地质资料管理在地基基础设计中的应用

黄建城，徐 昆，王少宁，任治军，黄小玲

(中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

地质资料是岩土工程勘察成果的俗称，包含了建筑物及其周边一定范内场地地基土的分布规律和设计参数等内容，是地基基础设计的重要依据。采用PKPM结构分析软件的JCCAD模块进行地基沉降计算时，需要提供勘探点平面布置图、工程地质剖面图、地质柱状图、勘测报告，并手工输入建筑物场地各勘探点的平面坐标、土层标高和各个土层的岩土设计参数等信息。由于这种做法费时费力，设计人员通常仅输入几个典型的勘探孔数据进行地基基础计算，导致计算结果与实际不符。

随着岩土工程勘测系统(简称GESSED系统)的投入使用，岩土工程专业在工程项目的标准化、流程化、信息化、协同设计等方面的工作效率均得到了大幅提升。为了将GESSED系统的地质数据准确、有效地提供给结构专业，同时兼顾外单位提供的勘测报告及试桩资料的数据采集、管理和查询，并按PKPM结构分析软件的要求生成地基基础设计所需要的地质资料数据文件(*.dz，简称DZ文件)，笔者自主研发了地质资料管理系统GIMS。

本文从系统总体架构设计出发，阐述了地质资料管理系统的功能需求及其实现，以期为实现岩土工程专业与结构专业的数据交互与集成应用提供新的思路。

1 系统架构及数据可移植性

地质资料管理系统采用面向对象和模块化的设计方法，根据用户的功能需求采用不同模块，降低程序复杂度，便于系统设计和实现。本着“高内聚，低耦合”的原则，系统采用三层客户机/服务器(C/S)架构，由逻辑上相互独立的表示层(User Interface Layer)、业务逻辑层(Business Logic Layer)和数据访问层(Data Access Layer)组成，见图1。表示层通过用户界面显示信息，接受用户业务请求和返回数据结果；业务逻辑层是系统架构的核心，处理数据业务逻辑，调用数据访问层对数据库进行操作；数据访问层与数据库直接进行交互，完成数据的查找、增加、修改和删除等操作。

图1 三层C/S架构

本系统采用.NET框架中的NHibernate作为数据访问层的底层持久框架，实现面向对象框架到传统关系数据库的映射。通过NHibernate实现数据访问层对关系数据库进行映射，使关系数据库的变化不会影响源代码，应用程序无须知道关系数据库的模式，甚至不必知道数据库中所存储的对象，从而实现了数据访问的重用性、灵活性和可移植性。

2 系统功能需求

将GESSED系统输出的XML地质数据文件按工程项目导入地质资料数据库，或将非XML格式的地质数据文件通过窗体界面按工程项目交互录入地质资料数据库，采用数据库对地质数据进行分阶段(初勘、试桩、详勘阶段)、分区域(如主厂房区域、输煤系统区域、化学水区域等)存储管理，能按权限编辑/查询勘探点地质数据，能自动生成该区域的勘探孔平面布置图、地质剖面图、岩土设计参数取用表，能自动生成采用JCCAD进行地基基础设计所需要的DZ文件。

3 系统功能实现

地质资料管理系统以64位Windows 7专业版为操作平台，基于.NET Framework 4.5采用C#语言在Visual Studio 2010平台上开发，后台数据库管理系统采用SQL Server 2008。该系统的主要功能模块包括后台管理、工程管理、地质数据采集、内业整理、成果管理等。

3.1 后台管理

系统提供了岗位管理、职员管理、用户管理、功能点管理、角色管理、岩土管理、密码修改等后台管理功能。其中，岗位管理是指与卷册设计签署权相关的设计人、校核人、主设人、专业审核人等成员管理，这些信息可通过对接我公司的生产管理信息系统EMIS获取，也可通过本系统交互输入、修改；角色管理是指专业数据管理员、工程数据管理员、普通用户等成员管理与功能授权；岩土管理是指维护勘探点岩土名称与JCCAD岩土编码的映射关系，若勘探点岩土名称没有对应的JCCAD编码时，可由系统管理员在此指定相应的岩土编码。

默认情况下，专业数据管理员负责工程新建/修改/关闭/启用/删除、工程数据管理员指定，以及后台管理；工程数据管理员负责工程卷册执行人指定、XML地质数据文件导入、岩土提资文件挂接(用于保存岩土专业提资文件)、岩土参数查询/交互录入、勘探孔管理、岩土设计参数表管理、卷册岩土设计参数表指定；普通用户负责工程地质剖面管理、CAD自动绘图(包括勘探点平面布置图、工程地质剖面图)、DZ文件管理。

3.2 工程管理

工程管理模块以工程项目为核心，实现了工程新建/修改/关闭/启用/删除、工程组成员(包括工程数据管理员、工程卷册执行人)指定、XML地质数据文件导入，以及岩土提资文件挂接等功能。其中，XML地质数据文件可由GESSED系统自动生成，内容包括工程编号和工程名称、勘探点编号和平面坐标、土层序号和名称、土层标高、岩土设计参数等。

