岩土工程勘察易错问题剖析

罗友弟

(青海工程勘察院,西宁 810008)

岩土工程勘察易错问题剖析

罗友弟

(青海工程勘察院,西宁 810008)

从报告编写中容易出现的问题入手,对承载力、场地覆盖层厚度、边坡稳定性分析、单位符号的标准性、土的描述、载荷试验、抗浮水位、地基基础方案等进行了简略分析,提出了一些自己的看法。

报告编写;易错问题;分析

近年来,随着我国建设步伐加快,岩土工程勘察规模不断扩大,新的规范、规程不断推出。但实际工作中对规范的理解往往因人而异,对有些条款的理解偏差较大,甚至可能造成不应有损失。笔者在审图工作中发现了诸多规范条款应用偏差的事例,有些可能会对工程产生极大的隐患。基于此,笔者就一些常见问题列举出来,与大家进行探讨。

1 对承载力概念认识不足

承载力提值是勘察工作中最基本、最重要的一环,但我们常常看到各种各样的错误。

黄土承载力问题:

案例一:当基础宽度≤3.0 m,埋深≤0.5 m时,场地各土层的承载力特征值(fak)为:

(1)新近堆积黄土fak=130 kPa

(2)湿陷性黄土状土fak=160 kPa

(3)非湿陷性黄状土fak=170 kPa

(4)饱和黄土fak=170 kPa

案例二:当采用干作业钻孔桩时,桩侧阻力标准值qsik为:

(1)自重湿陷性黄土状土qsik=-20 kPa

(2)非自重湿陷性黄状土qsik=40 k Pa

其中案例一的错误体现在对黄土承载力背景条件的缺乏了解。《建筑地基基础设计规范》承载力修正公式为[1,4]:

从上式可以看出:一般土层基础宽度≤3.0 m,埋深≤0.5 m的提值条件是正确的。而《湿馅性黄土地区建筑规范》给出的承载力修正公式为:

显然,上述两式深度修正条件是有区别的,一般土层深度基准值为0.5 m,而《湿馅性黄土地区建筑规范》所涉猎的新近堆积黄土、湿陷性黄土、饱和黄土则应为1.5 m。故案例一中先决条件应为:“当基础宽度≤3.0 m,埋深≤0.5 m(新近堆积黄土、湿陷性黄土状土、饱和黄土≤1.5 m)时,场地各土层的承载力特征值……”。

案例二的错误则完全体现在对承载力概念理解的模糊不清。现行桩基规范单桩极限承载力按下式计算:

其中,qsik为极限侧阻力标准值,说白了,就是极限值。而现行黄土规范表5.7.5所提供值为桩侧平均负摩擦力特征值,说白了,就是特征值。我们把一个特征值直接代入式(3)计算,显然是不严谨的。正确的方法应该是把这一个特征值化为极限值,其实很简单,也就是给这一特征值乘以2。但是,如果我们不分青红皂白,把现行黄土规范表5.7.5所提供值为桩侧平均“负摩擦力特征值”直接按“桩侧阻力标准值qsik”提供给设计单位,那就大错特错了。

2 对覆盖层厚度的认识不足

图中拟建场地原始地貌已被破坏,坑深为4 m (图1),钻孔揭露地层为:

0～2.5 m 粉质粘土

2.5～6.5 m卵石

6.5～9.8 m强风化泥岩

9.8～以下中风化泥岩

图1 覆盖层厚度判定Fig.1 To determine the thicknessof cover

那么覆盖层厚度为多少呢[3]?有些技术人员确定为3.5 m或9.8 m,有些则确定为7.5 m或13.8 m。前者以钻孔资料为依据,认为拟建物将来座落在开挖后的坑地内,当然应以坑底为判断基准。后者则以原始地貌作为考量基准。究竟那种思路是正确的呢?首先,“场地”应理解为一个大环境概念,不要局限在一栋楼、一小片用地范围。

显然,后者的大局观是正确的。那么该场地覆盖层厚度究竟应该是7.5 m还是13.8 m呢?现行抗震规范4.1.4条第三款规定:“剪切波速大于500 m/s的孤石、透镜体,应视同周围土层”。对此,我们专门询问了项勃大师,大师认为:当卵石层厚度不大,性质有不确定性时,仍应以其下稳定中风化泥岩为覆盖层底限。因此,此例覆盖层厚度当以13.8 m为准。

3 岩质边坡评价缺乏依据

对岩质边坡,一般认为,存在下列情况之一者[5],视为可能失稳的边坡:

