发布时间:2023-04-21 18:30:16
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摘要:岩土工程学是土木工程的分支,是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。现代的岩土工程研究重视地质过程机制分析、强调岩土与工程相结合,定性分析与定量评价相结合,传统与现代的统一。在系统分析中,从“宏观”到“微观”,又从“微观”拓展到“宏观”进行概化,以指导实践,从而产生岩土工程的新思维与新方法。
关键词:岩土工程;测试;分析;不确定问题
岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中,经受了各种复杂的地质作用,因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体,由于经历的地质作用过程不同,其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后,经过风化作用而形成土,它们或留存在原地,或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性,因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。
1测试技术
1.1原位测试技术
随着岩土工程的兴起,原位测试设备和技术不断发展和更新。在土基方面,除了静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验等外,深基静载、高压旁压、自钻旁压仪等在较大深度以下测定地基岩土体承载力、变形参数成为当今原位测试的主要方向。高精度压力传感器和位移传感器的引入,使测试仪器的性能有了较好的改善。由于应用计算机技术对数据、图形、信息采集、分析判别完全程序化、规范化,因而达到高效、准确的目的。在岩基方面,岩体现场变形、抗剪、应力测试继续广泛应用,并向小型化、自动化控制方向发展,但总的来讲,这方面的试验仍然耗资大,时间长。
1.2物探测试技术
物探技术在岩土工程中的应用十分普遍,新技术也层出不穷。主要有层析成像(CT)技术、电磁波透视、浅层地震、地质雷达、声纳剖面、瞬变电磁法等。应当指出,层析成像(CT)技术近年来发展很快,CT技术包括地震波层析成像和电磁波、声波层析成像两种,这种方法具有很高的分辨率。
1.3岩体结构面网络模拟技术
岩体是一种不连续介质,岩体发育的各种不同成因的结构面分布极为复杂。人们在工程现场选择有代表性地段,实地量测各类结构面(断层、裂隙、层面)的几何参数(走向、倾斜、倾角、隙宽、间距等),然后输入计算机,进行统计模拟。可应用蒙特卡洛方法按已知的概率密度函数抽样,从而得出与实际分布函数相似的人工随机变量,据此进行特征计算和分布类型检验。所有结构面结合起来即构成了岩体结构面网络图像,全部过程由计算机完成。
由于结构面网络反映了岩体的介质特性,所以这一技术有广泛的用途。可以直接计算结构面连通率、岩石质量RQD值、损伤张量、分形维数和渗透张量等,以用于边坡和坝基的稳定分析。近年来又发展了随机不连续面三维网络计算机模拟新技术,以求取不连续面三维空间基本参数。
2分析方法
2.1数值分析
在岩土力学的数值分析中,有限元法、边界元法仍然是主要方法,但已向随机有限元、模糊有限元方向发展。近年来又出现了神经元网络技术用于岩石力学,神经元网络是80年代后期迅速发展起来的人工智能的一个分支。它是在现代神经科学研究的基础上提出来的反映人类脑动能的一种模型。它由树突、轴突和突触组成。如已知若干组输入数据,亦已知其最终输出结果,利用机器学习来调整各单元之间的权值,使之能最佳适应已知诸例的结论。神经元网络用于预测岩石力学特性的最大优点是,可以把有关地质因素,即便是描述性因素也可以做为变量输入,但其输出结果离散性较小,其用法与回归分析和经验公式类似,但程序不同。
以极限平衡法进行边坡稳定分析有新的进展,主要是把滑动的二维问题变为三维问题,考虑每一条块的测向压力、地下水动、静压力及地震力的作用。另外,也有人从整体边坡破坏机理入手,直接求出边坡安全系数,省去了试求或优化滑动面的过程,较好地解决了复杂边坡的稳定分析问题。
2.2本构模型研究
在经典土力学中沉降计算将土体视为弹性体,采用布西奈斯克公式求解附加应力,而稳定分析则将土体视为刚塑性体,采用极限平衡法分析。但实际工程土的应力—应变关系是很复杂的,具有非线性、弹性、塑性、粘性、剪胀性、各向异性等等,同时,应力路径、强度发挥度、以及岩土的状态、组成、结构、温度等均对其有影响。
