复杂地质条件下工程桩基勘查技术研究

周培阳

为了进一步落实现代化工程项目的标准化建设工作，全面贯彻我国经济发展需求，应将工程地质勘查作为工程建设与项目开发前的重点工作。尤其针对一些地基基础类工程，此类项目通常具有施工条件简单、工程地质条件复杂的特点，对于此类工程，应当在项目实施前做好桩基的勘查工作。通过此项工作，可以实现对建设区域、开发项目所属场地适宜性与地质稳定性的评估；通过对工程桩基的勘查，可以进一步了解或掌握工程建设区域的地形、地貌、地势、地基土构成、地下水流向与流速等地质条件；为桩基的建设与设计工作提供地质变形参数、不同地质土层强度等数据作为支撑；可以根据勘查得到的结果，进行场地开发项目经济性的分析，并预测在此地质环境下进行工程作业，可能发生的岩土工程问题。尽管我国工程建设已重视到此项工作，但由于相关工作的实施缺少现代化辅助性技术与完善的作业流程作为支撑，导致勘查结果数据无法为工程提供更加优化的决策。造成我国现有的大量桩基工程在建设中或竣工投入使用后，出现构筑物沉降、结构体倾斜、工程墙体开裂渗水等安全风险事故，而造成上述问题的主要原因均为前期桩基勘查技术未有效落实所导致。总之，规范化落实此项工作对于工程后续作业的实施可以起到促进作用。因此，本文将以复杂地质条件作为研究背景，设计一种针对工程桩基的全新勘查技术，提高勘查结果的可靠性与时效性，为桩基工程的有序实施提供决策依据。

1 复杂地质条件下工程桩基勘查技术

1.1 设计复杂地质条件下工程桩基勘查点线距

为了提高对复杂地质条件下工程桩基勘查的深度，为桩基工程的实施提供更多的地质数据作为支撑，需要在开展技术设计前，进行工程桩基勘查点线距的设计。具体内容如表1 所示。

表1 设计复杂地质条件下工程桩基勘查点线距

按照上述表1 中内容，进行复杂地质条件下工程桩基勘查点线距的布置，在此过程中应注意的是，上文提出的点线距布置标准仅适用常规桩基工程勘查工作，不适用于地球物理勘查技术。同时，应在设计勘查点线距时，将控制性勘查点的数量控制在总勘查点数量的20.0%～35.0%之间。确保勘查区域内每个存在异常的地质单元，都应当至少存在2 个勘查点，对于地质结构极其复杂的区段，应结合勘查得到数据的连续性，进行勘查点与勘查线距的局部加密处理。

除上述提出的内容，在进行勘查点线距布置时，应注意下述三个方面的布置要点。其一，针对端部结构中的承重桩与嵌入岩桩，需要根据持力层顶部的坡度与坡度缓度设计勘查点线距，通常情况下，应将线距控制在12.0m ～24.0m 范围内，当两个在相同单元内的地质勘查点揭露出基坑层面坡度＞10.0%时，需要结合工程的实际条件，进行勘查点的加密处理。其二，针对工程桩基勘查中的摩擦桩体，应将点线距控制在20.0m ～30.0m范围内，但在勘查过程中，遇到土层性质突变的情况，或基坑土层在水平方向上存在较大的变化时，应明确此时地质层中可能存在影响工程桩基成桩的因素，需要在勘查过程中，根据实际工程的条件，进行勘查点的加密处理。其三，在复杂地质条件下，桩基单桩基础应当按照桩体结构列线布置的方式，进行勘查点设计，对应的每个桩体位置都应当设计一个勘查点。按照上述方式，完成对复杂地质条件下工程桩基勘查点线距的设计。

1.2 工程桩基勘测深度设计

完成上述设计与研究后，对工程桩基勘测深度进行设计，具体内容如表2 所示。

表2 工程桩基勘测深度设计原则

在工程桩基勘查中，应当结合工程实际情况与桩基类型，进行桩基勘测深度的规范化设计。

1.3 基于管波探测法的桩基勘查作业流程

完成复杂地质条件下工程桩基勘查点线距布置、勘查深度设计后，引进管波探测法，进行桩基勘查作业流程的设计。桩基勘查作业流程如图1 所示。

图1 基于管波探测法的桩基勘查作业流程

可将上述提出的管波探测法勘查作业流程划分为五个步骤，具体内容如下。

第一步：根据复杂地质条件下工程桩基勘查方案，参照文件标准与勘查设计施工的要求，进行勘查深度的设计，以此种方式，掌握基坑基岩段的有效勘查范围。第二步：对钻探的孔洞进行表层清理，通过此种方式，为管波探测法的勘查作业提供一个相对良好的测试条件。同时，应注意在进行特殊地质结构或复杂地质结构的钻探时，在下孔的孔壁内侧放置一个PVC管套，确保在勘查作业过程中，管波探测装置的安全性。第三步：根据设计钻孔的深度与地层复杂程度，采用一次勘查或分段多次勘查的方式，进行地质勘查工作，并在勘查作业过程中，获取时间剖面。第四步：对管波探测过程中获取的时间剖面进行解析，解析时参照物探解释法，进行钻孔作业过程中参数可行性的判断。例如，判断钻孔的深度能否满足桩基勘查作业需求等。第五步：当设计的钻进深度满足桩基勘查作业需求后，可以对设计的钻孔进行封孔处理。当设计的钻进深度不满足桩基勘查作业需求时，需要进行钻孔深度的调整，并持续跳转到第二个步骤，进行二次勘查，直到钻孔深度满足勘查作业要求。以此种方式，实现对桩基的勘查，完成复杂地质条件下工程桩基勘查技术的研究。

