勘察过程质量控制方法及其对工程建设的影响浅析

张诏飞，席 伟

（廊坊市中铁物探勘察有限公司，河北 廊坊 065099）

0 引 言

工程勘察是国家规定的工程建设必经程序之一[1]，对后续工程的设计、施工、检测、监测及工程建设控制水平均有重要意义。随着国家基础设施建设能力的不断提高，工程勘察行业在规模、产能和从业人员水平等方面迎来了大发展，众多专家学者对公路、铁路、水利、矿山、城市工（民）建等领域的工程勘察理论方法、技术工艺，进行了大量研究，取得了丰硕的成果[2-6]，保障了国家工程建设的有序进行。另一方面，因行业发展速度较快，从业人员素质参差不齐，同时又容易受建设工程工期、人员材料、机械成本等经济条件影响，工程勘察工作的质量并不完全尽如人意，从而对工程建设产生了不利的影响[7-11]。

本文从工程勘察外业工作、内业工作质量的角度，结合实际案例，分析地质调查、外业勘探成果、室内试验、数据分析等方面勘察质量差异对工程建设的影响。

1 外业工作质量影响工程建设案例

1.1 地质调查相关案例

地质调查工作对于查明建设场地及周边区域不良地质及特殊土发育至关重要。2020年6月，一带一路非洲节点上重点建设项目二期工程某车间在开挖基坑时，发现场地西南侧浅层分布较大厚度的尾矿砂，如图1所示。根据钎探结论，软弱土层承载力约60 kPa，初步估计分布范围约70 m×70 m，与勘察报告所描述地层不一致。

图1 某项目槽底揭露尾矿砂Fig. 1 Exposed tailings at the trough bottom of the project

由于该层软弱土的存在，预计将增加地基处理费用，同时延误建设工期。后经调查，发现建设场地为南部废弃尾矿坑的北部边界，一期项目建设之前，场地西南角被尾矿所淹没，勘探期间被矿渣覆盖，尾矿砂下面的原始地层受尾水浸湿后性质变弱。勘察报告中未对尾矿砂做专门描述，仅以填土带过，对尾砂层下覆盖的软弱土未做说明。同时附近厂区排放的酸性废水对地基土产生了显著的污染，造成地下水和场地土pH值偏低，地下水呈强酸性。受此影响的地基土工程性能持续降低，对比2013年6月一期工程（二期工程西侧相邻场地）详勘、2018年12月二期工程详勘及2020年6月补勘结论，3次勘察期间地基土承载力分别下降了10～20 kPa。

如图2所示，经过补勘查明尾砂及受尾砂、酸性水影响的地基土分布面积约 5 600 m2，层厚0.60～4.30 m。勘察单位建议对其进行换填处理，换填材料就地取用废弃矿渣矿石。按照原设计方案对地基承载力特征值的要求fak=120 kPa，推算基础底面荷载 Pk不大于经深宽修正后的承载力特征值fa=210 kPa。现地基持力层风化泥岩承载力特征值为100 kPa，换填 1 m修正后的承载力特征值 fa1=222 kPa，软弱层顶面处土重Pcz=86 kPa，软弱层顶面处附加压力为Pz=114 kPa，经计算软弱层顶面处荷载为200 kPa，小于持力层的承载力，换填1 m可满足设计荷载要求，根据不同的结构要求，建议换填厚度在1.0～2.0 m之间，同时对附近厂房的废水排放设施做密闭和防渗处理。设计单位采纳建议，施工验收载荷试验和工后沉降观测结果表明，地基处理满足工程要求。

图3为图2所示位置地基处理后采用载荷试验进行承载力检测的p-s曲线，在240 kPa压力下的沉降为6.55 mm，且曲线平缓光滑，无明显拐点。

图2 相同位置补勘前后地质剖面Fig. 2 Geological section before and after the same location prospecting

