地質(zhì)工程勘察在工程設(shè)計(jì)和施工中的作用分析

羅常青, 孟 振

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第一工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

1 地質(zhì)工程勘察在工程設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 忽視勘察報(bào)告

在傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)科學(xué)理念不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)勘察報(bào)告缺乏仔細(xì)深入研究，大多數(shù)時(shí)候僅僅是對(duì)勘察報(bào)告結(jié)論性文字進(jìn)行了解，規(guī)避比較明顯的不利因素，而對(duì)勘察報(bào)告中的地質(zhì)、地貌、地質(zhì)活動(dòng)、水文參數(shù)等信息缺乏科學(xué)評(píng)估，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)出來(lái)的工程方案不夠完善，對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的考慮也不周到。

1.2 勘察報(bào)告實(shí)用性較差

目前，部分地質(zhì)工程勘察人員不能很好地處理自身專業(yè)和合作單位工作的關(guān)系，在出具勘察報(bào)告時(shí)過(guò)于追求專業(yè)性和技術(shù)性。而這些勘察報(bào)告對(duì)于熟悉勘察領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)能夠理解，但對(duì)于工程設(shè)計(jì)及施工團(tuán)隊(duì)來(lái)講，對(duì)于其中數(shù)據(jù)信息、描述方式的理解性較差。地質(zhì)工程勘察報(bào)告缺乏可閱讀性和實(shí)用性，增加了勘察人員和設(shè)計(jì)施工人員之間的溝通難度，降低了工作效率，造成了不必要的人力資源浪費(fèi)。

1.3 缺乏周期性

地質(zhì)工程勘察需要在一定計(jì)劃和周期前提下得出完善的勘察數(shù)據(jù)，但是部分工程因?yàn)榭辈旖M專業(yè)水平和科學(xué)意識(shí)不足，或因工程方為追求進(jìn)度嚴(yán)重壓縮勘察時(shí)間，導(dǎo)致勘察工作缺乏有效周期，得出的數(shù)據(jù)無(wú)法全面反映當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況。尤其是一些活動(dòng)性地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如果勘察缺乏周期性，就無(wú)法對(duì)地質(zhì)狀況發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行有效預(yù)估，導(dǎo)致工程質(zhì)量和安全得不到保障。

1.4 缺乏創(chuàng)新

目前用于工程勘察和建設(shè)的技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，而部分工程地質(zhì)勘察人員因?yàn)樗季S守舊，不愿意對(duì)新興技術(shù)進(jìn)行合理嘗試，仍然采用傳統(tǒng)勘察方式進(jìn)行地質(zhì)勘察。而一些傳感設(shè)備和3D模擬設(shè)備對(duì)于提升勘察效率、質(zhì)量和直觀性有極大的優(yōu)勢(shì)，缺乏創(chuàng)新的勘察方式和報(bào)告編制方法制約了工程地質(zhì)勘察工作的發(fā)展。

2 地質(zhì)工程勘察在工程設(shè)計(jì)和施工中的作用

2.1 選址勘察

很明顯，并不是所有地質(zhì)條件都適宜建設(shè)工程，同時(shí)不同地質(zhì)條件所適宜建設(shè)的工程類型也不同，所以工程地質(zhì)勘察首要工作就是為工程建設(shè)地進(jìn)行選址。選址勘察工作主要勘察對(duì)象包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土質(zhì)狀態(tài)、水文特征等，地質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性、土質(zhì)強(qiáng)度及水文條件都將直接決定相關(guān)地區(qū)是否適宜建設(shè)工程，任何工程都需要盡量避免在地質(zhì)條件不佳的地方建設(shè)。如圖1，通過(guò)初步勘察可以對(duì)相關(guān)地區(qū)地質(zhì)條件和分層狀況進(jìn)行模擬，并可以利用技術(shù)設(shè)備形成3D模擬圖，將有助于工程項(xiàng)目地選擇。總體來(lái)說(shuō)，選址勘察有助于盡量避免地震、洪水、山體滑坡等自然災(zāi)害，同時(shí)也有助于提升工程設(shè)計(jì)對(duì)特殊地質(zhì)形態(tài)的應(yīng)對(duì)能力，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案，提升整體質(zhì)量和科學(xué)性。

