改變勘察方式提高勘察質(zhì)量

1、改變勘察方式提高勘察質(zhì)量王惠昌 王斌（四川省建筑科學(xué)研究院）摘要本文對目前土質(zhì)地基勘察中常用勘察方式所存在的問題進(jìn)行了分析.結(jié)合地基事故教訓(xùn)和國外資料，提出了土質(zhì)地基勘察應(yīng)采用以觸探測試為 基礎(chǔ)的勘察方式，才能滿足地基規(guī)范中范按變形控制設(shè)計(jì)的要求。1 前言土質(zhì)地基上大量地基事故調(diào)查表明， 其中大多數(shù)是由地基變形，特別是不均勻 變形引起的，因此地基規(guī)范明確規(guī)定了地基基礎(chǔ)要按變形控制設(shè)計(jì)的原則。而按變形 控制設(shè)計(jì)則必須進(jìn)行地基變形計(jì)算在按分層總和法計(jì)算地基變形時(shí)，地 基土的分層剖面（工程地質(zhì)剖面）是否準(zhǔn)確，以及每層土的計(jì)算指標(biāo)是否合理，是 關(guān)系到地 基變形計(jì)算成敗的兩個(gè)關(guān)鍵問題。如果其中有一項(xiàng)不合

2、實(shí)際，那么變 形計(jì)算就形同數(shù)學(xué)游戲，不僅達(dá)不到按變形控制設(shè)計(jì)的目的，甚至還會出現(xiàn)嚴(yán)重的地基事故。 而每層土計(jì)算參數(shù)的確定，無論是試驗(yàn)還是 統(tǒng)計(jì)，又都依賴于分層的準(zhǔn)確性，沒有準(zhǔn)確的分層，以層為母體的統(tǒng)計(jì)計(jì)算就失 去了意義。同時(shí)，勘察中沒有將建筑物地基內(nèi)存在的古河道、古池塘、暗溝、 軟弱區(qū)、填土等不利埋藏物如實(shí)地在工程地質(zhì)剖面中反映出來，常常是導(dǎo)致許多地基事故發(fā) 生的重要原因。因此建立準(zhǔn)確的工程地質(zhì)分層剖面圖是勘察工作中 最基本、也是最重要的一項(xiàng)工作，它直接影響到地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須引起 足夠重視。雖然目前國內(nèi)各勘察單位所用的勘察方法與手段基本相同，有鉆探、觸探、室內(nèi)試驗(yàn)以及其他間斷性的原位測

3、試方法（如標(biāo)貫、旁壓試驗(yàn)、十字板試驗(yàn)） 等，但各種勘察測試手段之間的組合方式（即勘察方式）卻大不相同。有的全部采 用鉆探和室內(nèi)試驗(yàn)；有的除了鉆探和室內(nèi)試驗(yàn)外，在鉆孔間增加一些間斷性的原 位 測試孔，有的除了鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)和間斷性的原位測試外再在鉆孔之間增加 一些靜力或動力觸探測試，特別是目前常采用的鉆孔與觸探孔間隔布置等方式。鑒于由這些勘察方式形成的工程地質(zhì)剖面不是完全建立在對土性定量測定的基 礎(chǔ)上，因此其可信度低，分層正確與否難以檢查，容易發(fā)生地基事故。人類已進(jìn) 入到“要以數(shù)據(jù) 說話”的年代，分層也應(yīng)該要以某種測試數(shù)據(jù)為依據(jù)即應(yīng)建 立在能反映地基土的主要工程性質(zhì)的測試資料基礎(chǔ)上，而不能再停留

4、在僅靠少數(shù) 試驗(yàn)資料，大部分仍為 定性判別的方式上。為此筆者根據(jù)以往土質(zhì)地基勘察的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和國外資料，認(rèn)為土質(zhì)地基勘察應(yīng)采用以觸探測試為基礎(chǔ)的勘察方式。 在這種勘察方式中，在每個(gè)孔位處均應(yīng) 進(jìn)行觸探測試并在仔細(xì)分析觸探資料的基礎(chǔ)上再布置少量鉆孔、取樣、室內(nèi)試驗(yàn)和其他原位測試。因此形成的工程地質(zhì)分層剖面既有對土性精確的力學(xué)分層， 又有對土類的地質(zhì)分層，可信度高， 分層正確與否易于檢查。上述兩種不同的勘 察方式，不僅僅是觸探孔與鉆探孔數(shù)量多少的差異，而是反映了兩種不同的勘 察理念。傳統(tǒng)勘察方式強(qiáng)調(diào)鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)的作用，而把觸探和其他原位測試作 為改善和提高勘察精度的一項(xiàng)輔助措施。而新的勘察方式則