图3 人工地基检测成果图Fig. 3 Test results of artificial foundation

本项目因忽视了地质调查工作，未能查明对工程建设有较大影响的软弱土的分布范围，造成建设工期延误10 d，对项目投资控制造成困难。建议从踏勘及方案制定阶段开始，充分重视地质调查的重要性，制定专门措施，分阶段调查场地及其附近区域发育的特殊土及不良地质。

（1）在踏勘阶段，可通过向委托人询问场区历史情况、走访调查等手段对场区可能存在的不利因素进行初步了解。

（2）在方案制定阶段，可通过搜集历史地形影像、前期地质资料等，实现场区不利因素的整体把控，并制定针对性的勘探预案。

（3）在勘探实施过程中，对于揭露的异常地质现象，可结合在前两个阶段了解到的信息进行综合判断，按已有预案开展专门工作。

这种逐层推进的勘探方法，对于查明暗埋的不良地质具有现实的意义。

1.2 外业勘探成果相关案例

目前勘察行业采用的主要勘探手段为钻探，对于湿陷性土地区宜在探井中取样。某矿山尾矿库建设项目工程勘察过程中，发现广泛分布湿陷性土，且勘察报告提供的湿陷性土厚度较大，部分区域埋深超过了 20 m。与附近其他建设项目勘察经验相比，该项目湿陷性地基土埋深严重偏大，给设计及建设单位造成了严重困惑，一方面当地并无处理深厚湿陷性土的经验，另一方面也会增加地基处理的费用（千万元以上），将严重超出概算标准。

在对勘察工作审查过程中，发现该项目湿陷性土试样大部分为钻孔中采取，钻孔口径108 mm，使用厚壁取土器回转钻进取样。在此工艺条件下采取的湿陷性土试样将显著扰动，质量等级将低于力学所要求的标准，试验得出的湿陷系数将偏离实际水平，埋藏较深厚的非湿陷性土经试验得出的结果也可能是湿陷性的。最终补充探井取样和试验后，如图4所示，湿陷性土埋深基本在3 m以内，湿陷量计算值在100～180 mm之间，场地湿陷等级为Ⅰ级非自重湿陷，参照国内标准《湿陷性黄土地区建筑标准》并结合柔性坝体堆筑加荷及受力特点，采取部分换填或整体铺防渗膜后可满足结构及防渗要求。目前项目尾矿坝已完成建设，变形及渗漏监测数据均无异常。

图4 相同位置补勘前后湿陷性土下限Fig. 4 Lower limit of collapsible soil before and after the same location

本案例中，因勘探、取样方式选用错误，造成勘察质量事故。在不同的地层中，应选用有效的勘探和取样方式，保证勘探效率和取样质量。

（1）对于一般黏性土层和岩体质量较好的岩层，岩土层完整性较好，且有较高的黏聚力，选用常规的回转岩芯钻进法，可实现高效钻进。对于黏性土的取样，目前大多使用快速压入法配合镀锌铁皮衬管的厚壁敞口取土器，其弊病甚多，取样质量不高，但因其简单高效，仍被允许使用，但应注意保持衬管铁皮形状圆整且无附着物或锈斑。

（2）对于粉土和砂土层，除回转钻进外，尚可采用锤击法钻探，采用圆筒形钻头的刃口借助钻具冲击力切削土层钻进，粉土的取样多采用重锤少击法，砂土多用贯入法取扰动样，如需取得饱和砂土的高标准原状样，尚需采用内置环刀的取砂器取样。

（3）对于碎石土和质量不高的松散、碎裂岩体，一般可采用冲击法钻进，如需采取不扰动样，尚要采用回转钻进，配合双动三重管取样器。

（4）对于膨胀性土、湿陷性土、多年冻土，应采用干钻方式，严禁送水，并应控制回次进尺不大于0.5 m（湿陷性土应一米三钻），钻孔取样宜采取大直径试样，湿陷性土和多年冻土的Ⅰ、Ⅱ级试样应在探井、探槽中刻取。

