关于岩土工程勘察存在一些问题分析

　　摘要:通过作者多年工作经验本文分析了现场勘探资料收集(勘探点布设、野外地层的划分、原位测试、地下水位的观测)、土工试验(粉土的划分、剪切方法的选择、固结试验)及岩土工程分析评价(地基均匀性、粉土及粉砂地基承载力特征值的修正、地基承载力的确定、地震效应、基础方案选择、建筑工程分级)三个方面进行了剖析,提出了一些解决问题的个人的看法,以便与同行交流学习。

　　关键词: 岩土工程;现场勘探资料收集;土工试验;岩土工程分析评价

　　0 前言

　　岩土工程勘察的主要目的是为设计、 施工提供地质勘察成果及各项岩土工程参数 ,岩土参数的合理提供关系到基础设计的安全性、 经济性和可行性。岩土工程勘察过程中常存在一些问题,这些问题有些是技术人员对规范理解不透、执行不当,有些是规范本身存在不足。下面结合本人实践对岩土工程勘察中常遇见的相关问题进行浅析,以便与同行交流。

　　1现场勘探资料收集方面存在的问题

　　1.1勘探深度及勘探间距

　　基础形式及结构形式不同,勘探深度不同。如:一般5~6层砖混结构住宅,勘探孔深15 m基本可满足要求,而5层框架结构商场由于柱网的柱荷载大,基础面积大甚至可能采用桩基,则勘探孔深度15 m一般不够。

　　地层工程地质性质不同,勘探深度不同。如:埋藏较浅且工程地质性质好的密实碎石土及基岩地区勘探孔深度较浅,而工程地质性质差的淤泥及松散杂填土地区勘探孔深度较深,这就要求在勘探前对勘探区域地层大致情况有所了解,做到有的放矢。

　　地基复杂程度不同,勘探点间距不同。在勘探时遇复杂地基情况,应按规范要求加密勘探点,不能局限于经济或时间等因素而坚持原勘探方案不变,事必难以查明场地工程地质情况,埋下工程隐患。这种情况在工程勘察市场竞争剧烈而盲目压价的地区较严重。

　　1.2野外地层划分

　　野外地层的正确划分是室内资料整理的关键因素,对较大型的工程由于施工多采取多钻机平行作业形式,技术人员较多,各勘探班组往往各行其事,最后资料汇总后难以统一,给室内整理带来很大困难。为避免这种问题应将所有技术人员首先集中到一起共同勘探一到二个钻孔,统一编录形式,并派专人现场负责勘探区域整体野外分层连线,发现异常及时处理,只有这样才能更好地保证勘探质量。

　　1.3原位测试试验

　　原位测试应严格按规范进行,在施工中常会出现一些所谓“捷径”:静力触探按规定应定深调零以减少零漂,有时图省事不按要求调零,造成数据采集不准,尤其在气温与地温相差较大的冬天、夏天触探指标相差更大。

　　标准贯入试验不按规定进行杆长和孔深校正,在缩径和孔底有残留时,不能及时发现标贯器没落至应测试孔底位置,造成标贯数据严重失真。

　　重型及超重型动力触探按规定需连续贯入,并定深旋转触探杆(以减小侧摩阻),但在施工时由于连续贯入比较缓慢且起杆困难或局部地段锤击不进而放弃连续贯入,使得对碎石土评价本来就缺乏相应手段的触探指标数据不够详实,进而造成对碎石类土的评价困难。

　　1.4地下水位观测

　　实际地下水位量测存在以下几个问题:第一,应同时观测地下水位,量测时间须在最后一个钻孔施工24 h后;第二,地下水位观测应考虑周围地下水开采情况的影响,若量测时间正好处于附近抽水井抽水下降漏斗时,所量测到的地下水位肯定偏深;第三,水位量测应与钻孔座标、标高回测相结合。我们知道勘探孔口周围地面实际不是一个水平面,水位量测参照孔口位置不同,水位埋深也不一样,因此而产生的误差几厘米是难以避免的,这根本无法满足按规范要求地下水位量测精度为±2 cm的要求,也更无法测定地下水的正确流向。解决方法是孔口座标、标高回测同时以标高回测时的孔口位置为准向下量测地下水位深度。