5、強(qiáng)調(diào)勘察工作應(yīng)以 觸探測試為基礎(chǔ)和有針對性地進(jìn)行鉆探、 室內(nèi)試驗(yàn)和其他原價(jià)測試，它同樣重視 鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)的作 用，鉆探孔數(shù)可大大減少?？辈旆绞降倪@種改變不僅對加 快勘察周期，減少成本，更重要的是提高了勘察質(zhì)量。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范在 基本規(guī)定中規(guī)定了各類設(shè)計(jì) 等級的地基評價(jià)均要提供觸探資料，這是十分必要的。本文擬圍繞上述勘察方式 的有關(guān)問題進(jìn)行討論。傳統(tǒng)勘察方式存在的問題傳統(tǒng)勘察方式以鉆探為主.在鉆探過程中對土性進(jìn)行描述，在某些深度 處取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，再配以一定的原位測試。這種勘察方式雖在取樣區(qū)段和原 位測試位置上可以獲得比較準(zhǔn)確的土質(zhì)分類和物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，但對于一個(gè) 建筑場地的地基來說

6、，這些取樣和原位測試區(qū)段畢竟只占勘探總深度的極小部 分，而絕大部 分僅靠對擾動土樣土性憑肉眼和觸覺的定性鑒別。由于工作人員 的水平及經(jīng)驗(yàn)參差不齊，對地基土性的認(rèn)知不一，因而隨意性大.缺乏定量依據(jù)， 且這種判別又多著 重于土質(zhì)學(xué)方面.而對土體的軟硬、松密程度僅憑個(gè)人感覺 確定，差異很大。例如對同一個(gè)土樣，有可能女同志鑒別為硬的，而男同志則鑒 別為軟的。審校人員不在 現(xiàn)場，怎么來檢查現(xiàn)場描述的正確性？加之勘察中一般 土工試驗(yàn)在后，其判別指標(biāo)不能直接用于現(xiàn)場分層，且數(shù)量又少，只能在整理資料時(shí)作為校驗(yàn)用。在判定土層 的均勻性時(shí)，只能依靠幾個(gè)土樣的變異系數(shù)，不 能宜觀地看出土層的軟硬、松密程度在空間的分

7、布和變化情況。 雖然有的也進(jìn)行 了觸探試驗(yàn)，作為改善和提高勘察精 度的輔助措施，但由于數(shù)量太少，所建立 的場地工程地質(zhì)分層仍然是一種以定性鑒別為主、定量測試為輔的分層。有許多 地基事故就是內(nèi)于現(xiàn)場鑒別失誤而引起的。例如在某造粒塔地基的勘察中僅采用鉆探和土工試驗(yàn)，鉆探時(shí)現(xiàn)場記錄入員未將顏色、成分等與原土完全相同但結(jié) 構(gòu)已遭破壞的素填土與老土區(qū)別出來，土工試驗(yàn)中個(gè)別試驗(yàn)指標(biāo)很低，統(tǒng)計(jì)中末引起重視，后用靜力觸探查明塔基的一半坐落在高壓縮性的素填土上而導(dǎo)致嚴(yán) 重傾斜：又如在某住宅小區(qū)的詳勘中采用鉆探、標(biāo)貫和土工試驗(yàn)。得到的勘察報(bào)告中住宅樓下兩個(gè)縱向剖面土層相同， 各層厚度均勻，按理不會產(chǎn)生大的不均 勻

