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1.2飽和粉土和飽和粉細砂
飽和粉土和飽和粉細砂的特點有:結構松散,在靜載作用力下能夠保持較高的強度,但是在地震力或是振動力的作用下超孔隙水壓增大,顆粒之間的作用力降低,土中排水不暢時可以使土懸浮,產生液化沉陷導致土的承載能力下降或地基發生失穩狀態。應對于飽和粉細砂以及飽和粉土的液化程度和液化層分布范圍進行查明。
1.3軟弱黏性土
軟弱粘性土是湖沼相和相泄湖海相三角洲的結合沉淀物,它在第四紀后期形成的軟弱性土具有孔隙比大天然含水量高壓縮性高抗剪強度低承載力低滲透性弱以及沉降穩定時間長的顯著特點。
2地基基礎方案的選擇
地基方案選擇的主要目的是為了提高軟弱地基的承載能力、消除地基土的振動液化沉陷影響、減輕膨脹土的脹縮性、消除黃土的濕陷性、防止沉降量過大及不均勻沉降的產生、防止剪切破壞使地基失穩、滿足上部結構對地基的要求。
2.1雜填土和膨脹土
雜填土一般是由建筑垃圾、生活垃圾、原土壓實。雜填土一般不宜采用天然地基,但在填筑年代超過5年后,性能穩定的工業垃圾和建筑垃圾均會達到一定的密實度。此類地基在采取上部結構剛度的措施和加強基礎措施后,可作為一般建筑物的天然地基持力層,但其地基承載力應根據其它原位測試手段或載荷試驗取得。對于局部厚度較小的雜填土,可采用表層壓實法、重錘夯實法、換土墊層法或將填土挖除,將基礎直接置于穩定的土層上。對于深度較大的雜填土,可采用復合地基處理或強夯法處理。對于有機質含量較多的生活垃圾當厚度不大時可挖除回填好土,對于厚度較大的生活垃圾不宜采用強夯法、表層壓、換土墊層,應當采用樁基礎。由于膨脹土質具有失去水后收縮,遇到水變膨脹的特性,因此影響膨脹土質的重要因素即是含水量。對于膨脹土質需要調查當地的區域水質條件和氣候條件,分析土質的含水量不同壓力作用下土質的自由膨脹率和土質的膨脹率,最后確定地基土的膨脹等級。根據當地的區域水質條件、氣候條件的實際情況,處理地基的膨脹力,保持地基不受變形的影響。對需要處理的膨脹土,要考慮到地下水位以及濕陷程度對膨脹土的影響。在地下水位深、膨脹土較厚的情況下,可以利用地基土的上部,對基礎進行淺埋工作,減小地基土的膨脹變形量。當膨脹土的厚度在2m~1m,膨脹土處于地表3m~2m之間時,可以采用全部挖出膨脹土的方法,挖出膨脹土后進行砂土或者灰土黏性土的替換。當膨脹土埋藏很深并且土質的承載能力不能滿足高層建筑物的要求時,使用樁基礎的方法解決。換土墊層方法用來處理膨脹土埋藏較淺并且土質厚度很大的情況。
2.2飽和粉細砂以及飽和粉土
當處理飽和粉細砂以及飽和粉土的液化地基土時,要根據飽和粉細砂以及飽和粉土的液化等級以及建筑物的特性進行綜合確定分析,不能一接觸液化場就消除液化沉陷的影響比如,可以不采取任何消除液化措施的是丁類建筑物的輕微液化場地和丁類建筑物的中等液化場地,對于丁類建筑物的嚴重液化場地需要進行上部結構和基礎結構的處理,對于丙類建筑物的輕微液化場地和丁類建筑物的中等液化場地也需要進行加強上部結構和基礎結構的處理,對于丙類建筑物的嚴重液化場地需要進行全部消除或部分消除液化沉陷的影響,此外也需要進行加強上部結構和基礎結構的處理,對于乙類建筑物的輕微液化場地需要進行部分消除液化沉陷的影響或進行加強上部結構和基礎結構的處理。對于那些全部需要消除液化沉陷的場地,在處理深度時要保持處理深度高于液化深度的下限,通過改善排水條件或增加土地的密實程度,可以有效的處理液化的地基對碎石樁進行振沖擠密或振沖置換時消除超孔隙水壓以及增加土地密實程度的有力措施,還可以選用強夯法灌漿法對土地密實程度進行加大處理,在使用樁基礎時可以將樁端降到液化程度以下來穩定土層。
2.3軟弱黏性土
面積不大的或是埋藏不深的軟弱粘性土可以進行挖掘處理或是采用基礎加深的措施。對于厚度很大的軟弱粘性土可以采用灰土樁墊層換土法,對于寬度小的基礎可以選用條形地梁跨越。排水固結法可以作用于不含水砂層的軟弱粘性土。
2.4天然地基
天然地基是地質工程建設中最優選用的地基種類。在地質工程建設中遇到天然地基時,需要結合基礎形式以及地基的上部結構進行綜合處理分析。天然地基的每層土層的地基承載能力以及物理力學指標有很大的差異,天然地基的土質都是經過沉積循環后成層出現的,首先要做到把上部承載能力強的土層當成天然地基的支持力層,然后對其下部臥層土層的承載能力進行驗算,看看能否滿足承載力的要求。當天然地基下部臥層土層的承載能力不能保證承載力的要求時,為了加大厚度,需要對基礎進行淺埋處理,在這個過程中要保持凍土的深度小于支持力層土層的厚度。對基礎進行加寬處理可減少上部結構的天然地基單位承載能力需求。地基的邊坡穩定性、地基的變形程度、地基的承載能力是選擇天然地基的三個必要條件。在地基土的質地比較均勻、地基土的壓縮性小、地基土的承載能力高時,在保證地基承載能力的同時就可以保證地基的邊坡穩定性以及地基的變形程度。
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2)地下水位下降引起的工程危害。地下水位降低可以導致地面下降,工程地面出現塌陷,整個建筑物會坍塌,不僅造成財力的浪費,還可能會造成人員傷亡,后果不可想象。地下水位的惡化主要就是地下水的枯竭造成的,會影響到工程地質的穩定性和安全性。導致正常地質地下水位下降的主要的原因包括采礦人員采礦活動、建筑水庫補給、地下水大量抽取等一些人為因素。
3)地下水位頻繁升降造成的工程危害。頻繁升降的現象有時候會在地下水中出現。巖土層膨脹以及巖土出現不均勻脹縮都是由地下水位頻繁升降導致的,巖土層出現變形往復所導致的地下巖土層中的鋁、鐵等物質喪失的主要原因就是膨脹收縮。進而出現上層土層失去膠結物以及巖土層表面出現松動的現象,降低了整體的巖土層效果降低??梢姷叵滤活l繁升降造成的后果也是十分嚴重的。
4)地下水動壓力作用引起的工程危害。地下水天然動力平衡效果降低導致的移動水壓的改變在很大程度上是由地下水動壓力改變引起的,同時巖土層所出現的流砂、管涌、基坑突涌等導致的水文地質整體狀況大幅降低的現象也是巖土工程地下水動壓力改變引起的。除此之外,地下水動壓力作用還可以導致地下水天然動力平衡的條件發生轉變。
2解決水文地質問題的有效措施
水文地質對于地質勘查越來越重要,采取切實有效的方法對水文地質的各種有關參數進行測定對于提高工程施工的安全性。保證建筑的穩定性以及避免人為誘發水文地質災害的發生有著非常重要的作用,應當對其進行正確客觀的評價。為了充分發揮水文地質在工程地質勘察中的積極作用就要做好水文地質勘察工作,那么,面對以上水文地質問題,我們該采取哪些措施去有效防治呢?
