基礎設計與巖土工程勘察問題及應對方法探究

鐘 鳴

(福建省閩東工程勘察院，福建 寧德 352105)

基礎設計與巖土工程勘察是建筑工程施工作業(yè)順利進行的前提，其直接影響了整體建筑工程施工作業(yè)進度及質量。從現(xiàn)階段基礎設計及巖土工程勘察工作開展情況來看，我國建筑施工行業(yè)在施工技術方面存在問題較多，導致無法充分發(fā)揮基礎設計與巖土勘察工作價值。因此，研究基礎設計與巖土工程勘察工作模式非常必要。

1 基礎設計勘察概述

基礎設計主要是從建筑工程規(guī)模、影響因素、具體功能入手，基礎設計劃分為甲(建筑工程項目規(guī)模較大、層數(shù)較高且內部結構較復雜)、乙(基坑建筑工程)、丙(8層以下輕型建筑工程)三個等級。

2 基礎設計與巖土工程勘察工程概況

為完成某項隧道工程建設，福建省閩東勘察院受某隧道工程現(xiàn)場指揮部委托，在2018年12月承擔了巖土工程勘察任務。該公路隧道(圖1)工程擬建長度為600 m，最大埋深為100 m，隧道斷面為馬蹄形，高為5～10.5 m。抗震防護等級為7級，勘察等級為乙等級，抗震設防類別為丙類。該隧道工程勘察主要采用鉆探取樣+標準灌入實驗+動力觸探實驗+室內土工實驗模式。在2018年12月開始，投入145型鉆機12臺，采用回轉鉆進工藝，地下水位以上采用無水干作業(yè)，地下水以下則采用泥漿護壁勘察模式。整體勘察工程中共布設28個鉆孔，取樣及18.0 m的原位測試孔14個；一般性14.0 m鉆孔14個，累積鉆探進尺550.0 m。采用擾動樣100件，并在現(xiàn)場進行了98次鉆孔內動力觸探作業(yè)。

圖1 某隧道施工斷面圖

3 基礎設計與巖土工程勘察問題

在福建省閩東勘察院巖土工程勘察與基礎設計作業(yè)過程中，出現(xiàn)了下面一些問題：

(1)準備工作不充分。在基礎設計與巖土工程勘察前期，需要制備完善的勘察計劃方案及勘察工作規(guī)范。但是該工程勘察作業(yè)開展階段，并沒有根據(jù)國際標準進行規(guī)范勘察目標的設計，也沒有準備齊全的勘察工作，導致最終勘察數(shù)據(jù)突出的片面化，對后期工作開展造成了一定的影響。

(2)地基沉降計算不合理。在基礎設計過程中，傳統(tǒng)超載設計主要是在假定使用荷載下主固結沉降量、次固結沉降量之和與有超載作用下主固結某一固結度相等的情況下，反面推算有超載作用下主固結沉降量、超載預壓時間。但就該工程而言，由于對工后沉降要求較嚴格，采用以往的沉降推算方法，并不能獲得準確的工后沉降量。

(3)工期緊張。由于工期緊張勘察方準備工作做得不夠，業(yè)主無法提供完整的設計方案及相關參數(shù)，勘察成果無法針對最終方案進行到位評價。同時設計也由于工期緊在基礎設計時未按勘察成果進行設計而存在問題。

(4)基地設計與巖土勘察工作脫離。巖土工程勘察工作是基地設計的主要內容，設計工作則是在勘察工作的基礎上進行，兩者緊密相聯(lián)。而現(xiàn)階段該工程基礎設計、巖土工程勘察部門相對獨立，僅利用報告的形式進行信息交互，導致信息傳遞效率不高，影響了巖土工程勘察與基礎設計的有效配合，造成了較大的資源浪費。

4 基礎設計與巖土工程勘察優(yōu)化方法

4.1 加強基礎設計與巖土工程勘察前期準備工作

在基礎設計前期，相關人員可在準備階段，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021—2001、《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011—2001版、《建筑地基處理技術規(guī)范》GB 50223—2008的相關要求，結合具體工程情況，制定完善的工程勘察目標。

首先，相關人員應查明擬建場地內各巖土層結構、均勻性及分布情況，對各巖土層物理力學性質進行詳細分析。同時以不良地質為重點，從不良地質作用類型、發(fā)布情況、分布范圍等方面，制定勘察目標。

