年4月19日工程地質勘察與巖土工程技術發展現狀與展解讀文檔僅供參考，不當之處，請聯系改正。工程地質勘察與巖土工程技術發展現狀與展來源：探礦工程-巖土鉆掘工程郭書泰摘要中國巖土工程專業體制基本形成，正在試行注冊巖土工程師制度，業內規范了巖土工程勘察技術和工程地質鉆探技術，文中還介紹了地基處理新技術。關鍵詞巖土工程勘察取樣原位測試地基處理1巖土工程專業體制的現狀與發展趨勢1.1中國巖土工程專業體制基本形成中國的工程勘察體制是在建國初期學習前蘇聯基礎上建立的，包括地形測量、工程地質、水文地質3個獨立的專業。80年代初以來，工程地質勘察逐步向巖土工程過渡。現在，巖土工程專業體制在中國已基本確立。巖土工程是市場經濟國家普遍實行的專業體制，在發達國家已有40年左右的歷史。與工程地質勘察相比，巖土工程要求勘察與設計、施工、監測密切結合，而不是彼此機械分割；要求服務于工程建設的全過程，而不是單純為設計服務；要求在獲取系統而準確資料的基礎上，對巖土工程利用、整治方案深入論證；提出技術可行、經濟合理的具體建議，而不是單純地提供巖土技術資料。巖土工程專業人員也能在巖土工程設計、施工、監測、監理崗位上工作。因而，這種體制更貼近工程實際，更注重于解決工程實際問題，從而要求技術人員具備全面的知識，為工程建設做出更大的貢獻。十幾年來，由于建設部和工程勘察協會的大力推動和廣大科技人員的不懈努力，從科研、教學、標準規范到工程實踐，巖土工程專業體制在中國已基本形成，但尚不完善。將來的巖土工程專業體制將會更加完善，更加適應市場經濟，巖土工程將會成為工程建設領域中一個非常富有活力和良好經濟、社會效益的行業。1.2國內外現狀比較在美國、加拿大等發達國家，巖土工程師主要在咨詢公司服務。這些公司集中了一批有理論、有經驗的工程師，為投資者、為項目設計和施工、為政府和司法部門、為社會各界，提供各種形式的服務，其中包括勘察、設計、監測、監理等。她們提供的產品是知識、信息，科技含量很高，屬于知識密集型企業。在這種公司中，有的是高水平的科技人才和高質量的儀器、電腦，一般設有鉆探或巖土工程施工力量，屬于第三產業，較之屬于第二產業的施工企業，其區別、分工是十分清楚的。在中國，由于市場經濟剛剛起步，巖土工程專業體制尚待完善，故當前從事巖土工程專業的單位不定型，有以勘察為主，有以咨詢為主，有以施工為主，有的多種兼有，這在過渡時期是很自然的。但從長遠看，知識密集型和勞動密集型的分離是遲早的事。當前中國勘察行業從業人員較多，工人比例太大，人員素質不高，與發達國家有一定差距。根據國家《建筑勘察技術政策》(1996～)，這種狀況將會改變，國家將在完善法制、規范市場、凈化市場的基礎上，調整產業結構，鼓勵有條件的單位改造成這類有高技術含量、與國際接軌的企業。經過建國以來數十年工程實踐的積累，特別是改革開放以來的巨大技術進步，中國巖土工程勘察的技術水平已有了顯著提高，已經完全有能力承擔各類大型復雜工程的勘察、設計和施工，包括高層建筑和超高層建筑、復雜地基處理、深基坑開挖、大型邊坡工程、地下工程、移山填溝、圍海造陸、海上平臺、核電站等。每兩年評選一次的優秀勘察項目，金質獎和銀質獎都具有國際先進水平。但同時也存在著水平參差不齊、成果質量下降甚至弄虛作假，以及技術標準、技術方法和技術成果未完全與國際接軌等一系列問題。能夠預見，未來，中國市場將逐步完善，國內國際兩大市場將逐漸融合。例如中國眾多知名大企業在國際市場上承攬和完成了許多大型建筑工程和巖土工程項目，同時中國的黃河小浪底、長江三峽水利樞紐工程均有國外知名企業參與建筑工程和巖土工程施工。由于巖土具有很強的地域特點，工程經驗積累非常主要。因此，今后有必要在提倡基本框架一致的前提下，形成自己的特色和優勢，使巖土工程業務制度逐步走向世界。