工程勘察的技术问题与措施

时间：2018-02-06 分类：建筑设计

　　工程勘察是保障工程顺利开展的关键管理工作，通过工程勘察及时发现问题解决问题，本文主要探讨工程勘察的技术问题与措施。

　　《上海工程技术大学学报》本刊以中国中国共主党在社会主义初级阶段基本路线为指导思想，坚持为社会主义服务、为人民服务的方向，坚持面花齐放、百家争鸣的方针。理论联系实际，体现新、精、实的精神和文风。

　　对于复杂场地工程地质条件下的深大基坑围护施工，常因工程地质件模糊或不具针对性造成基坑支护失败，因此复杂场地条件下的岩土工程勘察对基坑围护及施工起了关键性作用，本文阐述复杂场地条件下的深基坑岩土工程勘察技术工作的重点及有关注意事项。

　　1、前言

　　工程勘察是调查研究拟建工程场地的地形、地质环境特征及其与工程建设相关关系的综合应用的活动。它为工程建筑物的规划、设计、施工和使用提供地质资料和依据，是设计的基础环节。对于深基坑工程，基坑的开挖与围护的过程涉及到岩土地质条件、水文地质条件等因素的影响。本场地存在的重要的问题是，场地软土厚度过大及地下承压水问题。场地的软土过厚，且场地周边环境较复杂，对于基坑的开挖与围护是难度较大的。而由于基坑开挖深度过大，当基坑开挖到一定深度 (当上层的软土总应力小于地下承压水的水头压力深度) 后，基坑底部将发生基坑突涌的现象。

　　下面的工程实例，主要对深基坑的开挖过程中可能会发生的基坑破坏现象，进行针对性的勘察，以便为基坑的围护提供相应的准确的设计参数。

　　2、工程实例

　　2.1、工程概况

　　拟建1栋地上8层地下2层的商业建筑，地下室拟开挖深度约9.00m。拟建建筑场地东临迎宾路，西南、西北侧(隔围墙外)为某银行办公楼及居民生活小区，东北侧为低层老房子，东南侧距城市主干道路约15m。场地地势平坦，现地面标高为3.92~4.47m，相对高差较小。

　　2.2、场地工程地质条件

　　根据现场钻探揭露情况及室内土工实验结果，现将场地内地基土层从上而下描述如下本次勘察查明，在勘察所达深度范围内，场地地层主要为第四系全新统及中更新统海相沉积层(Q4m、Q1m)。依据地基土岩性结构物理力学性质及差异性，本场地自上而下可分5个主要工程地质层，各地质层为杂填土①层、淤泥质粘土②层、粉砂③层、砾砂④层、粘土⑤层。现对基坑开挖支护及降水影响较大的①~④层分述如下：

　　杂填土①(Q4ml)：灰色，杂色，稍湿，松散状，表层主要以砖块、块石、混凝土块为主，石英砂质充填，局部含生活垃圾，下段以素填土为主，人工堆填而成，堆填年限3~5年，厚度为0.50~1.50m，该层为上层滞水层。

　　淤泥质粘土②(Q4m)：饱和，流塑～软塑状为主，以粘性土为主，局部地段夹透镜体状粉砂，揭露厚度9.50~10.30m，层底埋深约为10.80~11.80m，基坑将开挖至该层，对该层侧壁的稳定性支护为本次基坑支护的重点。

　　粉砂③(Q4m)：松散状，饱和，揭露厚度1.60~2.00m，该层为承压水含水层，对基坑开挖影响较大。

　　砾砂④(Q4m)：饱和，稍密状，揭露厚度10.30~11.90m，该层亦为承压水含水层，与粉砂③层水力联系较大，均为承压水含水层。该层对基坑的稳定性影响较大，为本次水文地质勘察的重点地层。

　　2.3、水文地质条件概况

　　勘察期间，场地内地下水混合稳定水位埋深0.30~0.65m，高程为3.46~4.02m。

　　勘察深度范围内，根据本次勘察结果及邻近场地地质资料，拟建场地地下水类型有：

　　①、上层滞水：主要埋藏于杂填土层中，该层渗透均匀性较差，渗透性中等，富水性弱，主要接受大气降水补给。

　　②、孔隙潜水：主要埋藏于淤泥质粘土②层中，该层渗透性小，主要接受大气降水及相邻含水层垂直向补给，该层为相对隔水层。

　　③、承压水：主要埋藏于粉砂③、砾砂④层中，属强透水层，渗透性能大，富水性强，主要接受相邻含水层及地表水补给，排泄于含水层下游及低洼处。

　　场地内各土层之间的水力联系除粉砂③及砾砂④的水利联系较大外。以钻孔ZK8为观测孔，采用隔水措施，测得赋存于粉砂③、砾砂④承压水稳定水位埋深5.50m，高程为-1.42m，承压水头h值为5.3m。

