岩土工程地质勘察及桩基方案的选择研究

欧高军

（湖南化工地质工程勘察院有限责任公司，湖南 长沙 410000）

地质勘察是岩土工程中的关键组成部分，直接关系到工程的设计施工、工程的周期和造价。因此，在工程前期准备中，必须要重视对岩土的研究勘察，预测可能会在工程项目建设出现的问题，先行对预防和治理措施进行思考，才能开展下一环节的工作，合理优选出桩基方案，为工程的设计施工提供保障。

1 岩土工程地质勘察的概述

在开展岩土工程施工工作前，要由专业的勘察单位使用专业的勘察设备对施工现场进行全面的测量、采样以及试验、检验等工作，进而对施工现场的地质地貌、水文环境做出全面的了解，并为后续桩基方案的选择以及施工方案的制定提供重要依据。

1.1 地质勘察的步骤分析

首先，勘察过程中要对工程区域内的岩土类别、物理性质、力学性质以及地基土地层状况、分布规律等进行做出全面的勘察，并对岩土的工程特性做出分析。其次，要对施工现场的场地复杂状况以及拟建建筑的等级做出了解，并以此为基础开展钻孔工作。这一期间，要选用合理的勘察方法，同时还要开展工程勘察纲要的编制。此外，要结合勘察数据和勘察结果，合理开展岩土工程设计，制定相应的施工方案与病害防治措施。最后，还要结合岩土工程已有的理论构架与地质勘察经验，结合工程实际状况，合理、有序进行岩土工程的地质勘察。

1.2 岩土工程地质勘察要点分析

工程建设期间，要求工程勘察人员严格按照规范要求进行施工现场地形地貌与地质构造等方面的勘察，对工程的地质、水文条件进行全面的掌握，在了解施工区地质情况的基础上，结合岩土工程项目要求，分析地质环境与工程间联系，合理制定设计施工方案。但地质勘察工作的展开，要求施工人员应首先进入到施工现场，全面搜集各类资料。然后，待资料收集完毕后，使用相关仪器展开测绘工作。同时，提取现场土层，以实验形式探究土层性质，并建立施工现场模型，直观化展示岩土工程施工现场地质状况，最终将调查数据编制成勘察报告。

2 桩基方案的选择

现阶段，常用到的桩基类型主要有以下三种：其一，就是钻孔桩。相比于其他类型的桩基结构而言，钻孔桩的直径相对较大，受力形式较为简单。同时，钻孔桩的施工工艺简便，有着较强的承载能力。如果施工现场的岩石表面凹凸不平，并且主要以单—岩石地基为主，那么可以采用这一桩基形式。施工期间，要对裂缝等问题进行严格把控，避免钻孔桩出现裂缝、倾斜问题，以免影响到桩基的稳定性和承载能力。其二，夯扩桩在岩土工程中也有着广泛的应用。夯扩桩主要由混凝土与钢筋等材料构成。夯扩桩的优势主要体现在桩尖阻力方面。同时，由于桩端截面面积较大，因而能够提高桩基的整体承载能力。其三，岩土工程施工期间也常用到灌注桩。灌注桩的施工主要包含两大部分：钢筋笼的制作、混凝土的浇筑。特别在一些岩溶地区，灌注桩有着广泛的应用。

3 案例分析

3.1 工程概况

拟建安化县城南区茶都安置房（二）南侧的护坡长约150m，坡顶面标高约121.00m，呈L形，分为ABC段、CD段；其中，ABC段位于西侧，呈南北向，长约20m，该侧红线外拟建怡和家园地下室（基坑深5.0m），坡底面设计地坪标高为105.00m，支护高度约16.0m；CD段位于北侧，呈东西向，长约130m，该侧红线外北面拟建茶都安置房（二），坡底面设计地坪标高为110.00m，支护高度约11.0m。其中，下图1为拟建护坡位置示意图。

图1 拟建护坡位置示意图

3.2 地质勘察分析

3.2.1 勘察方法

本工程的勘察环节中，主要用到了以下几种勘察方法：第一，钻探法。具体勘察期间，投入了GY-1型钻机2台套。钻孔口径φ127～146，开孔孔径127mm～146mm，终孔孔径方面达到了91mm～108mm。在进行填土层、黏性土层以及全风化层的勘察时，主要应用的是冲（锤）击钻进技术，并采用套管进行护壁；在进行岩层的钻探时，主要用到的回转钻进技术，使用泥浆护壁。第二，取样。对于土样的采集，用到的是活塞薄壁取土设备。对于岩样的采集，用到的是钻探岩芯制作的方法；对于水样的采取，使用的是直接钻孔取样的方法。第三，勘察时还用到了原位测试的方法。通过开展标准贯入试验，可以获取黏性土层以及风化岩层的各类物理、力学参数，试验期间严格按照标准试验流程与规范进行操作。同时，本次勘察工作中还进行了动力触探（N63.5）试验，具体试验过程中使用的是自由落锤法。

