提高巖土工程勘察質量的一點看法

1 前言

土質地基上大量地基事故調查表明，大多數是由地基變形，特別是不均勻變形引起的，因此地基基礎設計規范明確規定了地基基礎要按變形控制設計的原則。而按變形控制設計則必須進行地基變形計算，在按分層總和法計算地基變形時，地基土的分層剖面是否準確，以及每層土的計算指標是否合理，是關系到地基變形計算成敗的兩個關鍵問題。如果其中有一項不合實際，那么變形計算就形同數學游戲，不僅達不到按變形控制設計的目的，甚至還會出現嚴重的地基事故。而每層土計算參數的確定，無論是試驗還是統計，又都依賴于分層的準確性，沒有準確的分層，以層為母體的統計計算就失去了意義。同時，勘察中沒有將建筑物地基內存在的暗溝、軟弱區、填土等如實地在工程地質剖面中反映出來，常常是導致許多地基事故發生的重要原因。因此建立準確的工程地質分層剖面圖是勘察工作中最基本、也是最重要的一項工作，它直接影響到地基基礎設計的質量，必須引起足夠重視。

雖然目前國內各勘察單位所用的勘察方法與手段基本相同，有鉆探、觸探、室內試驗以及其他原位測試方法(如標貫、旁壓試驗、十字板試驗)等，但各種勘察測試手段之間的組合方式卻大不相同。有的全部采用鉆探和室內試驗；有的除了鉆探和室內試驗外，在部分鉆孔中增加—些原位測試孔，例如靜力或動力觸探測試，形成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剖面不是完全建立在對土性定量測定的基礎上，因此其可信度低，分層正確與否難以檢查，容易發生地基事故。巖土分層應該要以某種測試數據為依據，即應建立在能反映地基土的主要工程性質的測試資料基礎上，而不能再停留在僅靠少數試驗資料，大部分仍為定性判別的方式上。

根據以往土質地基勘察的實踐經驗，認為土質地基勘察應采用以觸探測試為基礎的勘察方式。在這種勘察方式中，在每個孔位處均應進行觸探測試．并在仔細分析觸探資料的基礎上再布置少量鉆孔、取樣、室內試驗和其他原位測試。因此形成的工程地質分層剖面既有對土性精確的力學分層，又有對土類的地質分層，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量多少的差異，而是反映了兩種不同的勘察理念。傳統勘察方式強調鉆探、室內試驗的作用，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輔助措施。而新的勘察方式則強調勘察工作應以觸探測試為基礎和有針對性地進行鉆探、室內試驗和其他原價測試，它同樣重視鉆探、室內試驗的作用，鉆探孔數可大大減少?？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量。建筑地基基礎設計規范在基本規定中規定了各類設計等級的地基評價均要提供觸探資料，這是十分必要的。

2 傳統勘察方式存在的問題

傳統勘察方式以鉆探為主．在鉆探過程中對土性進行描述，在某些深度處取樣進行室內試驗，再配以一定的原位測試。這種勘察方式雖在取樣區段和原位測試位置上可以獲得比較準確的土質分類和物理力學性質數據，但對于一個建筑場地的地基來說，這些取樣和原位測試區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驗參差不齊，對地基土性的認知不一，因而隨意性大．缺乏定量依據，且這種判別又多著重于土質學方面．而對土體的軟硬、松密程度僅憑個人感覺確定，差異很大。例如對同一個土樣，有可能一個人鑒別為硬塑，而另一個人則鑒別為軟塑。審校人員不在現場，怎么來檢查現場描述的正確性？加之在勘察工作中一般土工試驗在后，其判別指標不能直接用于現場分層，且數量又少，只能在整理資料時作為校驗用。在判定土層的均勻性時，僅依靠幾個土樣的變異系數，不能直觀地看出土層的軟硬、松密程度在空間的分布和變化情況。雖然有的也進行了觸探試驗，作為改善和提高勘察精度的輔助措施，但由于數量太少，所建立的場地工程地質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在于現場鑒別失誤而引起的。例如在某工程地基的勘察中僅采用鉆探和土工試驗，鉆探時現場記錄人員未將顏色、成分等與原土完全相同但結構已遭破壞的素填土與老土區別出來，土工試驗中個別試驗指標很低，統計中未引起重視，后用靜力觸探查明基礎的一半坐落在高壓縮性的素填土上而導致嚴重傾斜?？辈鞎r常因勘探點間距較大，以及鉆探取樣和進行間斷性原位測試的勘察方式容易漏掉地基內的一些軟弱區域，在地勘報告中看到的均勻單一的土層剖面、常與實際情況相差甚遠。其實只要對地基土進行全面靜力觸探測試，間距小一些，就不會發生這類勘察失誤。

3 土質地基勘察要提倡以觸探測試為基礎的勘察方式

目前國內常用的觸探法包括靜力觸探、圓錐動力觸探、標準貫入試驗，均可用來探測地層，測定土的參數，既是一種勘探手段，又是一種原位測試手段。從測試的連續性上看，靜力觸探和圓錐動力觸探可以從上到下獲得連續的貫入阻力曲線，而標準貫入試驗不能進行連續測試，它和取樣、十字板、旁壓、螺旋板等試驗一樣屬于間斷性測試。對于間斷性測試，除非做得很密，一般不宜用來作為分層的基礎資料，因此本文所述的觸探測試是指能進行連續測試的靜力觸探和圓錐動力觸探測試。