1.3注冊巖土工程師制度的建立由于國內外技術交流日趨頻繁，國內外兩大市場逐漸融合，中國盡快向國際慣例靠攏勢在必行。建設部和人事部從1997年實施注冊結構師執業資格制度，并于1996年12月在江蘇、湖北及重慶進行了注冊結構師試點考試，1997年12月正式舉行了注冊結構工程師執業資格全國統一考試，今后每年舉行一次。為了適應中國巖土工程專業體制與國際慣例接軌，國家建設部和人事部正著手進行全國注冊巖土工程師執業資格考試的準備工作。據悉，1998年年底進行試點，從1999年開始將進行全國統考。由于巖土工程專業屬于知識密集型行業，科技人員的個人素質極具重要性，因此，在實行注冊巖土工程師制度后，只有注冊工程師簽字的文件才能生效，這樣將會大大加強注冊工程師的榮譽感和責任心。2巖土取樣技術2.1巖土取樣技術的標準化巖土工程測試包括室內土工試驗、巖石試驗、原位測試和現場監測，在整個巖土工程中占有特殊、重要的地位。這首先是由于測試數據是分析評價的基礎，沒有完整、可靠、適用的測試數據，一切分析評價都是空中樓閣。巖土工程設計計算的準確性和可靠性決定于計算模式和計算參數兩個主要因素，計算參數比計算模式更重要。其次，巖土工程測試有較大難度，在鉆探取樣、樣品制備和原位測試過程中，總會有一定程度的擾動，對測試成果的影響極大。巖土體又是非均質體，有的還有明顯的各向異性，測試結果是否具有代表性是個重要問題。再次，巖土測試方法很多，原理不一，同一指標用不同的方法測試可得不同的結果。因此，要求巖土工程師必須了解各種測試方法的適用性。學術界和工程界曾有過優先發展室內試驗還是原位測試的爭論。主張優先發展原位測試的人認為，室內試驗在鉆探取樣及運輸制備過程中，樣品一定程度的擾動不可避免，而原位測試可直接在巖土體的原位取得數據，既快又好。但實踐表明，室內試驗仍是不可缺少的，巖土的一些基礎數據，如粒度成分、密度、含水量、可塑性等指標，只能經過室內試驗測定；測定土的力學性狀時，室內試驗可根據需要，控制應力、應變及排水條件，而原位測試很難做到。室內測定的指標，其物理力學意義是明確的，而有些原位測試得到的指標，沒有明確的物理力學意義。既然室內試驗不能廢棄，取樣技術問題就不能回避了。當前，中國取樣質量問題相當嚴重。首先是土樣質量很差，甚至工程技術人員對自己負責的工程也持懷疑態度。例如，有些工程在進行深部地層取樣時，經常采用單層巖心管，卸取土樣時采用慣性方法甩出，當遇到粘性土不易甩出時，土樣經常幾次甚至十幾次的伸長變形，產生縮頸現象，受到了嚴重的擾動，這樣的土樣也做為Ⅰ級原狀樣進行室內試驗，難怪工程技術負責人本人都對室內試驗結果心存疑慮。其次是取樣技術與國際上通用標準不一致，不被國外承認。關于后一問題，中國標準規范工作者已經做了大量工作，《巖土工程勘察規范》、《原狀取樣技術標準》、《原狀取土器標準》都已相繼出臺，已經有法可依。而且這些標準既與國際上通用標準一致，也照顧了中國的國情。2.2工程地質鉆探技術的標準化由于工程地質專業與探礦工程專業在巖土鉆探的鉆具、鉆頭、工藝、目的上均有一些差異，因此，有必要將《建筑工程地質鉆探技術標準》、《原狀土取樣技術標準》的有關內容作一介紹。2.2.1鉆孔規格鉆孔口徑應根據鉆探目的和鉆進工藝確定。采取原狀土樣的鉆孔口徑≮91mm；僅需鑒別地層的鉆孔，口徑≮36mm；在濕陷性黃土中，鉆孔口徑≮150mm。2.2.2采取Ⅰ、Ⅱ級土試樣的鉆進要求(1)在軟土、砂土中宜采用泥漿護壁。如使用套管，應保持管內水位等于或稍高于地下水位，取樣位置應低于套管底部3倍孔徑以上的距離，以防擊入套管時，對擬采取土試樣的擾動。(2)采用沖洗、沖擊、振動等方式鉆進時，應在預計取樣位置1m以上改用回轉鉆進。(3)下放取土器前應仔細清孔，孔底殘渣厚度不應大于取土器廢土段長度(活塞取土器除外)。