1)詳細的水文地質評價內容。巖土工程勘察報告是展示工程地質勘察的最終成果的主要方式,建筑工程地基基礎設計及施工都是以巖土工程勘察報告為主要科學依據的。全面可靠的報告內容能夠保證后期工程設計施工的安全性,報告內容的錯誤會造成非常嚴重的后果,一點點的差錯就會引發不可想象的后果,因此要求技術人員必須要有耐心與責任心。在水文地質評價的報告中除了要將下水類型,含水層的埋深以及具體的分布狀況、巖土類型、巖土厚度,靜止水位、涌水量、地下水流向以及水力坡度內容包括在內以外,還應該包括各個含水層間的水力聯系以及含水層與地表水體間的水力聯系;地下水的補給和排泄情況等
2)調查準確的工程地質條件。應該將地形地貌、水文地質、巖土的物理力學性質,地質現象等條件作為工程地質勘察中的工程地質條件。在調查這些工程地質條件時,要做到準確詳細。為確保建筑的安全防護措施提供相關科學準確的依據。為了預測工程地質作用會帶來什么樣的影響應當給出正確的客觀的評價,應當查明工程地質條件并結合項目的具體特點,確保對建筑實施具有科學準確性的安全措施。
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2.1根據基坑的開挖深度及巖土工程條件確定勘探范圍?;硬贾每碧近c時應注意孔位起碼要設置在基坑深度的一倍以上,當需要錨桿時基坑的勘探點要保證在基坑深度的兩倍以上,而當基坑的無法布置相應的勘探點時勘察人員需要結合相關的勘察資料與施工現場的場地條件進行綜合分析以最終得出更為精確的勘察方案。
2.2勘探點的具體布置。巖土工程施工中基坑的勘探點應以15米至25米的間距沿著基坑的邊緣進行布置,而當施工現場的巖土土質屬于軟弱土層、暗溝或巖溶等復雜的地質條件時勘察人員應結合GIS系統或物探技術等巖土工程中常見的勘探技術對土質進行勘察以詳細的總結出地質分布情況并結合利用GIS的制圖功能對地下土質情況進行圖標繪制,進而適當加密勘探點以強化勘察質量。
2.3基坑周圍勘探孔的深度設置?;又車目碧娇椎纳疃仍O置應保證在基坑深度的兩倍以上并結合抗拔樁設計樁長綜合確定,以保證穿過軟弱下臥層并滿足設計樁基驗算要求。
2.4強化對地下水的勘察。利用GIS或物探技術對基坑下方的地質、水文情況進行勘探,如果基坑下方有地下水則應利用各種勘探技術查明含水層的埋深、厚度以及分布情況,這樣更有利于勘探人員結合具體的資料對地下水的類型、補給以及排泄條件進行確定。當基坑下方有承壓水時應采取分層測量的方式查明其水頭的高度,以最終精確計算出其含水量及承壓性。
2.5基坑降水情況的處理。巖土工程中由于地下含水量過高會對基坑的穩定性能造成一定的影響,因而有必要適當降低基坑中的水位,在進行降水作業的過程中應當采用抽水試驗的方法對各個含水層的滲透系數與影響半徑進行測定,并將其最終結論明確的體現在勘察報告中。
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為了解決以上問題,本文探討了采用VC++開發語言,采用面向對象的技術,分別實現圖形類庫、巖土工程數據類庫,將巖土數據管理和圖形操作緊密結合,更為重要的是開發出的軟件具有自主知識版權。
2總體設計
分析巖土工程勘察軟件的社會需求,軟件功能可以分為兩個部分:一是巖土工程勘察數據的管理,包括數據輸入、編輯、導出、數據分析計算等;二是繪圖功能,包括繪制平面圖、剖面圖、柱狀圖等。
根據以上分析,采用面向對象的技術,分別建立巖土工程數據類(Geo類)和繪圖類(CMap類)。
Geo類功能:工程概況數據、場地地層數據、原位測試數據(靜力動探數據、動力觸探數據、波速試驗數據、標準貫入數據等)、勘探點數據、土工試驗數據、取土數據等。分別建立類,各類間層次關系如下:
CProject巖土工程類
CDksj勘探點類
CTysj取土類
CDtsjN63.5數據類
CBgsj標準貫入數據類
……
CDcsj場地地層類
圖1工廠概況數據輸入
圖2勘探點數據輸入
圖3土工試驗數據輸入
CFcDtsj分層統計數據類
CFcBgsj分層統計數據類
CFcN10sj分層統計數據類
CFcN120sj分層統計數據類
CTongji數理統計類
CMap類功能:繪制各種圖形元素,包括點、直線、多段線、橢圓、園、圓弧、矩形、多邊形等。實現圖元的編輯、修改、信息查詢等功能。
CGraph圖形類
CDraw圖形元素的基類
CPint點類
CLine直線類
CCircle園類
CArc圓弧類
CRectang矩形類
……
圖1工廠概況數據輸入
圖2勘探點數據輸入
圖3土工試驗數據輸入
3系統功能
在柵格圖形和矢量圖形下,可以方便地交互,布置勘探點、輸入地物數據等操作,具有可視化程度高的突出特點。主要數據輸入界面見圖1、圖2和圖3。
3.2統計分析
圖4統計數據的交互取舍
圖5數理統計結果
于各種分層統計數據,進行可視化的人工取舍,人工交互舍棄統計數據、統計結果等見圖4、圖5。