圖1 某工程地質(zhì)勘察水文地質(zhì)單元分布狀況3D模擬圖

2.2 詳細(xì)勘察

因?yàn)檫x址勘察重點(diǎn)是大體評(píng)估相關(guān)地區(qū)是否適合建設(shè)工程項(xiàng)目，在很多方面都沒(méi)有詳細(xì)勘察。而詳細(xì)勘察主要是在選定了工程建設(shè)地之后，對(duì)相關(guān)地區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行進(jìn)一步勘察，目的是確定工程類型和建造方式。詳細(xì)勘測(cè)的主要作用在于結(jié)合地質(zhì)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)工程高度、體量、施工強(qiáng)度等提供參數(shù)指導(dǎo)，同時(shí)也有助于協(xié)助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)工程基礎(chǔ)架構(gòu)、形態(tài)、施工方式進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

3 案例分析

某市預(yù)備在該市新開(kāi)發(fā)區(qū)修建政府辦公大樓，該工程需要滿足該市政府部門(mén)工作需求，同時(shí)配套有職工宿舍和廣場(chǎng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目具體勘察工作流程如下：

3.1 選址勘察

首先，根據(jù)該工程項(xiàng)目整體體量，預(yù)計(jì)主樓總層數(shù)會(huì)超過(guò)20層，總高度超80 m。因此對(duì)地質(zhì)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有一定要求，同時(shí)考慮到地下庫(kù)房、車(chē)庫(kù)修建，還需要考慮地基建造技術(shù)和條件。勘察小組通過(guò)詳細(xì)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該市新開(kāi)發(fā)區(qū)多數(shù)地區(qū)巖土結(jié)構(gòu)主要包括頁(yè)巖和泥巖(圖2)，地下水分布較多且水位較高，工程建設(shè)選址范圍比較小。同時(shí)當(dāng)?shù)厣降剌^多，加上該工程行政類性質(zhì)的特點(diǎn)，勘察小組配合工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)人員，綜合考慮了前期地基工程開(kāi)發(fā)難度和成本，以及當(dāng)?shù)匦姓^(qū)位及交通規(guī)劃等因素，選定了一處地勢(shì)相對(duì)平坦、地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)較穩(wěn)定、靠近該市新開(kāi)發(fā)區(qū)交通區(qū)位中心的位置作為項(xiàng)目地。

圖2 某市地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布模擬圖

3.2 巖土工程勘察與地基土工程性能分析

(1)勘察方案和方法。具體方法是在工程地布置了14個(gè)勘探點(diǎn)，其中辦公主樓9個(gè)，深度15.6～20.6 m，5個(gè)鉆孔分別采用SM植物膠護(hù)壁鉆進(jìn)鉆孔和N120超重型觸探對(duì)比孔，職工宿舍鉆孔5個(gè)，深度為13.3～15.0 m。另外專為水文勘察配置了抽水試驗(yàn)鉆孔1個(gè)，深度約為26.0 m。同時(shí)為了獲取更全面的勘察數(shù)據(jù)，還采取標(biāo)貫、波速原位測(cè)試方法。

(2)地基土工程性能。根據(jù)勘察結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)該工程地區(qū)地貌單元屬于臨江Ⅰ級(jí)階地，其中地基土埋深19.60 m。下部主要由白堊紀(jì)頁(yè)巖組成，巖層結(jié)構(gòu)較好，但也存在部分泥巖成分，該部分強(qiáng)度較差，平均抗壓強(qiáng)度2.05 MPa。

在該工程中，通過(guò)SM植物膠護(hù)壁鉆進(jìn)孔技術(shù)，鉆孔盡量深入到基巖位置，通過(guò)原位測(cè)試和巖土成分分析，再結(jié)合當(dāng)?shù)仄渌ㄖこ探ㄔO(shè)數(shù)據(jù)，得出該地區(qū)地基土物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)