开展岩土的本构模型研究可以从两个方向努力:一是努力建立用于解决实际工程问题的实用模型;一是为了建立能进一步反映某些岩土体应力应变特性的理论模型。理论模型包括各类弹性模型、弹塑性模型、粘弹性模型、粘弹塑性模型、内时模型和损伤模型,以及结构性模型等。它们应能较好反映岩土的某种或几种变形特性,是建立工程实用模型的基础。工程实用模型应是为某地区岩土、某类岩土工程问题建立的本构模型,它应能反映这种情况下岩土体的主要性状。用它进行工程计算分析,可以获得工程建设所需精度的满意的分析结果。
在以往本构模型研究中不少学者只重视本构方程的建立,而不重视模型参数测定和选用研究,也不重视本构模型的验证工作。在以后的研究别要重视模型参数测定和选用,重视本构模型验证以及推广应用研究。只有这样,才能更好为工程建设服务。
2.3岩土工程的不确定性问题
岩土体是一种变异性很大的工程材料或工程介质。因此,很难用确定的量来描述岩土体的各种性质。岩土工程中的不确定性主要来自下列3个方面:(1)岩土体本身固有的不均匀性——岩体从建造到改造的过程中,由于物质分异、构造作用、断层裂隙的生成所引起;(2)勘察取样和参数估计的随机性——边界条件不准、测试技术误差及取样数量不足所引起;(3)模型误差导致的不确定性——物理力学模型和计算方法的不准确或多解性所引起。
岩土工程的不确定性导致了当前岩土体测试技术的精密性、确定性和岩土体性状宏观判断的模糊性、随机性之间产生极大的矛盾,使人们对传统的定值法设计得出的安全系数能否表达工程的真实安全度产生了凝问,这就是目前岩土分析与评价难以满足工程要求的主要原因。
当前,应用于岩土体不确定性分析的理论主要有概率论、模糊论、灰色系统理论及分数维理论(分形几何)等。
概率理论是处理岩土体不确性问题的一个有效工具,它可以指导随机参数的取样和试验设计,建立岩体工程概率模型和计算破坏概率,可以评价工程的可靠性和风险度,进行优化设计和决策。
模糊理论在岩土工程中的应用已较普遍,它用隶属函数代替确定论中非此即彼的特征函数来描述那些边界不清的过渡性问题。模糊模式识别和综合评判理论对那些受多因素影响的问题,如岩体环境评价、岩体分类、强度预报等显示出广阔的应用前景。
灰色系统理论研究事物的“灰度”、“灰数”、“灰关系”等特征,在社会科学和自然科学的各个领域得到了广泛的应用。在岩土工程中,可应用灰色系统理论进行岩体分类,采用灰色建模进行滑坡发生时间的预报和地下水位预报;利用灰关联度分析原理确定影响岩土工程稳定性的主次关系等。
1.1不规范的招投标管理目前,我国岩土工程的招投标仍然存在甲方评标办法的导向致使无序竞争,招标过程中弄虚作假,压价超过了工程结构的成本价,承发包的价格不合理,比概算降低多、有严重的地区和行业保护主义等不良现象,这些不良现象导致了施工企业在施工项目实施过程中偷工减料,对日后整体工程质量造成了恶劣的影响。
1.2不高的岩土工程施工质量如今,岩土工程重特大安全事故频发,主要是由于施工企业偷工减料,砌筑砂浆配合比设计不合理,砖砌体纵横墙不同步砌筑,钢筋成型绑扎不正确,钢筋漏放或钢筋长度不够等一系列问题所造成的,岩土工程工程的施工质量已成为全社会各方普遍关注的焦点,这不仅影响到建筑物的正常使用,更加关系到人民生命财产的安全。
1.3不规范的合同管理目前,由于我国岩土工程施工企业存在企业缺少合同的规范管理,企业的合同管理人员法律意识淡薄这一严重的问题,再加之企业在利益的驱使下经常会接受一些制定的合同条件中存在“不平等条款”的合约,有时甚至在施工过程中,为了施工方便,临时需要随意修改合同条款,这就严重影响工程建设的市场秩序,增加了企业的法律风险,对于我国本来就不成熟的建筑市场来说,无疑是雪上加霜。
1.4设计质量与责任联系不紧密ISO900质量体系管理中明确要求施工单位在岩土工程施工过程中,不管设计如何按要求变更,都不能调整III类设计变更。因为设计中存在的主地方要求增加的项目,地质钻勘不准等主要的问题,是施工单位不可能通过经营管理来控制的引起的设计变更和增加,即使是施工单位事前将预测列入包干,如果施工单位一意孤行,则有可能导致在施工过程中出现拆东墙补西墙的情况,进而导致在以后的施工中的出现偷工减料的现象,为施工工程的质量埋下了隐患。
1.5面窄,素质较低的工程监理目前我国的工程监理现状主要注重施工现场的质量监理和验工计价的数量核准、签认工作,并没有从项目可研、设计、施工、交付的全过程多方位的对岩土工程施工进行监理,工程监理工作仅限于施工阶段,工程监理的范围狭隘,并没有贯穿于整个岩土工程施工建设的始终,不能根据其发现的问题提出可行性的建议,施工单位随意压价,工程监理市场不规范,工程监理为了能够得到项目而勉强接受,工程监理的积极性得不到充分的发挥。再加上有的监理公司的为了应付,东拼西凑找来个对规范、规则知之甚少,有“证”而没有能力且无实际经验的监理工程师来滥竽充数,承包商也往往将工程监理当作质检员,工程监理在控制工程质量中的作用得不到发挥,这样不仅造成了工程质量因监理不严而出问题,监理工作不能发挥作用,还使监理市场十分混乱,监理事业能不到良好的发展,从而工程不能保证顺利的进行。
2施工管理的法制化、科学化的施工管理
