綜合地質勘察測試方法在某建筑工程中的應用

劉大衛(wèi)，付茂如

(安徽理工大學 地球與環(huán)境學院,安徽 淮南 232000)

1 引言

在修建建筑物的過程中，地質勘查是基礎而又重要的一個環(huán)節(jié)，但是單一的勘察手段只能揭示某一方面的局部地質條件，難以對所勘察區(qū)域的地質條件進行全面準確的解釋。通過綜合工程地質勘察對擬建場地特征進行分析，為基礎處理及結構施工方案提供可靠的地質依據(jù)，最終確保建筑物施工的順利與安全[1]。

其中李彥軍等[2]在巖溶地區(qū)利用既有資料，以遙感和地質測繪為主，加之物探與鉆探手段的配合，揭示出地下水為水量較少的巖溶裂隙水，經鉆溝大橋鉆孔樁基礎的施工驗證，取得良好的效果。張瑩等[3]在云南某二級公路隧道工程地質勘察工作中，采用工程地質調繪、鉆探、原位測試、水文地質試驗、物探、和聲波測試相結合的綜合勘察方法，對存在的斷層破碎帶、含水帶、巖溶等不良地質體進行探測，為隧道的施工圖設計提供地質依據(jù)。曹峰等[4]為查清甘塔斯隧道工程地質及水文地質詳細情況，在實際工作中綜合采用了工程地質調繪、地球物理勘探、工程鉆探、室內試驗及水文試驗等方法，做到了對所勘察區(qū)域地形地貌、巖性構造、圍巖強度、水文特征等全面細致的掌握。李景山等[5]運用室內遙感技術、地質測繪、物探與鉆探等綜合地質勘察技術，在長大深埋鐵路越嶺隧道進行勘察工作，并指出了勘察過程中存在的地質問題和解決辦法。

以上勘察實例都是針對實際情況選擇最佳方法進行優(yōu)化組合，發(fā)揮其各自優(yōu)勢，并結合成果分析解釋，相互佐證，從而解決地質問題，這是綜合地質勘察測試方法的發(fā)展趨勢[6]。

本文以某場地徐州某建筑場地為例，通過現(xiàn)場地質測繪與調查、工程鉆探、原位測試、物探及室內試驗等綜合地質勘察方法，并創(chuàng)建三維地質模型，為建筑物施工方案的選取提供可靠的地質依據(jù)。

2 工程地質概況

擬建某建筑場所位于徐州市泉山區(qū)，主要建設內容為1棟指定居所監(jiān)視居住場所、1棟專業(yè)技術用房、1棟辦案用房及1棟地下車庫。場地地貌單元屬黃泛沖積平原。場地現(xiàn)狀為拆遷后空地，地形總體較平坦，局部略有起伏。場地中部有一條南北走向的溝，貫穿整個場地。勘察期間測得勘探點地面高程最大值33.42 m，最小值31.68 m，地表相對高差1.74 m。擬建場地大地構造位置位于華北地臺南緣魯西臺背斜與河淮臺向斜交界部位(圖1)，地層走向北東，傾向南東，傾角60°左右。該建筑地區(qū)底層由上到下包括：層1雜填土為近期人工堆積，層2粉土～層3黏土為第四紀全新世(Q4)沉積，層4含砂姜黏土為第四紀晚更新世(Q3)沉積，層5石灰?guī)r為奧陶系馬家溝組(O1m)沉積。場地裂隙巖溶水賦存于下伏基巖石灰?guī)r中，根據(jù)勘察情況結合區(qū)域水文地質資料，本層水水量較大，水位埋藏在8～10 m左右，對于樁基工程施工有一定影響。

圖1 廠區(qū)地質構造

3 綜合地質勘察方法及過程

主要采用現(xiàn)場地質測繪與調查、工程鉆探、原位測試、物探等方法對擬建場地進行綜合性勘察。

3.1 現(xiàn)場地質測繪與調查

結合區(qū)域地質資料，通過地面地質調查發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)地形較為平坦，地表被第四紀覆蓋物所覆蓋，未發(fā)現(xiàn)基巖出露。需要進行鉆探、物探等手段進一步確定該地區(qū)巖土體工程地質分層及特征。

這次的勘察采用黃海高程，BM點設于場地東北側2層民房西北角地面上，現(xiàn)場有紅漆標志，BM點黃海高程為32.13 m。高程測量儀器采用DS3型水準儀，完成勘探孔孔口高程測量24點，周邊自然地面及道路高程測量12點。

3.2 工程鉆探與原位測試

勘探點沿擬建建筑物邊框、角點及基坑開挖影響范圍布置，共布了12個鉆探孔，10個靜力觸探孔，3個鉆探、靜探對比孔。

通過巖芯鑒定、室內試驗和原位試驗，對本次勘察深度范圍內巖土體工程地質層有了更加直觀和準確的認識。巖土體工程地質層特征如圖2所示。

圖2 地質層特征

3.3 物探

物探方法主要包括重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探等，對于不同的地質條件及勘探目的則需采用不同的物探手段。針對該建筑工程特點，物探工作采用波速測試方法來評價該場地穩(wěn)定性。波速測試使用的是RSM-SW剪切波波速測試儀，測試方法采用單孔檢層法，試驗點距1 m，試驗深度為覆蓋層厚度，本次勘察選取了1、19、21號共3個鉆孔進行現(xiàn)場波速測試。