(1)各种类型的崩塌体。

(2)斜坡岩体中有倾向坡外、倾角小于坡角的结构面存在。

(3)斜坡被两组或两组以上结构面切割,形成不稳定棱体,其底棱线倾向坡外,且倾角小于斜坡坡角。

(4)斜坡后缘已产生拉裂隙。

(5)顺坡向卸荷裂隙发育的高陡斜坡。

(6)岸边裂隙发育,表面岩体已发生蠕动或变形的斜坡。

(7)坡足或坡基存在缓倾的软弱层。

虽然理论上易于理解,但实际工作中多数人对上述原则的应用不够灵活,仅能给出粗浅的判断。如果我们能结合赤平投影法判断,则较容易得出较准确的结论,从而对上述原则中关键的(2)、(3)、(5)、(7)条有一个直观、科学的解决方法。

例如一坝肩岀露地层为三叠系砂质板岩,边坡倾向30°,倾角30°,基岩主要发育有4组结构面(图2),主控结构面295°∠40°。

图2 边坡赤平投影Fig.2 Stereographic p rojection of slope

图中结构面产状分别为:p 30°∠30°,j1295°∠50°,j2183°∠60°,j3108°∠33°,j45°∠10°。

其中,j4倾角小于斜坡坡角,且倾向与坡向一致,不利于边坡稳定,若边坡开挖、放坡不合理,可能引发斜坡失稳。但由于引发因素为非主控结构面,故认为边坡失稳的危险性不大。

4 单位符号不规范

此类问题在报告中屡见不鲜,尤其在常见的承载力、压缩指标单位方面出现的较多。例如:

湿陷性黄土状土fak=160 kPa Es=160 M Pa

以上单位是否正确?可能仍然有很多人难以给出准确的判断。其实,只要掌握规律,问题就会迎刃而解。我们知道,相关标准规定:千(k)以下要用小写,兆(M)以上要用大写。明确这一规定后,反过来再看看,我们会发现,我们多数人把“k Pa”给错误的写成了“KPa”。写错几个字母虽然不是什么大错,但报告标准与不标准、规范与不规范,给阅者的感觉显然是不同的。

5 对土的目力鉴定描述不重视

部分报告编写者对土的光泽反应、摇振反应、干强度和韧性的目力鉴定[1]、描述重视不足。报告中或许能见到相关描述,但往往自相矛盾。我们知道,这些描述的目的应该是较准确地区分粉土和粘性土。而透过他的描述,根本看不出土性。其实,如能通过描述较准确的区分土性,那么在土的冻胀性、地震液化等评价时,我们就无需专门进行液塑限试验来区分土样属粉土还是粘性土了。

6 第三系泥岩载荷试验

第三系泥岩风化程度的划分是其载荷试验所得出结论正确性、可靠性的关键所在。为什么这么说呢?首先让我们看看相关规范的一些规定:

(1)地基规范5.2.4条规定:强风化和全风化的岩石,可参照所风化成的相应土类(对承载力修正系数)取值,其他状态下的岩石不修正。

(2)地基规范附录C规定:当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时,(承载力特征值)取极限荷载的一半。

(3)地基规范附录H则对岩基承载力取值做出特殊规定:将极限荷载除以3的安全系数,所得值与对应于比例界限的荷载相比较,取小值。

通过这些规定,我们看到:把泥岩看做强风化或是看做中风化[1],两者进行载荷试验所得到的承载力出入非常大。比如:某工程泥岩层载荷试验极限承载力为800 kPa,若按强风化考虑承载力特征值应为400 kPa,而按中风化考虑承载力反而降为266 kPa。设计时,前者尚可进行深宽修正而后者则不能。这种结果显然是有悖常理、难以接受的。当工程中遇到上述问题时,我们建议两者取高值,特殊情况下把中风化当做强风化来做,但不建议进行深宽修正。岩土规范附表A.0.3规定:泥岩和半成岩,可不进行风化程度划分。其实也是对这一看法的支持。

7 地下水抗浮设防水位问题

随着城市对地下建构筑物需求的大量增长,地下水抗浮水位的确定就显得尤为重要。有的单位以勘察时水位结合水位涨幅经验值来确定抗浮水位[1];有的单位则提供近3～5 a的水位结合水位涨幅经验值来确定抗浮水位。笔者认为上述确定抗浮水位的方法是不负责任的。究其原因,地下水水位变化是受诸多因素控制的。比如水库可能的渗漏影响等等。