2.1建立健全项目承包经济责任制,加强对工程报建和施工许可的管理企业必须建立和完善以工程项目管理为基点的承包管理机制,这样才能保证通过工程承包、目标分解到工程项目来实现企业自身要确保各项技术经济指标的完成,履行施工企业与业主签订的工程合同条款中所规定的一些内容。企业可以根据工程项目特点,以项目经理为项目承包的主体,以多项管理复合指标作为考核指标,签订以确保工程质量为中心,对承包工程的安全、质量、成本、工期、及职工教育负责,即对工程项目的管理负全部责任为考核内容的项目承包经济责任制。施工企业应该在招投标竞争中取得成功之后,以安全、成本、质量、工期、职工教育的综合指标对项目经理进行考核,做到“考核严格、指标清楚、责任明确、利益挂钩”,明确项目的安全目标、质量指标、工期指标,同时,按企业内部模拟市场价格综合计算出工程项目的目标成本,实施标价分离。
2.2建立适应项目管理的运行机制在岩土工程施工的项目管理中坚持坚持项目管理层和作业层分离,是企业推行项目管理逐步形成内部劳动力有序流动的必要条件,这样才能使项目管理班子相对稳定,施工队伍按需进出,同时还需正确处理项目经理部、经营决策层和施工作业层的关系,项目经理部要抓好项目的具体实施,服从企业层的管理和监督;企业经营管理层要对项目管理实行全过程的调控和监督,强化服务意识;作业层为了形成机制灵活、适应性强、有竞争能力的新的企业组织形态,应该提高自身专业技术水平和管理能力。在正确处理好目经理部、经营决策层和施工作业层的关系后,企业为了防止出现管得太死不利于项目经理部主观能动性的发挥,管得太松造成项目经理部权力过大的情况出现,另外,应该综合考虑项目经理的素质、企业对项目控制能力等因素来决定授权范围和内容。
3结语
1.1外业勘察工作未收集到足够的资料
为整个岩土工程的设计及施工过程提供相关地质资料及技术指导参考是外业勘察工作的主要工作内容。但是在实际勘察工作过程中,部分施工单位在开工前未能充分地了解工程的建设标准及施工背景资料等,导致外业勘察工作在进行中没有具体的工作对象,缺乏针对性,使其工作效果不尽人意并无法对工程项目起到有效的指导作用。
1.2勘察工作量未能达到标准
在岩土工程外业勘察工作中,对固定勘察点的位置有着明确的规定,全面覆盖勘探点才能使得勘察工作规范化并取得成效。但是,在实际勘察过程中,部分施工单位偷工减料,为根据勘察要求进行勘探点的布设工作,同时为了节省工作时间、减少工作量未按照工程施工标准进行,对勘探深度及孔距定位等问题为进行规范化的操作。这些情况使得外业勘察工作有名无实,不达标的工作量会直接导致外业勘察工作效率低下。
1.3外业勘察工作不够规范化
根据外业勘察工作的相关规范要求,对勘察工作的具体实施流程以及操作标准有着明确的规定。但是在实际的工作中,部分施工单位未按照要求进行作业,例如在砂石层及粉土层等进行钻孔时,泥浆护壁的质量不符合标准,或者泥浆的浓度未按照要求进行调配,这样不仅容易造成塌孔现象的发生,对外业勘察工作也造成了极其严重的影响。此外,部分单位在对地质情况进行取样及测试时也不按照规范要求进行,没有对地层的实际情况进行准确勘察,地下水位的测量工作也时常出现差错,这些情况都直接影响整个勘察工作的结果,并且导致岩土工程无法正常进行。
2提高外业勘察工作质量的具体措施
2.1勘察工作的布设及施工安排
勘察队伍在作业前应首先对工程项目的整体要求及资料进行充分了解和分析,对勘探点的布设应先进行相关实验,对其间距及深度等方面进行准确定位。在勘察过程中严格按照标准要求进行,通过测量放样确保勘探点布设的科学性与合理性。在勘察工作开始前还需对钻探的设备进行检查和校正,勘察工作人员应能够熟练操作机器,以保证勘察工作能够有序进行。同时,在设计钻孔施工流程时还应综合全面地考虑到地层的支撑能力等因素,保证钻孔工作的质量及工作量合理。
2.2严格规范钻孔工作
1)对钻孔工作进行详实的记录。勘察人员首先应提高自身的工作记录意识,在钻孔作业过程中对钻孔的深度及位置等实际情况进行全面、精确的记录,并且对钻孔施工结束后的具体应用情况进行考察,通过及时记录并整理钻孔记录为外业勘察工作提供参考资料。
2)设计合理的钻孔位置。钻孔深度及位置等因素会对工程的负荷能力估算工作直接造成影响,合理的钻孔位置设计能够保证整个工程的稳定性。钻孔人员应根据规范要求严格按照设计方案进行,在作业中垂直地将钻头对准钻孔点、通过四点拉绳的方法对钻孔位置的变化进行判断、控制钻孔位置的精确性等。
3)钻孔工作人员在开始作业前首先应对钻机设备进行检测以保证其工作稳定性,并对钻杆的垂直度及钻进中的倾斜性进行校正,还需对钻进的速度进行控制并控制其受到的压力程度。在钻孔作业过程中操作机具的工作人员不能擅自离开工作岗位。
4)在对钻孔工作过程进行记录时,应选择具有扎实编写经验及地质工程理论基础的人员进行,根据土层的实际情况以及岩土风化情况等对钻孔作业进行编写,并且应具有一定的问题针对性。
2.3规范钻孔采样工作
1)应完善对钻孔工作人员的培训工作。在进行钻孔采样前,对钻孔工作各阶段的勘测、监管及施工人员的基本业务能力进行培训以确保各部分工作人员对本职工作有清楚的认识,同时还应对工作任务进行合理分配,提高所有钻孔工作者的安全意识及其工作责任感。
