土层及上部松散土层属于主要土层的，取不到原状样的要取扰动样做土工颗粒分析试验，并且做原位测试工作。4.2 取水样取水样方法是否正确，对所取的样是否具有代表性很关键，特别是靠海边的场地或者存在污染的场地，由于钻探时往往是用自来水或者附近河涌水作为冲洗液，钻探结束后如果取水样的方法不合理，所取的水样与天然状态的水质不一致，试验数据和实际情况差别很大，容易出现严重问题。腐蚀性判断错误或污染物污染程度判断错误给设计造成设计错误，严重时甚至会影响到建筑物的安全。很多勘察人员往往在钻孔完成一段时间后就直接在钻孔内取水样，而合理的取样方法是：钻孔完成后要先静置24小时，待钻孔内水体与周边天然状态下的地下水充分交换，再通过充分抽汲后才能进行取样，抽汲水量不少于钻孔内水体积的3倍水量后再取样，这样所取的样才具有代表性。如果钻孔完图4 岩芯照图5 水泥浆堵漏 图3 钻孔柱状图素填土：黄色，湿，松散，主要由中粗砂组成淤泥：黑色，饱和，流塑，含较多中细砂，局部含少量有机质。砂质性黏土：褐黄色，灰白色，湿，硬塑，由花岗岩风化残积而成，遇水易软化崩解。中风化花岗岩：灰黄色，褐黄色，花岗结构，块状构造，岩芯多呈碎快状，少量块状，裂隙发育，裂隙面可见钱锰质渲染，锤击声响。钻至该层时漏浆严重。微风化花岗岩：青类色，花岗结构，块状构造，岩芯呈短柱状，裂隙较发育，裂隙面可见铁锰质渲染，锤击声响。全风化花岗岩：褐黄色，灰白色，岩芯已风化成土状，原岩结构尚可辨认，遇水易软化崩解。粉质黏土：黄色，湿，可塑，土质较均匀，局部含少量粉砂。稳定水位（m）和水位日期标贯击数（击）取样 岩土名称及其特征工程名称工程编号2016.12.086.69127.00X=193025.02Y=70304.69孔口高程（m）孔口直径（mm）南沙项目坐标（m）钻孔编号开工日期竣工日期ZK5-217.01.0417.01.05稳定水位深度（m）测量水位日期0.70 第1页 共1页17.1.6 钻孔柱状图分层厚度（m）地层编号时代成因层底高程（m）层底深度（m）柱状图1:20020233专题研究965.勘察成果资料的问题 5.1 平面图无地形或无坐标或无高程有些勘察报告编写人员在勘察平面图中只有拟建物的平面图，没有把地形图套入拟建物平面图中，不符合相关要求，不能通过平面图直观了解场地的地形地貌情况。勘察工作开始前，需要收集相关场地地形图，搞清楚所采用的坐标系及高程系，并且把地形图套入拟建物平面图中，可以直观了解拟建物与场地地形地物的相对位置、高程等情况，以便制订合理的勘察方案。5.2 剖面图没有按实际地形画有些勘察报告剖面图直接按钻孔孔口标高连线，没有按实际地形画，因为剖面线两个钻孔之间的地形不一定是平顺的，可能会变化较大，比如剖面线两钻孔之间存在河涌或鱼塘等（图10），如果按孔口标高直接连剖面线，剖面图则不能反映实际地形存在河涌、鱼塘等情况，会引起不必要的误会或错误。因此，剖面图按实际地形画才能反映实际情况（图11）。成静置一段时间或静置24小时后直接取水样，钻孔内水体与周边天然状态下的地下水还没充分交换，在没有充分抽汲的情况下所取水样不具有代表性。例如，湛江某项目距离海边不远，取水样的钻孔距海边直线距离约4km，两种不同方法取的水样，试验数据差别很大。表1为钻孔完成静置一天后直接在钻孔内取的水样分析数据，表2为在同一钻孔内静置一天再抽汲水量达到孔内水体积的3倍后再取的水样分析数据，从中可以看到两者数据差别很大，各种离子含量、pH值、总矿化度、腐蚀性等级均不一样。