浅谈岩土工程勘察与设计

林文利

摘要：文章介绍了岩土工程的特点、岩土工程勘察的理论依据并以工程勘察实例为例阐述了工程勘察的全过程控制手段和方法。

关键词：岩土工程；勘察设计；地质调查；勘察理论

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、岩土工程的特点

岩石的裂隙性和土的孔隙性是岩石和土区别于混凝土、钢材等人工材料的主要特点。

（一）岩石的裂隙性

岩石总是或稀或密、或宽或窄、或长或短地存在着各种各样的裂隙，这是岩石区别于混凝土的主要特点。这些裂隙有的粗糙不平，有的光滑；有的平直，有的弯曲；有的充填，有的不充填；有的产状规则，有的规律性很差。裂隙的成因复杂多样，有岩浆凝固收缩形成的原节理，有沉积间断形成的层理，有构造应力形成的构造节理，有表生作用形成的卸荷裂隙和风化裂隙，还有变质作用形成的片理、劈理等，在岩石中构成极为多样非常复杂的裂隙系统。人们将岩石和裂隙视为一个整体称为“岩体”，将裂隙概化为“结构面”。搞清结构面的产状、参数和分布，是岩土工程勘察设计的重点和难点。

（二）土的孔隙性

根据土力学解释：土是一种散体结构的材料，存在孔隙。对于饱和土是固、液两相；对于非饱和土，是固、液、气三相。于是产生了有效压力和孔隙压力；孔隙压力又有孔隙水压力和孔隙气压力。在饱和土中，由于孔隙水压力的增长和消散，不同的加荷速率地基承载力不同；是否及时支撑，对软土基坑稳定有不同的表现；渗透系数和地层组合的差别，导致基础沉降速率的差别等等。饱和土中的超静水压力可导致挤土效应，使桩被挤断、挤歪和上浮；地震时的超静水压力导致砂土和粉土液化。非饱和土的孔隙气压力形成基质吸力，基质吸力随着土中含水量的增加而降低，因而是不稳定的。膨胀土和黄土随湿度的增加而强度显著降低，非饱和土基坑雨季容易发生事故，花岗岩残积土边坡暴雨容易发生浅层滑坡，都和基质

吸力降低有关。总之，把握好孔隙压力是岩土工程的重要环节。

二、岩土工程勘察

岩土工程勘察所涉及的基本理论主要包括：土力学的理论、工程地质理论、工程力学理论等，这些工程理论都是一种半科学半经验的理论，很多理论是建立在经验的基础上的，如

很多公式都是经验公式。岩土工程问题的解决过程实际上是在理论的指导下，岩土工程技术人员利用自己的工程经验，结合工程实际情况，建立相应本构模型，运用合理适宜参数，加

上良好的判断力，解决问题的过程。对岩土工程技术人员来说，扎实的基础理论同丰富的经验、良好的工程判断力是同等重要的。在学习和运用理论的过程中，一定要注意隐藏在公式和规律背后的背景知识和真正实际内涵及其假定边界条件。而积累经验的过程可分为：分析与预测→现场观测→对分析、预测和现场观测结果进行比较、分析、评估和总结 3 个过程，可见积累经验的过程也离不开理论的支持。

三、工程勘察实例

（一）工程概况国内某大型钢铁企业决定投资 2 亿元建设 1 台 360m2大型烧结机，采用先进技术和工艺节能降耗，加强环境治理，达到国内同类型烧结厂装备水平，争取将烧结工艺和装备水平迈上一个新台阶，3 年半内收回投资，获得良好的经济效益和环保效益。其烧结机主厂房为钢筋混凝土结构，5 层，高 46m，厂房面积 137m×22m。设计委托岩土工程勘察要求提供岩土技术参数及分析评价，并对基础设计及处理。对不良地质现象防治作出论证和建议，经业主委托，工程地质勘察单位组织施工，提交场地资料如下：主要土层分布为杂填土、粘土、粉质粘土、强风化页岩（埋深为 28 ～ 30mm），中风化页岩等。水

文地质状况为：上层滞水、水量不大。区域地质构造为低山丘陵与平原地带，区域断裂比较发育。根据构造调查，拟建场区无断裂通过。结论为：所建场区地层分布稳定，无断裂通过无不良地质作用，场地是稳定的，适宜建筑。