　　2土工试验方面存在的问题

　　2.1粉土的划分

　　按规范:粉土是粒径大于0.075 mm的颗粒质量不超过总质量的50%,且塑性指数等于或小于10的土。在实际应用中,由于颗分试验较复杂,仍存在仅按塑性指数≤10来划定粉土的不全面、不准确的做法,我们知道粉砂有时也可测定一定的塑性指数,若仅按塑性指数划分粉土必然会造成一些误判;另外,按GB50021-2001规范规定粉土承载力特征值深宽修正及按GB5007-2002规范进行液化判别均须根据其粘粒含量数值来进行计算。有些地方由于地震烈度小于或等于6度(对一般建筑不需进行液化判别)且粉土非基础持力层不必进行承载力特征值深宽修正,仍有只以塑性指数判定粉土的情况。

　　2.2剪切方法的选择

　　直剪试验受力条件复杂(如发生剪切位移时法向加荷由最初轴心受压变为偏心受压,剪切面破坏面人为限制),排水条件不易控制,按《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999第18条规定快剪试验一般适用于渗透系数小于10-6 cm/s的细粒土。粉质粘土渗透系数一般大于10-5 cm/s,粉土K值更大,用直剪试验已非常勉强,在室内试验对粉土及粉质粘土直剪时,发现四级荷载下很少存在峰值强度,绝大部分需剪切至位移6 mm处,剪切强度指标回归性差(尤其最后一级荷载强度偏低,再现性差),剪切强度指标仅能作为参考。另外较软弱的土即使渗透系数满足要求,当后二级荷载加上时会发生土样挤入透水石与剪切盒之间缝隙的情况而无法剪切。虽然直剪试验方便简单,但其对粉土、粉质粘土及较软弱的土强度指标可信度不足,目前推广三轴试验不太现实,但笔者认为一个工程进行一定数量的三轴剪应是可行的。

　　2.3膨胀土的固结试验

　　在固结试验过程中,膨胀土在小于膨胀力的分级荷载作用下的百分表读数均为负值(即膨胀上升),而当分级荷载大于膨胀力时百分表读数为正值,尤其膨胀土的膨胀力稍大于100 kPa的情况下,在100 kPa时百分表读数为负值,而在200 kPa时百分表读数为正值,在利用公式 计算孔隙比时100 kP a作用下的百分表读数究竟取负值或是零,试样初始高度取20 mm或是(20 mm+100 kPa压力作用下试样的膨胀量)进一步使计算100~200 kPa压力下的压缩系数和压缩模量存在困难,规范中对这种情况没有说明,这给膨胀土的评价带来一定问题;目前计算时100 kPa作用下的百分表读数取负值,试样初始高度取20mm,其是否合理尚存疑问。

　　3岩土工程分析评价方面存在的问题

　　3.1地基均匀性评价

　　对高层建筑地基均匀性评价按《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ 72-2004规定进行,但对一般建筑GB50021-2001规范虽要求进行地基均匀性评价,但没有给出相应评价方法。一些单位参考了高层建筑地基均匀性评价方法进行评价,目前认为这种评价方法不太合理。某地区按地基承载力 、受力层层面坡度和建筑层数按《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002第3.0.2条规定:若三者不同时满足3.0.2表中条件,建筑地基须进行地基变形计算,场地地基就属不均匀地基,这种方法已得到一些地方的认可。

　　3.2地基承载力特征值确定

　　我国幅员广大,土质条件各异,用几张表格很难概括全国的规律,用查表法按GBJ7-89规范确定地基承载力值在大多数地区可能基本适合或偏保守,但也不排除个别地区可能不安全,另外随着设计水平的提高和对工程质量要求的趋于严格,变形控制已是地基设计的重要原则,故GB5007-2002取消了GBJ7-89规范中土的物理力学性质指标与地基承载力的关系表;新规范规定:勘察单位应根据试验和地区经验确定地基承载力设计参数。而在实际工作中,地区经验在许多地区仍很不成熟,这表现在以下两方面:首先地区性的经验自始至终很少建立起来,现在许多地方所谓的经验仍是在GBJ7-89规范基础上建立起来的,出于利益考虑一般存在着偏保守的问题;其次建立地方经验不仅仅是一个或几个勘察单位的事,而应由政府、设计、勘察等部门相结合,通过必要的投入和载荷试验等行之有效的方法来建立,而这在中小城市甚至一些省会城市根本是一纸空谈,基本上仍是各勘察单位各自为政,仍在变相沿用GBJ7-89规范,更有甚者,故意利用所谓地区经验人为地降低承载力指标,造成工程浪费。

