巖土工程勘察中的綜合勘察技術應用

張新濤

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

巖土工程是土木工程的一個重要分支，在1960 年左右由歐美國家從實際工程中不斷總結形成的一種新的技術工程體系。巖土工程勘察是工程建設過程中首先進行的基礎性工作，基于現代勘察全面性、精確性要求，落實綜合勘察技術具有重要意義，也是本文研究的重點所在。

1 巖土工程勘察概述

勘察是設計的前提依據，是保證各項工程建設的基礎，是合理節約成本控制投資的有效手段。為了滿足工程建設各方面要求，巖土工程勘察基本上需要進行可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察三個步驟，具體如下圖1 所示。

圖1 巖土工程勘察工作內容

（1）可行性研究勘察：可行性研究勘察也稱為選址勘察，本階段勘察方法是是在搜集、查閱、分析已有資料的基礎上進行現場的踏勘，當現有的資料不夠充分時，需要進行測繪和必要的勘探工作。

（2）初步勘察：初步勘察是為滿足工程初步設計的需求下進行的活動。本環節在充分研究現有的工程材料后，依據工程要求實施有關的工程地質測繪工作，并進一步進行勘探與取樣、原位測試與實驗等工作。

（3）詳細勘察：詳細勘察任務是對工程場地內巖土工程設計、巖土體穩定性、不良地質作用的處理防治工作進行分析。主要工作方法以勘探和原位測試為主，為后續與施工監理對接進行技術交底，此階段需適當進行部分監測工作。

基于上述分析可得，在巖土工程勘察中必然面臨著多種勘察方法的運用，本文主要以綜合勘察技術為研究對象展開詳細分析。

2 綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用目標與價值

2.1 綜合勘察技術應用目標

長期以來，勘察鉆探點位間隔20m～30m，通過鉆探的結果可對勘探地點附近特定范圍巖層的構造形成深入了解。對于相鄰的鉆探點，在分析水文與地質變化狀況的時候，僅能夠參考人為經驗加以判讀，難以獲取準確的變化數據。在運用綜合勘察技術的過程中，結合鉆探勘察的結果即可深入且系統化地分析巖土工程，并獲取各基層信息數據，確保判別的精準度與巖土工程的設計、施工要求一致。與此同時，還能夠有效校核地質數據信息，以達到點線面綜合勘察的目標。

利用綜合勘察技術闡釋施工區域內的土體分布狀況和地下水信息，能夠更好地位施工方案的設計與落實提供幫助，同時對工程設計方案、土地加固處理方案和不良地質現象處理方案等加以論證，參考論證結果制定相應的修正措施。

2.2 綜合勘察技術應用價值

自綜合勘察技術發展并使用以來，更好地滿足了巖土工程勘察對技術方法的需求，一定程度上加快了巖土工程的實踐進程。在長期實踐過程中，相關部門對綜合勘察技術應用以及創新給予了高度重視，并在勘察過程的控制、標準化建設以及優化方法步驟等多個方面制定了技術規范以及行業標準，使得巖土工程勘察工作取得了理想的發展成就，實踐經驗也愈加豐富，為巖土工程勘察工作的落實奠定了堅實基礎。

此外，巖土工程勘察企業在流程優化與規則細化方面同樣取得了一定成效，減少了綜合勘察技術的應用成本，應用效果也隨之提高。因此，對巖土工程勘察中綜合勘察技術的具體應用展開系統探討現實意義明顯。

3 工程案例

3.1 工程概況

本項目為大型廠房，廠房結構基礎豎向荷載與水平荷載遠超常規設計荷載，對建筑變形控制要求也極其嚴苛。本場地主要地層屬于白堊系下統劍閣組，廣泛分布中生代的陸相沉積紫紅色泥巖、砂巖與頁巖，具有遇水軟化、崩解的特性，易形成全風化及強風化層，不利于地基基礎的穩定性。針對本工程，有兩個難題急需解決：一是如何精確掌握樁端持力層頂面空間分布；二是研究在長期大荷載、振動荷載作用下，巖石物理力學特性變化規律。

3.2 綜合勘察方案

本工程基礎荷載大、變形控制要求嚴，故基礎方案采用樁基礎。本工程在采取常規勘察手段的基礎上，還采用面波法與電磁法兩種物探技術，進行綜合對比分析，并結合三維地質軟件，對勘察數據進行三維建模，精確描述各地層空間分布，實現樁長精細化設計。對于研究在長期大荷載作用及振動荷載作用下巖石物理力學特性的變化規律，本工程主要進行了室內巖石三軸壓縮試驗、巖石振動三軸試驗及巖石三軸流變試驗，并結合了現場試樁試驗、樁基礎動力特性測試等技術手段。

3.3 綜合勘察技術方法

3.3.1 鉆探方法

根據勘察規范及本項目特點，沿建筑物輪廓及主要受力構件布置鉆孔，按15m～30m 間距共布置鉆孔163 個，鉆孔深度10m～30m。鉆探采用XY-1 型工程鉆機，雙管回旋方式鉆進。對場地巖土層進行鉆探、取樣并進行原位測試與室內土工試驗與巖石試驗，查明場地內各土層的工程性質及各巖土層物理力學性質指標。同時結合勘察數據，利用三維地質軟件，對場地進行三維建模，重點分析強風化泥巖分布范圍及深度。