2)做好采样工作。在开展钻孔试验工作前应先对钻孔进行清理,同时使用捞砂筒等装置对砂类土进行试验、使用厚壁取土器对枯性土进行试验等。在钻孔试验结束后还需与相关地质检测工作者及时联系,对钻孔的质量进行全面综合的判断。
3)提高岩芯采取率并合理摆放岩芯。勘测工作者可以通过对钻孔设备进行调试、优化钻孔工艺等方式提高岩芯的采取率;在设置钻孔深度时应以岩芯的长度为准,并以岩芯的实际样貌作为控制回次进尺的依据。
2.4规范地下水勘探工作
进行地下水勘察工作时应在钻孔被清理后以实际的测量标准为依据,并对地下水位采样的测量精确性进行保证,通过分层或分段的测量方式对地下水水位进行采样测量以避免外来水产生的干扰因素。
3结语
由于岩土工程具有一定的隐蔽性和复杂性,在一定程度上加大了岩土工程施工的难度,通过利用信息管理技术,可以有效的降低施工难度系数,提高施工质量和安全系数[2]。信息管理技术在岩土工程中的应用,主要是结合使用信息处理、通信和控制技术对岩土工程中的数据信息进行采集、检测、识别、传输、处理、存储等操作处理。通过多年来对信息管理技术在岩土工程中的应用研究,取得了重要的突破和成功。例如地理信息系统、计算机仿真技术、监测信息反馈、信息化施工等技术的使用,有效的解决了岩土工程中的难题,在岩土工程设计和施工中发挥着重要的作用。
2.信息管理技术在岩土工程设计中的应用
岩土工程的设计主要建立在岩土工程勘察的基础上,因此,岩土工程的设计还需要考虑到工程勘察的因素。岩土工程勘察需要根据建设工程的需求,对建设场地的地质、环境、岩土条件进行分析,岩土工程勘察的主要任务有对工程地质进行调查和测绘、勘探和采取岩土样本、室内检验、现场检验和检测等。岩土工程的设计还需要根据建设施工方的要求进行分析,需要对地基工程、桩基工程、隧道、地下工程、地震工程等进行施工图纸设计。在岩土勘察和设计的过程中,需要对建筑场地的地形地貌、地下水分布情况、气候、岩土力学参数、地质构造等进行分析研究,并对这些因素进行取值,方便基础选型、支护、加固和爆破设计。在这些数据参数的取值过程中,就需要利用信息管理技术采集数据,对岩土工程相关信息进行集成化的管理,通过各种形式的信息反馈,为岩土工程后期的勘察和设计提供参数依据和指导。在岩土工程中引进信息管理技术,对建筑场地内的岩土工程信息进行采集和整理,例如对地形地貌、地下水分布、地质构造、地震背景等信息进行整理和收集。然后通过信息管理技术对这些数据信息进行分析和评价,制定出建设场地的平面图、地质剖面图。确定各层地基的稳定性和均匀性,对地基承载力进行确定,并制定出相关的支护和防治方案。
3.信息管理技术在岩土工程施工中的应用
岩土工程的施工流程主要是建立在岩土工程的设计方案的基础上,在设计方案制定出来后,才能够进行施工,其施工的内容主要包括地基处理、开挖和爆破施工等。当前,我国岩土工程施工大多是通过现场技术人员根据自身多年丰富的施工经验,同时在监管部门、建设单位和政府的相关职能部门的共同管理和监督下,严格按照施工流程和方案进行施工的。但在实际的施工过程中会发生一些突发事件以及施工现场地质条件比较复杂等情况,严格按照施工流程和设计方案进行施工,无法确保施工方案的可靠性和安全性。因此,在实际的岩土工程施工过程中,为了有效的避免上述问题的出现,需要将信息管理技术引入到岩土工程的施工过程中。信息管理技术在岩土工程的施工过程中的运用,不仅需要安装各种监测设备,还要引进各种先进的管理技术。信息管理技术在岩土工程施工过程中的运用,其最大作用是能够对现场施工记录进行有效的集成化管理,对施工过程进行全方位的跟踪和记录。信息管理技术在岩土工程施工过程中的运用具有以下几个方面的优势。其一,通过对岩土工程的施工现场进行集成化的管理和记录,可以将当前的施工信息和以往建筑工程的施工信息进行对比分析。当遇到地质条件比较复杂且容易发生突发事件的岩土工程,可以根据以往岩土工程信息进行分析,借鉴他人的长处,并结合现有建筑场地的实际情况进行分析研究,对施工方案进行调整,并制定相对应的防治措施。其二,通过在岩土工程施工中引进信息管理技术,能够及时的对施工记录进行录入和提交,在提交后不可随意更改。因此,有利于建设和施工单位以及政府相关部门对施工过程进行监控和管理,防治偷工减料现象的发生。
4.总结
1.1工程概况
项目地处丽泽金融商务核心区内,为E08、E09地块。该项目地上建筑面积为23万m2,地下建筑面积约8万m2。拟建建筑物由2栋塔楼及其裙房组成,塔楼分别为地上39层和45层,建筑高度分别为180m和200m,裙房分别为地上6层、10层和15层,建筑高度分别为43.4m、49m和75.6m。拟建建筑物地下部分连成一体,基础埋深约为22m。
1.2地层分布及岩性特征