　　3.3粉土及粉砂地基承载力特征值深宽修正

　　《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002第5.2.4条规定:对粉土按粘粒含量是否小于10%选取深、宽修正系数 、 ,对粉砂(不包括很湿与饱和时稍密状态)取 =2、 =3,但在应用中一方面发现很湿-饱和、松散-稍密的粉砂无法修正;另一方面对某地区部分中密以下粉土利用新GB5007-2002和老GBJ7-89规范确定承载力时相差一倍甚至更大,这显然是不正常的,经请示有关专家及地方经验确定:对某地区部分中密以下粉土及很湿-饱和、松散-稍密的粉砂深度修正系数 =1、宽度修正系数 =0。

　　3.4复合地基承载力深宽修正

　　按《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002第3.0.4条之规定:经处理后的地基,当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对本规范确定的地基承载力特征值进行修正时,基础宽度的地基承载力修正系数应取0,基础埋深的地基承载力修正系数应取1;当某些地基承载力提高幅度不太大的土层进行CFG复合地基处理时,发现地基处理后按JGJ79-2002规定方法进行深宽修正后的地基承载力特征值还没有该土层没有处理前按GB5007-2002第5.2.4条规定进行深宽修正的地基承载力特征值大,笔者认为这只能说明了规范相互间存在着协调不足的问题。

　　3.5基础方案的选择

　　第一,基础方案的选择应依据场地地层情况及区域经验综合进行,忽视任何一方面均可能造成错误。如某市东区地层多为粉土、粉细砂,从地层情况看适用于CFG桩复合地基,但在使用该种复合地基时断续出现几起工程质量问题,原因是断桩和基坑周围土体变形过大,这种复合地基处理方法在该区被紧急叫停;而在某市西区,地层与东区地层区别不是很大,用CFG桩复合地基加固均取得了较好的效果。第二,基础方案的选择不应与不正当利益挂钩。按有关规定:若设计单位按勘探单位提供的基础方案形式进行设计,责任由勘探及设计双方共同承担;若设计单位自己设计,责任由设计单位自己承担。勘探单位一方面不能受甲方影响或认为设计单位提供的地基基础方案一定行而更改勘探报告的基础方案建议;另一方面勘察单位也不能以自身单位利益的驱动而片面提供本单位具有的桩机类型的地基基础方案建议。

　　3.6地震效应问题

　　对丙类建筑可依据地层 值估算场地地层剪切波速,但对重要的建筑必须进行波速测试,确定场地覆盖层厚度的钻孔应达到覆盖层一定深度,这直接影响场地类别判定及建筑工程的抗震造价,有的单位往往一句话根据区域经验覆盖层厚度在多少米。这种情况的存在一方面是由于勘察技术人员没有理解规范,对地震效应的认识不足;另一方面是由于市场竞争及经济等因素而放弃了这一工作。还有一点是地基处理后其剪切波速值也发生了变化,场地地基土类型及场地类别也有可能因此发生变化,这在岩土工程评价及地基设计时有时没有得到足够重视。对粉土及砂土按照《建筑地基抗震设计规范》G B56001-2001第4.3.3条在液化初判时,地下水水位深度宜按设计基准期内年平均最高水位采用,也可按近期内年最高水位采用,不可按勘察时水位采用。在地面下15~20 m深度地层初判液化再按第4.3.4条进一步判别时,据标准贯入锤击数临界值公式 中,规范中ds有误应为地下水位埋深dW。

　　规范中规定饱和砂土和饱和粉土进行液化判别时,砂土和粉土必须是饱和的,规范中对粉土及砂土是否饱和没有给出判别标准,目前一般认为在地下水位以下的为饱和,在地下水位以上非饱和,地下水位以上的非饱和粉土及砂土标贯击数很小时是不是也根本不用考虑液化?另外一般情况下液化判别应按多数取结果,如三孔中两孔不液化、一孔液化,则可认为场地土层不液化。

　　3.7建筑工程分级问题

　　在同一幢建筑按不同的规范有不同的分级,如一般的七层建筑,按《岩土工程勘察规范》GB50021-2001工程重要性等级属二级工程,按《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002基础设计等级属丙级工程,按《建筑地基抗震设计规范》GB50011-2001抗震重要性等级属丙类建筑工程,按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94工程重要性等级属二级工程,按不同的规范进行岩土工程分析评价时应采用相应的建筑分级,不同的建筑分级有不同的设计原则,在应用时存在分级不清的问题,给岩土工程施工和评价带来不利影响。

　　参考文献

　　[1]顾宝和,高大钊,等.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].中国建筑工业出版社,2002.

　　[2]黄颐龄,腾延京,王铁宏,等.建筑地基基础设计规范(GB5007-2002)[S].中国建筑工业出版社,2002.

　　[3]徐正忠,王亚勇,王迪民,等.建筑地基抗震设计规范(G B50011-2001)[S].中国建筑工业出版社,2001.