岩土工程场地与地质体勘察分析

潘 莉

摘要:岩土工程实践是在地壳表层某一深度范围内进行的,因此须查明这一深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质以及地下水等条件。文章就岩土工程场地与地质体勘察的复杂性以及技术手段进行了分析,最后提出了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、密度和湿度状态等特殊要求。

关键词:岩土工程;复杂地质;勘察技术;抗震稳定度

中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0154-02

一项工程建设,尤其是重大工程,从构思设想到建成运行需要经过反复研究和不断深化,而不可能是一次完成的。只有经过不断的、反复的实践,才能认识客观事物的内部规律性,使人的主观意图适应于客观存在。按《岩土工程勘察规范》GB5002l-94(以下简称《规范》)规定,岩土工程勘察的复杂性,是由工程场地和地基的复杂程度等因素决定的。首先应分别对场地复杂程度进行分级,并进一步对复杂地质进行勘察技术分析。

一、场地复杂程度等级

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:

(一)建筑抗震稳定度

按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJll地段的划分规定为:89规定,选择建筑场地时,对建筑抗震稳定性的划分见表2:

注:(1)vn、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15m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;(2)fk为地基土静承裁力标准值(kPa)。

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。上述规定中,场地土的类型按表2划分。

(二)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,布于场地内及其附近地段,主要影响场地稳定性,岩土工程有不利影响。

“强烈发育”是指由于不良地质现象发育招致建筑场地极不稳定,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。岩溶地区溶洞和土洞的存在,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,对工程设施安全的影响不严重;或者说对工程安全可能有潜在的威胁。

(三)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,往往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。

(四)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、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,钻进效率较冲洗液钻进低,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。

三、复杂地质体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测误差范围应为±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,需根据土体特性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QD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54mm,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。

参考文献

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作者简介:潘莉(1983-),江西人,核工业华东建设工程集团公司助理工程师,研究方向:岩土工程。