复杂地质条件下岩土工程勘察设计方案

王娟 吴业聃 谭希鹏

摘要：本文首先介绍了复杂地质条件下开展岩土工程勘察设计的重要价值，随后列举了现阶段适用于复杂地质环境的一些常用勘察技术，包括岩层钻探技术、原位测试实验、室内试验分析等。最后总结了编制岩土工程勘察设计方案的要点，例如确定岩土工程勘察点的间距、深度等，并在此基础上采用对比实验的方式，将基于复杂地质条件的岩土工程勘察设计方案与传统的勘察设计方案进行对比。实验结果表明，本文提出的岩土工程勘察设计方案，在勘测精度上明显提升，满足了勘察设计需要，为岩土工程建设提供了有利条件。

关键词：岩土工程勘察  地质测绘  原位测试实验  勘察精度

Geotechnical Investigation and Design Scheme Under Complex Geological Conditions

WANG Juan    WU Yedan   TAN Xipeng

（Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province，266550  China）

Abstract： This paper first introduces the important value of geotechnical engineering survey and design under complex geological conditions， and then lists some common survey technologies suitable for complex geological environment at this stage， including rock stratum drilling technology， in-situ test experiment， indoor test analysis and so on. Finally， the key points of compiling geotechnical investigation and design scheme are summarized， such as determining the spacing and depth of geotechnical investigation points. On this basis， the geotechnical investigation and design scheme based on complex geological conditions is compared with the traditional investigation and design scheme by means of comparative experiment. The experimental results show that the geotechnical engineering survey and design scheme proposed in this paper significantly improves the survey accuracy， meets the needs of survey and design， and provides favorable conditions for geotechnical engineering construction.

Key Words： Geotechnical investigation; Geological mapping; In situ test experiment; Survey accuracy

地質勘察作为岩土工程建设前期的一个基础环节，旨在获取工程施工范围及周边的地质、水文等信息，在此基础上开展工程设计，为后续的工程基础施工提供有价值的参考。在复杂地质条件下，为了保证勘察工作顺利开展，以及获得全面、精确的地质数据，必须要编制岩土工程勘察设计方案。调查发现，现阶段许多施工单位将主要精力放在工程设计与施工方面，而对于前期的地质勘察作业没有给予高度重视。在这一背景下探究适用于复杂地质环境的岩土工程勘察设计技巧，无论是在提高勘察效率，还是增强勘察数据精度方面均有积极帮助。

1 复杂地质条件下开展岩土工程勘察设计的价值分析

在岩土工程勘察中，根据地质条件的复杂程度将其分为三级。其中，Ⅲ级地质的岩体类型、结构相对单一，一般不会出现显著的性质变化，工程建设中处理起来比较容易;Ⅱ级地质虽然岩土种类有所增加，也存在性质变化，但是通常不存在强烈的地质灾害，对工程建设的影响不明显;I级地质具有岩土类别多样、复杂，地形地貌多变，地质灾害发育等特点。在这种复杂地质条件下进行工程建设，必须要做好前期的岩土工程勘察，掌握工程范围内的地质、水文等相关信息。并根据勘测所得资料，进行科学的施工设计，这样才能保证工程施工的顺利进行，以及切实提高工程建设质量[1]。另外，复杂地质条件下进行岩土工程施工时，还有可能因为土体扰动而发生滑坡等地质灾害。通过岩土工程勘察和科学设计，也能够最大程度上避免表面岩土工程后续施工中发生安全事故，从而保障现场作业人员的安全。

2 复杂地质条件下岩土工程勘察技术

2.1岩层钻探技术

岩层钻探是利用台式钻探机，在提前标记好的点位上，用钻头自上而下地钻探深孔，达到指定深度后，在使用抓取装置获取岩土芯样。然后在实验室中分析岩土样品的成分、性质，进而了解岩土结构、水文特点的一种技术[2]。在使用岩层钻探技术时，需要注意以下几点：第一，选择合适的钻具。如果存在较为坚硬的岩石，应选择硬度较大的合金钻头，一方面能够提高钻进速度，另一方面也能够减轻钻具磨损，对防止钻头卡主、钻杆断裂等问题也有一定帮助。第二，在钻探深度超过10m，并且岩层硬度较大时，应向钻孔内注入泥浆，既可以起到保护孔壁，防止钻孔坍塌、埋管的效果，同时也能发挥冷却钻头的作用，延长钻具的使用寿命。第三，复杂地质条件下应用岩层钻探技术，应密切关注钻探机的进给速度、进给压力等示数，在遇到坚硬孤石或者钻入地下溶洞时，会出现示数突变的现象。施工人员要灵活调节设备参数，保证钻探作业的顺利完成。

2.2原位测试实验

原位测试是不改变岩土层的结构和位置，然后对其应力条件、物理成分、工程力学指标等进行测定的一种方法。根据测定方式的不同，又能够细分成静力触探试验、十字板剪切试验、标准贯入试验等若干类型。以静力初探试验为例，其操作方法为：选择一个带有探头的圆锥体，以静压力将其匀速压入待测土层中[3]。利用探头反馈的数据，可以测得贯入阻力，根据阻力的大小确定岩土工程性质。相比于室内土工试验分析等岩土工程勘察方法，静力触探试验的优势在于操作方便，并且环境适应能力强，适合在野外复杂地质条件下进行勘察作业。但是该技术在野外勘察作业也是有一定的缺陷，例如获取的信息有限，只能用于划分土层、确定岩土工程性质，而无法对岩土的理化性质、水文特点等进行更进一步的分析。