在场地勘探深度80m范围内的地基土主要由人工填土层、新近沉积层、一般第四纪冲洪积层和第三系构成。拟建场区表层普遍为人工填土层,岩性主要为素填土和杂填土,素填土为粘质粉土粉质粘土填土层、杂填土1层,填土层厚度约为2.8~5m。填土下部发育有新近沉积的粘质粉土砂质粉土层和细砂1层、粉质粘土2层透镜体,新近沉积层厚度约为1.3~3.9m。人工填土层及新近沉积层以下为一般第四纪冲洪积卵石层,分布连续、厚度较大,地表下5~40m之间普遍分布卵石层,局部分布有大漂石,漂石的分布随机性较强,其中在地面下20~35m范围内,漂石含量较多。巨厚卵石层中局部夹有粘性土、粉土层透镜体。一般第四纪冲洪积卵石层下为砾岩和泥岩互层。其中砾岩层,杂色,呈中厚层状,泥质胶结,胶结程度差,天然单轴抗压强度为0.029~0.92MPa,分布连续;泥岩1层,棕红色,呈巨厚层状,胶结程度差,遇水易软化,自由膨胀率为26%~30%,有弱膨胀性,天然单轴抗压强度为0.18~0.89MPa,分布连续。
1.3地下水概况
本次勘察钻探深度范围内,实测到一层地下水,地下水类型为潜水,水位埋深23.8~24.1m,水位标高19.99~20.83m,含水层主要为卵石层,含水层底板主要为泥岩层。本场区地下水位变化和北京市区总体变化趋势一样都呈下降趋势,但因为含水层颗粒大,渗透性好,其水位受自然和人为因素影响较大,历史上大的降雨年份和官厅水库放水时可使水位大幅回升。1995~1997年官厅水库放水,本地区水位标高曾一度达到36.0m左右,因此随着地下水限采措施及大气降水影响,地下水水位仍存在大幅上升的可能。该层地下水对混凝土结构具微腐蚀性;对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替条件下具弱腐蚀性,在长期浸水条件下具微腐蚀性。
2砂卵石地层物探方法实践
2.1波速测试
采用RS-1616K(S)基桩动测仪,单孔法测试,本场地布置了2个波速测试孔,测试各土层的剪切波速值和压缩波速值,利用波速测试数据,判定砂层和卵石层的密实度。本场地地面下20m深度范围内土层等效剪切波速Vse值为256.1m/s~257.9m/s,场地覆盖层厚度dov﹤50m,建筑场地类别为Ⅱ类。根据波速测井成果可知场地表层构成浅震低速层,在地表以下5.9m处,压缩波速为373.5m/s、剪切波速为172.3m/s;潜水面附近20.09m处,压缩波速为705.2m/s、剪切波速为349.7m/s;地表以下第四纪晚更新世冲洪积的巨厚砂卵石层(局部夹有粘性土层)速度相对较高,第三纪砾岩、泥岩互层其速度则更高,在地表下第四系与第三系地层分界面附近40.3m处,压缩波速为1089.9m/s、剪切波速为605.7m/s;40.3m以深压缩波速和剪切波速逐渐增高。
2.2地脉动测试
在E08塔楼东南角、E09塔楼西南角布置2个地脉动试验孔,6个地脉动测试点(2个试验孔地面、孔内21m处、40m处各一个观测点),测试地面及孔中不同深度的测点的东西、南北、垂直方向的位移幅值和地脉动的卓越周期。根据测试报告,场地地面3个方向的脉动卓越周期在0.375s~0.395s之间,地面下21m处3个方向的脉动卓越周期为0.305s,地面下40m处3个方向的脉动卓越周期为0.19s~0.195s之间;场地地面3个方向的的脉动幅值在1.5×10-5m/s~3.0×10-5m/s范围内,地面下21m处脉动幅值为0.4×10-5m/s,地面下40m处脉动幅值在0.4×10-5m/s~0.6×10-5m/s范围内。建议建筑物的结构设计应避开场地地基的微振卓越周期,以避免地基与建筑物产生共振。
2.3电阻率测试
为了解决大粒径卵石层中地下水位较深的情况下量测的困难,布置了2个电阻率测试孔,从钻孔电阻率测试成果图中看出,地下水位以上非饱和卵石层视电阻率最大值一般在112~120Ω•m,地下水位以下的饱和卵石层视电阻率一般在10~12Ω•m,地面下23~25m处卵石层电阻率处于骤降状态,推测地下水位埋深可能在23~25m之间,与现场实测地下水位埋深较为接近。
2.4瞬变电磁法
TEM法属于时间域电磁法,该方法对低阻反应灵敏,更易于突出低弱的电阻率异常,适合划分本场地的含水及富水区域。以L2线反演视电阻率断面图1为例,对场区已有勘察成果资料进行综合分析,可以看出在深度约23m至25m视电阻率等值线变化梯度较大推测为本工区的潜水面位置;本场区地下地层较为平缓,L2线右端大号测点的视电阻率等值线形态出现倾斜的原因分析可能是由于接近高压线电磁噪声的影响,导致曲线扭曲,影响了电阻率等值线的形态。其它各条测线视电阻率分布规律与L2线较为一致,其潜水面形态也较连续。此外对本场地各条测线的视电阻率进行了不同深度(20m、25m、40m)的水平切片,得到视电阻率切片图,本场地内不同深度视电阻率在平面上的变化特征。视电阻率纵横向的变化,可以看出场地由东北向西南潜水面具有逐步变浅的趋势。另外从各个切片图都可看到场区中部的两个低阻异常,异常位置与地表布设的两个钻孔位置非常一致,推测为正在施工的钻机及注水钻孔所引起。从钻孔资料可以看出第四系与第三系基岩分界面在40m左右,但是由于该处的上下两层电阻率差异较小,依据TEM成果无法准确划分出第三系基岩界面,但是根据40m深的视电阻率切片图,可以看出视电阻率等值线平面上分布不均匀,即在同一水平面含水情况是不均匀的。