(4)采取土樣宜采用快速靜力連續壓入法，亦可采用重錘少擊方法，但應有導向裝置，避免錘擊時搖晃。2.3混凝土灌注樁取心技術近年來，在高速公路及鐵路橋梁工程中，單樁荷重越來越大，因此要對混凝土灌注樁進行一定比例的取心，以抽樣檢驗混凝土的抗壓強度和在灌注中有無斷樁現象。其要求與一般巖石鉆探不同：(1)連續取心，取心率達95%以上；(2)對所取巖心的直徑有要求，且必須是平面光滑的圓柱體；(3)控制孔斜，傾角≯1°，中途不能觸筋；(4)所取巖心要符合規格、整齊。當前國內常采用XY1A型全液壓高速輕便鉆機進行取心。其主要技術參數為：最大鉆探深度100m；最大開孔直徑150mm；終孔直徑75mm；鉆桿直徑42～50mm；每回次進尺1.5～3.0m。鉆頭為人造金剛石鉆頭，采用雙層單動取樣管，清水循環，可鉆取各種強度等級的混凝土心樣，心樣直徑可滿足試驗要求。3原位測試技術新進展3.1用原位測試確定土工參數近年來，國內外普遍重視經過原位測試技術確定土工參數，并對測試成果的分析應用有了新的認識。上海地區經過建筑物的沉降觀測，認識到由CPT、SPT等用經驗關系確定土工設計參數，可能是一個有效的途徑，特別是對深層土和難以取土樣或難以保證土樣質量的土。例如上海地區樁基的計算沉降遠大于實測沉降，除了改進計算模式外，室內土工試驗的壓縮模量Es太低是主要原因。用旁壓試驗確定粘性土、砂土、粉土的壓縮模量，經過若干工程的試算，均取得令人滿意的結果。對于砂土，當采用凍結法取砂樣時，含水量增高；而不用凍結法取土時，在取樣及運輸過程中，土中水份易于流失，使含水偏低；但采用放射性同位素探頭測定砂土重度和含水量可取得理想的結果。用γ、ω即可計算砂土孔隙比，從而對砂土的密實度作出評價，對于砂土，這是很有意義的。對于大型土石方填筑工程，經常需要測定填土的含水量和密度，由于土顆粒的直徑變化較大，傳統測試如環刀法、灌砂法等均有許多限制條件，而且速度較慢，往往不能適應工期要求，采用核子密度儀就能夠快速準確地測得填土的密實度。采取卵礫石的原狀樣進行室內密度試驗是困難的，一般采用重型動力觸探試驗來確定卵礫石的密實度和承載力。實踐中發現，測試結果往往受人為因素影響較多，準確性往往較差。現在，用剪切波速法測定卵石層的密實度，進而確定承載力是一個簡便、快速、準確的方法。這種方法已列入規范。各種原位測試方法的適用范圍詳見《巖土工程勘察規范》。3.2非破損探測技術的發展現代測試技術較傳統機械式的測試技術已發生了根本性的變革，在符合巖土力學理論和滿足工程要求的前提下，廣泛吸收現代電子技術、傳感器技術、計算機技術的最新成就，將電測技術與信息處理技術結合在一起，制成智能化儀器，應用于工程實踐。近年來，中國工程物探順應了這種變革，開發了適應工程需要的新技術、新方法、新領域，并與巖土工程測試密切結合，逐步顯示出了它的生命力。由于工程物探具有精度高、成本低的特點，在結合工程需要，探測諸如基巖面、地下洞穴、孤石、管線、古墓、防空洞、樁身缺陷、破碎帶、漏水點等目的物方面，已成為巖土工程勘察不可缺少的技術手段。工程物探既有勘察的功能，又有測試的功能，稱為"工程地球物理探測"可能更貼切。工程物探技術含量很高，是一種非破碎探測技術，隨著相關的物理技術與計算機技術的迅猛發展，今后可能會有更大的飛躍，是一個重要的發展方向。4地基處理新技術地基處理在巖土工程實踐領域最為活躍，老方法不斷翻新，新方法層出不窮。這里介紹4種新方法。4.1CFG樁復合地基可分為兩大類，一類由散體材料(砂、碎石、土、鋼渣等)組成的"樁"與天然地基復合；另一類由水泥與土結合成的"樁"與天然地基復合。前者"樁"料是散粒體，在荷載作用下產生側變形，靠"樁間土"約束，故在軟土中效果不理想。