3.3繪圖
鉆孔柱狀圖、工程地質剖面圖、勘探點平面布置圖等,見圖6和圖7。
圖6繪制鉆孔柱狀圖
3.4勘察報告
采用COM技術,引入MicrosoftWord類庫,自動生成Word格式的報告,方便快捷、報告格式標準、實用,節省大量報告編制時間。實現步驟:首先建立勘察報告模板,將巖土工程相關數據、統計結果、軟件自動生成的相關表格等作為書簽插入文檔模板中,形成最終的勘察報告。
4結論建議
(1)采用面向對象技術,降低了軟件開發的難度,對今后軟件功能進一步擴充打下了堅實的基礎。
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1.2勘察工作量未能達到標準
在巖土工程外業勘察工作中,對固定勘察點的位置有著明確的規定,全面覆蓋勘探點才能使得勘察工作規范化并取得成效。但是,在實際勘察過程中,部分施工單位偷工減料,為根據勘察要求進行勘探點的布設工作,同時為了節省工作時間、減少工作量未按照工程施工標準進行,對勘探深度及孔距定位等問題為進行規范化的操作。這些情況使得外業勘察工作有名無實,不達標的工作量會直接導致外業勘察工作效率低下。
1.3外業勘察工作不夠規范化
根據外業勘察工作的相關規范要求,對勘察工作的具體實施流程以及操作標準有著明確的規定。但是在實際的工作中,部分施工單位未按照要求進行作業,例如在砂石層及粉土層等進行鉆孔時,泥漿護壁的質量不符合標準,或者泥漿的濃度未按照要求進行調配,這樣不僅容易造成塌孔現象的發生,對外業勘察工作也造成了極其嚴重的影響。此外,部分單位在對地質情況進行取樣及測試時也不按照規范要求進行,沒有對地層的實際情況進行準確勘察,地下水位的測量工作也時常出現差錯,這些情況都直接影響整個勘察工作的結果,并且導致巖土工程無法正常進行。
2提高外業勘察工作質量的具體措施
2.1勘察工作的布設及施工安排
勘察隊伍在作業前應首先對工程項目的整體要求及資料進行充分了解和分析,對勘探點的布設應先進行相關實驗,對其間距及深度等方面進行準確定位。在勘察過程中嚴格按照標準要求進行,通過測量放樣確??碧近c布設的科學性與合理性。在勘察工作開始前還需對鉆探的設備進行檢查和校正,勘察工作人員應能夠熟練操作機器,以保證勘察工作能夠有序進行。同時,在設計鉆孔施工流程時還應綜合全面地考慮到地層的支撐能力等因素,保證鉆孔工作的質量及工作量合理。
2.2嚴格規范鉆孔工作
1)對鉆孔工作進行詳實的記錄??辈烊藛T首先應提高自身的工作記錄意識,在鉆孔作業過程中對鉆孔的深度及位置等實際情況進行全面、精確的記錄,并且對鉆孔施工結束后的具體應用情況進行考察,通過及時記錄并整理鉆孔記錄為外業勘察工作提供參考資料。
2)設計合理的鉆孔位置。鉆孔深度及位置等因素會對工程的負荷能力估算工作直接造成影響,合理的鉆孔位置設計能夠保證整個工程的穩定性。鉆孔人員應根據規范要求嚴格按照設計方案進行,在作業中垂直地將鉆頭對準鉆孔點、通過四點拉繩的方法對鉆孔位置的變化進行判斷、控制鉆孔位置的精確性等。
3)鉆孔工作人員在開始作業前首先應對鉆機設備進行檢測以保證其工作穩定性,并對鉆桿的垂直度及鉆進中的傾斜性進行校正,還需對鉆進的速度進行控制并控制其受到的壓力程度。在鉆孔作業過程中操作機具的工作人員不能擅自離開工作崗位。
4)在對鉆孔工作過程進行記錄時,應選擇具有扎實編寫經驗及地質工程理論基礎的人員進行,根據土層的實際情況以及巖土風化情況等對鉆孔作業進行編寫,并且應具有一定的問題針對性。
2.3規范鉆孔采樣工作
1)應完善對鉆孔工作人員的培訓工作。在進行鉆孔采樣前,對鉆孔工作各階段的勘測、監管及施工人員的基本業務能力進行培訓以確保各部分工作人員對本職工作有清楚的認識,同時還應對工作任務進行合理分配,提高所有鉆孔工作者的安全意識及其工作責任感。
2)做好采樣工作。在開展鉆孔試驗工作前應先對鉆孔進行清理,同時使用撈砂筒等裝置對砂類土進行試驗、使用厚壁取土器對枯性土進行試驗等。在鉆孔試驗結束后還需與相關地質檢測工作者及時聯系,對鉆孔的質量進行全面綜合的判斷。
3)提高巖芯采取率并合理擺放巖芯。勘測工作者可以通過對鉆孔設備進行調試、優化鉆孔工藝等方式提高巖芯的采取率;在設置鉆孔深度時應以巖芯的長度為準,并以巖芯的實際樣貌作為控制回次進尺的依據。
2.4規范地下水勘探工作
進行地下水勘察工作時應在鉆孔被清理后以實際的測量標準為依據,并對地下水位采樣的測量精確性進行保證,通過分層或分段的測量方式對地下水水位進行采樣測量以避免外來水產生的干擾因素。
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1.1鉆探設備
在進行巖土工程勘探時,進行鉆孔所需要的所有裝備都可以稱之為鉆探設備,其不僅包括鉆機、鉆探用泵、空氣壓縮機、動力機和傳動裝置,同時還包括與之配套的鉆塔、擰管裝置等。其以整體式和組裝式兩種裝載方式存在,而在整體式中還可以將其分為固定式、拖引式和自行式。而且鉆探設備按其用途不同還可以進行多種劃分,其應用的領域也較為廣泛,部分專用鉆探設備則專用于其領域內的鉆進工作。巖土工程勘探時,通過巖芯鉆探設備和取樣鉆探設備來實現對地質的取樣勘察。
