摘要:通過作者多年工作經驗本文分析了現場勘探資料收集(勘探點布設、野外地層的劃分、原位測試、地下水位的觀測)、土工試驗(粉土的劃分、剪切方法的選擇、固結試驗)及巖土工程分析評價(地基均勻性、粉土及粉砂地基承載力特征值的修正、地基承載力的確定、地震效應、基礎方案選擇、建筑工程分級)三個方面進行了剖析,提出了一些解決問題的個人的看法,以便與同行交流學習。

　　關鍵詞: 巖土工程;現場勘探資料收集;土工試驗;巖土工程分析評價

　　0 前言

　　巖土工程勘察的主要目的是為設計、 施工提供地質勘察成果及各項巖土工程參數 ,巖土參數的合理提供關系到基礎設計的安全性、 經濟性和可行性。巖土工程勘察過程中常存在一些問題,這些問題有些是技術人員對規范理解不透、執行不當,有些是規范本身存在不足。下面結合本人實踐對巖土工程勘察中常遇見的相關問題進行淺析,以便與同行交流。

　　1現場勘探資料收集方面存在的問題

　　1.1勘探深度及勘探間距

　　基礎形式及結構形式不同,勘探深度不同。如:一般5~6層磚混結構住宅,勘探孔深15 m基本可滿足要求,而5層框架結構商場由于柱網的柱荷載大,基礎面積大甚至可能采用樁基,則勘探孔深度15 m一般不夠。

　　地層工程地質性質不同,勘探深度不同。如:埋藏較淺且工程地質性質好的密實碎石土及基巖地區勘探孔深度較淺,而工程地質性質差的淤泥及松散雜填土地區勘探孔深度較深,這就要求在勘探前對勘探區域地層大致情況有所了解,做到有的放矢。

　　地基復雜程度不同,勘探點間距不同。在勘探時遇復雜地基情況,應按規范要求加密勘探點,不能局限于經濟或時間等因素而堅持原勘探方案不變,事必難以查明場地工程地質情況,埋下工程隱患。這種情況在工程勘察市場競爭劇烈而盲目壓價的地區較嚴重。

　　1.2野外地層劃分

　　野外地層的正確劃分是室內資料整理的關鍵因素,對較大型的工程由于施工多采取多鉆機平行作業形式,技術人員較多,各勘探班組往往各行其事,最后資料匯總后難以統一,給室內整理帶來很大困難。為避免這種問題應將所有技術人員首先集中到一起共同勘探一到二個鉆孔,統一編錄形式,并派專人現場負責勘探區域整體野外分層連線,發現異常及時處理,只有這樣才能更好地保證勘探質量。

　　1.3原位測試試驗

　　原位測試應嚴格按規范進行,在施工中常會出現一些所謂“捷徑”:靜力觸探按規定應定深調零以減少零漂,有時圖省事不按要求調零,造成數據采集不準,尤其在氣溫與地溫相差較大的冬天、夏天觸探指標相差更大。

　　標準貫入試驗不按規定進行桿長和孔深校正,在縮徑和孔底有殘留時,不能及時發現標貫器沒落至應測試孔底位置,造成標貫數據嚴重失真。

　　重型及超重型動力觸探按規定需連續貫入,并定深旋轉觸探桿(以減小側摩阻),但在施工時由于連續貫入比較緩慢且起桿困難或局部地段錘擊不進而放棄連續貫入,使得對碎石土評價本來就缺乏相應手段的觸探指標數據不夠詳實,進而造成對碎石類土的評價困難。

　　1.4地下水位觀測

　　實際地下水位量測存在以下幾個問題:第一,應同時觀測地下水位,量測時間須在最后一個鉆孔施工24 h后;第二,地下水位觀測應考慮周圍地下水開采情況的影響,若量測時間正好處于附近抽水井抽水下降漏斗時,所量測到的地下水位肯定偏深;第三,水位量測應與鉆孔座標、標高回測相結合。我們知道勘探孔口周圍地面實際不是一個水平面,水位量測參照孔口位置不同,水位埋深也不一樣,因此而產生的誤差幾厘米是難以避免的,這根本無法滿足按規范要求地下水位量測精度為±2 cm的要求,也更無法測定地下水的正確流向。解決方法是孔口座標、標高回測同時以標高回測時的孔口位置為準向下量測地下水位深度。

　　2土工試驗方面存在的問題

　　2.1粉土的劃分

　　按規范:粉土是粒徑大于0.075 mm的顆粒質量不超過總質量的50%,且塑性指數等于或小于10的土。在實際應用中,由于顆分試驗較復雜,仍存在僅按塑性指數≤10來劃定粉土的不全面、不準確的做法,我們知道粉砂有時也可測定一定的塑性指數,若僅按塑性指數劃分粉土必然會造成一些誤判;另外,按GB50021-2001規范規定粉土承載力特征值深寬修正及按GB5007-2002規范進行液化判別均須根據其粘粒含量數值來進行計算。有些地方由于地震烈度小于或等于6度(對一般建筑不需進行液化判別)且粉土非基礎持力層不必進行承載力特征值深寬修正,仍有只以塑性指數判定粉土的情況。

