探析膨胀性岩土地区的工程地质勘察方法

　　摘要：岩土工程不仅具有岩土裂隙性,而且还具有岩土孔隙性的特点,因此必须采用可行性的勘察技术。文章对岩土工程的勘察内容、目的以及任务进行分析,探讨了岩土工程的勘察方法,以工程实例为例探讨了膨胀性岩土地区的工程地质勘察方法。

　　关键词：膨胀性岩土; 地质勘察; 案例分析;

　　1 岩土工程勘察的内容和目的

　　岩土工程勘察需要以建设工程的要求为依据,分析、评价场地情况得到结果。岩土工程勘察需要调查地质条件,对地基的稳定性、强度以及承载力进行分析,当需要进行地基加固时,岩土工程地质资料能为地基加固提供支持。岩土工程的内容包括前期调查场地地质,勘察、取样、现场测试等,除此之外还有室内试验、数据处理以及分析等[1]。

　　岩土工程的目的在于将建筑场地的地质情况了解清楚,为施工单位以及设计单位提供相关资料,从而为建筑的安全性提供保障。

　　2 岩土工程勘察方法与手段

　　2.1 工程地质测绘

　　地质测绘是为了了解场地的地质情况,对地质环境与建筑之间的相互影响以及作用进行预测。地质测绘获取现场资料从而进行工程地质图的编制,对出露条件比较好或者基岩裸露的地区,通过地质测绘能充分发挥出其作用。

　　2.2 地质勘探与取样

　　2.2.1 勘探

　　勘探方法多样,有触探、洞探、槽探、井探、钻深以及地球物理勘探等。确定勘探方法时要综合考虑勘探地区的岩土特性以及勘探的目的,例如当岩土的强度较高、勘探深度较深等时,此时就不适合使用静力触探的方法。

　　以钻探为例,钻探的任务包括:明确风化带的分布情况、层厚以及深度;明确软弱土层的性质、地层岩性和厚度变化;弄清地下水情况;掌握地层断裂带以及裂隙情况;进行原位测试试验;长期观测地下水、开挖基槽时降水以及排水。钻探分为三步:破碎岩土体,取样以及最后的加固孔壁[2]。

　　钻探过程中要注意对钻进深度以及岩土分层深度的精度进行控制。通过回转的方式来进行鉴别孔以及取样孔的钻探从而获得岩土样本;使用振动回转钻探的方法来进行含有块石、卵石的钻孔。对岩层要使用金刚石钻头,对风化破碎带以及软质岩可使用双层岩芯管钻头的方法;当土层在地下水位以上时需要使用干钻。在湿陷性黄土中进行钻探时,需要使用螺旋钻头。

　　2.2.2 取样

　　通过取样获取样品并送至实验室进行检验,从而明确岩土样的性质。取样时,取样工具以及取样方法会对取土扰动造成影响。钻孔取土时要注意取土孔要比土样大一个等级,地下水位以上要使用干钻,使用提土器、螺旋钻头、岩芯钻头等。当使用贯入式的取土器时要注意:地下水位以下不能注水,优先考虑泥浆护壁,当使用套管护壁时要注意取样位置要在套管底部下至少1 m,取土器要缓慢下放,不能对钻孔的底部造成冲击;当对碎石土、砂土进行取样时,采用四分方法来取样,要注意重量要能够进行颗粒分析;当进行Ⅰ级原装土样的取样时,此时要在0.1 m/s的灌入速度下连续静压贯入取土器,当土质较硬时可以使用重锤少击的方法来取样,要注意取土管的深度要超过总长的90%;完成土样的取出后,要及时进行封装,将孔号、取样深度、土样名称以及地点等明确标注,土样不能冰冻、浸泡或者暴晒,容器加盖后要使用胶带或者蜡进行密封;土样要在最短时间内送检,装卸土样时要注意轻拿轻放。

　　2.3 原位测试

　　2.3.1 波速测试试验

　　这一方法对岩土的波速进行现场测试,依据波速来判断岩土的性质。波速测试在抗震分析、场地类型划分、基础设计参数、预测岩土液化、明确岩土特征周期、岩土划分以及检测地基加固质量中均有着重要的作用。

　　绝大多数岩石都可以视为弹性体,土体只有在应变较小的时候才能被视为弹性体。密闭空间中水才不可压缩,因此压缩波能够在饱和土中传播。剪切波只能在土中传播,其对饱和土的孔隙水穿透力不强,因此测定土体中波的速度时主要是对剪切波波速进行测定。

　　剪切波速现场测试时,单体法是应用最为广泛的方法,其测试结果在判断碎石土密实度、抗震分析、地基土是否出现液化、液化等级以及对场地土类型进行划分等方面均非常常用。

　　2.3.2 标准贯入试验

　　将重量为63.5 kg的穿心锤放置在勘查现场76 cm的高度,对标准贯器打入30 cm需要的次数即为标贯数N,据此对土的工程性质进行评估。这一方法的优势在于适用性强、操作简单;其缺陷在于当土层中有较大碎石时不能使用,且数据离散性比较大,因此只能大概评估土的工程性质。

　　2.3.3 静力触探

　　这一方法使用探杆将圆锥探头按照一定的速度以及压力压入土中,对探头所受阻力进行记录,从而形成对土物理力学性质的间接认识。通过这一方法能够对地基承载力进行确定,对岩土的物理力学性质进行评价,对土类进行定名以及分层,还可以分析土是否会发生液化,评估单桩的极限承载力。