1.2鉆進方法
在巖土工程勘察過程中,在進行鉆進過程中所采用的一切方法即稱為鉆進方法。在實際鉆進過程中,可以采取的鉆進方法較多,不論是按鉆進工藝,還是鉆進時是否采取巖芯或是回轉鉆進時破碎巖石所使用磨料的不同,都可以將鉆進方法分為不同的類型。但無論哪種鉆進方法都是為了在鉆進過程中能夠實現破碎孔和破碎井底巖石的需要。
2不同地層的鉆探工藝
2.1粘性土
(可塑偏軟/硬粘性土)針對軟弱粘性土強度低、壓縮性很大且滲透系數很小、觸變性及流變性大等特點,可采取重錘沖擊鉆進和長/短螺旋鉆進,如果鉆探環境位于地下水位以下,可采取套管螺旋鉆進或沖擊回轉鉆進。重錘沖擊鉆進效率比較低,且對孔底附近一定范圍內地層有擾動。螺旋鉆進通過電動機帶動螺旋鉆桿在鉆壓作用下使鉆頭回轉吃入地層,將地層按螺旋線逐步切削,切刮下的土質碎屑沿螺旋葉片上返到孔口,該方法鉆進效率高且不用清洗設備。長螺旋鉆進直徑應小于1m,深度不超過15~20m之間。短螺旋鉆進屬于非連續型鉆機,較之長螺旋鉆效率稍低,其孔徑多在2~3m內,鉆進深度一般小于30m,最深不超過50m。沖擊回轉鉆進對泥漿比例要求較高(表1),避免水流將鉆進土層沖散混入泥漿。必要時可在回次終了時,停止送水,增加干鉆進尺距離已獲得土層樣品,或采用雙動雙管取心鉆具。對于硬塑狀粘性土,一般的螺旋鉆進在土的粘性較大時易發生埋鉆或鉆桿折斷的現象,且對土層擾動較大,應盡量選用小肋骨鉆頭,沖擊回轉鉆進方法。沖擊回轉鉆進技術分)液動、氣動和氣液混合動力三種,具有效率高、鉆具轉速低、鉆頭壽命長和孔內事故少等特點。液動沖擊回轉鉆進以清水或泥漿形成高壓作為動力,鉆孔直徑一般為56~130mm,最大不超過400mm,鉆孔深可達800~1000m;氣動沖擊回轉鉆進以高壓空氣為動力,鉆孔直徑介于65~228mm之間,最大可達到762mm。施工中應先慢速鉆進,使鉆頭切入土層后改用中速轉進,可加快鉆進速度且鉆具提升阻力小。
2.2砂層
該地層的鉆探工藝與砂粒粒徑有很大關系,且受地下水影響較大。螺旋鉆進適合砂土中粘粒含量較高且砂粒主要為粉細砂的地質環境,如果需深孔鉆進,可在施工后期換用小直徑螺旋鉆。粉細砂雜粘性土情況下,應降低鉆速,減小鉆進壓力,泵量調整至適中?;卮谓K了前,應以泥漿清洗鉆孔,將孔內懸浮的粉細砂帶入泥漿池后方可停泵,減小沉砂卡鉆事故發生的幾率,停泵后干鉆0.3~0.5m,確保巖心不脫落。對于中粗砂、礫沙以及地下水位以下的沙土,一般采用品字形硬質合金鉆頭,低轉速,灌漿泵吸反循環鉆進,過程中需不斷浮動鉆具,慢提快放,形成空底反循環。因鉆頭外徑略大于巖芯管,所以能很好地約束巖芯管,確保巖芯的原始結構。沒回次終了前,以泥漿清洗鉆孔,去除空中懸浮粗、礫沙,防止沉砂卡鉆。最后停泵干鉆0.2~0.3m,停止浮動鉆具精細干燒,防止鉆孔周壁坍塌造成廢孔,并帶出巖芯樣品。
2.3卵石層
在卵石層進行鉆探時,其工藝受到的影響較多,所以在不同的地層條件下需要采用不同的鉆探工藝來進行勘探工作。對于較薄地層情況下,可以利用泥漿護壁回轉方法進行鉆進,而當遇到較厚地層時,在粘性土含量較低的情況下,則可以利用跟管進行鉆進,確保進尺的連續性和順利性。利用回轉鉆時時則適用于地層密實度較高的情況,這樣可以有有效的起到保護孔壁坍塌的發生。為了確保孔壁能夠得到有效的保護,必要時也可以采用投入粘土球的方法進行鉆進。而一時有塌孔現象發生時,則需要采取必要的措施,往往是通過加大泥漿濃度,或是在鉆到一定深度后拔出鉆具放入跟管的方法來繼續進行鉆進,而且在對鉆進的速度進行有效的控制。利用反絲套管來避免出現絲扣脫滑現象的發生。另外在砂層和卵石層鉆進時,則需要采用高質量的泥漿進行鉆進,有效的起到保護孔壁的作用。
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巖土工程勘察所涉及的基本理論主要包括土力學的理論、工程地質理論、工程力學理論等,這些工程理論都是一種半科學半經驗的理論,很多理論是建立在經驗的基礎上的,如很多公式都是經驗公式。巖土工程問題的解決過程實際上是在理論的指導下,巖土工程技術人員利用自己的工程經驗,結合工程實際情況,建立相應本構模型,運用合理適宜參數,加上良好的判斷力,解決問題的過程。對巖土工程技術人員來說,扎實的基礎理論同豐富的經驗、良好的工程判斷力是同等重要的。在學習和運用理論的過程中,一定要注意隱藏在公式和規律背后的背景知識和真正實際內涵及其假定邊界條件。而積累經驗的過程可分為分析與預測現場觀測對分析、預測和現場觀測結果進行比較、分析、評估和總結3個過程,可見積累經驗的過程也離不開理論的支持。筆者認為:理論與經驗在巖土工程勘察中具有同等的地位,過分強調哪一點都是不合適的。筆者討論此問題,目的在于目前很多巖土工程技術人員過分強調經驗,而對理論的學習和運用不足,這種現象對巖土勘察技術的發展不利;同時用于對年輕技術人員的傳、幫、帶上,不利于年輕技術人員的成長,甚至會出現以訛傳訛。