2 对比实验

上文从三个方面，完成了复杂地质条件下工程桩基勘查技术的理论研究，为了证明设计的勘查技术在实际应用中具有一定可行性，可以满足工程前期准备工作的相关需求。在对方法进行应用前，应进行此项技术的实例应用检验，并采用将其与传统勘查技术进行应用性能比对的方式，掌握此次设计成果在应用中的具体优势。

为了保证实验的真实性需求，在开展实验设计前，选择某地区城市轨道交通GH156-230 段作为勘查技术实践区域，此区段位于山区。在地区经济发展改革计划中，此区段属于工程重点研究区域。此次实验所研究的勘探区赋存于下雷向斜东段，属于一个晚泥盆世海相沉积地质层。目前，有关地质普查勘探单位已初步完成针对该地区初步的勘查工作，包括普查以上的地质调研工作。发现该地区内凡具有地质结构复杂或地球化学勘查异常的区域，几乎进行了揭露控制。但其中160 线～167 线北面还有2 平方公里左右没有开展进一步的桩基勘查工作，可通过对本文技术的集成，在该地区进行进一步的勘查工作。

在深入对所选勘查区域进行考察的过程中发现，场地中关键施工区域由自上而下的复杂土层构成，设计桩基数量为68.0根，桩基的桩径在0.8m ～1.5m 范围内。考虑到此区域地质条件复杂，因此对该区域进行工程实施前的桩基勘查工作是十分有必要的。经过早期有关单位在地区内开展的地表勘查工作可知，岩面-22.5m 位置存在地质异常。为了证明本文设计的勘查技术具有较强的实用性与勘查能力，选择已知地质异常区域作为试验区，使用管波探测法，按照标准化勘查作业流程，对该区域进行地质勘查，反馈结果如图2 所示。

图2 本文勘查技术试应用效果

从上述图2 所示的勘查结果中可以看出，本文设计的复杂地质条件下工程桩基勘查技术，可以精准识别到岩面-22.5m 位置存在地质异常，证明本文设计的方法在实际应用中具有一定可行性。

完成对本文勘查技术可行性校验后，在GH156-230 段随机选择6 个桩基勘查点，根据区域地质结构特性，布置工程桩基勘查点线距，设计工程桩基勘测深度。为了保证实验结果的可视化，需要将勘查的钻头与终端传感界面保持通信连接。以此种方式，实时记录工程桩基勘查钻进的深度，将深度数据作为评价本文勘查技术性能的指标。

选择基于“一桩多孔”的工程桩基勘查方法作为传统方法，根据勘查现场的作业条件与实际作业需求，进行勘查方案布置。其中“一桩多孔”桩基勘查方案中的布孔示意图如图3 所示。

图3 “一桩多孔”桩基勘查方案中布孔示意图

按照图3 所示的内容布置“一桩多孔”桩基勘查方案，完成勘查后，按照上文所述方式，实时记录工程桩基勘查钻进的深度。将本文技术记录的数据与传统技术记录的数据统计成表格，如表3 所示。

表3 工程桩基勘查技术勘查深度比对

根据上述表3 所示的实验结果可以看出，应用本文技术进行工程桩基勘查，对应的勘查深度＞50.0m；应用传统技术进行工程桩基勘查，对应的勘查深度在20.0m ～50.0m 之间，未有勘查点的勘查深度＞50.0m。由此可见，本文勘查技术可实现对桩基的深度勘查。综上所述，得出此次对比实验的最终结论：相比“一桩多孔”桩基勘查技术，本文设计的复杂地质条件下工程桩基勘查技术，可实现对深层地质异常的精准勘查，勘查深度可＞50.0m，可为后续桩基工程的实施提供进一步的数据指导、决策与支撑。

3 结语

本文从设计复杂地质条件下工程桩基勘查点线距、工程桩基勘测深度设计、基于管波探测法的桩基勘查作业流程三个方面，对工程桩基勘查技术展开了设计研究。完成研究后，设计对比实验，证明了本文设计的勘查技术，可实现对深层地质异常的精准勘查，有效勘查深度＞50.0m。因此，可在后续的相关工作中，结合工程需求，将本文方法代替传统方法在勘查领域内进行推广，以此种方式，为后续桩基工程的实施提供进一步的数据指导、决策与支撑。