　　2.4 现场检验及监测

　　现场检验工作包含验证勘察成果以及监管施工质量。就前者而言,主要是施工过程使用基坑开挖的方法来对岩土体进行判断、评价,从而直接了解地质情况,现场情况能对勘察阶段的成果进行修正以及补充。当发现现场检验结果与勘察阶段的成果有一定差异时,此时勘察单位就需要进行补勘。就后者而言,主要是施工过程中对质量进行监督以及控制,例如检验桩是否有检验报告、是否满足要求等。

　　现场监测要在建设过程中管理、监测任何可能会对工程造成不良影响的地质情况,其目的在于确保安全,确保工程得以正常实施,确保工程投入使用后不发生危险情况。现场监测的主要内容有:监测环境条件,包括监测水文地质条件以及工程地质条件中的要素,重点要监测那些可能会对工程带来威胁的地质现象,例如土洞、泥石流、崩塌以及滑坡等;监测施工过程中岩土在不同荷载下会出现何种变化;工程的全程以及运营过程中监测结构物。

　　2.5 室内试验

　　室内试验主要有岩石试验以及土工试验,土工试验可以获得土样的一些参数,包括土粒比重、颗粒成分、容重等。室内试验主要有岩石吸水率、膨胀试验、动力性质试验、抗剪强度、压缩固结试验、物理性质试验等。试验岩石使用岩块来进行试验从而对物理力学性质进行判断。

　　3 工程实例分析

　　某铁路专用线属于电厂的运煤配套项目,长10.56 km,其中挖方路段长度3.38 km,最大挖方高度30 m。

　　3.1 挖方地段泥岩的膨胀性

　　沿线调查挖方地段,发现不存在比较风险的天然陡坎,缓丘的自然坡度平缓,地表存在裂隙,岗顶表现出浑圆状。部分开挖的人工坑壁上存在大量裂隙,有灰绿色、灰白色团块充填,新开挖的坑壁存在坍塌现象。边坡土破碎后表现为碎屑状、菱块状。根据这些露头可以对部分膨胀岩土的特征进行分析。采集现场的风化岩块做浸水试验,发现岩块在短时间内崩解,干燥后存在明显的体积收缩。根据上述表现可以初步认为该挖方地段的泥岩存在膨胀性。

　　3.2 沿线地质调绘

　　3.2.1 地形地貌

　　前半段主要为黑河冲积平原以及漫滩,平原地区开阔、平台;后半段为缓丘,有一定起伏,但自然坡度平缓。

　　3.2.2 地层岩性

　　冲积平原以及漫滩段的岩性主要有砂类土、粉土、黏土以及粉质黏土。缓丘地段的地层为砂岩以及白垩系泥岩。砂岩的颜色有灰绿色、黄色、浅黄色以及灰白色,全风化-强风化,纱质结构,产状平缓。全风化层中存在强风化岩层夹杂,风化差异较大,部分砂岩以及泥岩互层分布。泥岩的颜色为紫棕色、紫褐色,主要为强风化,少部分为弱风化,存在裂隙发育,泥质结构,胶结差,产状平缓,夹杂灰绿色薄层以及白色团块。

　　3.2.3 地质构造

　　该地区的构造复杂,变动复杂,由于古老构造运动的影响产生北东向的基底褶皱,随着褶曲运动存在花岗岩体侵入。

　　3.2.4 地表水

　　线路所在地段有河流,处于电厂的北侧。河道弯曲,河水浑浊,常年有水。

　　3.2.5 地下水

　　主要为基岩裂隙水以及第四系孔隙潜水,受到降水量以及季节的影响。前段主要为第四系孔隙潜水,主要在第四系松散堆积层中,埋深0.2～4 m;后端主要为基岩裂隙水,其埋深4.5～22.7 m,发育径流位节理裂隙。

　　3.2.6 工程堑坡

　　公路堑坡的高度3～5 m,边坡存在滑溜现象,路侧排水沟被堵塞,跌水槽多数毁坏。

　　3.3 路堑边坡主要病害类型

　　泥流:雨季水流裹带搬运坡脚剥落堆积物以及坡面松散层形成泥流,主要在地表径流集中且严重风化剥落部位形成,可引起边沟堵塞造成路基被冲毁。坡面冲蚀:地表径流、降雨集中水流冲蚀引起坡面松散层沿着坡面出现沟状冲蚀,其发生会造成边坡破碎,对植物生长不利。坍滑:边坡浅层膨胀体受到水以及裂隙切割的作用,稳定性丧失沿着滑面整体滑移,伴有局部坍落的情况。以雨季多发,继续发展可造成滑坡。滑坡:主要是裂隙控制,牵引式出现,滑坡破坏性很大,与边坡厚度关系不大。

　　3.4 室内试验

　　外业选取具有代表性的地段,在29.8 m深度取样30组进行膨胀相关性试验,发现路堑边坡风化泥岩的膨胀性多为中等。

　　3.5 工程不利因素分析

　　长大挖方排水难度大,且地下水也需要进行疏导,因此排水问题比较复杂;与高压点距离较近,因此防护相对困难;边坡的坡率确定难度较大,难以确保边坡稳定;膨胀性岩土边坡高度过大;弃方、填方占地较多。

　　4 结语

　　工程地质勘察在工程施工中具有非常重要的作用,膨胀性岩土严重危害工程安全,因此必须做好工程地质的勘察工作,可以绕避时尽可能选择绕避,不能绕避时要尽可能选择短距离通过的方法。线路与现有的重要建筑物之间要留有足够的距离,采用浅挖、低填的方法,尽可能避开地下水发育的地段从而尽量减少工程隐患。

　　参考文献

　　[1] 刘曦文.膨胀性岩土地区工程地质勘察[J].西部资源,2018(2):77-78.

　　[2] 李明越.膨胀性岩土地区工程地质勘察[J].建筑工程技术与设计,2017(10):917.