　　3、承压水试验

　　3.1、试验目的与步骤

　　由于拟建工程基坑开挖深度深达约为9.00m，基坑开挖后，基坑坑底将位于淤泥质粘土②层上。淤泥质粘土②层底埋深为10.80~11.80m，基坑开挖后，该层剩余厚度为1.80~2.80m。淤泥质粘土②层下卧层为赋水量相对较大、透水性较好的粉砂③及砾砂④层，基坑开挖后，随着淤泥质粘土②层厚的减少，可能会导致层底承压水水头压力顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大的困难。

　　基坑突涌现象将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。为避免基坑发生突涌现象，应在在基坑位置的外围先设置抽水孔(或井)，采用人工方法局部降低承压水位，直到把承压水降低到基坑底以下某一许可值，方可开挖基坑，这样就能防止产生基坑突涌现象。

　　3.2、抽水试验

　　本次承压水试验采用127mm套管跟管钻进，钻至17m后(即于钻孔ZK8钻穿淤泥质粘土以下约6.2m)，放入长11m的φ110mm套管及长6m的φ110mm滤水管，滤水管外侧填置滤料，套管外侧填置水泥砂浆封堵淤泥质粘土②层。待套管外侧水泥砂浆凝固后进行洗井后，进行稳定水位量测后，即可开始进行抽水试验。本次抽水试验分3个降深进行，各降深的Q-t及S-t曲线图如下图1：

　　3.3、试验成果

　　依据《水利水电工程地质手册》中吉林斯基关于承压非完整井(单井抽水)计算公式：

　　R=10S K= 式中：K--渗透系数(m/d);Q--流量(m3/d);l—滤水管有效长度(m);S--水位降深(m);R—影响半径(m);r—井的半径(m)

　　Q、l、S为抽水试验中实测所得，r为0.055m，计算求得K值及R值，计算结果见表1。

　　根据抽水试验成果可得，粉砂③及砾砂④综合含水层渗透系数平均值约为1.83m/d。本次勘察亦分别取样对粉砂③、砾砂④进行了室内渗透试验，渗透系数分别为1.06m/d、5.05m/d。基坑降水设计时可取砾砂④层渗透系数，为5.05m/d。

　　4、十字板剪切试验

　　钻至淤泥质粉质粘土层顶时，对淤泥质粘土进行原位十字板试验，成果统计见表2。

　　5、基坑开挖稳定性评价

　　本工程地下室为2层，基坑开挖深度约为9.00m，基坑工程安全等级为一级。拟建建筑场地东临迎宾路，西南、西北侧(隔围墙外)为某银行办公楼及居民生活小区，东北侧为低层老房子，东南侧距城市主干道路约15m。场地靠某银行办公楼及居民小区建筑均为桩基础，东北侧低层老房子侧多用浅基础，周边环境对基坑的变形要求较高。

　　5.1、基坑天然壁稳定性分析评价

　　根据现有地面标高，基坑开挖深度约9.50米。开挖深度范围内分布的土层为杂填土①、淤泥质粘土②。

　　基槽开挖深度范围内分布土(岩)层侧壁允许自立高度可按以下公式进行验算，计算结果列于表3：

　　公式： 式中：z0——允许自立高度(m); c——侧壁土体粘聚力(KPa);

　　γ——侧壁土体的天然重度(KN/m3);

　　——侧壁土体的内摩擦角(°)。

　　选取有代表性的ZK8孔地段进行计算，当稳定系数Fs=1时，其临界坡高z0为0.563m，即基坑开挖至约0.60m时，边坡将处于失稳状态。

　　5.2、基坑坑底抗隆起稳定性评价

　　根据现场十字板剪切试验成果，取淤泥质粘土的抗剪强度τ0为52.1kPa，取淤泥质粘土的重度为17.2kN/m3，设基坑周边地面荷载为10kPa，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)附录V.0.1计算基坑坑底抗隆起稳定性小于1.6。