2.5浅层地震法
(1)浅层折射波法浅层折射波地震法是地震勘探中的一种重要工程勘察方法,常用来探测覆盖层(或低速层)的厚度,建筑地基、断层和古河道的分布等工程地质问题。本次浅层折射波地震勘察的目的是区分第四系潜水面及第三系基岩界面。本区地层界线的划分主要是根据实测解译的波速并考虑现场地质、钻孔资料来划分的。以DL1线为例进行分析和说明。第四系与潜水的分界面。由于场区位于古漯水河故道上,岩土破碎程度高、不完整、强度低,潜水面以上,纵波速度变化范围为350~950m/s,潜水面处纵波速度约为950m/s,潜水面深度变化约为23~25m。第四系与第三系基岩分界面。第四系潜水面以下第三系基岩面以上为卵石,纵波速度变化范围为950~1700m/s。第三系基岩面及以下为砾岩泥岩互层,岩石破碎程度较低、较完整。第三系基岩面处纵波速度约为1750m/s,深度变化范围约为41~43m不等,自南向北有缓慢变深的趋势。从DL1线反射剖面上可以看到,在100ms左右有一明显的同相轴,结合折射波的速度和时间分析同相轴应位于40m左右,推测为第三系基岩界面引起的反射波。其同相轴有起伏,而且略向大号(向东)倾斜,说明第三系基岩界面不但有较小的起伏而且向东有较小的倾斜。从各条测线的综合物探成果的对比可以看出:TEM法和浅震折射波法勘察成果均能较好地反映出第四系潜水面的分布,浅震折射波和反射波勘察成果均能较好地反映出第三系基岩面的分布。TEM法视电阻率可反映出第四系潜水面的分布形态,但不能反映出第三系基岩面的分布,另外TEM法视电阻率能够反映出场区内地面以下第四系、第三系地层含水情况。根据面波勘察成果解译出了场区内约5~6.5m深处的填土层与卵石层的分界面分布形态。
2.6地基承载力估算
采用波速测井和地震勘探获得了波速测井地层速度和地震地层速度。可以作为地基承载力计算的依据。通过波速测井地层速度和地震地层速度对卵砾石层承载力估算值与依据规范查表值对比可以看出,查表值还有提高的空间。
3结论
(1)现阶段利用普通钻进手段难以查明卵砾石层的力学特征。采用波速测试、地脉动测试、电阻率测试、瞬变电磁法、地震勘探法等钻探的物探方法可得到相应的一些物理力学参数,为评价场地的工程地质条件进行有益的尝试,为类似工程实践提供借鉴与参考。
(2)折射波地震法和TEM法较好地解译出了深度约23m潜水面及其分布形态。
(3)二维反射波和折射波地震法较好地解译出了深度约40m的第三系基岩顶界面及其分布形态。根据面波勘察成果解译出了场区内约5~6.5m深处的填土层与卵石层的分界面分布形态。
在建筑工程中,岩土工程勘测的任务,主要包括以下几个方面:一是查明工程范围内的地貌、原始地形,工程条件、岩石成因、类型及深度和分布情况,并综合评价工程地基的均匀性和稳定性。二是对影响建筑场地稳定性的各种地质,比如泥石流、采空区、活动断裂、岩溶,以及地面沉降、地基的地震效应等进行勘测,同时对污染土、膨胀土、多年冻土及填土等成因、分布范围及类型等进行勘测,并制定针对性的防治对策。三是查明对工程不利的埋藏物及其分布情况,比如旧基础、防空洞、河道及墓穴等。四是查明勘测范围内地下水的埋藏情况、补给类型及排泄条件,并掌握地下水位的变化情况和规律,是否对建筑材料具有腐蚀性。同时,查明基坑工程各个土层的渗透性,并对地下水的压力、浮托力和静水压力进行评价,明确各种影响建筑工程的不良地质,制定行之有效的防治措施。计算地下水浮力设计水位,提供基坑施工降水技术参与、方法等。五是查明基坑工程的周边环境,提供岩土参数,为基坑设计提供准确的参数,并对基坑边坡的稳定性、放坡开挖的可能性进行综合评价,提出选择基坑支护结构类型建议,并对地基变形、地下设施对工程影响做出评估。岩土工程在勘测前,应注重与建筑设计的沟通,收集附近坐标、地形建筑总平面图,建筑物性质、结构、规模及荷载,还有地基变形限度、基础形式和荷载等。与建筑设计进行沟通的目的,主要是为了在岩土工程勘测前,使勘测人员了解建筑设计的意图,以便明确工程勘测范围,做到有的放矢,提高勘测的效率,做到经济合理、准确无误,避免由于不了解设计意图而出现重复勘测的状况。
2建筑工程中岩土工程勘测的应用
2.1在房屋建筑及构筑物中的应用
房屋建筑级构筑物是指大型共用、一般房屋和高层建筑物,同时也包括工业厂房,特征为均是耸入云端的建筑物。在房屋建筑与构筑物中,对岩土工程勘测的要求,主要体现在以下几个方面:一是在可行性论证阶段,综合评价拟建场地的适宜性与稳定性。岩土工程勘测首先要收集与工程相关的资料,确保全面性;其次是对收集起来的资料进行详细的分析,了解并掌握场地的工程地质条件;第三,对于未掌握资料的场地,比如较为复杂的场地,应重新行工程勘测。二是在初步勘测阶段,需综合评价场地内拟建建筑地段的稳定性,在这一阶段,岩土工程勘测应初步确定勘测工作量,并确定地质地基勘探线、探孔深度等,最终进行取样及原位测试。三是详细勘测阶段,应提供建筑物的详细岩土工程资料,以及工程设计和施工的所需的岩土参数,并评价地基,需要认真勘测。