（5）软土和膨胀性土应采用薄壁取土器静力压入法取样。

2 内业工作质量影响工程建设案例

2.1 室内试验相关案例

因工程建设所需要的岩土物理力学参数较多，室内试验对建设工程的影响方式和程度也不同。其中在物理指标中，含水量w属于岩土体的基本性质，对其他物理力学指标都会有影响。某沿海地区桥梁建设项目中[12]，采用 CFG桩复合地基处理软弱地基土。在 CFG桩基桩检测过程中发现了较多的断桩、缩径现象，如图5所示。经汇总分析，断桩、缩径的深度集中在10 m左右，可能与地质条件有关。

图5 桩身夹泥断桩波形和钻芯验证照片Fig. 5 Waveform of pile with mud and verification photos of drill cores

经补勘取样测试，在10 m深度左右分布一层淤泥质土，厚度约1 m左右。其含水量在40%左右，固结程度较低，在 CFG桩长螺旋成孔后及混凝土浇筑过程中，极易发生缩径，影响桩体完整性。

质量事故调查中发现，在钻探原始记录中，如实记录了该层软弱土。室内试验报告显示，该层土含水量在25%左右，为软塑状态黏性土，与补勘结论不一致。追溯试验记录，发现试验过程中样品大量挤压，送样11 d以后方才开土。因留置时间过长，样品失水严重，含水量试验结果与实际状态产生了较大偏差。

该事例中，由于试验结果偏差，导致施工采用了适用性较差的地基处理方案。后采用了注浆法处理断桩和缩径，效果较好。因检测结果验证、补勘调查及方案论证、注浆施工，导致建设工程工期延误50 d，严重影响了建设单位的工期目标控制。对于室内试验的质量控制，要重视样品留置期间的环境和时间，还应针对岩土体不同的作用状态选用适当的试验方法。另外，对于拟采用不同的基础或地基处理方案，还应注意试验方法和试验项目的影响。

（1）拟采用嵌岩桩的项目，应重点关注桩端岩层的单轴抗压强度，其与桩端承载力和成桩方法选用直接相关。

（2）拟采用钢管桩，因桩体与土体接触面积较大，应对场地土的腐蚀性进行试验。

（3）拟采用预压地基，应对地基土的前期固结压力、渗透系数、固结系数等指标重点关注。

（4）当采用水泥土搅拌桩或旋喷桩处理软土时，应对其有机质含量进行试验，验证处理方法的适用性。

2.2 数据分析相关案例

勘察数据分析处理的首要任务是划分地层，其重要依据有勘探记录、岩芯照片、原位测试及室内试验报告。非洲某中资矿山基建项目，勘察报告显示场地湿陷性土的层底深度普遍在5～7 m。因当地施工条件受限，可用的地基处理手段主要为换填。对于大规模的工程建设，换填3～5 m的费用是建设方难以接受的。

在对勘察报告审查过程中发现，试验报告显示，3 m以下土层的湿陷性系数和自重湿陷性系数普遍小于0.015，即3 m以下土层为非湿陷性土。勘察报告中的地层划分仅以现场的勘探记录为准，未能充分考虑室内试验结果的变化情况，最终导致所划分的湿陷底深度偏大，人为增加了地基处理的深度和费用。

数据分析是工程勘察工作的核心部分，其工作精度直接影响勘察的质量水平，并对后续的设计工作有显著的影响。可从以下方面提高数据分析质量：

（1）注意数据的差异性，出现较大的变异系数时，应注意分层精度、试验方法适用性、数据统计选用等是否出现了问题。

（2）相关数据的一致性较差时，应注意试验测试数据的误差，或者岩土体是否为特殊性质。

（3）注意直观揭露的现象与试验测试数据相互验证，是否存在因果关系。

3 结 论

以上工程勘察案例分别从地质调查、勘探成果、室内试验、数据分析等勘察工作不同环节出发，对其影响工程建设的程度和方式进行了浅析，可见工程勘察的外业工作和内业工作为工程建设的前置程序，其各个环节环环相扣，工作质量的差异将直接影响工程建设工期和建设成本。规范科学合理的勘察方法对保证工程勘察质量、节约工程时间和经济成本都有重要意义。