2.3室内试验分析

室内土工试验可用于测定岩土的物理、化学、力学等性质，为岩土工程的设计与施工提供必要的参考。在一些设备比较完善的实验室，可提供开展的土工试验项目较多，例如土的粒径分析试验、含水率试验、相对密度实验、击实试验、固结试验等等。以粒径分析试验为例，从岩土工程施工范围内，随机获取若干土样，并使用实验室的烘干机将其完全烘干，之后将土样研磨、碾散，成为均匀颗粒状。使用细目晒过筛后称重，确定各个粒径范围内土粒重的百分数。根据统计结果，绘制土样的粒径分布曲线，方便工程人员了解岩土的组成与性质。相比于原位测试实验，由于室内土工试验需要从复杂地质条件下采集土样，然后在实验室内分析，因此必须要科学采样，保证样品具有代表性，提高试验结果的参考价值[4]。

3 复杂地质条件下岩土工程勘察设计方案

3.1确定岩土工程勘察点的间距

相比于普通地质条件，在复杂地质环境下开展岩土工程勘察，要想获得更加全面、准确的信息，必然要增加勘察点的数量，提高勘察点的密度。因此，在编制勘察设计方案时，应合理确定该范围内勘察点的间隔距离。在布设勘察点时，应以土工建筑物周边线或角点作为参考物。考虑到复杂地质条件有可能对土工建筑的受力层产生影响。因此在地势起伏明显的区域内，应在原来设计好的2个勘察点之间，再增加一个勘察点，并且尽量使其位于勘察范围内的最高或最低点上，从而更加全面地获取地质信息的变化情况。另外，土工建筑的施工要求、质量标准等，也会对勘察点间距设计有影响。例如高层建筑中，对基础稳定性有严格要求，这种情况下也需要临时增加勘察点数量。通常认为复杂地质条件下勘察点的间隔距离在20-25m比较合适。

3.2修正岩土工程勘测点的深度

勘测点的深度是岩土工程勘察设计中必须要重视的另一个关键点。在布置多个勘测点时，应尽量使其分布在不同的深度，这样才能充分了解各个土层的岩土性质、水文特点，让岩土工程勘察数据更加丰富和详尽。在复杂地质下开展岩土工程勘察，钻孔的深度通常要比常规地质条件下的钻孔深度更大。为了保证钻探顺利，要结合地质条件选择相应的钻孔设备。需要注意的是对于复杂地质或高大建筑物，在设计勘测点深度时，还必须考虑因为地基沉降、变形带来的影响。要求勘测點的深度必须大于地基变形计算深度[5]。

3.3完成岩土工程勘察方案的编制

在确定勘测点间隔距离和设计深度等基本信息的前提下，编制岩土工程勘察设计方案。该方案中应包含以下内容：第一，适合复杂地质条件下的勘察技术。如上文介绍，目前野外岩土工程勘察所用的技术手段有多种，既有比较常规的岩层钻探技术、地质测绘技术，也有近几年兴起的基于高端仪器、大数据技术的地质勘测和数据分析系统。在编制勘察设计方案时，要明确说明岩土工程勘察作业中使用哪一种技术，并且对技术的操作流程、执行标准等做明确说明，保证勘察作业的顺利开展。第二，要明确精度要求，并根据该要求对勘察所得数据进行筛选、处理，保证最终所得勘察结果的可信度[6]。

4 岩土工程勘察设计方案的仿真实验

4.1实验内容

为了验证上文所述岩土工程勘察设计方案的实用性，设计仿真实验，将传统勘察设计方案作为对照组，将本文基于复杂地质条件下设计的勘察方案作为实验组，实验次数为7次，对比两组的勘测精度。

4.2实验结果

在仿真实验中，分别记录7次实验中的勘测数据，并绘制以勘察精度为y轴、以实验次数为x轴的二维坐标图，如图1所示。

结合上图可以发现，本文基于复杂地质条件设计的岩土工程勘察方案，整体上勘察精度要高于传统的岩土工程勘察方案，并且第6次勘察时，精度最高，达到了1.1cm。

5结语

岩土工程建设中不可避免会遇到一些特殊、复杂地质。通过提前开展地质勘察，获取工程范围内的地质、水文信息，从而为工程建设提供必要的参考。复杂地质环境下的岩土工程勘察，要想提高勘测效率、保证勘察精度，发挥勘察设计的价值，一方面是要科学选择勘察方法，例如原位测试实验、岩层钻探技术等;另一方面还要结合以往的工作经验，重点从岩土工程勘察点的间距、深度，以及勘察设计方案的编制等细节上，采取严格的质量控制措施。通过切实提高该设计方案的参考价值，为后续的岩土工程施工提供必要的帮助。

参考文献

[1]范寒光.超高层建筑在复杂地质条件下的岩土工程勘察分析与基础方案建议[J].工程建设与设计，2019（3）：77-79.

[2]肖乾. 岩土工程勘察质量控制与评价方法研究[D].合肥：安徽建筑大学，2020.

[3]王立，张景蕾.岩土工程勘察内外业一体化作业系统设计与实现[J].智能城市，2020，6（7）：60-61.

[4]王慧聪. 城市地下综合管廊工程勘察技术与支护设计方法[D].秦皇岛：燕山大学，2019.

[5]廖亚楠.复杂地质条件下岩土工程勘察设计与施工的质量控制因素分析[J].世界有色金属，2020（11）：159-160.

[6]王伟.复杂地质条件下岩土工程勘察的应用与实践[J].世界有色金属，2018（2）：273-274.

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