3.3 地质数据采集

3.3.1 地质数据

在地质数据子模块中，若已导入岩土专业提供的XML地质数据文件，则可以直接查看岩土设计参数。这些参数包括含水率、重力密度、孔隙比、液限、塑性指标、液性指标、渗透系数、压缩系数、压缩模量、黏聚力、内摩擦角、单轴抗压强度、标贯击数、地基承载力特征值、桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值等。对于外单位提供的非XML格式的地质数据文件或勘测报告，可以通过窗体界面按工程项目交互录入岩土设计参数，也可以在Excel中将数据整理好直接复制粘贴到窗体界面，表格列头可以自定义配置。

3.3.2 勘探孔管理

在勘探孔管理子模块中，可以根据需要选择按勘测区段查看或查看全部的勘探孔平面布置，以及定位查看任意的钻孔柱状图，见图2；也可以在勘探孔录入界面中新增、修改、删除XML地质数据文件导入的勘探孔基本信息，包括勘探孔号、勘探孔类型、坐标、孔口高程、勘探孔深、设计水位、勘探孔分层(层号、岩土名称、层顶深度、层底深度)。

图2 勘探孔平面布置与柱状图

3.4 内业整理

3.4.1 参数表管理

从XML地质数据文件导入的岩土设计参数值有可能不完整，工程数据管理员可在参数表管理子模块中根据DZ文件的数据需求补全缺失的岩土设计参数值；DZ文件所需要的建筑物±0.00对应的地质资料标高也在此设定；另外，还可根据场地平整情况插入或取消回填土层，并设定相应的岩土设计参数。编辑调整好土层分布和岩土设计参数后，可生成岩土设计参数取用表。

3.4.2 参数表指定

系统可按卷册所处的勘测区段分别指定相应的岩土设计参数取用表。

3.5 成果管理

3.5.1 地质剖面管理

在地质剖面管理子模块中，可以根据地基基础设计需要新增、修改、删除、自定义工程地质剖面，而不必拘泥于岩土专业提供的工程地质剖面。系统提供了三种勘探孔的配置方式，一是右击点选配置勘探孔；二是CAD选孔，即在AutoCAD中基于勘探点平面布置图进行点选或框选；三是从后侧列表点选勘探孔。

3.5.2 CAD自动成图

系统可以自动生成勘探点平面布置图和工程地质剖面图。勘测报告中最核心的“三图一表”都可以在系统中进行查询、展示和使用，设计人员可以不用再去翻阅纸质的勘测报告获取相关的岩土数据。

3.5.3 DZ文件管理

DZ文件管理界面。在该界面中，可以进行地平高程设置、设计参数指定和生成DZ文件。地基土层的压缩模量、黏聚力、内摩擦角等参数在岩土设计参数取用表中一般有多个参数值，例如压缩模量可能有ES1-2、ES1-3、ES4-6、ES6-8、ES8-10、ES10-12等，根据工程卷册的具体情况以下拉列表的方式选择指定地基土层对应的参数值。其中，地基土层的压缩模量是地基变形计算重要的参数，该参数值的选取与压力段范围有关，应取该层土在自重压力至自重压力与附加压力之和压力段对应的压缩模量。黏聚力、内摩擦角的选择，应根据场地土层的结构构造、分布、土体渗透性、场地地下水状况、基坑开挖方式等诸多因素综合考虑。完成了参数表指定、地平高程设置、设计参数指定后，只需要在CAD界面中选择与地基基础设计相关的勘探点，系统便可自动生成DZ文件。

4 工程实例

某2×400 MW燃机热电联产工程的汽机房、燃机房桩基整体沉降采用两种方式进行：一种假定地基土层均匀分布，在桩基周围布置数个典型勘探点进行沉降计算，见图3，这也是目前设计人员常用的计算方法；另一种是采用地质资料管理系统自动生成的DZ文件导入JCCAD生成的完整勘探点地质模型进行沉降计算，见图4。典型勘探点的沉降计算结果、完整勘探点的沉降计算结果见图5和图6。

图3 典型勘探点分布

图4 完整勘探点分布

图5 典型勘探点的沉降计算结果

图6 完整勘探点的沉降计算结果

从计算结果来看，两种计算方法生成的沉降云图差异较大，典型勘探点的计算结果显示沉降峰值发生在厂房的四个边角，但完整勘探点的计算结果显示沉降峰值发生在厂房中下部。可见，如果地基土层起伏较大或存在大量的透镜体夹层，采用典型勘探点进行沉降计算误差较大。

5 结论

本文从系统总体架构设计出发，阐述了地质资料管理系统的功能需求及其实现。通过桩基整体沉降计算的工程实例对系统自动生成的DZ文件进行了验证。通过研究，可以得出以下结论：

(1)系统采用.NET框架中的NHibernate作为数据访问层的底层持久框架，实现了面向对象框架到传统关系数据库的映射。

(2)系统实现了以工程项目为核心的地质数据采集、管理和查询，将传统的专业间的文档资料互提变为结构化数据集成交互。

(3)系统自动生成的地质资料数据文件可直接用于地基基础沉降计算，提高了地基基础设计的质量和效率。