　　2.2剪切方法的選擇

　　直剪試驗受力條件復雜(如發生剪切位移時法向加荷由最初軸心受壓變為偏心受壓,剪切面破壞面人為限制),排水條件不易控制,按《土工試驗方法標準》GB/T 50123-1999第18條規定快剪試驗一般適用于滲透系數小于10-6 cm/s的細粒土。粉質粘土滲透系數一般大于10-5 cm/s,粉土K值更大,用直剪試驗已非常勉強,在室內試驗對粉土及粉質粘土直剪時,發現四級荷載下很少存在峰值強度,絕大部分需剪切至位移6 mm處,剪切強度指標回歸性差(尤其最后一級荷載強度偏低,再現性差),剪切強度指標僅能作為參考。另外較軟弱的土即使滲透系數滿足要求,當后二級荷載加上時會發生土樣擠入透水石與剪切盒之間縫隙的情況而無法剪切。雖然直剪試驗方便簡單,但其對粉土、粉質粘土及較軟弱的土強度指標可信度不足,目前推廣三軸試驗不太現實,但筆者認為一個工程進行一定數量的三軸剪應是可行的。

　　2.3膨脹土的固結試驗

　　在固結試驗過程中,膨脹土在小于膨脹力的分級荷載作用下的百分表讀數均為負值(即膨脹上升),而當分級荷載大于膨脹力時百分表讀數為正值,尤其膨脹土的膨脹力稍大于100 kPa的情況下,在100 kPa時百分表讀數為負值,而在200 kPa時百分表讀數為正值,在利用公式 計算孔隙比時100 kP a作用下的百分表讀數究竟取負值或是零,試樣初始高度取20 mm或是(20 mm+100 kPa壓力作用下試樣的膨脹量)進一步使計算100~200 kPa壓力下的壓縮系數和壓縮模量存在困難,規范中對這種情況沒有說明,這給膨脹土的評價帶來一定問題;目前計算時100 kPa作用下的百分表讀數取負值,試樣初始高度取20mm,其是否合理尚存疑問。

　　3巖土工程分析評價方面存在的問題

　　3.1地基均勻性評價

　　對高層建筑地基均勻性評價按《高層建筑巖土工程勘察規程》JGJ 72-2004規定進行,但對一般建筑GB50021-2001規范雖要求進行地基均勻性評價,但沒有給出相應評價方法。一些單位參考了高層建筑地基均勻性評價方法進行評價,目前認為這種評價方法不太合理。某地區按地基承載力 、受力層層面坡度和建筑層數按《建筑地基基礎設計規范》GB5007-2002第3.0.2條規定:若三者不同時滿足3.0.2表中條件,建筑地基須進行地基變形計算,場地地基就屬不均勻地基,這種方法已得到一些地方的認可。

　　3.2地基承載力特征值確定

　　我國幅員廣大,土質條件各異,用幾張表格很難概括全國的規律,用查表法按GBJ7-89規范確定地基承載力值在大多數地區可能基本適合或偏保守,但也不排除個別地區可能不安全,另外隨著設計水平的提高和對工程質量要求的趨于嚴格,變形控制已是地基設計的重要原則,故GB5007-2002取消了GBJ7-89規范中土的物理力學性質指標與地基承載力的關系表;新規范規定:勘察單位應根據試驗和地區經驗確定地基承載力設計參數。而在實際工作中,地區經驗在許多地區仍很不成熟,這表現在以下兩方面:首先地區性的經驗自始至終很少建立起來,現在許多地方所謂的經驗仍是在GBJ7-89規范基礎上建立起來的,出于利益考慮一般存在著偏保守的問題;其次建立地方經驗不僅僅是一個或幾個勘察單位的事,而應由政府、設計、勘察等部門相結合,通過必要的投入和載荷試驗等行之有效的方法來建立,而這在中小城市甚至一些省會城市根本是一紙空談,基本上仍是各勘察單位各自為政,仍在變相沿用GBJ7-89規范,更有甚者,故意利用所謂地區經驗人為地降低承載力指標,造成工程浪費。

　　3.3粉土及粉砂地基承載力特征值深寬修正

　　《建筑地基基礎設計規范》GB5007-2002第5.2.4條規定:對粉土按粘粒含量是否小于10%選取深、寬修正系數 、 ,對粉砂(不包括很濕與飽和時稍密狀態)取 =2、 =3,但在應用中一方面發現很濕-飽和、松散-稍密的粉砂無法修正;另一方面對某地區部分中密以下粉土利用新GB5007-2002和老GBJ7-89規范確定承載力時相差一倍甚至更大,這顯然是不正常的,經請示有關專家及地方經驗確定:對某地區部分中密以下粉土及很濕-飽和、松散-稍密的粉砂深度修正系數 =1、寬度修正系數 =0。