3.2.2 场地环境和工程地质、水文条件分析

其一，本工程的地形地貌状况如下：场地位于益阳市安化县城南区，原始地貌为低山丘陵地貌。拟处理的边坡总长约150m，坡顶面除西北角已开挖外其余范围场地较为平坦，坡顶面地坪标高约121.00m。北侧区域的地形相对平坦，尽在施工场地的西北角、西侧存在着一定范围的边坡地貌，为场地挖填过程中形成，坡顶面标高约121.00m，坡底面标高约110.65m～111.57m，现状边坡坡率约1：1到1：1.5，局部现状边坡坡面顶部较陡见少量崩塌；场地东侧已设挡土墙，高约3.00m。在本次的钻孔工作中，孔口标高主要在110.65m～121.14m之间，孔口的相对高差达到了10.49m。

其二，气候水文方面，安化县位于资水的中游地区，处于典型的亚热带季风区，该地区的雨量相对充沛，气候较为温和。年平均气温可以达到16.1℃～16.9℃之间，年降雨量可以达到1230mm～1700mm。

其三，拟建场地区域岩层主要为页岩及炭质泥灰岩夹泥质条带灰岩。据场地以北邻近场地调查发现，页岩产状大体的倾斜状况为倾向150°～170°，倾角为60°～80°。

其四，由于受到施工现场不良地质作用的影响，现状边坡存在着崩塌的危险，并且泥灰岩存在着微溶蚀的问题。在本次的勘察过程中，并没有发现泥石流、采空区以及变形沉降等不良地质作用。

其五，通过钻孔发现，施工现场的地层岩性状况如下（①～⑥代表的是地层序号）：首先，对于素填土（Qml）①而言，主要呈现出灰黑色、黄褐色，该地层稍湿、土质松散。在本次的勘察工作期间，拟建场地内除了钻孔ZK1、ZK2以及ZK9之外，都发现素填土层的存在，该层的厚度介于0.50m～2.20m之间，土层的平均厚度为0.82m。其次，对于角砾（Qdl+el）②而言，主要呈现出黄褐色、灰黄色夹灰黑色，该地层稍湿、稍密，局部地区呈现出中密状，砾石主要为页岩、泥灰岩、硅质岩碎块，磨圆度较差，粒径5mm～60mm不等，大者达100mm以上。此外，角砾层的泥质含量主要介于25%～40%之间。在本次的勘察环节中，发现拟建场地内尽在ZK3以及ZK10、ZK11、ZK18有角砾层的分布，层厚达到了2.60m～6.10m，平均厚度为3.76m。此外，对于粉质黏土（Qdl+el）③而言，主要呈现出灰黄色、黄褐色，该层具有可塑、局部软塑的特性。在本次的勘察过程中，发现ZK12、ZK13、ZK14以及ZK15、ZK16具有粉质粘土层的分布，层厚介于1.70m～6.30m之间，平均厚度达到了4.04m。另外，施工现场还以此分布着全风化页岩④、强风化页岩⑤以及中风化泥灰岩⑥。其中，全风化页岩④主要呈现出灰黄色与黄褐色，该地层在拟建工程的施工现场分布相对普遍，层厚主要介于4.10m～18.80m之间，平均厚度达到了11.99m。

其六，勘察期间分析，场地外主要地表水为场地北侧约270m的资水。其中，下表1为场地岩土层工程特性指标推荐值。

3.2.3 工程风险分析与评价

（1）场地分析与评价。通过收集施工区域的地质、水文资料，并开展钻探勘察工作发现，施工现场没有发现新构造运行以及断裂构造等相关迹象，除西北角边坡局部因开挖放坡角度较大顶部发生少量崩塌问题之外，场地中的下伏泥灰岩存在着微溶蚀现场。

（2）特殊性岩土评价。在本工程中，特殊性岩土地层主要有三个：首先，素填土层呈松散状，稳定性差，主要为新近填土；在场地西北角超挖部分如需要回填，需采取分层碾压或夯实等处理措施达到设计要求。其次，页岩全（强）风化层，在自然状态（原状）下强度较高，具有遇水软化崩解的特点，水浸泡后强度显著降低，坡面易发生崩解和塌方等，不利于边坡稳定，因此基础施工应及时封砼，以免其力学性能降低。

表1 场地岩土层工程特性指标推荐值

（3）地下水和地表水评价。场地内分布着填土层，场地地处多雨地区，根据区域施工经验，雨季场地内的填土层可能会汇集少量大气降水，汇集的水会对组成边坡的素填土①、粉质黏土③和全风化页岩⑤造成软化，自重增加，强度降低，进而影响边坡稳定，设计施工时应加强边坡周边截排水及坡面与坡顶面防水措施，并做好坡体泄水措施，防止水毁等问题的发生。