2、與設計溝通的重要性
《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)要求:房屋建筑工程在進行詳勘之前,應收集附有坐標和地形的建筑總平面圖,場區的地面整平標高,建筑物的性質、規模、荷載、結構特點、基礎形式、埋置深度、地基允許變形等資料。在此筆者要強調勘察前與設計溝通的重要性,因為勘察成果的直接使用者就是設計人,在進行勘察前,勘察人應充分了解設計意圖,弄清楚擬建物工程特性,這樣勘察工作就能作到有的放矢、經濟合理,提供給設計人最直接、最有用的勘察成果。如:現在很多高層建筑都帶有裙房,這種項目在勘察前,必須要弄清楚設計擬采用的基礎形式及聯接方式;還有一些主體不高但跨度很大的建筑,采用柱基布置的勘探孔深度就與采用筏基布置的勘探孔深度有很大差別。所以必須要重視勘察前與設計的溝通。目前有的經營人員和技術人員對此認識不足,造成勘察項目的返工。筆者討論此問題,目的在于提醒經營與技術人員重視承攬項目和實施項目時與設計的溝通。
3、注意各種等級的劃分
在進行巖土工程勘察工作量布置時,應按相應的分級標準,確定項目的相關等級。如勘察等級、地基復雜程度等級、擬建物安全等級、重要性等級等。因為這些等級的劃分直接決定了勘察工作量的布置,只有充分了解了各種等級,布置工作量時才能作到安全、經濟、合理。
4、注意經濟性
巖土工程勘察,應在滿足規范、規程要求的前提下,用最經濟的勘察手段和工作量實現勘察目的和任務。同時達到相同的勘察目的和任務,所用成本的多少,可從一定程度上說明技術水平的高低。針對當前巖土工程勘察現狀,目前的勘察成本在一定條件下還是可以節約的。如:對“樁基礎一般性孔深入到樁端以下3~5倍樁徑,且不小于3m,對大直徑樁不小于5m”這一要求,如勘察方案布置的一般性孔為50m,根據控制性孔資料,40m處分布有良好的樁端持力層且能滿足樁基設計要求,項目負責人現場可將50m的一般性勘探孔調整為45m(當然按權限該上報審批的進行上報審批),這樣就可節約不少工作量,從而達到經濟的效果。再有土工試驗項目的選取,也是一條實現經濟勘察的重要途徑,希望巖土工程技術人員予以重視。
5、重視規范、規程的學習
規范、規程是進行巖土工程勘察工作的依據,對勘察工作的目的、任務、評價等均提出了詳細的、可操作的要求,巖土工程技術人員要重視對規范、規程的學習,充分了解其要求,這樣在巖土工程勘察的過程中,就不至于出現諸如工作量布置不足、原狀土樣或原位測試數據不足、未劃分抗震地段等問題了。另外規范、規程中的條文說明,技術人員也要認真研讀,條文說明中有豐富的信息,對于提高我們的理論水平及正確理解規范、規程具有重要作用。
6、房屋建筑和構筑物巖土工程詳勘的目的、任務
(1)查明勘察范圍內場地原始地形、地貌,巖土層的成因、類型、深度、分布、工程特性和變化規律,分析評價地基的穩定性和均勻性。
(2)查明埋藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、舊基礎、孤石等對工程不利的埋藏物及其分布范圍。
(3)查明影響建筑場地穩定性的不良地質作用(包括:巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區、地面沉降、場地和地基的地震效應、活動斷裂等)和特殊土(包括軟土、填土、污染土、濕陷性土、膨脹土、紅粘土、多年凍土等)的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度,并提出相應防治措施的建議。
(4)查明地下水埋藏情況、類型、補給及排泄條件,地下水位,水位變化幅度及規律;評價地下水(土)對建筑材料的腐蝕性。對基坑工程還應查明各土層的滲透性質,分析評價地下水的靜水壓力、動水壓力及浮托力的作用和影響;預估產生基坑突涌、流沙(土)或管涌等地下水不良作用的可能性及危害程度,并提出相應的防治措施建議;提供基坑施工降水的有關技術參數及施工降水方法的建議;提供用于計算地下水浮力的設計水位。
(5)基坑工程還應查明基坑周邊環境,提供基坑設計所需的巖土參數,分析評價放坡開挖的可能性和基坑邊坡穩定性,適宜選用的支護結構類型及其穩定性,基坑開挖與降水對地基變形、周圍建筑物和地下設施的影響。
7、結束語
使巖土工程技術人員理論與經驗、細節決定成敗、重視規范學習等方面能有所啟示。拋磚引玉,不當之處,敬請批評指正。
參考文獻:
[1]趙成剛,白冰,王運霞.土力學原理[M].北京:清華大學出版社,北京交通大學出版社,2004.
[2]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規范[s].