3.3.2 物探方法

（1）面波法：本次面波探測采用的儀器為美國GEoMETRICS 公司生產的Geode 淺層地震儀。根據工程場地大小與面波法道間距(2m)測試技術要求，本次共敷設面波法測線6 條，測線位置見圖2。測線方向北偏東108°，測線依次命名為L1～L6，測線間距約為50m，點距均為4m，其中L2 測線因地表積水無法向東南方向延深。

圖2 測線位置示意圖

（2）電磁法：為便于電磁法與面波法勘探結果進行對比分析，并減少工作量、便于施工，電磁法測線與面波法測線一致，統一采用圖2 的測線布置路徑。本次磁測使用的儀器為加拿大生產的GSM-19T 型質子磁力儀。

3.3.3 特殊試驗方案

常規巖土測試試驗基礎上，針對本工程特點，開展了巖石三軸壓縮試驗、巖石振動三軸試驗及巖石三軸流變試驗，以查明場地地層巖石在長期大載荷與水平振動環境下的物理力學參數變化情況，為地基基礎設計提供科學依據。

泥巖具有遇水軟化、承載能力降低特性，為定量分析其對工程樁基的影響，在現場做了干作業法成孔與濕作業法成孔的對比試驗。試驗共布置14 根樁，樁身參數與設計方案基本一致，同時為選擇合理的樁基方案，分別進行微膨脹混凝土及后壓漿工藝的對比試驗。為了取得樁基動力特性參數，利用試樁進行了樁基動力特性測試。

3.4 勘察成果分析

3.4.1 三維可視化成果分析

根據現場原位測試及土工試驗結果，建議選擇中風化泥巖作為樁端持力層。從勘察成果資料分析，本場地全風化及強風化層分布不均勻，因此需要查清其空間分布情況以及中風化層頂標高變化情況，以便合理設計樁基方案。常規勘察技術由于鉆孔數量有限，鉆孔間地層分布主要靠推測，結果不唯一且具有不確定性。

根據勘察成果，利用三維地質軟件進行建模，可得到本場地地層分布的三維可視化模型。利用軟件切片功能，可準確得到各巖土層的空間分布，還可將此模型導入BIM 軟件，進行樁基精細化設計，并根據計算的沉降量精確定位每根樁的位置及樁長。

3.4.2 物探成果分析

（1）面波法成果解釋：從宏觀上，場地內橫波波速自淺至深逐漸增大，可以大致分為2層。第一層橫波速度在200m/s～600m/s，厚度約2m～15m，變化較大，對應強(全)風化泥巖地層；第二層橫波速度大于600m/s，深部橫波速度變化趨于平穩。根據勘察鉆孔中波速測試成果，中風化泥巖孔內剪切波速575m/s～589m/s，以波速600m/s作為中風化泥巖的分界波速。

L2～L4 測線面波速度反演剖面圖與L1 測線類似，主要區別在于低速帶的分布范圍不同，L5 和L6 整體變化平穩，無明顯速度異常，深部等值線的起伏由資料的信噪比差異引起。本文對L2～L4 測線面波速度反演剖面圖不一一列舉。整體推斷低速異常區范圍見圖3 中虛線部分。

圖3 整體推斷低速異常區范圍

（2）電磁法成果解釋：磁測數據經日變改正、正常場及正常梯度改正、磁異常計算等分析過程，可得到測區磁力異常ΔT平面等值線，經分析可得測區磁異常呈以下特征：從西北到東南，磁場由負變正且逐漸增強，推斷可能與沉積環境相關，及東側地層含磁性物質偏高。最明顯特征是，在沿測區軸部分布一條帶狀的磁變化異常區，磁異常正負變化劇烈，正負變化范圍達200nT，呈明顯NS-WE-NE向延伸，近似呈線性，局部扭曲。通過與鉆孔資料對比，該處近似對應Ⅰ1類場地和Ⅱ類場地的西邊界，且在L3測線出現轉折；東邊界對應的兩個封閉等值線圈代表巖體完整性較差，其他處較為完整。電磁法得到的結果與面波法結果基本一致。

3.4.3 特殊試驗成果分析

通過室內試驗，得到了不同圍壓條件下各峰值強度的巖石動彈性模量、動剪切模量、阻尼比和巖土體的動強度指標，還得到了巖石的長期強度及流變系數指標，為后續相關設計提供了重要參數。通過現場試樁試驗結果，發現本場地中樁基采用后壓漿工藝時，樁基承載力可提高50%左右，性價比較高。泥巖在浸水狀態下承載力降低幅度不明顯。通過樁基動力特性測試得到了樁基動力特性相關參數。

4 結語

綜上所述，巖土工程勘察就是針對建筑周邊與施工區域的地貌等數據進行測算，為工程建設提供必要前提。在實際勘察期間，綜合勘察技術優勢明顯，但必須在實際操作期間確保檢測結果準確且科學。而相關工作人員需以實際情況為準合理選用勘察技術，熟練運用多種勘察方法，為后續工程項目的建設提供可靠數據支撐。