8、沉降，可是施工完后，住宅樓縱墻上從一層至七層出現(xiàn)了嚴(yán)重的斜向裂縫，同時(shí)山墻外傾，后經(jīng)查明住宅樓的一端有約 1/3長位于古河道中。為什么勘察 時(shí)有些鉆孔就位于古河道中而沒有發(fā)現(xiàn)古河道呢 ？原因是有些近代沉積土，其顏 色與其周圍的土層沒有明顯區(qū)別，地質(zhì)人員很易將其誤判成一般粘性土而未加區(qū) 分，加之土工試驗(yàn)和標(biāo)貫試驗(yàn)中有幾個(gè)數(shù)據(jù)較低，由于軟硬混層，在統(tǒng)計(jì)時(shí)被平均掉了。后經(jīng)靜力觸探測試，探頭阻力 P。只有0. 30. 8MPa再取原狀土 樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，孔隙比大于1. 5,含水量大于液限，符合淤泥的定義。所以僅靠鉆探和間斷性的原位測試來建立土質(zhì)分層，其可信度是較低的。又如在成都東郊地區(qū)，淺基礎(chǔ)下有5

9、6m厚的成都粘土層（膨脹土），用鉆探、標(biāo)貫和土 工 試驗(yàn)等勘察方式進(jìn)行勘察的一些建筑物剛施工完就發(fā)生墻體裂縫，究其原因它并不是由于施工期間土中水分發(fā)生改變引起的脹縮性裂縫，而是由于地基土本身存在 助軟硬不均而勘察中沒有反映出來所產(chǎn)生的一種不均勻沉降裂縫。而土質(zhì)的 這種不均勻性用常規(guī)的勘察方式難以查明，這是由于膨脹土的黏土顆粒親水性 強(qiáng)，干時(shí)強(qiáng) 度很高，吸水后土質(zhì)很快變軟，同時(shí)它又是不透水層，與水接觸部 分土質(zhì)在短距離內(nèi)軟硬差異非常懸殊。 勘察時(shí)常因勘探點(diǎn)間距較大，以及鉆探取 樣和進(jìn)行間斷性原位測試的勘察方式容易漏掉地基內(nèi)的一些軟弱區(qū)域，在地勘 報(bào)告中看到的均勻單一的土層剖面、 常與實(shí)際情況相差

10、甚遠(yuǎn)。其實(shí)只要對地基土 進(jìn)行全面靜力舶探測試， 間距小一些，就不會發(fā)生這類勘察失誤。3 土質(zhì)地基勘察要提倡以觸探測試為基礎(chǔ)的勘察方式廣義的觸探法包括靜力觸探、圓錐動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)及瑞典重力 觸探等，目前國內(nèi)常用的為前三種，均可用來探測地層，測定土的參數(shù)，既是一 種勘 探手段，又是一種原位測試手段。從測試的連續(xù)性上看，靜力觸探和圓錐 動力觸探可以從上到下獲得連續(xù)的貫入阻力曲線， 而標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)不能進(jìn)行連續(xù) 測試，它和 取樣、十字板、旁壓、螺旋板等試驗(yàn)一樣屬于間斷性測試。對于間 斷性測試，除非作得很密，一般不宜用來作為分層的基礎(chǔ)資料， 因此上述觸探測 試是指能進(jìn)行連續(xù)測試的靜力觸探和圓錐動力

11、觸探測試。靜力觸探和圓錐動力觸探均能獲得整個(gè)孔的力學(xué)剖面，正好彌補(bǔ)了鉆探 取樣和間斷進(jìn)行原位試驗(yàn)的不足。雖然影響靜力觸探探頭阻力或動力觸探錘擊數(shù) 的因素很多，既有與土有關(guān)的因素，如土的類型、成分、密度、濕度、應(yīng)力歷 史、結(jié)構(gòu)性等，也有與土無關(guān)的因素，如探頭形狀、尺寸和貫入速率等。在對探 頭規(guī)格和貫 入速率等作了相應(yīng)規(guī)定后，它主要反映了與土有關(guān)因素的影響。因 此，觸探時(shí)的貫人阻力數(shù)據(jù)是一個(gè)反映土內(nèi)多種因素影響的綜合性力學(xué)指標(biāo)，由于這些因素也同時(shí) 影響著地基土的強(qiáng)度和變形性質(zhì)，出此從工程應(yīng)用的觀點(diǎn)來看，它比室內(nèi)某些單一物性指標(biāo)如液性指數(shù)、孔隙比、含水量等更能綜合反映土的工程性質(zhì)，特別是結(jié)構(gòu) 性的影

