浅谈双碳目标下的岩土工程勘察

文／吴发荣 中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052

引言：

在世界各国以全球协约的方式减排温室气体这一背景下，我国提出了“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标：即二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。为契合国家“双碳”战略倡导绿色、环保、低碳的生活方式，各行各业低碳绿色发展是必然选择之一。岩土工程作为土木工程的一个重要分支也必然要落实国家战略目标而努力，结合工程实例来探讨双碳目标下的岩土工程勘察。

1、工程实例

1.1 工程简介

某指挥中心项目位于浙江省杭州市上城区钱江新城，邻近新塘河，为钱江新城重要性建筑物之一。

拟建的某指挥中心项目，位于已建的杭州消防大楼的西南方向，场地东南面为鲲鹏路，西南面临近望江东路，西北角为预留二期场地及新塘河。本项目主要由1幢11 层（局部10 层）的主楼及2 层地下车库等组成。开挖深度为黄海高程-1.95m，用地面积8640m，总建筑面积19556m，其中地上9964 m，地下建筑面积9592m。拟采用钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构，建筑物抗震设防类别乙类，地基基础设计等级为乙级。基础形式：主楼，钻孔灌注桩；地下室：钻孔灌注桩抗浮。柱下最大竖向荷载标准值约为13000kN/柱。

1.2 勘察目的及要求

本次勘察属详细勘察阶段，主要勘察目的是查明拟建场地工程地质条件和水文地质条件：即查明拟建场地的土层分布规律以及各土层的岩性特征，按不同建（构）筑物提出岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，按规范要求作土层的物理力学常规分析与评价，并对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案做出论证和建议；同时还需查明本场区地下水埋藏条件、水位变化幅度与规律、评价土壤和水对建筑材料（钢筋、混凝土、钢结构）的腐蚀性等。判定地基土和地下水对工程的影响，提供设计用的抗浮水位。并做出工程地质和水文地质评价。

1.3 勘察手段及方法

主要手段包括：工程地质调查、钻探、标准贯入试验(SPT)、重型动力触探试验(DPT)、单孔剪切波速试验以及现场抽水试验和室内岩土分析试验等。

本次勘察采用的钻探方法是因地制宜而确定的，采用岩芯管钻进。对圆砾层还采用双管单动岩芯管钻进，保证较高的采取率满足相关规范要求。

现场原位测试：标准贯入试验（SPT）、重型动力触探试验(DPT)落锤质量均为63.5kg，落距76cm，采用落锤自动脱钩装置进行试验。

本次波速测试采用武汉岩海工程技术有限公司研制的RS-1616K（P）型基桩动测仪及CDJ-JG38 高灵敏度井中三分量检波器，激振设备为震源板及重锤。单孔波速测试是利用敲击木板产生的剪切波向下传播，测得相关参数，从而求取相应土层的传播速度V。

为取得地基土层的渗透系数，考虑施工可能采用的降水方式，现场进行了潜水完整井稳定流抽水试验。

1.4 场地岩土工程条件和水文地质条件

根据野外钻孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及结合原位测试和室内土工试验成果综合分析，本次勘探深度范围内上部为填土、第四系冲海积、海相及河流相沉积物，根据岩土的成因、地层结构和物理力学性质，可将本次勘察深度内地层划分为3 个工程地质组，细化为6 大层8 亚层，各土层的空间展布和成层情况详见各工程地质剖面图。

现自上而下分层描述如下：

第四系全新统（Q）

①-1 杂填土：杂色；松散，干燥～稍湿；主要由混凝土碎块、碎石、碎砖块和粉土等组成，混凝土块个别粒径较大，大于60cm。全场分布，层厚3.30～3.80m。层底标高4.39～3.65m。

第四系上更新统（Q）

第四系中更新统（Q）

通过对整个场地地层分布的深入分析，可以发现有以下规律：

竖直方向上：地基土工程性质差异较大，浅部杂填土层①-1，粉土、砂土层②-1～②-3 层性质较差；⑤层土呈流塑状态，是本场地最为软弱的土层，压缩性高，承载力低；其下的⑥层粉质粘土，强度尚可，工程性质一般。下部的⑦层砾砂和⑧层圆砾强度较高,工程性质较好，是非常理想的持力层。