根據(jù)對擬建場區(qū)選取的3個鉆孔進行的波速測試，得出的等效剪切波波速值(表1)，根據(jù)我國《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011—2010)有關建筑場地分類的規(guī)定場地土類型為中軟土；本場地覆蓋層厚度介于10.50～14.20 m之間，綜合評價該建筑場地類別為Ⅱ類。

通過原位剪切波速試驗還可對地震液化進行判別[7]，由于該場地近3～5年最高水位在自然地面下0.5 m，故2層粉土按飽和土進行分析。由公式1可得出震動液化判別點處的飽和土層剪切波速臨界值Vscr，若實測剪切波速值Vs大于Vscr，則可判定該點為非地震液化土層，否則為地震液化土層。

表1 覆蓋層厚度20 m范圍內各土層厚度與各土層剪切波速度計算的等效剪切波速值

(1)

式(1)中:Vscr為飽和砂土、粉土或者粉質土液化剪切波速臨界值(m/s)；VS0為與地震烈度、土類有關的經驗系數(shù)(m/s)，按表2取值；ds為剪切波速測點深度(m)；dw為地下水位深度(m)，可按近期內最高水位采用；ρc為黏粒含量百分率。

表2 與地震烈度、土類有關的經驗數(shù)據(jù)VS0(m/s)

查閱《建筑抗震設計規(guī)范》附錄可得該地抗震設防烈度為7度，經計算1號孔、19號孔、和21號孔的第2層粉土均不會發(fā)生液化現(xiàn)象，飽和土層剪切波速臨界值計算結果如表3所示。

表3 剪切波速判別液化結果表

為了使液化判別更加準確，另外采用標準貫入臨界擊數(shù)判別法進行驗證[8]，在地下20 m深度范圍內，液化判別標準貫入錘擊數(shù)可按公式2進行計算，若飽和土標準貫入錘擊數(shù)大于液化判別標準貫入錘擊數(shù)，則為非液化土，否則為液化土。

(2)

式中：NCR為液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值；N0為液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值，可按表4采用；ds為飽和土標準貫入點深度；dw為地下水位；ρc為黏粒含量百分率，當小于3或為砂土時，應采用3；β為調整系數(shù)，設計地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。

經計算1號孔、19號孔、和21號孔的第二層粉土基本不會發(fā)生液化現(xiàn)象，與原為剪切波速試驗結果相吻合。標準貫入錘擊數(shù)臨界值計算結果如表5所示。

表4 液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值N0

表5 標準貫入試驗判別液化結果表

4 勘察成果

根據(jù)鉆探和物探成果對地層的劃分進行進一步的修正，繪制出該地區(qū)三維地質圖(圖3)，勘察深度內巖土體共分5層，主要為粉土、黏土及石灰?guī)r。

本次勘察測試的巖土參數(shù)包括物理性質指標、壓縮試驗指標、剪切試驗指標、靜力觸探試驗指標、標準貫入試驗指標及波速試驗指標[9]，根據(jù)各土層的承載力特征值和壓縮模量(表6)進行分析，層2粉土或層3黏土可以作基礎持力層。

圖3 三維地質

表6 土層承載力特征值及壓縮模量

同時本次鉆探揭示，場地為石灰?guī)r分布區(qū)，由于石灰?guī)r基巖面受到沖刷溶蝕作用，溶槽、溶蝕裂隙等較為發(fā)育，導致基巖面高低不平。石灰?guī)r巖石內部巖溶較為發(fā)育，巖溶類型主要為溶蝕裂隙或溶洞，鉆探過程中局部鉆孔出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。但目前裂隙巖溶水水位較為穩(wěn)定，水位升降變化的頻率及幅度較小，引發(fā)巖溶地面塌陷地質災害的可能性小，可不考慮巖溶穩(wěn)定性的不利影響。

5 結論

現(xiàn)場工程地質調查和區(qū)域地質資料的收集可從宏觀上初步查明場地的主要工程地質條件，再通過工程鉆探和靜力觸探試驗，更細致地了解了場地內巖土層的類別、空間分布及穩(wěn)定性，查明場地內有無影響工程穩(wěn)定性的不良地質現(xiàn)象，同時結合壓縮試驗、顆粒分析、滲透試驗等室內試驗得出了各巖土層的物理力學性質，為基礎持力層的選取提供了詳細的數(shù)據(jù)。考慮到工程建設的抗震設防工作，標準貫入試驗及波速測試對地震安全性及場地類別進行了進一步評價。對各地層的參數(shù)進行三維模型的創(chuàng)建更形象的表達地層的空間分布。

上述多種方法在綜合勘察中是相輔相成的，彼此之間相互指導、相互驗證。因此要將其結合起來，全面分析，發(fā)揮綜合勘察的作用，以確保提供較為詳實、可靠的地質依據(jù)。