克里格法在巖土工程勘察和地基處理中的應用

張靜

【摘 要】根據勘探鉆孔獲得工程地質性質繪制的地質剖面圖，具有很大的人為隨意性，導致地基處理的一定盲目性，建筑場地勘探點布置為較標準的正交網絡狀分布，是克里格法對樣品點分布的基本要求，克里格法可給出直觀的圖形定性結果，如某目的巖土層三維塊體圖，能給出理論分析定量結果，理論變異函數模型及其相關參數。可使單純依據勘探鉆孔獲得的定性成果進化為科學的定量成果。保證精確預算，科學優化設計。目前只能將克里格法作為巖土工程勘察成果分析的輔助手段，采用此方法可減少隨意性，檢驗巖土工程勘察成果，為確保建筑物安全，可為巖土工程勘察規范制定提供參考依據。

【關鍵詞】克里格法；巖土工程勘察；地基處理

工程建設首先進行場地巖土工程勘察，查明建設場地的地質及巖土工程條件，編制勘察文件，可采取人工處理地基，提高地基承載力。按巖土工程勘察規范，對勘探點間距有具體要求。

如控制性勘探點宜占勘探點總數的1/5-1/3.根據規定要求勘察所獲得成果，以勘察工程平面圖的形式提交給工程設計方，工程設計方結合建筑工程要求，進行地基處理。

根據勘探孔繪制工程地質剖面圖具有很大的人為隨意性，會導致地基處理的某種盲目性，造成工程質量的缺陷。很多建筑物完工不久出現不均勻沉降，很大程度上與此有關。本文對工程地質剖面圖繪制進行合理的改進，給出工程場區范圍內地基上巖土層三維厚度變化狀態，探討完善地基處理等相關問題【1】。

一、建筑工程概況

擬建場地地形東南略高，根據鉆探揭露，場地巖土層自上而下分布為雜填土，強風化頁巖，中風化頁巖。雜填土雜色，松散，由碎石，碎混凝土等混少量粘性土組成，分布廣泛。強風化頁巖黃褐色，原巖結構可辨認，遇水易軟化崩解，埋深0.3-3.8m.中風化頁巖黃褐色-灰色，層狀結構，弱風化，巖芯呈塊狀，長柱狀，分布普遍，埋深3.7-21.5m.

擬建場地位于大連市某兩條主要道路間，場地周邊分布有學校街區與主要交通干線等，場地內地下管網，地下人防工程較密集。擬建工程總體呈弧形，地上四層，按建筑物外邊線范圍大開挖，最大埋深12m.根據測試結果與建筑規范，擬建工程采用筏形基礎方案，中風化頁巖巖層厚度分布不均，擬采取換填墊層法進行褥墊處理，褥墊可采用爐渣，粗砂等材料。厚度宜取300-500mm。

二、地質統計學的優點

地質統計學是研究區域變化量具有二重變化的統計方法，變異函數是其基本的工具。可描述區域變化的特征，描述迭加規律地質變量空間規律變化的隨機變化，地質統計學基于區域變化量具有某種結構相關性假設上，如區域化變量z在空間上x與x+h樣本值是與距離h相關的。所研究某種自然現象變量具有連續性。

區域變化具有平穩性，樣本值為正態分布，可通過樣本數據類型轉化的調整得到滿足。在某一確定方向區域化變量無系統性的變化，保證統計學意義上的估計結果不出現偏差。

克里格是一種無偏的最優化儲量計算方法，地質統計學在研究方法上取得了很大的進展。從早期儲量估計擴展到化學元素空間分布等多項研究對象。巖土工程勘察中只需了解空間形態，目前克里格法是一種輔助的巖土工程勘察手段，有必要應用地質統計學估計預算方法。

三、場地巖土層的克里格估計

根據勘探孔繪制工程地質剖面圖不能真實反映地下巖土層厚度變化情況，克里格差值根據區域變化量具有空間位置相關性對樣品值進行內插，場地勘探點布置遵循巖土工程勘察規范，為克里格法在巖土勘察工程中的應用提供了方便。

