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淺議巖土工程勘察方案及測試的討論

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  一、制定勘察方案
  首先要根據工程重要性、場地復雜程度和地基復雜程度確定巖土工程勘察等級,根據擬定的勘察綱要和確定的巖土工程勘察等級,結合工程實際情況按現行相關規范要求制定勘察方案。大型工業廠房建設工程建(構)筑物子項多,各子項工程重要性等級也各不相同,主體建筑物如主廠房、高爐等為二級工程,有的甚至是一級,而輔助設施如通廊和轉運站等為三級工程,同一等級建筑物也有荷載大小的區別和對地基變形敏感程度不同之分,因此制定勘察方案時設計鉆孔深度和孔間距也要根據規程規范要求和擬建建(構)筑物情況區別對待。
  勘察方案制定要重點突出,尤其對勘探、取樣、原位測試、試驗的方法、手段及其工作量的計劃一節既要詳細又要有一定的可操作性,例如對于鉆孔的深度,首先依據各擬建建(構)筑物建筑等級和擬建場地的巖土層分布,
  確定哪些為控制性鉆孔,那些為一般性鉆孔,再按巖土工程勘察等級來設計各鉆孔鉆探深度,同時應對各鉆孔必須進入某地層深度進行明確(如入基巖不小于8.0m等),這樣在鉆探施工中,機臺操作人員知道何時該終孔。
  在大型工業廠房建設巖土工程勘察中對勘察方案進行技術交底尤為必要,由于動用人員設備較多,地層變化復雜,如不進行詳細而具體的技術交底,在外業過程中有可能會亂打仗,甚至達不到勘察目的。如勘察方案中計劃在某孔的沖積粘土層要取樣測試,但實際可能沒有遇到該層,取而代之是新出現的粉土地層,遇到這種特殊情況若事先未交待,作業人員有時就無所適從。
二、巖土測試項目的確定及試驗條件的選擇
  常規的試驗項目,巖土技術人員、測試人員都比較熟悉,但是對于一些特殊性較高的測試項目,卻不是人人都明白的。因此對于目前的一些建筑場地需要進行實驗項目分析,如下:
  (一)土工程試驗中最為重要的項目之一就是固結即壓縮試驗土的固結試驗,它是常規低壓試驗,同時也是具有特殊性的實驗項目。為建筑物地基進行沉降計算提供重要參數是其主要目的。所以應根據不同的變形計算方法,不同的目的,選用不同的試驗方法。
  1、當用一般有側限壓縮試驗的壓縮模量,按分層總和法進行沉降計算時,其試驗最大荷級只要超過預計的土自重壓力與附加壓力之和即可。
  2、當采用考慮土層應力史的固結沉降時,試驗的最大壓力應滿足繪制完整的e-l0gp曲線的需要。即應加至出現較長的直線段為止,以求得先期固結壓力Pc、壓縮指數CC、回彈再壓縮指數CS,當需要考慮沉降速率時,應同時測定固結系數CV。
  3、當土層的各向異性顯著(如薄層狀淤泥、粉細砂反復互層出現),需要了解在垂直荷載作用下,土層水平方向的排水固結情況。這種試驗是在軸向壓力下,試樣上下兩端不排水,而是在水平方向進行徑向排水條件下進行固結過程,求得水平固結系數CH及水平滲透系數KH。必須采用多孔環刀切取土樣,裝入水平固結試驗容器進行測定。
  (二)抗剪強度試驗土的抗剪強度與試驗方法密切相關,其試驗方法應根據所采用的計算方法(總應力法或有效力法)、施工速率和土的排水條件等而定。若為驗算邊坡穩定性和擋土墻、錨桿等支擋設計所進行的。
三、巖土工程勘察中巖土測試對樣品的要求
  巖土測試的結果即是參數需要反映巖土體的工程性狀,這就要求樣品必須符合要求。不符合要求的樣品(如原狀樣變成擾動樣),即使是再高的儀器精度,測試工作人員再怎么努力,測試結果也是難以反映出原狀土的性狀。對工程的試驗樣品也有一些要求,具體如下:
  (一)所取的樣品需要應具有足夠的代表性,也就是說所取的樣品必須能代表并反映該巖、土體所在位置的工程性狀及特征。