12、響。在前蘇聯(lián)的建筑工程勘察規(guī)范中，有一個(gè) 強(qiáng)制性的附錄，規(guī)定用靜力觸探的探頭阻力查表確定砂土的密度、變形模量、內(nèi)摩擦角、粉質(zhì)土和黏性土的液性 指數(shù)、黏土和粉質(zhì)黏土的變形模量、黏聚力和 內(nèi)摩擦角。用動力觸探查表確定砂土的密度、變形模量和內(nèi)摩擦角。因此靜力觸探和圓錐動力觸探測試數(shù)據(jù)能夠較好地 反映土的工程性質(zhì)，適宜用來作為工程 性質(zhì)分層的基礎(chǔ)資料。從測試結(jié)果的可靠性上看，圓錐動力觸探由于受孔的垂直度、探桿彎曲 及其彈性變形、接頭的松緊、錘與探桿的質(zhì)量比、特別是探桿與土層間摩擦力等 因素 影響，測試結(jié)果的可靠性較差，且不易控制。特別是當(dāng)上部地層為流塑-軟塑狀黏性土和松砂等土層孔壁不能直立時(shí)，由于探桿

13、上的摩擦力很大，下部地層的動力 觸探結(jié)果會嚴(yán)重失真。而靜力觸探測試中由于探頭位于探桿的底端， 探桿上的摩擦力不進(jìn)入探頭阻力內(nèi)，試驗(yàn)受人為因素影響小，試驗(yàn)結(jié)果可靠性高， 復(fù)現(xiàn)性好，對 地層的軟硬變化反映敏感，用于查明場地土性在垂直和水平方向 上的均勾性和變化規(guī)律，和查明古河道、古池塘、暗溝、暗濱及填土范圍等特別 有效：因此凡是能進(jìn) 行靜力觸探的土層和場地均應(yīng)采用靜力觸探，不采用圓錐 動力觸探，只有在不適合靜力觸探的地層中才采用圓錐動力觸探。因此觸探方法選用得合適與否，將直接影響到土質(zhì)地基的勘察質(zhì)量。鑒于傳統(tǒng)勘察方式存在的問題，筆者認(rèn)為土質(zhì)地基勘察應(yīng)采用以觸探測試為基礎(chǔ)的勘察方式。 按巖土工程勘察

14、規(guī)范規(guī)定的勘探點(diǎn) 間距要求，在每個(gè)點(diǎn)位處均應(yīng)進(jìn)行觸探測試， 并根據(jù)貫入曲線上探頭阻力的量值大小和線形特征進(jìn)行力學(xué)分層（分層時(shí)應(yīng)注意 軟硬層界面處探頭阻力的超前和滯后現(xiàn) 象），將各孔間的同一層界面線連起來形 成力學(xué)分層剖面。在此基礎(chǔ)上選擇有代表性的觸探曲線孔位、觸探曲線有異常的 孔位以及對工程有重要意義位置處的孔位，在其近旁進(jìn)行鉆探。鉆探時(shí)應(yīng)根據(jù)觸探曲線選定有代表性的層位深度進(jìn)行取樣、室內(nèi)試驗(yàn)和其他原位試驗(yàn)，以查明每一力學(xué)層土的類型，取得有代表性的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、地下水位等資料，從而形成完整的工程地質(zhì)剖面圖。 這樣建立的剖面圖，既有對每層土性的定量測定，又有對土質(zhì)分類的鑒別和試驗(yàn)，是比較合理和

15、完善的。由于剖面圖上每個(gè)孔位處均附有觸探測試曲線，分層是否正確易于進(jìn)行檢查。無論是勘察人員還是 設(shè)計(jì)人員，對不同土層在空間的分布、軟硬變化情況、均勻程度等均可一目了然。在觸探測試孔位處，哪怕只有 10 cm厚的軟弱土層也不會遺漏掉；由于觸 探測試特別是靜力觸探，具有設(shè)備簡單、操作方便、快速、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，可以適當(dāng)多布置一些觸探孔間距小一些， 這樣可以使工程地質(zhì)剖面作得更精確， 對 場地的不均勻性查得更清楚，地基內(nèi)對工程不利的埋藏物的漏勘幾率就更低，從而提高了地基勘察的質(zhì)量，也就提高丁地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的可靠度。4 取樣及間斷性原位測試位置的選擇在地基變形計(jì)算中，除了要有準(zhǔn)確的工程地質(zhì)分層剖面外， 對每