（二）现场桩基施工现状

根据现场条件和施工总体网络计划安排，挖孔桩基础计划 1 个半月全部完成，工程施工 1 月个多月有一根桩（C17）在挖至 16.8m 时出现涌水，C18 桩在 23m 出现大量涌水，其后三四天共有 16 根桩陆续出现涌水现象。B18 号桩日涌水量达 2000m3以上，采用水泵排水无法排干。经测量，其静止水位标高大部分在 -19 ～ -20m，其桩底离中风化岩面还有 4m左右。根据详勘报告，地下水量不大，这与实际情况不符。另外，从另一处（B18 桩）取样也发现岩性异常，即出现灰岩，而详勘报告定名为页岩。由于地质情况发生变化，整个挖孔桩工程全面停工。根据施工现场所反映的情况，设计单位对现场情况进行了详细分析，由于出现地下涌水和灰岩岩性，工程地质实际情况与原详勘报告不符合，采用排水疏干的办法难以奏效而机械钻孔受设备能力限制（桩径为 2700 大口径，且需嵌岩），难以实施，故拟采用桩筏基础。同时提出对施工区域进行工程补勘：对地下水性质进行综合评价，判明岩土整体性和稳定性，并查明是否有岩溶、断裂等不良地质作用。

（三）重新补充勘察结果

由某甲级勘察单位对施工区域进行了补充勘察，除进行钻探工作外，还专门进行了井探和物探工作。经补勘工作得出如下认识（：1）经孔底并内环刀取样分析，⑤层粘土压缩模

量原勘察值为 Es=7.8MPa，实际为 Es=7.5MPa，稍低；（2）基岩性质较原详勘报告有较大差别，为寒武系页岩和灰岩交互层（以灰岩为主），局部出现 20 ～ 60cm 厚度不等的溶洞，但其下部均控制有 3m 厚的完整岩石；（3）水文地质情况：有地下水，第四层上层滞水水位 23.5m 左右，岩溶裂隙水承压水位 17m 左右，证明下部有裂隙存在，地下水对混凝土、混凝土结构中钢筋均具微腐蚀性。

（四）恢复施工及导致后果

设计单位通过计算，决定采用桩筏混合基础，其中桩为摩擦桩，对有水桩采用碎石挤密充填办法。要求桩底达到⑤层土的承载力标准，承载力为 250kPa，压缩模量 6.5MPa。后在施工过程中，因受到施工场地和施工机具限制，只能用 1t 左右的锤夯实，同时，对桩底进行动力触探检测。经验证，难以达到承载力要求，且对桩土周围影响较大，不利于下步混凝土灌注施工。建设单位委托我院提供下一步处理意见（岩土设计），在充分研究岩土工程地质条件的基础上，设计采用增加扩大头，并对原先采用的未达要求的碎石挤密部分（即扩大头底部）进行预埋管压浆处理的方法。

（五）增加扩大头

随着进浆量及压力的增加，逐渐增加扩大头，压密区范围得到扩大，具体可以在外管内灌入部分混凝土，稍提外管锤击（静压）以扩大桩尖。一般情况下，当桩端持力层性质相对较

差而易于夯扩时，应适当增加扩大头混凝土灌注量；当持力层密实度大、性质较好难以夯扩时，扩大头混凝土灌入量就要适当减少。这样，压浆后桩底沉渣得以处理，软底消失，同时也改变了土体的性质，增大了桩侧土的摩阻力，从而大大提高了桩的承载力。（六）预埋管压浆处理桩底未达要求的碎石原先采用的的碎石挤密充填，未达承载力要求。处理方法为预埋注浆管，每根桩按正三角形预埋三根注浆管，注浆管距桩边 20cm。桩芯混凝土灌注七天后，压注纯水泥浆，注浆压力不小于 10MPa，水泥浆为 P.O42.5 水泥，水灰比为0.8 ～ 0.5，由稀变浓。根据以上的勘察设计进行施工处理，效果良好，经大应变和静载试验检测，单桩承载力达到设计要求，未出现不合格桩。

四、结语

勘察设计是一项工程的生命，尤其是基础工程一旦出错铸成损失就无法挽回。工程地质勘察设计按规范要求对桩端持力层复杂地区（如岩溶地区）是需要逐桩钻孔勘察或是逐桩

多孔进行勘察，概率才能接近准确。在施工过程中，若不是及时发现存在的不良地质问题，以施工勘察进行补救，很有可能在工程建成后造成严重的经济损失和不良的社会影响。

参考文献

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