水平方向上：浅部粉土、砂土层②-1～②-3 厚度变化不大；⑦层砾砂、⑧泥圆砾有一定起伏较大，⑦砾砂层向西北方向厚度逐渐减小，直至尖灭；其余各层分布基本稳定。代表性工程地质剖面参见图1。

图1 代表性工程地质剖面

场地水文地质条件：

（1）第四系松散岩、土孔隙潜水：主要分布在浅部①层填土及②大层中，分布广泛。场地范围内地下水位主要受场地西北侧新塘河水水位变化控制。本次勘察期间（2011年8月），实测场地地下水稳定水位埋深介于3.20～3.70m，相应标高3.77～4.46m；动态变化不大，根据杭州区域水文资料地下水位年变化幅度约为2.0m，单井出水量小于50m/d。据七堡水文站和闸口水文站资料，邻近工程场区的钱塘江历年最高潮水位高程可取8.05m（1997年8月19日）。场地距离钱塘江较近，综合考虑现场条件及周边资料，场地地下水位可按常年高水位取值，建议设计抗浮水位按室外地面标高考虑。

（2）孔隙承压水：赋存于深部⑦砾砂层和⑧圆砾层中，分布广泛，含水量丰富，渗透性较好。⑦层以上覆盖⑤层、⑥层两层粘性土层，形成了本场地内的相对隔水的顶板。承压水受气候影响不明显，上游侧向潜水补给来源为主，径流缓慢，以人开采为主要排泄途径。根据已收集的钱江新城区域承压水水头85 国家高程约-4.00～-6.06m，同时根据本场区临近已有大量实测承压水高程资料及场地周边已收集资料显示，建议本场区承压水水头按85 国家高程-4.00m 考虑。

1.5 地基基础方案分析与评价

1.5.1 推荐合理的持力层

根据建筑荷载情况，各地基土工程特性，现将各岩土层作简要分析如下：

①-1 层杂填土，松散，成分杂乱，工程性质较差，未经处理不宜利用；

②-1～②-3 层，松散～中密，工程性质一般，不能作为桩基的持力层；

⑤层淤泥质粉质粘土，含水量大，流塑，工程力学性质差，不宜作为桩基础的持力层；

⑥层粉质粘土、硬可塑，工程性质尚可，但拟建建筑物荷载大，因此不宜作为桩基础的持力层；

⑦层砾砂，中密为主，厚度较薄，因此不适宜作为本工程主楼的桩基础的持力层；

⑧层圆砾，中密～密实，厚度较大,全场分布稳定，根据区域资料和邻近场地地质资料，其下无软弱夹层，下伏强～中风化基岩，该层的工程性能较好，是高层建筑最为理想的桩基持力层。

综合上述根据土的物理力学指标、原位测试结果、土层的分布规律，结合拟建建筑物性质综合分析，在勘探范围内⑧层圆砾层最适合作为本工程的桩基持力层。建议针对建筑物上部荷载的情况及不同桩基尺寸类型的单桩竖向抗压承载力情况，进行详细的技术、经济分析与论证，并确定了⑧层圆砾层作为桩端持力层。

1.5.2 合理桩型选择

由于建筑物上部荷载较大，采用预应力管桩方案一般不能满足承载力要求，且由于挤土现象明显，沉桩及地下室开挖时，因桩基施工时挤土应力集中，预应力管桩可能产生斜桩、沉桩困难等问题；可能存在截桩或接桩的情况且施工难度巨大；因此，建议采用钻孔灌注桩方案。

钻孔灌注桩方案：对周围环境影响小，拟建建筑物对单桩承载力要求较高，本区域和周边地区，挤土桩或部分挤土桩，其成桩设备的工艺条件很难满足以上要求，故应采用钻孔灌注桩。其优点是适用广，穿越地层能力强，可相对选大桩径，进入持力层深度不受限制，形成的单桩承载力值相对较大，施工噪音低，不挤土，施工工艺成熟等特点。

2、工程总结与启示

2.1 利用综合手段查明复杂条件下工程地质条件

本工程勘察采用的钻探方法是因地制宜而确定的，采用全孔取芯钻探。对圆砾层还采用双管单动岩芯管钻进，保证较高的采取率满足相关规范要求。

现场原位测试进行了标准贯入试验（SPT）、重型动力触探试验(DPT)、单孔波速试验以及现场抽水试验。

为查明各层土的物理力学性质，对土性参数采集采用多种手段测试方法进行综合测定；对同一点在不同时间进行测试对比分析；实现对各岩土层参数变化的多维度跟踪。报告书提供了设计所需的各类参数，内容丰富实用。