  (二)要求在天然狀態下測定各種參數的巖土試樣,在采樣時必須保證原來結構不受破壞擾動、含水率不改變,這點更為重要。結構擾動、含水量改變了試樣,可以肯定測定結果不可能反映天然巖土體的工程性狀。
  (三)樣品的規格、數量要滿足各試驗項目所需的要求。土常規試驗一般要求土樣直徑>70mm、長200mm;巖石單軸抗壓強度每一種試驗狀態(如天然、飽和、風干)要保證能制備3--6塊φ50mm×100mm的標準試件。一些特殊性試驗項目對試樣規格、數量要求,應根據所采用的方法、儀器設備、樣品本身最大顆粒直徑而定,如巖石的三軸或抗剪斷試驗,三軸每組要制備φ50mm×100mm樣品10~15件;抗剪斷要制備:50mm×50mm×50mm樣品8~12件。試樣高度宜為直徑的2~215倍,一般需要3~4個試樣分別在不同周圍壓力下進行試驗,才能確定C、φ值。可見采樣時應根據土體中最大顆粒粒徑的大小決定所取土樣直徑的大小和數量。
四、巖土工程評價
  (一)場地地層評價
  根據野外描述鑒定、室內巖土試驗成果及野外原位測試結果,結合擬建場地周邊原有的地質資料,對勘察場地內揭露的各巖土層從狀態、密實度、穩定性、力學強度和壓縮性以及滲透性等方面進行綜合分析評價。
(二) 邊坡穩定性評價
  從定性和定量兩個方面進行,首先要分析確認可能破壞方式,再者設定邊坡穩定性評價的條件,最后確定采用的評價方法。在進行定量評價時結構面確定及巖土體強度參數取值以及荷載取值至關重要,必要時應將結果與定性評價對比,分析其合理性;邊坡穩定性分析評價目的是為施工圖設計提供合理的邊坡工程參數和邊坡處理建議。
  (三)地基基礎方案評價 
  地基基礎方案評價是巖土工程勘察的核心內容,應在充分了解擬建項目的實際條件(建筑體型、層數、荷載大小和分布情況、地下室層數及基礎底標高、相鄰建筑物基礎情況)的前提下,根據建筑場地工程地質條件和水文地質條件,同時結合工程經驗,考慮施工條件、材料供應以及地區抗震設防烈度等因素,進行分區評價或進行一個或多個子項建(構)筑物分組分別進行評價。
  對每個子項建(構)筑物經過分析比較,提出安全、可行、經濟的一種或二種最優地基基礎方案。基礎形式(天然地基或樁基礎)選擇,既要滿足場地地層條件,也要符合上部結構和荷載要求和施工條件的許可。當選擇樁基礎時一般建議最優的1~2類樁型,不宜將各類樁型均寫入勘察報告中,避免設計人員在進行樁基設計時無所適從。
  基礎持力層的選擇,與基礎埋深及基礎形式相適應。如在某大型工業廠房巖土工程勘察中,擬建場地填土較深,一般大于5m,場地第四系土層厚約5~10m,大部分區域下伏基巖為石炭系中風化灰巖(厚度大,未探明),灰巖巖溶較發育;約1/3區域下伏基巖有二疊系強~中風化頁巖,厚度約10~30m不等,其下為石炭系中風化灰巖(厚度大,未探明),灰巖巖溶較發育。基礎方案將有強~中風化頁巖區域與其它部分一樣全部采用沖孔灌注樁,選擇灰巖作為樁端持力層,樁孔穿過厚度約10~30m、承載能力較好的強~中風化頁巖層后,發現大部分樁還要穿過10~20m的巖溶發育段,樁端才有不小于5m的完整基巖。
  但工程從工期、投資、質量控制方面考慮,不言而喻的最優方案應是在有強~中風化頁巖區域采用人工挖孔樁,選用二疊系強~中風化頁巖作為樁端持力層。基礎評價內容包括承載力參數、變形參數計算或驗算。各項參數確定一定要注意其相關性,如地層承載力特征值與壓縮模量對應,樁端端阻力特征值與之相關的液性指數、孔隙比、密實度以及原位測試數據等土的狀態相一致。各項參數取值必須充分考慮地方經驗數據。

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