2.2在地下洞室中的应用
在地下洞室勘测中,岩土工程勘测的任务是,选择地质条件优越的洞址,并评价地下洞室围岩分类、稳定性,提出施工方案。在可行性论证阶段,收集区域地质资料,并进行现场勘测,掌握地质构造、环境和水文条件,并做出可行性评价;在初步勘测阶段,应对确定方案的地质、环境进行勘测,并评价洞口的稳定性,提供初步设计的一句,所采用的方法包括勘探、调查及测试等。而在详细勘测阶段,应对洞口、洞室等的地质和水文条件进行勘测,划分岩体等级,评价围岩、洞体的稳定性,可采用的勘测方法包括钻探、测试和钻孔物探等。
3结语
岩土勘察技术能够通过对城市工民建项目现场所采集岩土情况的客观数据进行准确的分析和测评,对城市工民建项目工程的设计和具体施工细节提供基础依据。只有对岩土工程的勘察工作予以足够的重视,才能使城市工民建项目的质量得到保障,才能最大程度的避免工程质量问题。岩土勘察工程大致可分为初步勘察、可行性勘察和详细勘察三种。其中,初步勘察要根据具体工程初步的设计来进行;可行性勘察要根据工程方案的要求来进行;详细勘察要符合工程设计的具体要求来进行。岩土工程勘察在任务上根据不同工程的不同勘察阶段,也有着不同的具体要求,要准确并客观的反映施工场地岩土的力学性质、工程地质条件等指标的参数值,并将反映出来的具体参数与工程前期设计、施工客观条件等项目工程的现实要求相结合,完成对项目工程施工标准的测评,并及时客观的提出工程中存在的不合理问题,研讨出有针对性的、科学合理的具体措施或解决方案,保证项目工程的顺利进行。
2岩土工程勘察现有问题
1)工程目标不明确。
在我国目前现有的大多数工程建设中,岩土工程勘察普遍存在着明显的目标缺乏问题。城市工民建项目工程在建设过程中,因为缺乏明确的勘察目标,难以系统、高效、全面的解决在工程设计或施工过程中出现的各种问题。我国现阶段出台的《岩土工程勘察规范》对勘察过程做出明确规定。举例来说:在岩土工程勘察的过程中,一定要根据工程的具体情况,确定并绘制包括工程所在地地形以及坐标的全部工程地区的总平面图,以便工作人员在具体的施工过程中确定工程所在区域地面的高低平整状态,及时发现地基变形与否。然而,还是有相当大的一部分工程在岩土工程勘察前期,对应该收集的资料收集的不够具体、全面,在对具体项目工程地面高低平整状态不够了解的情况下,草草施工,埋下了很多安全隐患。
2)实施方案不合理。
岩土工程的勘察方案是岩土工程可以正常开展最基本的部分,时刻影响着城市工民建项目的工程质量和工程安全。随着科学技术的日益发展和全球化进程的逐步加深,与工程建设相关的技术水平也随之不断提高,因此,岩土工程要在勘察的管理方面加大力度,才能紧跟生产力的发展需求,满足越来越多的工程建设对岩土工程勘察的技术水平要求和质量要求。然而,在新兴企业逐渐增多、市场竞争日益激烈的今天,岩土工程勘察工作的竞争压力也越来越大,经常会出现多个勘察单位同时对一个施工项目进行工程勘察的情况。通常,施工单位为了保证将成本降到最低,会选择报价最低的勘察单位,而这些报价较低的勘察单位在技术、设备和人员等方面存在弱点,也因此报价较低。选用这些勘察单位虽然降低了成本,却会降低工程的勘察质量。
3)人员技术能力差。
岩土工程勘察质量的好坏,不仅取决于勘察过程中所用到的仪器设备的准确性和先进性,勘察人员的技术能力也是影响勘察质量的重要因素。勘察人员在进行城市工民建项目的岩土勘察过程中,如果对可能用到的勘察知识有所缺乏,或对学过的相关勘察知识不能灵活的运用,不仅无法与不同领域的勘察人员进行全方位互补的内部学习和交流,也无法系统全面的理解和掌握岩土勘察技术的现阶段状况和未来可能的发展,一旦出现比较严重的工程建设问题或面对较为复杂的工程时,就不能及时的应用相关的勘察技术予以解决。相当一部分从事岩土工程勘察的工作人员,不能在事前对工程资料有全面、系统、详细的认识,没有做到在事前对其分类和整理,以至于在施工的过程中捉襟见肘,在事后又没有做到及时的总结整理,进而表现出各方面能力比较差的缺陷。
3岩土工程勘察问题的解决措施
1)加强工程管理。
岩土工程勘察对城市工民建项目以内的工程建设有着非常重要的作用以及影响,因此,为了保证工程的使用安全以及质量安全,针对现行岩土工程勘察过程中出现的一些问题,需要制定科学、系统、全面的措施,以强化岩土工程勘察的管理工作,根据具体的勘察内容做出具体并且全面宏观的管理,保证岩土工程勘察在工程建设中应有的效果。比如,强化在岩土工程勘察过程中对收集到的资料的管理,对其进行系统全面的整合,以便勘察人员在具体的施工过程中,全面掌握工程现场岩土的全方面特性,减少勘察工作中不必要的工作量,提高勘察人员的工作效率与工作质量。
2)利用先进技术。