2.2 重点查明有关工程地质及水文地质条件

（1）查明拟建场地的土层分布规律以及各土层的岩性特征，按不同建（构）筑物提出岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数，按规范要求作土层的物理力学常规分析与评价，并对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案做出论证和建议；同时还需查明各建筑地段地下水埋藏条件、水位变化幅度与规律、评价土壤和水对建筑材料（钢筋、混凝土、钢结构）的腐蚀性等。判定地基土和地下水对工程的影响，对场地内分布的地下水进行详细论证，结合场地地理位置分布特征，提出合理的设计抗浮水位。并做出工程地质和水文地质评价，为拟建场地的地基基础设计及施工提供必需的工程地质依据。

（2）进行常规土工试验项目如：常规物理指标：天然重度、天然孔隙比、液限、塑性指数、液性指数等和正常使用极限状态计算需要的岩土指标（如压缩模量等），以统计成果的平均值作为设计参数，对于承载能力极限状态计算需要的岩土参数（如抗剪强度指标）应以标准值作为设计参数。颗分指标反映土体的物质颗粒级配组成，提供算术平均值。还为基坑围护设计专门进行了特殊性试验，试验项目合理丰富，具有针对性。

（3）本次详细勘察能够通过前期的预分析，精心分析有针对性的勘察，准确的查明了工程地质、水文地质条件，对持力层的选择，基础方案和基坑降水提出来合理的建议。如建议采用后压浆技术，通过桩端桩侧注浆压入水泥浆，以消除或局部消除其对持力层的影响，提高单桩竖向承载力，还可减小沉降，保证了工程质量和工期。

3、后压浆技术的实施与效果

本工程采用岩土减碳的创新型的岩土工程先进技术与方法，解决诸多的技术难题，确保工程质量，取得明显的技术效益、经济效益和社会效益。

根据本工程特点，由于⑧层圆砾部分地段含粘性土含量较高性质相对较差，会影响单桩竖向抗压承载力的发挥。因此，提出诸如后压浆技术等的岩土减碳新技术，建议采用钻孔灌注桩后压浆技术。该工艺通过桩端或桩端、桩侧复式注浆压入水泥浆，不但可以消除局部相对软弱层对持力层的不利影响和消除桩端沉渣，还可大幅度提高桩端阻力及侧摩阻力，提高单桩竖向承载力，减小建筑物沉降。

利用后压浆技术，高压注浆的浆液对桩侧和桩底圆砾层进行充填、渗透、挤密，使得结合部位强度大幅度提高，提高单桩承载力；能使桩侧土强度加强和桩底沉渣压密，使桩底压缩变形提前完成，沉降量减小。

针对本工程特征，进行综合科学分析，对系列岩土工程问题给予正确的分析和建议，特别是通过对持力层的选择、基础方案选择的论证。并针对本工程特征提出岩土减碳的创新型的岩土工程先进技术与方法，采用后压浆技术的施工工艺既确保了工程安全，又节约大量的资金，具有较大的经济效益。

项目已竣工并投入使用多年，运行情况良好。

结语：

在国家“双碳”大背景及岩土工程勘察“双碳” 背景下，从岩土工程勘察技术手段等方面，通过工程实例展开了讨论。即通过采用综合勘察手段，精心勘察，科学分析和合理建议，并提供准确的岩土设计参数，为施工图设计提供较准确的基础资料。特别是通过对持力层的选择、基础方案选择的论证，以及合理推荐诸如后压浆技术等的岩土减碳新技术。得到业主和设计的采纳，确保了工程安全，节约大量的资金，具有较大的经济、社会效益，使工程设计达到经济、安全的目的。也为类似地质区域勘察提供了很好的借鉴和示范。

从岩土工程的勘察方面入手，探讨低碳、绿色的技术手段和措施，低碳绿色实践。契合了国家“双碳”战略，展示了勘察行业新动态，丰富了勘察技术新认识，提高了岩土人的新境界，落实“双碳”理念岩土人在行动。