(3)地下水分析。通過(guò)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)該工程地地下水類型主要屬于孔隙潛水，主要分布在第四系沖擊洪積砂卵石巖層中，主要來(lái)源于自然降水和地下水，排泄方式為自然蒸發(fā)和地下徑流。工程場(chǎng)地地下水靜止水位約為-8.3 m，結(jié)合當(dāng)?shù)厮墓芾聿块T(mén)近年勘測(cè)數(shù)據(jù)，該地區(qū)地下水豐枯水期每年變化幅度為2.0～3.5 m。

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，地下庫(kù)房及車(chē)庫(kù)開(kāi)挖深度設(shè)定為10.5 m，顯然基坑底面低于地下水靜水位，施工單位根據(jù)勘察小組勘測(cè)結(jié)果，制定了針對(duì)性降水位措施。具體方法為：在勘察小組技術(shù)配合下，在工地東南角設(shè)置了一個(gè)水文測(cè)試孔，獲取具體水文地質(zhì)資料及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)pH值等參數(shù)進(jìn)行分析，確定該地區(qū)地下水對(duì)地基砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)沒(méi)有腐蝕性，所以無(wú)需對(duì)該項(xiàng)目地基防護(hù)層厚度作特殊要求。

3.3 工程地質(zhì)分析

(1)建筑工程場(chǎng)地穩(wěn)定和適宜性判定。經(jīng)勘測(cè)，該場(chǎng)地位置處于四級(jí)構(gòu)造中褶皺帶區(qū)域，長(zhǎng)軸走向主要為NE35°～50°，形成了沉積厚度比較均勻的丘陵地形。該地區(qū)地質(zhì)沉降活動(dòng)較弱，斷裂發(fā)生概率較低，穩(wěn)定性較強(qiáng)。所以，該地區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)該政府辦公大樓及職工宿舍樓項(xiàng)目比較適宜。

(2)地震效益分析。根據(jù)勘測(cè)數(shù)據(jù)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2008)，該工程設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度確定為6級(jí)，基本地震加速度值設(shè)定為0.06 g。另外，根據(jù)勘測(cè)計(jì)算，確定該場(chǎng)地中粉砂土質(zhì)不屬于液化土，可以不必考慮地震造成土質(zhì)液化情況。同時(shí)，場(chǎng)地中單孔波速測(cè)試得出地基土的卓越周期為0.273 s，剪切波速加權(quán)平均值為250 m/s，所以該場(chǎng)地地基土可劃分為Ⅱ類建筑用地，在抗震方面比較有利。

(3)地基土均勻性勘測(cè)。工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)前期勘測(cè)結(jié)果，初步?jīng)Q定在該辦公大樓使用天然地基，基礎(chǔ)埋深-10.5 m，基礎(chǔ)底面標(biāo)高為496.36 m。為論證該方案是否可行，委托勘察小組對(duì)該工程場(chǎng)地天然地基均勻性能進(jìn)行了勘測(cè)。根據(jù)測(cè)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地中砂層厚度超過(guò)了3.0 m，變形模量較低，也就是說(shuō)該場(chǎng)地工程地基土形變量較大，進(jìn)而確定大樓地基土均勻性較差。所以，最終對(duì)該工程擬建天然地基的計(jì)劃方案進(jìn)行了調(diào)整，采取相關(guān)地基處理和加固措施，來(lái)確保整個(gè)工程地基穩(wěn)定性和施工安全。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，都需要地質(zhì)工程勘察人員對(duì)地質(zhì)狀況進(jìn)行全面勘察。只有通過(guò)科學(xué)的選址勘察、初步勘察和詳細(xì)勘察，才能確定工程場(chǎng)地適宜性以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況。通過(guò)對(duì)相關(guān)勘察得到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行全面科學(xué)分析，可以提升工程設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，提高整個(gè)工程的質(zhì)量和安全。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)工程勘察技術(shù)將不斷提高，只有勘察技術(shù)人員與工程設(shè)計(jì)施工團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)配合，才能為提升各類工程建設(shè)科學(xué)性和綜合質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。