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2地理信息系統
當前地理信息系統已經開始廣泛應用在空間數據處理中,其主要是以地理坐標為主,通過勘察來獲取某一區域內的數據資料,從而利用地理信息系統來有效管理巖土工程勘察信息。地理信息系統在應用過程中得以不斷的完善,其功能也不斷的增多,不僅具有輸入、編輯、維護圖形數據和屬性數據的功能,同時對于文件型圖形數據和關系型的屬性數據還具有有效的連接功能,這樣不僅有效確保了這兩種不同的數據庫能夠互相進行訪問,還可以對圖形數據進行更好的分析。由于是完全面對用戶進行界面設計,而且還能夠提供相應的接口,這樣可以有效確保二次開發的順利進行。利用地理信息系統的空間信息處理能力,可以有效確保信息管理系統可視化功能的實現。當前地理信息系統技術和功能不斷完善和發展,其應用領域也在不斷的擴大。地理信息系統應用在民用建筑巖土工程勘察工作中,不僅可以將地質資料在工程中進行輸入和查詢,還可以使可視化綜合動態查詢和檢索功能得以實現,有效確保了勘察信息的真實性和可靠性,這樣就可以為勘察管理部門提供更真實的數據,確保其決策的科學性和合理性,有利于更好地指導巖土勘察工作的實施。
3遙感技術
利用遙感技術可以確保探測范圍和信息量的進一步擴大,同時通過多種先進的技術手段,可以在短時間內即獲取到相應的信息,可以實現動態的監測。而且利用遙感技術收集到信息后,可以對信息進行存貯、傳輸,這對于信息的進一步應用帶來了較大的便利。在民用建筑巖土工程勘察中利用遙感技術,可以更好地顯現出地域內的不同地貌特征,為工程建設方案的設計提供科學的依據,有利于更好地掌握復雜的地理環境。
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近年以來,計算機信息化相關的通信技術、信息技術、電子技術等強勢而又迅猛的應用開來,不論是生產制造業還是物流運輸業等諸多產業組織機構都應用了信息化計算機有關技術。而工程領域中巖土專業中應用的信息化GIS技術在建筑市場中運用也較為成熟。比如,伴隨GIS技術逐漸成熟發展,一些集成技術逐漸問世,包括CAD、通信、互聯網、虛擬技術、多媒體等多種技術集成運用,對巖土工程地質勘察起到了較大助力作用。同時,在GIS平臺軟件的技術應用下,GIS技術已經分化出了GIS與CAD集成技術、GIS與RS(遙感)、GPS(定位)結合的集成技術以及組件GIS技術等。
1.GIS與CAD技術的集成
CAD屬于計算機輔助設計,是近些年來在制圖、設計、制造等相關領域所應用的常用技術,它最為顯著的功能是處理諸多結構形態的圖形,以便于技術設計人員配合計算輔助制造(CAM)系統設計出生產加工類產品。目前,雖然CAD開始著手于開發一些非圖形性質的數據處理功能,但是其主要應用于一些數據信息程度較為完整的資料數據進行設計。但GIS屬于針對于地理結構而應用的空間管理技術,在空間信息、資料等數據的分析上更具邏輯性。相比CAD而言,用它對一些地質資料進行分析,能夠處理較為復雜、量大的地質信息資料,同時又能具有一定的空間結構分析功能。如此一來,CAD與GIS技術集成則能夠充分支持巖土專業工程的地質勘測,給予其充分決策支持。
2.GIS與RS、GPS的結合
關于GPS、GIS以及RS目前在信息化技術領域中簡稱為3S技術。三者集成技術應用在巖土工程的對地勘測作業中能夠良好的針對于地質空間結構形態完成各類相關數據的獲取、管理、更新、存貯等,并且隨著3S集成技術的完善發展,勢必未來3S技術會愈發成熟。同樣,其技術應用在巖土工程勘測工作中來,能夠針對于數據信息處理、結構分析模擬、以及對地觀測等進行實時控制與管理,使之應用功能集成于一體。在巖土工程勘察作業中,GPS(全球定位系統)主要用于某一集中區域內對場地目標展開定位與促進各類傳感器順利完成試驗、測試工作,包括定位項目開工現場的運載平臺等。對于RS(遙感技術)而言,其主要提供施工場地所研究目標的語義或非語義資源信息,以實時控制場地勘測、測量信息等的各種變化,及時的完成GIS關于空間形態數據資源的更新工作等。而GIS屬于三者技術的集成系統應用平臺,為數據采集及平臺有關功能的應用提供智能化處理方案等,包括對多種空間數據信息等進行動態管理、貯存、加工等綜合處理,使巖土項目專業的現場工作呈現于計算機的虛擬空間中,便于作業人員分析與處理相關工作。
3.組件式GIS
組件式GIS屬于各大功能模塊集成應用技術,每個組件間有著不同的平臺系統應用功能,以最終模擬出GIS基礎應用平臺。當前,對于微軟公司提供的COM與OMG組織機構提供的CORBA標準等在其平臺系統中得到廣泛應用。而微軟基于COM組件的ActiveX控件又是一些可視化程序設計中的常見控件之一,所以對于呈現出虛擬化空間形態的GIS平臺也十分受用。同樣,將GIS功能版塊模塊化,將以組件方式呈現給開發者使用而形成的組件GIS要比傳統的GIS平臺軟件更具優勢,比如成本相對較低,擴展性與維護性較為靈活等。其中,MapInfo公司機構推出的MapX等組件則是組件GIS平臺中被貫以應用的代表,能夠利于其系統平臺中諸多功能的集成應用,可為巖土工程地質勘察提供較大作業助力。
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對于水利工程的地質勘察階段可以分為四個它們分別是:規劃———研究———設計———施工,在地質勘查時必須保證各階段工作和設計要求相適應,每個階段的地質勘察任務必須嚴格按照合同進行,要明確設計意圖,清楚設計階段和各項技術指標的要求,熟悉施工圖紙,如果即將在野外進行勘察活動時,對前往地區的地質考察非常必要,收集資料和分析地形做好準備工作,為了進一步的了解當地自然條件必須結合實際的設計,編制出工程地質勘察總綱領。