16、層土的 計(jì)算參數(shù)是否合理和具有代表性也是十分重要的。巖土工程勘察規(guī)范對詳勘階段 中采取土試樣和進(jìn)行原位測試的勘探點(diǎn)數(shù)量，以及每一主要土層原狀土試樣或 原位測試數(shù)據(jù)的數(shù)量均作了最低限度的強(qiáng)制性規(guī)定。由于規(guī)范規(guī)定的數(shù)量不可能 很多因此 取樣和原位測試位置的選擇就顯得尤為重要。在以鉆探為主的傳統(tǒng) 勘察方式中，往往在鉆孔內(nèi)按一定間距取樣或進(jìn)行原位測試.因此帶有很大的盲目性，如取樣位置恰好處在較硬的薄夾層內(nèi)，則測試結(jié)果偏高，反之則偏小， 缺乏代表性。由于土層在其形成過程中， 受成土條件變化的影響，以及土層在形 成后又受后期自然環(huán)境及 人為因素的影響，同一土層總不是很均勻的，土性有 一定變化是難免的，但當(dāng)

17、土性差異較大，且厚度超過 0. 5m時(shí)應(yīng)單獨(dú)分層。只有 分層準(zhǔn)確了，才能分層測定和 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。如果軟硬混層，統(tǒng)計(jì)出的試驗(yàn)結(jié) 果就不會具有代表性，而且還會誤導(dǎo)設(shè)計(jì)。在以觸探測試為基礎(chǔ)的勘察方式中， 可以通過對觸探測試曲線進(jìn)行仔細(xì)分 析，結(jié)合工程特點(diǎn)和要求，選擇在有代表 性的位置及有重要意義的位置取樣或作原位測試， 這樣得到的試驗(yàn)結(jié)果才真正具 有代表性，特別當(dāng)土層很不均勻及取土數(shù)量 有限時(shí)更是必要。正如勘察規(guī)范在原位測試條文說明中所指出的那樣：“一般應(yīng)以原位測試為基礎(chǔ)，在選定的代表性地點(diǎn)或有重要意義的地點(diǎn)采取少量試樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，這樣的安排有助于縮短勘察周期，提 高勘察質(zhì)量”。在十字板試驗(yàn)的

18、條文說明中：“當(dāng)土層隨深度的變化復(fù)雜時(shí)，可 根據(jù)靜力觸探成果和工程實(shí)際需要，選擇有代表性點(diǎn)布置試驗(yàn)點(diǎn)”。規(guī)范條 文說明中的這些論述都是非常精辟的，筆者所提倡的以觸探測試為基礎(chǔ)的勘察方 式也正是建立在這些思想基礎(chǔ)上。5 國外資料在前蘇聯(lián)的建筑工程勘察規(guī)范中，除了上述規(guī)定用觸探資料確定土性指標(biāo)的強(qiáng)制性附錄外，還將觸探點(diǎn)（包括靜力觸探和動力觸探）和勘探點(diǎn)（包括鉆孔、 探并、探坑）區(qū)別開，因而不是籠統(tǒng)地都稱為勘探點(diǎn)。顯然這種將觸探點(diǎn)和勘探 點(diǎn)區(qū)分開的做法是有重要意義的，因?yàn)樵谟|探點(diǎn)處雖可以獲得定量的從上到下連 續(xù)的 力學(xué)剖面，但不知道其土質(zhì)剖面組成，而在勘探點(diǎn)上除了取樣試驗(yàn)外一般 只能獲得定性的土質(zhì)鑒定剖面，卻無法對地層進(jìn)行精確的力學(xué)性質(zhì)分層，因此只有兩者間的合理組合， 亦即采用適當(dāng)?shù)目辈旆绞剑庞锌赡苷?確反映場地的工程地質(zhì)條件.查明不良地質(zhì)作用，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依 據(jù)。同時(shí)，將觸探點(diǎn)與勘探點(diǎn)分別規(guī)定，