其次，可以地下水為勘察關鍵元素，從地下水水位、地下水類型、埋藏條件、地下水及土的腐蝕性等方面，細化勘察目標。

最后，相關人員可根據(jù)階段巖土工程勘察結果，對場地穩(wěn)定性、適應性進行合理、全面評價，并依據(jù)基礎基礎設計方案，對基坑開挖、降水方案提出合理的設計建議。

4.2 優(yōu)化地基沉降計算方法

地基沉降計算是基礎設計的關鍵模塊，一般來說，工程地基沉降主要包括填土壓密下沉、運營階段行車機床累計下沉、鋪軌后地基仍未完成下沉幾個模塊。其中填土壓密下沉可利用經(jīng)驗公式進行估算。即地基壓密工后下沉(m)=路堤高度*路堤高度(m)/3000。

依據(jù)上述公式，可得出2.25 m路基填土壓密下沉工后沉降高度為0.35 cm；而運營階段行車機床累計下沉主要依據(jù)我國工程填筑壓實標準，確定100 MPa荷載作用次數(shù)150萬次累計下沉量為2.0 mm；鋪軌后地基仍未完成下沉為10.0 cm扣除路基填土壓密后沉降，結合行車引起機床累計沉降量。此時，若路基高度為4.5 m，則地基產(chǎn)生工后沉降量為8.5 m。

在基礎地基沉降數(shù)據(jù)計算的前提下，相關基礎設計人員可以從地基固結度入手，制定連續(xù)等速加載曲線模型。隨后設計三個等級參數(shù)的極限值組合，以確定基礎設計邊界范圍。同時利用遺傳算法，設置約束條件，最終得出地基優(yōu)化設計模型為：

Minf(X),ω=x{0≤Px≤Pmax} (kPa)

上述式子中，x為鋪軌后沉降系數(shù)，Px為荷載壓力，Pmax為超載極限值。依據(jù)上述數(shù)據(jù)，代入該工程勘察結果，可得出在荷載壓力為0kPa時，且地基土工后沉降量小于8.0cm式，可采用等壓預載施工方案；若荷載壓力在50kPa左右，且地基土工后沉降量在8.0cm以上，則可采用其他地基處理方案，如塑料排水板地基處理方案。

4.3 基礎方案綜全選型

一方面，針對工期緊張，業(yè)主無法提供完整的設計方案及相關參數(shù)等因素導致的基礎勘察問題，勘察人員應主動與設計方溝通，確定最新隧道基礎設計成果。并根據(jù)最新的隧道基礎設計方案進行補充勘察，重新評價。

另一方面，為最大程度避免工期緊張對基礎設計效果的影響，設計院可結合勘察成果進行綜合分析，選擇最優(yōu)基礎方案，切實體現(xiàn)隧道基礎施工項目的“綜合效益”。

4.4 加強基礎設計與巖土工程勘察間的聯(lián)系

一方面，在基礎設計階段，基礎設計人員應加強巖土工程勘察成果的應用。如在該工程水文地質條件分析過程中，由于本次巖土工程勘察揭露深度范圍為淺水，含水層主要為大氣降水，高處山體下泄側向補給，水文變化大。勘察期間鉆孔內實測水位埋深為2.5～3.0 m，相應標高為3 625.21～3 685.21 m。擬建工程基礎位于地下水位以上，且擬建工程歷史最高地下水水位與自然地表較接近。因此，基礎設計人員可根據(jù)上述數(shù)據(jù)，忽略地下水對地基混凝土結構、鋼筋混凝土結構中主要材料腐蝕性，結合《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021—2001中對于混凝土結構的相關規(guī)定，設置適當?shù)慕ㄖ牧细g防護措施。

另一方面，在巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)應用的基礎上，為保證巖土工程勘察成果應用價值，基礎設計人員可針對巖土工程勘察報告中巖土工程分析評價要點，結合我國國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB 50007—2002的相關規(guī)定，與巖土工程勘察人員溝通，制定雙方認可的巖土工程勘察數(shù)據(jù)表達模式。

5 總結

綜上所述，在建筑行業(yè)迅速發(fā)展進程中，巖土工程勘察及基礎設計工作是建筑工程施工作業(yè)的重要組成模塊，對總體施工質量具有重要的影響。因此，基礎設計人員應加強與巖土工程勘察人員的聯(lián)系，通過雙方共同協(xié)作，制定完善的巖土工程勘察及基礎設計前期工作方案。同時利用更加先進的基礎設計方法，加強基礎設計與巖土工程勘察作業(yè)間聯(lián)系，為后期建筑工程施工作業(yè)正常運行奠定堅實的基礎。