表1的腐蚀性等级为微腐蚀，表2的腐蚀性等级为中等腐蚀，两者差别很大。腐蚀性不同，设计方案也会有很大不同，工程造价差别也很大。如果按表1的试验结果进行设计，会造成主体结构的防腐性能及耐久性达不到要求，亦会造成安全隐患。因此，采用正确的取水样方法才能保证数据的准确性，取水样方法是否合理正确对于项目的耐久安全性及成本造价影响很大。图6 岩芯照表1 钻孔完成后静置24小时所取水样的分析报告表2 钻孔完成后静置24小时再抽汲后所取水样的分析报告图7 钻孔剖面图图8 泥浆中加入锯末图9 堵漏后钻孔返浆20233专题研究975.3 抗浮水位取值建筑物的抗浮安全既涉及到工程项目设计建造的质量安全问题，同时也涉及到工程项目投资成本与地下水长期控制成本问题，勘察报告提供的抗浮设防水位高低，决定了建筑物的抗浮设计方案、建筑物的建设投资大小，也决定了未来建筑物长期控制地下水运维方案与成本。抗浮水位取值是否合理对于建筑物的抗浮设计及抗浮安全至关重要，如果取值不合理，则可能造成设计错误，引起建筑物结构出现问题。例如，顺德某工程建成于2006年5月，地上10层，半地下车库一层，车库地面标高为-1.50m，半地下车库面积约 9060m2。在项目投入使用的第二年即2007年8月雨季时，发现半地下车库底板局部区域出现隆起、开裂、渗水的现象，经查看勘察及设计资料并对比现场情况后分析得知，出现这个问题的原因是岩土工程勘察期间为旱季（12月份），钻探期间地下稳定水位标高较低为-2.5m，稳定水位在拟建的半地下室底板下约1m，勘察报告按钻探期间的稳定地下水位-2.5m作为抗浮水位建议值，未考虑雨季下暴雨时地下水位有可能升至地表，设计院按抗浮水位建议值-2.5m设计半地下室底板结构，没考虑抗浮设计。由于对抗浮设计水位估计偏低，导致对地下水的压力估计不足，结果工程竣工使用后遇到雨季下暴雨水浸街，半地下室底板多处开裂、隆起（图12），地下水从裂缝处涌上来造成半地下室不能正常使用。地下水位是动态变化的，不同季节时段的地下水位会有差异，而且还与大气降雨、地面径流与排泄条件、地势高低及坡度差异、所在水文地质单元的地下水补给与抽取及排泄条件、建设场地与周边水体环境渗漏的条件变化等相关。勘察报告提供的抗浮水位建议值，须考虑雨季下暴雨的不利情况，在雨季可能下暴雨且地表水不能快速排泄的场地，抗浮水位取室外地面高程比较合理。5.4 带状场地的地形地貌描述拟建物为道路、管线等带状场地，不同地段地形地貌可能变化很大，但有些勘察人员往往简单而又笼统地进行描述，没有按实际情况分段描述场地地形地貌情况。例如，某勘察场地一段有房屋，另一段有鱼塘或河涌，需根据场地现场地形地貌按里程号分段描述钻孔附近存在房屋、鱼塘、河涌等，因为周边环境条件不同，同样的施工方法对不同环境条件的影响后果也不同，所采取的施工方法就可能不同，基坑开挖、地基处理方法（堆载预压、强夯、搅拌桩等）对于不同周边环境、不同建筑物的影响也不同，相应的基坑安全等级及地基处理方法也不同。例如，场地附近有建筑物就不适合采用强夯及堆载预压进行地基处理，基坑安全等级也相应会提高。所以，场地地形地貌的描述要有针对性，不同地段的地形地貌要分别描述清楚，以免产生不良后果。综上所述，在岩土工程勘察过程中，野外勘探工作的顺利实施以及勘察成果资料的准确性，是保证工程项目的质量安全及顺利实施的前提，也是一个关键环节。对于实际岩土工程勘察工作中出现的问题，行业从业者需采取合理的方法手段，不断总结方法经验，提高解决问题的能力及水平。图10 钻孔平面图 图12 半地下室底板裂缝分布平面图图11 钻孔剖面图