因此,笔者建议重要工程地下水的勘察,应收集勘察期水位、历史最高水位及近3～5 a水位,且应详细调查周边水文、水文地质建构筑物状况,比如水库、抽水井及水源地等状况,然后进行全面、综合评价。

图3 地下水位标高Fig.3 The water table elevation

同时,水位应提供绝对高程,不应仅提供天然地面下埋深。如图3所示:从埋深看我们提供的水位为4～10 m。光看书面文字,会误解为水位埋深最浅处在场地北部为4 m,最深处在场地南部为10 m。然而,当我们确定以1015 m作为设计地面±0高程时,实际上原有结论会反过来:水位埋深最浅处在场地南部为5 m,最深处在场地北部为9 m。

8 湿陷系数统计值及杂填土湿陷量计算问题

常常碰到这样的情况,土工统计表中出现让人费解的统计结果。如某工程湿陷性黄土湿陷系数统计结果为:湿陷系数σs=0.001～0.105,面对这种数据,评价湿陷程度时,有人就犯了愁。单从数据本身看[2],小于0.015属非湿陷土层,于是往往就会不假思索地得出结论,土工统计结果错了。那么到底是不是统计出错了呢?不尽然,如果仔细分析土性,我们会发现,一些土层(尤其是新近堆积黄土)在小压力作用下表现出异常敏感的湿陷性。也就是说,这类土在浅表土小自重压力作用下即可产生湿陷,而在压力增加,达到2 kg或2 kg以上时,由于压缩作用,湿陷性反而减弱或消除。故而同一个土样我们可能会看到这样的土工成果:湿陷系数σs=0.001而自重湿陷系数σs=0.030。我们说,这个土样是有湿陷性的,但其湿陷系数却显示为非湿陷,这就是我们前面为什么看到统计表中出现湿陷性黄土湿陷系数统计结果小于0.015的原因。所以,表观往往不一定代表真理,真理是需要透过现象看本质的。

我们也常常看到技术人员对自重湿陷量的计算是从地面起算的,不管土性如何,哪怕表层有多厚的填土都一概而论。那么,我要问,湿陷性黄土之所以湿陷是由什么机理决定的?是的,是由两种作用决定的:①胶溶作用;②楔入作用。所谓的胶溶作用是指土中起胶结作用的化学成分(如C2Co3等)溶于液体介质的现象,而楔入作用则是在水的作用下在结构性、粘着力很强的架构间形成微细水膜的现象。明白了上述机理,我们再分析填土的性质。当计算对象为由大量砖块、水泥块等建筑垃圾组成的填土时,既不会产生胶溶作用,更谈不上楔入作用。那么我们是否还应该计算其湿陷呢?当然就不应该了。

9 地基、基础方案欠合理性

有人在持力层深度小于5 m时建议采用桩基础,地层含水量很高的情况下采用灰土桩,黄土中采用砂砾石垫层等等。这些错误均基于对其原理缺乏认知,从而生搬硬套的体现。桩长小于5 m时,从理论上讲,应归入墩基范畴,其承载力计算原理和桩基是有本质区别的。试想,如果按桩基原理计算,可能会由于承载力误差而产生工程隐患。

同样,含水量很高的地层不利于灰土强度的增长且施工非常困难。砂砾石垫层用于处理湿陷性黄土,则为黄土提供了一个非常好的渗水通道,工程隐患就显而易见了。

10 结语

上述诸多问题,在勘察报告中屡见不鲜,笔者根据自己的见解做了一些剖析。不足和错误在所难免,仅以此抛砖引玉,望提出不同探讨意见,以求共同进步。

[1]中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范(GB 50021-2001) [S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]中华人民共和国建设部.土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)[S].北京:中国计划出版社,1999.

[3]中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范(GB 50011-2001) [S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[4]中华人民共和国建设部.建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[5]常士骠.工程地质手册(第三版)[M].北京:中国计划出版社, 1992.

GEOTECHNICAL ENGINEERING INVESTIGATION ANALYSIS OF ERROR-PRONE PROBLEM

LUO You-di
(Qinghai Engineering Investigation Institute,Xining 810008,China)

Preparation of the repo rt can easily arise in p roblem s,we should aim at the bearing capacity,ground cover layer thickness,slope stability analysis,the standard unit of symbols,soil descrip tion,load test,anti-floating water level,groundbased p rograms were briefly analyzed.

error-p rone p roblem;analysis;repo rt has been p repared

P642

:A

1006-4362(2010)02-0078-04

罗友弟(1966- ),男,甘肃天水人,注册岩土工程师,主要从事岩土工程勘察和水工环工作。

2009-09-28改回日期:2010-03-22