　　5.3、基坑降水对周边建筑设施的影响

　　基坑周边紧邻道路和居民住宅楼、道路，抽排地下水可能引起影响半径范围内土层中孔隙水压力减小，有效应力增加，从而造成地面沉降，破坏地下管线，不利于周边建筑物的安全。

　　5.4、基坑突涌的判定

　　根据极限平衡式(5.4.1)进行计算：

　　式中， H——基坑开挖后不透水层的厚度(m);

　　——土的重度;

　　——水的重度;

　　h——承压水头高于含水层顶板的高度(m)。

　　根据本场地最不利地段中的量测所得的承压水头值h=5.3m，杂填土厚度为1.0m，淤泥质粘土厚度为9.80m，淤泥质粘土重度 =16.7KN/m3，水的重度 =10KN/ m3。

　　根据公式(5.4.1)：

　　H≥(10/16.7)·7.2≈3.2m，

　　当H≤3.2m时，即当基坑开挖深度至淤泥质粘土剩余厚度约为3.2m时，基坑将可能会发生突涌现象。

　　综合本次勘察结果及基坑开挖深度范围考虑，当基坑开挖至基坑底板时，淤泥质粘土剩余厚度为1.80~2.80m，坑底将可能会发生突涌现象，须在承压水层中设置降水井降低承压水头。

　　6、基坑支护与降水、监测

　　根据场地地层、地下水分布及周边环境状况，基坑工程建议采用排桩支护+内支撑+止水帷幕+降低承压水头的方案。

　　6.1、基坑开挖与支护

　　根据场地周边环境因素及本场地岩土工程条件，基坑支护建议采用排桩或地下连续墙+内支撑的方案，排桩可选用钢筋混凝土灌注桩。支护结构的直径(或厚度)和入土深度以满足坑壁、坑底稳定性为原则。内支撑可采用现浇钢筋混凝土梁或钢管支撑，以减小坑壁的变形。

　　6.2、基坑降水、截止水

　　a、上层滞水、潜水

　　本场地地下潜水埋深0.30～0.65m，水位标高3.46~4.02m，地下水埋藏浅，地下水主要赋存于为表层杂填土及饱和状淤泥质粘土中，杂填土①渗透系数4m/d、淤泥质粘土②3.2×10-3m/d。由于周边环境限制，本场地不具备大面积降水的条件，建议在第②层淤泥质粘土中设置止水帷幕，切断基坑内外浅层潜水的水力连系，进行基坑内降水，减小对帷幕外侧建筑设施的影响。止水帷幕可选用深层搅拌桩或高压旋喷桩，基坑内潜水可采用坑内集水坑联接明渠排水疏干，基坑开挖时可边开挖、边排水。

　　b、承压水

　　赋存于场地粉砂③、砾砂④层分布的承压水，承压水头高度为5.3m，高出基坑坑底隔水层残余厚度约1.80~2.80m，为防止基坑坑底出现突涌的危害，可在基坑止水帷幕内四周设置降水井降低承压水头，承压水头的降低高度以满足坑底不出现突涌为准。砾砂④层含粘量较高，渗透系数k=5.05m/d。为减小降水井的涌水量，止水帷幕应穿过淤泥质粉质粘土层，进入砾砂④层内一定深度。

　　c、基坑监测

　　基坑施工期间应对基坑支护结构，周边土体及邻近构(构)筑物的位移及沉降进行观测及监测，及时反馈监测结果。如果发生异常情况应及时通知有关部门，采取有效措施进行处理。

　　7、结语

　　在该复杂场地条件的工程勘察过程中，通过多种手段得到各土层的基坑设计参数，水文参数，且根据本工程的主要技术关键点进行了针对性的勘察工程。结合基坑支护施工及施工后的监测数据表明，参数合理，方案可行。因此，在工程施工过程中，不仅要求查明与岩土、水文地质等问题，还应根据拟建工程的特征、场地复杂程度情况，相对应地、切实地做好各项工程要求指标，才能对提高复杂场地地区的勘察质量。

　　参考文献：

　　1 三亚水文地质工程地质勘察院，迎宾壹号岩土工程勘察报告，2011年。

　　2 GB50007-2002，建筑地基基础设计规范。

　　3 高大钊，深基坑工程，机械工业出版社。

　　4 JGJ 83—2011，软土地区岩土工程勘察规程。

　　5 马丽丽，深基坑开挖中的水文地质问题，工程勘察，1996年第2期。