3.3 桩基方案的选择

本项目中，针对AD段以及BCC1段的不同地质、水文环境，采用了不同类型的桩基形式。

3.3.1 AD段桩基方案的选择

针对AB段、C1C2、C2D、DE段的实际地层状况，宜采用桩锚加固方案。其中，AB、C1C2应采用人工挖孔桩形式，C2D、DE可采用机械旋挖或人工挖孔桩的形式，桩顶设冠梁，桩侧植锚筋挂钢筋网喷射混凝土面板，锚索设腰梁。AB、C1C2、C2D、DE段施工顺序为：施工准备--桩孔放线定位--人工挖孔桩施工--锚索施工--桩侧植锚筋挂挂网喷射混凝土面板--锚墩垫板安装--抗拔试验--张拉锁定--下排锚索施工--桩侧植锚筋挂挂网喷射混凝土面板--锚墩垫板安装--抗拔试验--张拉锁定--截排水沟、泄水孔--验收。

3.3.2 BCC1段桩基方案的选择

针对BCC1段的实际地层状况，应采用人工挖孔桩形式，在桩顶设置冠梁，桩侧植锚筋与挡土板连接。除桩顶设冠梁外，中部设冠梁，阳角内设一桩，通过拉梁连接对拉阳角两侧桩。其施工顺序如下：施工准备--桩孔放线定位--（原状已切坡段）人工挖孔桩施工--下排第二排拉梁施工--桩侧植锚筋挂网喷射混凝土面板--土方部分回填处理--上部两道拉梁施工--土方回填处理整平--截排水沟、泄水孔--验收。以上AD各段边坡开挖支护应采用先桩后锚、分段跳挖、及时施工的程序，锚索张拉锁定也应间跳施工。其中桩侧临空段需回填土保证挖桩安全。AB段、BCC1段由于在斜坡上进行人工挖桩，存在一定风险，应采取相应防护措施。

3.3.3 支护桩施工技术

支护桩施工前应熟悉掌握设计图纸及相关要求；应严格按设计图纸及相关规范施工，不得擅自变更设计。首先，在开展桩孔开挖施工之前，要对坡体上存在的不稳定土体进行及时的清理，必要时采取专门护壁措施，防治塌孔，局部桩侧临空段需回填土保护后方可挖桩；其次，施工期间，施工单位以及建设单位、现场监理单位应对每根支护桩进行地质验槽，确保支护桩的嵌固段深度，若嵌固段地层差别较大，应结合现场实际情况合理确定嵌固段桩基长度。

3.3.4 锚索施工技术

对于锚索施工工作而言，应按照成孔、清孔、锚索施工、注浆、张拉等施工顺序开展相应的施工。具体施工期间，应重点加强以下几方面的管控：一方面，施工过程中要对锚索孔位进行严格控制，其允许偏差不能超过±100mm；同时，孔径的偏差不能超过±5mm，孔深的偏差值不能超过±50mm。另一方面，施工时对于锚杆（索）的张拉主要使用的是间隔张拉的方法。

3.3.5 挡土板、喷砼面板施工技术

其一，挡土板主要采用现浇而成，在施工护壁桩时，桩临空侧设锚筋，锚固长度不小于15d。挡土板每隔2m左右设一泄水孔，挡土板最下一排泄水孔的高度高于坡脚的高度约200mm。其二，在开展喷砼面板的喷射施工时，应严格按照“分段、分片”的原则进行喷射。对于同一分段内的混凝土，应遵循“自下而上”的喷射顺序。

3.3.6 伸缩缝

支护砼板伸缩缝按设计位置进行留设，缝宽300mm，以沥青码蹄脂嵌缝。

3.3.7 泄水孔及截排水沟技术要求

首先，在本工程中泄水孔采用的是φ50PVC管，泄水孔孔斜5%～10%，竖向每隔2m布置一根。需要注意的是，需要在泄水孔的后方设置一层反滤层。其次，在坡顶、坡底等位置，要按要求做好截水沟、排水沟的设置，其尺寸规格与配筋状况应满足设计要求。排水沟应与周围的排水系统相连接。

3.3.8 土方施工技术

其一，在进行填土施工时，首先要对现状坡面进行表面清理，清除表面覆盖层，包括植被，冲积土等软弱土层，分层压实填土应与原边坡的老土直接接触，在接触面每隔2m高开挖槽，使填土与老土呈阶梯型接触。其二，对于开挖土方施工工作而言，应严格按照“分层、分段”的开挖原则进行施工。挖土期间，要使用专门的机械设备，分层开挖的深度不能超过2.0m，要确保坡面的平整效果，防止出现超挖、欠挖等问题。

4 结语

工程建设之前，做好岩土工程勘察是非常必要的。通过对岩土地质进行勘探，能够全面掌握工程地质情况，及时掌握可能会对工程项目建设造成威胁的地质因素，制定合理的施工预防计划，避免出现质量和安全问题。