靜力觸探和圓錐動力觸探均能獲得整個鉆孔的力學剖面，正好彌補了鉆探取樣和間斷進行原位試驗的不足。雖然影響靜力觸探探頭阻力或動力觸探錘擊數的因素很多，既有與土有關的因素，如土的類型、成分、密度、濕度、應力歷史、結構性等，也有與土無關的因素，如探頭形狀、尺寸和貫入速率等。在對探頭規格和貫入速率等作了相應規定后，它主要反映了與土有關因素的影響。因此，觸探時的貫入阻力數據是一個反映土內多種因素影響的綜合性力學指標，由于這些因素也同時影響著地基土的強度和變形性質，出此從工程應用的觀點來看，它比室內某些單一物性指標如液性指數、孔隙比、含水量等更能綜合反映土的工程性質，特別是結構性的影響。因此靜力觸探和圓錐動力觸探測試數據能夠較好地反映土的工程性質，適宜用來作為工程性質分層的基礎資料。

從測試結果的可靠性上看，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、錘與探桿的質量比、特別是探桿與土層間摩擦力等因素影響，測試結果的可靠性較差，且不易控制。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入探頭阻力內，試驗受人為因素影響小，試驗結果可靠性高，復現性好，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勻性和變化規律，和查明古河道、古池塘、暗溝、暗濱及填土范圍等特別有效。因此凡是能進行靜力觸探的土層和場地均應采用靜力觸探，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。因此觸探方法選用的合適與否，將直接影響到土質地基的勘察質量。

鑒于傳統勘察方式存在的問題，土質地基勘察應采用以觸探測試為基礎的勘察方式。按巖土工程勘察規范規定的勘探點間距要求，在每個點位處均應進行觸探測試，并根據貫入曲線上探頭阻力的量值大小和線形特征進行力學分層(分層時應注意軟硬層界面處探頭阻力的超前和滯后現象)，將各孔間的同一層界面線連起來形成力學分層剖面。在此基礎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，在其近旁進行鉆探。鉆探時應根據觸探曲線選定有代表性的層位深度進行取樣、室內試驗和其他原位試驗，以查明每一力學層土的類型，取得有代表性的物理力學性質指標、地下水位等資料，從而形成完整的工程地質剖面圖。這樣建立的剖面圖，既有對每層土性的定量測定，又有對土質分類的鑒別和試驗，是比較合理和完善的。由于剖面圖上每個孔位處均附有觸探測試曲線，分層是否正確易于進行檢查。無論是勘察人員還是設計人員，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10cm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，具有設備簡單、操作方便、快速、價廉等優點，可以適當多布置一些．間距小一些，這樣可以使工程地質剖面作得更精確，對場地的不均勻性查得更清楚，從而提高了地基勘察的質量，也就提高了地基基礎設計的可靠度。

4 取樣及間斷性原位測試位置的選擇

在地基變形計算中，除了要有準確的工程地質分層剖面外，對每層土的計算參數是否合理和具有代表性也是十分重要的。巖土工程勘察規范對詳勘階段中采取土試樣和進行原位測試的勘探點數量，以及每一主要土層原狀土試樣或原位測試數據的數量均作了最低限度的強制性規定。由于規范規定的數量不可能很多．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勘察方式中，往往在鉆孔內按一定間距取樣或進行原位測試．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，則測試結果偏高，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，但當土性差異較大，且厚度超過0.5m時應單獨分層。只有分層準確了，才能分層測定和統計試驗結果。如果軟硬混層，統計出的試驗結果就不會具有代表性，而且還會誤導設計。在以觸探測試為基礎的勘察方式中，可以通過對觸探測試曲線進行仔細分析，結合工程特點和要求，選擇在有代表性的位置及有重要意義的位置取樣或做原位測試，這樣得到的試驗結果才真正具有代表性，特別當土層很不均勻及取土數量有限時更是必要。正如勘察規范在原位測試條文說明中所指出的那樣：“一般應以原位測試為基礎，在選定的代表性地點或有重要意義的地點采取少量試樣，進行室內試驗，這樣的安排，有助于縮短勘察周期，提高勘察質量”。在十字板剪切試驗的條文說明中：“當土層隨深度的變化復雜時，可根據靜力觸探成果和工程實際需要，選擇有代表性點布置試驗點”。

5 結語

(1)勘察報告中的工程地質剖面與實際情況嚴重不符常是導致地基事故發生的重要原因，應引起足夠的重視；

(2)土質地基勘察應采用以觸探測試為基礎的勘察方式，才能提高勘察質量和地基基礎設計的可靠度，避免地基事故的發生；

(3)在能夠進行靜力觸探的土層和場地，應選擇靜力觸探，不采用圓錐動力觸探；

(4)應根據觸探資料和工程要求來選擇鉆孔、取樣和進行其他原位測試的位置。