后者如攪拌樁、旋噴樁，由于水泥的膠結作用，具有一定的凝結強度，較小的荷載下無側向變形，在軟土中可將應力向深層傳遞，起到類似剛性樁的作用，超出強度時表現出與混凝土類似的"脆性"。CFG樁按其性質屬于后者，是適用于軟土且較為經濟合理的一種地基處理方法。CFG樁由碎石、石屑、粉煤灰及水泥組成，配合比需要根據樁的設計經過試驗確定，樁的制作與一般灌注樁類似。樁與基礎間不是剛性連接，而是其間有一碎石或石屑組成的褥墊層，目的是保證樁土共同作用，充分發揮樁間土的作用。這種地基處理方法在南京造紙廠、北京羅馬花園、石佛營東里住宅小區等工程應用，技術經濟效果良好。4.2砂石樁與低強度混凝土組合型復合地基散體樁的工作主要靠樁間土體的被動約束，特別是樁頂2～4倍樁徑范圍內，樁間土將承受很大的徑向應力，容易使樁體產生膨脹破壞，因而在軟弱粘性土中的砂石樁復合地基，其承載能力難以提得較高。為改變這種狀態，對散體樁復合地基中的部分砂石進行樁體增強，在砂石樁中增加一定量的Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰與少量水泥，成為一種粘結強度較高的半剛性樁，稱之為低強度混凝土樁，由此構成部分散體砂石樁與部分低強度混凝土組合型復合地基。組合型復合地基的特點是既能發揮砂石樁的優點，又由于低強度混凝土樁的插入而使砂石樁的側限約束作用得到加強，從而減少散體樁樁頂部分的壓脹變形，避免產生壓脹破壞的可能。同時發揮半剛性樁能向深部傳遞荷載的作用，使復合地基的承載力大幅提高，地基變形得以減輕，提高復合地基的整體安全度。為使兩種不同剛度樁體的共同作用與變形協調，在樁頂設置了一定厚度的砂石料墊層。經過它的流動補償作用使之較為均勻地分布基底應力，并能使樁間土與基礎有良好的接觸，保證不同剛度樁體與土共同承擔荷載。4.3夯坑基礎夯坑基礎的實質是，基坑不是挖出來的，而是用夯錘夯成的。基坑具有基礎的形狀和尺寸，因而不必支模而直接澆筑混凝土。在夯成基坑的同時，坑底和坑周的土被夯實，減少了土的壓縮性，提高了地基承載力。為進一步提高地基承載能力，減少基礎沉降，在夯坑底部還可適當填入碎石、礫石、粗砂等，形成擴大的土核。夯坑基礎可廣泛應用于濕陷性黃土、填土、一般粘性土，比常規施工方法可節省土方2/3～4/5，降低基礎造價1/3～2/3，工效高，技術簡便，易于推廣。對處理濕陷性土、填土是經濟有效的方法。4.4超載預壓加固軟土超載預壓排水固結法加固軟土，已在中國廣泛應用，如深圳福田保稅區、南油圍海造陸、寧波機場、溫州機場等。用此法大面積加固地基，效果良好，現在取得較為成熟的設計和施工經驗，積累了大量的十分寶貴的原型監測數據。超載預壓排水固結法從施工角度看，包括加載和排水兩方面。加載方法有堆載預壓和真空預壓兩種或兩種方法復合，根據技術要求和經濟比較選用。排水方法已經過了普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板3個發展階段，由于插塑排水板工效高、質量好、綜合成本低，現已全面推廣，發展很快。插板機在中國有10多種，按移動方式分有步履式、履帶式、輪胎式；按貫入方法分有靜壓式、振動式、錘擊式；按插管斷面分有圓形、矩形、菱形。為減小對土的擾動，以靜壓、菱形斷面為好。性能良好的插板機效率高，長15m的排水板，包括插入、拔出、移位，不到2min即可完成。4.5劈裂注漿在巖石或土中注漿，對改進巖土的力學與滲透性能有明顯的效果。過去，注漿主要在強滲透地層中應用；近年來，在軟土中劈裂注漿進行了一些試驗研究，取得了良好的效果。根據巖土條件、注漿材料及工藝，注漿作用有充填、滲透、擠壓、劈裂等方式。對于滲透系數K＜5cm/s的軟粘性土，無論用什么漿液，注漿時都會產生劈裂現象。漿液在軟土中的流動分鼓