将先进的岩土勘察应用科学技术利用到具体的城市工民建项目工程建设中,既可以保证工程质量,又可以提高工程效率。举例来说:在具体的工程建设中,可以运用先进、高效的探测设备对具体工程进行操作,应用适时集处理,既可以降低成本,又可以加快工程勘察速度并保证勘察质量;还可以在获取地质界面的勘察设备中,将测试点进行加密处理,处理之后的设备可以在工程地质的勘察工作中拥有更加完善的水平,解决在原来的勘察过程中划分不够准确等问题,提高在岩土勘察过程中勘察具体数据的可信度和准确性,有利于提高工程建设在质量上的保证。
3)提高人员素质。
除了技术层面和管理层面的问题,从事岩土工程勘察工作人员的素质问题也是不容忽视的重要因素,勘察人员综合素质的好坏直接影响着最后勘察的数据的准确性,进而影响到工程质量的高低。可见,提高勘察工作人员的综合素质,也是解决岩土工程勘察问题的有效措施,可以在一定程度上提高工程建设的质量。因此,勘察单位要对从事勘察技术工作的人员进行知识更新以及技术培训,让技术人员及时了解并认识到国内外先进的相关技术与典型案例,定期组织人员进行相关方面的交流与讨论,并为勘察人员提供实践机会,让勘察人员在最短的时间内可以将新的先进技术应用到实际操作中来,可以从侧面提高工程建设的最终质量。
4结语
武烈河沿岸及山间沟谷地段主要为第四系松散孔隙潜水及基岩表层风化裂隙潜水,孔隙潜水主要赋存于第四系全新统地层下部的砂砾石中。武烈河Ⅰ级阶地,地下水水位埋深3.2~5.1m,含水层厚度为6.0~8.0m,地下水水位一般年变幅1.5~2.5m。山间沟谷的含水层主要为圆砾层,地下水稳定水位埋深0.9~8.5m,地下水年变幅1.5~2.0m。水质分析结果表明,该区地下水为HCO3--SO32--Ca2+型弱碱性微硬淡水,pH值为7.1~7.4,属二类地质状况,地下的砼结构和钢砼混合结构可能会受到地下水的微弱腐蚀。该河区的二级阶地、缓坡、暴露的山脊部分几乎没有地下水,所以区中的地下水大都由降水产生,和武烈河、滦河的水位也有着很大的关系,一般通过地下径流排出。
二、岩土工程中地下水引起的危害及预防措施
开展岩土工程的施工时,地下水的不良影响主要体现在地下水位的变动和地下水的运动引起的压力,但这两者会导致地下的土层结构发生改变,进而使土质疏松、软化,最终使大量地下水层流失,产生管涌、基坑突涌等事故。
1地下水位变化引起的危害
(1)导致地下水位上升的因素多种多样
一般有地质状况、环境状况和人类活动等,例如:岩土层状况、岩石性质、降水多少、温度和具体操作等。这些因素可能都会使地下水位上升。该现象导致的不利后果有:地下土体质量的降低,建筑物所受到的腐蚀作用增大;岩土体可能出现位移、崩塌等情况;一些岩土体的自然结构、硬度等也会被破坏;还可能会使该地区的土壤出现饱和液化、流砂、管涌等现象;由于渗透作用的提高,还可能会影响建筑基础的稳定性。
(2)地下水位下降多半是人为因素所致
如地下水被大量抽取、修建水库截流,导致下游地下水补给不足等。地下水位下降趋势较大时,会引起地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害,还可能产生水源匮乏、水体污染,地表植物无法生长等恶劣影响,这对于岩土结构和建筑物的稳定性都有着非常不利的影响,甚至还会威胁人们的生命财产安全。
(3)若地下水位经常变化则极易使岩土结构发生不均匀胀缩或是不规则的变形
若岩土结构的胀缩变化太大,还可能产生地裂问题,影响附近建筑物的整体稳定性。此外,地下水位的变化必然会使其渗透性受到影响,这可能会使土体硬度降低、含水量提高等,进而影响土体的承载力和强度,严重威胁岩土工程的正常施工。
2地下水活动产生的压力作用引起的危害
自然条件下,地下水的各种运动只会出现很小的压力,附近建筑、土体等也不会受到不良影响。可是人类在进行岩土工程的施工时,会使地下水的运动平衡遭到破坏,再加之动力压力的影响,就会导致一系列恶劣的岩土工程问题,流沙、管涌等就是出现频率最高的。
3岩土工程中地下水引起危害的预防措施
进行工程勘察工作时,要先对基坑挖掘可能对周边土体的隔水层厚土、性质等造成的影响,并科学的确定含水层隔板的深度和承压水头的具置。还要以基坑实际的挖掘深度为依据。来预估进行开挖工作时含水层及隔水层受到的影响,是否可能出现突涌和管涌情况。若有出现该现象的可能,则必须事先制定高效应对方案:首先,进行基坑挖掘工作时,一定要把握好实际的深度,并将基坑底部的隔水层厚度控制合理的范围内,将突涌发生的可能性降到最小。其次,基坑周围要设置排水孔,降低承压水头压力。施工过程中,要在基坑周边修建排水沟,强化地面硬化处理,确保基坑内及周边积水能够及时排出,避免地表水下渗至基坑周边土体中,导致基坑周边水位抬高等影响基坑安全性和稳定性的不利状况发生。此外,建筑物的四周还要留有补水设备,防止因降水不足而出现干旱或供水不足现象,这也可能引起地裂、地基沉降等问题。
三、结语
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