2.1工程地質勘察大綱內容
工程地質大綱的內容應包括以下內容:(1)進行勘察的主要目的、現場的工程情況和勘查主要的階段;(2)了解所要勘察地方的工作條件、地形和地質情況;(3)熟知勘察工作的內容使用方法和完成的工程量;(4)規定確定的計劃進度和竣工時間;(5)預算所需經費;(6)書寫勘察資料;(7)包含地質勘察工程繪制布置示意圖。在制定勘察總綱領時可根據實際的地質變化做出相應的調整。
2.2工程地質勘察的施工要求
工程地質勘察的施工要求首先是地質測繪的進行,根據勘察階段設定工程地質測繪的比例尺,也可以根據建設項目的特點和地點選取合適的比例;不論選取哪種比例尺,都必須有勘探點或者露頭觀察點表示在工程測繪的過程中。工程地質在測繪時可參考人造衛星、航空測量和地面攝像片遙感資料對地質解釋,解釋的結果可根據野外審核和檢驗。在水利工程的地質勘探過程中,保持適宜的巖土物性和場地地形,選擇適合的物探方法和應用物探技術。像常見的坑、洞、孔、井常被這些勘探工程綜合利用。在每次的施工前應對各類鉆孔進行施工程序設計和鉆孔的專業設計,并按原來設計的要求進行施工。巖土試驗將原位測試和室內試驗相結合所使用的。通常室內試驗是土工試驗的基礎,輔助為原位測試。室內試驗以及原位測試在巖土試驗的眼中都是一樣的重要。不同試樣和原位測試點應該擁有地質代表性。
2.3工程地質勘察的編制程序
(1)對收集到的外業和試驗資料進行核實統計。這項工作的開展總是在外業進行完開始,在勘察前需要對各個資料進行檢查是否完善,尤其是實驗資料,可依據這些資料繪制測量結果表、勘探點(鉆孔)平面位置圖和勘察工作量統計表。(2)參考土工試驗和原位測試的相關資料,修正地質資料。這些工作的開展很重要很重要,在工作中卻是常常被工作人員遺忘。因此,實驗資料和野外定名出現不對應的現象,還出現了原位測試和砂土狀態的實驗資料不符合的結果,像一些野外定名為黏土的,實驗結果塑性指數不大于17;此外,野外定名是細砂的,根據實驗資料顯示是中砂的,它的顆粒含量以每顆0.25~0.5mm顆粒到達含量的50%以上;還有野外名為可塑性黏性土的,它的實驗液性指數不于0;野外名為稍密狀況的砂性土,砂性土的貫入擊數標準不大于10,野外定為淤泥或者名為淤泥質土的,實驗結果的孔隙比不到1;對于那些野外名為硬塑性黏性土的,小于18擊數。綜上所述產生這些矛盾是由于野外分層深度和定名具有不準確性,還有個原因是試驗資料具有不真實性,面對這樣的情況應該找出問題,及時的改正,讓實驗資料和巖土定名的數據結果達到一致。(3)描述鉆孔工程地質概況繪制綜合柱狀圖。(4)對巖土地質層劃分,繪制分層統計表,對數理統計。地基巖土的分層的適合性直接影響著評價好壞。所以這個工作需要按原因類型、地質年限、巖土特性、風化程度、狀態、力學特征進行全面的考慮,合理的規劃每個巖土層,根據數據繪制分層統計表,其中包含每個巖土層的埋藏條件和分布狀態的統計表,實驗測試和原位測試的物理力學統計表等。最后進行試驗資料的統計整理,計算分層承載力。(5)繪制工程地質剖面圖以及相關的專門圖件。(6)書寫文字報告,為了減少重復率就得按照以上的順序進行,避免出錯,提升工作效率是保證質量的大前提。對于勘察場規模大的場地或者地貌地質復雜的場地而言,可以采取有針對性的進行勘察例如分區勘察,最后做出評價。對于完整的工程地質勘察報告的書寫,它是由五部分組成,分別為正文、附表、附圖、附照和插表。而對地質勘察要書寫的文字部分應包括該區域的地質情況、地質條件和地貌條件,還有地質勘察的結論和實施的意見建議等都是其中需要書寫的部分。另外,為了使報告更具有真實性,相應的加入一些和勘探有關的圖表數據等都會幫助提升內容的價值。
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1.2受力層軟弱層的處理方法
1.2.1若軟弱層埋藏相對較深,處于主要受力層范圍,往往采用預壓法、樁基礎和復合地基進行處理。由于預壓法工期相對較長,樁基礎造價較高,采用較少,常用的是采用復合地基處理,其處理方法包括振沖碎石樁復合地基、夯實水泥土樁復合地基、水泥土攪拌樁復合地基、旋噴樁復合地基、灰土擠密樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基等等。1.2.2工程實例[4]。保定市某園藝有限公司某花苑,共由三部分組成:西部沿街為商業綜合樓,地上2層,高10米,框架結構;中部為溫室,一層,高3-5米,輕鋼結構;東部為辦公樓,地上二層,高7米,磚混結構。設計要求承載力特征值為140kPa。通過勘察,持力層為古河道新近沉積粉質粘土,天然地基不能滿足設計要求,受力層也存在軟弱層。該建筑場地地層特征為:①雜填土層:雜色-灰黃色,松散,濕,以粉土為主,含磚塊、白灰渣等雜質,雜物含量5%-15%。分布整個場地。②新近沉積粉質粘土層:灰褐色,可塑,含小青磚粒及鐵錳結核,粒徑2-5mm,具氧化鐵染色。分布整個場地。③1新近沉積粉土層:灰黃色-灰色,濕,密實-中密,含小青磚粒,粒徑2-5mm,偶見鐵錳結核,粒徑1-3mm。分布整個場地。③2新近沉積粉土層:灰色,濕,中密,局部稍密,偶見青磚塊、朽木。分布整個場地。③3新近沉積粉土層:灰黃色-灰色,濕,密實-中密,砂性較大,夾粉細砂透鏡體,偶見青磚塊、朽木。分布整個場地。④粉質粘土層:灰黃色-灰色,可塑,含姜石。分布整個場地。⑤粉土層:褐黃色,稍濕-濕,密實,含小姜石,偶夾薄層粉質粘土。分布整個場地。⑥粉質粘土層:褐黃色,可塑-硬塑,含姜石,底部砂性較大。分布整個場地。⑦中砂層:灰褐-灰白色-灰色,中密,稍濕,主要成分:長石,石英,少量云母。其力學指標如表2所示。處理方法:依據設計要求,基底埋深-1.8米,持力層為第②粉質粘土層,承載力特征值為120kPa,不能滿足設計要求,若采用換填墊層法進行處理,其下還有第③2粉土層,承載力特征值僅為100kPa,不滿足公式pz+pcz≤faz的要求,為軟弱下臥層,經綜合分析,采用夯實水泥土樁復合地基進行地基處理,樁徑350mm,設計樁長4.5m,有效樁長4.2m,以第④層粉質粘土為樁端持力層,施工結束后,經過靜載試驗,其復合地基承載力特征值≥140kPa,滿足設計要求。