1.克里格估計結果及其地質勘察意義

本文應用系統軟件Surfer7.0提供的克里格法對場地地形地貌特征等進行了克里格估計。采用一定的格網化法對原始數據進行插值，數學模型是繪制等值線的核心，每種數學模型有相關的參數設置，通過對模型選擇可繪制各種類型的等值線圖，是在許多領域很有用的地質統計格網化法。如高值點是沿脊連接，Surfer能對格網化后的數據進行圓滑，轉化及進行殘差分析，能自由旋轉及進行體積計算。

純塊金效應存在說明變量在所有有效距離上完全缺失空間相關，表示變量間有極端變異或均勻，本文為變量極端均勻。場地勘察工程平面圖不會將地形地貌特征直觀的表現，如僅從圖件看，工程設計人員不能對場地地形樹立直觀的概念。

軟弱土層地面克里格估計的三維塊狀圖，東西向場地中央凹洼，場地南北分異明顯，向南部突然凹洼起伏不平，高差近18m，工程地質情況復雜，軟弱土層厚度變化強烈，與勘探線各巖土層厚度變化情況吻合【2】。

場地地形特征僅通過工程地質剖面不能反映，克里格估計能夠定量表示各點厚度變化值，給出與空間位置相關的樣品值，是克里格估計的優越性，避免了人為的隨意性，根據估計結果進行地基處理，依據更可靠，施工方可準確的計算土方工程量。

2.克里格估計的變異函數與理論擬合模型

估計方向為NS，在2個不同估計方向變異函數存在基臺值與塊金系數相同，方差相等，反映出場地軟弱土層厚度變化波動強烈。塊金系數為5.63，反映兩點間軟弱巖土層厚度在很近的距離內存在很大的差異，因場地南半部軟弱土層厚度變化所致。

變程a給出2個樣本間估算最大可靠距離，與勘察規范要求鉆孔間距相當一致。反映克里格法對巖土層厚度估算的適用性。變異函數曲線呈現某種周期性變化，空穴效應存在反映區域化變量不具有穩定性，描述了場地軟弱巖土層厚度NS方向上的變化。變異函數差異是場地軟弱巖土層厚度不同方向的差異引起，各向異性在0°與90°方向存在明顯。

本文選定理論擬合模型為球形模型，理論擬合模型為γ=5.63+10.386[1.5h/30-0.5h/303]式中h為滯后距m，最大預測半徑為30m，塊金效應顯著，塊金效應反映出非結構隨機變化，塊金效應體軟弱巖土層厚度的變化特征。

四、克里格估計的應用意義

三維塊狀圖可給出工程場地地形特征，或地面形態展布特征，可幫助工程設計人員選擇地基處理設計方案，提高工程效益。采用筏形基礎方案，必須采取換填墊層法進行褥墊處理，形成地基，或完全清除背半部場厚度達18m的上覆雜填土，工程以中風化巖層為地基，必須動用較大的土方量，未經克里格法對場地軟弱土層地面形態估計，采用克里格法可獲得對場地軟土底面直觀形態的認識，可精確的計算出土方量及相應費用等。可根據出的場地軟土底面形態，結合工程要求，確定處置方案。

場地南部中風化巖層頂面起伏不平，推測為巖溶成因，進行基礎設計時必須充分考慮潛伏巖溶現象，防止以后因潛伏巖溶現象出現局部地基變形，導致基礎不均沉降。

五、結語

巖土工程勘察是為建筑工程設計服務，因根據勘探孔繪制的地質剖面圖會導致地基處理的一定盲目性，克里格法能描述區域化變量的空間規律變化，是一種誤差最小的最優化儲量計算方法，在地基處理等方面應用克里格法可減少隨意性。克里格法可給出直觀的圖形定性結果，客觀的展示場地地形特征，是工程地質剖面圖不能反應出的，能給出理論分析定量結果，理論擬合曲線及各相關參數。將克里格估計結果應用于工程勘察等方面，可達到科學優化設計的目的。

【參考文獻】

[1]陳媛媛.克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎設計中的應用[J].中國新技術新產品，2016（03）：153-154.

[2]楊洪東，吳暢.克里格法在巖土工程勘察和地基處理與基礎設計中的應用[J].科技資訊，2014，12（20）：41-42.