　　3.4復合地基承載力深寬修正

　　按《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2002第3.0.4條之規定:經處理后的地基,當按地基承載力確定基礎底面積及埋深而需要對本規范確定的地基承載力特征值進行修正時,基礎寬度的地基承載力修正系數應取0,基礎埋深的地基承載力修正系數應取1;當某些地基承載力提高幅度不太大的土層進行CFG復合地基處理時,發現地基處理后按JGJ79-2002規定方法進行深寬修正后的地基承載力特征值還沒有該土層沒有處理前按GB5007-2002第5.2.4條規定進行深寬修正的地基承載力特征值大,筆者認為這只能說明了規范相互間存在著協調不足的問題。

　　3.5基礎方案的選擇

　　第一,基礎方案的選擇應依據場地地層情況及區域經驗綜合進行,忽視任何一方面均可能造成錯誤。如某市東區地層多為粉土、粉細砂,從地層情況看適用于CFG樁復合地基,但在使用該種復合地基時斷續出現幾起工程質量問題,原因是斷樁和基坑周圍土體變形過大,這種復合地基處理方法在該區被緊急叫停;而在某市西區,地層與東區地層區別不是很大,用CFG樁復合地基加固均取得了較好的效果。第二,基礎方案的選擇不應與不正當利益掛鉤。按有關規定:若設計單位按勘探單位提供的基礎方案形式進行設計,責任由勘探及設計雙方共同承擔;若設計單位自己設計,責任由設計單位自己承擔。勘探單位一方面不能受甲方影響或認為設計單位提供的地基基礎方案一定行而更改勘探報告的基礎方案建議;另一方面勘察單位也不能以自身單位利益的驅動而片面提供本單位具有的樁機類型的地基基礎方案建議。

　　3.6地震效應問題

　　對丙類建筑可依據地層 值估算場地地層剪切波速,但對重要的建筑必須進行波速測試,確定場地覆蓋層厚度的鉆孔應達到覆蓋層一定深度,這直接影響場地類別判定及建筑工程的抗震造價,有的單位往往一句話根據區域經驗覆蓋層厚度在多少米。這種情況的存在一方面是由于勘察技術人員沒有理解規范,對地震效應的認識不足;另一方面是由于市場競爭及經濟等因素而放棄了這一工作。還有一點是地基處理后其剪切波速值也發生了變化,場地地基土類型及場地類別也有可能因此發生變化,這在巖土工程評價及地基設計時有時沒有得到足夠重視。對粉土及砂土按照《建筑地基抗震設計規范》G B56001-2001第4.3.3條在液化初判時,地下水水位深度宜按設計基準期內年平均最高水位采用,也可按近期內年最高水位采用,不可按勘察時水位采用。在地面下15~20 m深度地層初判液化再按第4.3.4條進一步判別時,據標準貫入錘擊數臨界值公式 中,規范中ds有誤應為地下水位埋深dW。

　　規范中規定飽和砂土和飽和粉土進行液化判別時,砂土和粉土必須是飽和的,規范中對粉土及砂土是否飽和沒有給出判別標準,目前一般認為在地下水位以下的為飽和,在地下水位以上非飽和,地下水位以上的非飽和粉土及砂土標貫擊數很小時是不是也根本不用考慮液化?另外一般情況下液化判別應按多數取結果,如三孔中兩孔不液化、一孔液化,則可認為場地土層不液化。

　　3.7建筑工程分級問題

　　在同一幢建筑按不同的規范有不同的分級,如一般的七層建筑,按《巖土工程勘察規范》GB50021-2001工程重要性等級屬二級工程,按《建筑地基基礎設計規范》GB5007-2002基礎設計等級屬丙級工程,按《建筑地基抗震設計規范》GB50011-2001抗震重要性等級屬丙類建筑工程,按《建筑樁基技術規范》JGJ 94-94工程重要性等級屬二級工程,按不同的規范進行巖土工程分析評價時應采用相應的建筑分級,不同的建筑分級有不同的設計原則,在應用時存在分級不清的問題,給巖土工程施工和評價帶來不利影響。

　　參考文獻

　　[1]顧寶和,高大釗,等.巖土工程勘察規范(GB50021-2001)[S].中國建筑工業出版社,2002.

　　[2]黃頤齡,騰延京,王鐵宏,等.建筑地基基礎設計規范(GB5007-2002)[S].中國建筑工業出版社,2002.

　　[3]徐正忠,王亞勇,王迪民,等.建筑地基抗震設計規范(G B50011-2001)[S].中國建筑工業出版社,2001.