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①初步設計和概算已經批準;
②建設項目已經正式列入國家、部門或地方的年度固定資產投資計劃;
③有能夠滿足招標要求的施工圖紙及技術資料;
④建設資金已經落實。
勘察設計招投標條件是:
①項目已立項;
②投資估算已經批準;
③勘察設計基礎技術資料已經收集完成;
④資金來源已經落實,即必須在“工程可行性研究”批復的前提下才能進行。
已履行審批手續的工程項目,應依據批準的項目規模,按照基本建設程序進行勘察設計一次性總體招標或在保證項目完整性、連續性的前提下實行分段或分項招標。招標人確定總體招標或是階段性招標是值得探討的。
一次性總體招標,即初步設計和施工圖設計一起招標,有利于勘察設計的質量,因為分階段性招標,前階段中標人和后階段中標人的設計思路不同,必然出現設計產品前后銜接問題;后階段中標人對工程的前期工作了解不夠,相應設計周期增長;各階段中標人之間協調不便,以致在施工實施階段變更設計多,對整個工程的高效影響較大。當然,項目建議書批復后,嘗試在可行性研究階段公開招標完成后,把初步設計和施工圖設計直接授予可行性研究的中標人的做法也是相對合理和可行的。
2、主要定標因素的條件在水利工程勘察設計招投標的實施過程中,以往有側重于以勘察設計費投標報價為主要定標因素的傾向,這其實是一個誤區。在我市已進行的水利工程勘察設計招標項目某條河道整治的招評標過程中,側重于勘察設計費的報價。實際上,勘察設計招投標和施工招標的條件和要求都不同,它不能像施工招投標那樣,以投標報價作為主要的定標因素,這是由水利工程勘察設計招投標的特點決定的。
(1)由于水利工程勘察設計的不確定性,設計者往往無法做出精確的定量,其工作質量和具體內容難以像施工那樣量定。
(2)勘察設計投標代價高,前期工作周期長,大型項目需投入的投標費用更是很大。例如南水北調工程,需要設計單位大量技術人員付出10年甚至更多的時間來優化和完善設計成果。
(3)有的勘察設計項目技術性、專業性較強,涉及某些特定技術,往往與技術保護息息相關,無法用設計費的高低來衡量。
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水文地質是巖土工程勘察中需要面對的一個實際性的問題,因為水文地質與巖土工程有著密切的關系,某些地方的水文地質又較為復雜,在沒有對水文地質有一個詳細的了解下,進行巖土工程施工,則會引發一些水文地質問題,影響工程的正常施工,為了保證工程施工的安全性和穩定性,并對水文地質災害進行預防,需要在巖土工程勘察中加入水文地質的勘察,并加強勘察和監督管理。在巖土工程施工中,影響其施工安全性和穩定性的水文地質因素有,地下水文的類型、地下水位、地下水位的變動幅度等,為了提高巖土工程的勘測質量,降低地下水文地質對其產生的危害,需要在巖土工程勘察中加入地下水文地質的勘察。水文地質的勘察內容有:
2.1自然地理條件的勘察
巖土工程的勘察工作為巖土工程、建筑工程的施工,提供了良好的巖土數據,進行水文地質的勘察,可以為巖土工程和建筑工程的安全施工,提供可靠的水文勘察依據。所以需要在巖土工程勘察中,應用水文地質勘察。水文地質勘察中包含很多內容,自然地理條件的勘察是其中的組成部分,自然地理條件的勘察需要包含的內容有地下水文特征、地形地貌。水文特征主要是指工程建設地區的氣候,濕度、熱量等,而地形地貌則是工程施工場所周圍的水系、平原等的特征,地形是否開闊、地貌是否受到了侵蝕等。
2.2地質條件的勘察
在巖土工程、建筑工程的施工中,地質條件非常重要,其影響工程地基施工建設的質量,還影響著地面上建筑結構的安全性、耐久性等,所以需要對地質條件進行勘測。巖土工程勘測中水文地質的地質條件勘察,主要是對工程建設所在區域的地質構造特征、基底構造、地層巖性、構造運動等進行勘測,為巖土工程的施工提供地質勘測數據支持。
2.3地下水位勘察
在巖土工程、建筑工程等施工中,地下水位對地基施工、地上建筑物的安全性均會產生影響,地下水位的變化,會造成建筑物、地基出現下沉、變形等,所以在施工前,對地下水位進行勘測,有重要的意義。地下水位的勘測需要對近3~5年的最高水位、最低水位、水位變化等進行勘測。同時還要對地下水的排泄條件、地表水與地下水的補排水關系等,對地下水位產生的影響進行勘測分析。因為地下水位對巖土工程會產生較大的影響,所以在巖土工程勘察中,地下水位的勘察工作是重點內容。
2.4隔水層、含水層的勘察
在巖土工程勘測中水文地質的勘察包含了很多的內容,除了以上這些需要勘察之外,隔水層、含水層的情況也需要進行勘察。隔水層和含水層的地下水類型、地下水流向、水位、變化幅度等,都需要進行勘察,其中主要對含水層的厚度、深度、分布進行勘察,還可以通過現場地層滲透系數等水文地質參數,對巖土工程的地下隔水層、含水層進行勘察,進而判斷水文地質對建筑材料產生的腐蝕程度進行判斷。水文地質在巖土工程施工中發揮著重要的作用,準確地勘察出地下水文地質,可以為巖土工程的施工提供一個有效的水文地質參數依據,還可以保證巖土工程、建筑工程施工的安全性和穩定性,所以在巖土工程勘察中,水文地質的應用在提高巖土工程勘察質量中,有重要的意義。