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軟硬互層場地勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
軟硬互層場地勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
摘要：本文通過對(duì)軟硬互層場地勘察的描述，詳細(xì)的介紹了勘查中必須注意的一些主要的物理性質(zhì)和變形特征，比如如何提高巖芯采取率，提高鉆探質(zhì)量，結(jié)合野外鉆探工藝，提出一些看法。
以及在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要充分考慮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：軟硬互層;場地勘察;基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
0 引言
對(duì)軟硬互層的研究方法有數(shù)學(xué)物理和概率統(tǒng)計(jì)這兩種。
對(duì)于它的考察采取的技術(shù)手段有調(diào)查、鉆探、物理勘測和化學(xué)技術(shù)、各種觀測和試驗(yàn)技術(shù)、各種地下水模擬技術(shù)、同位素技術(shù)等。
本文僅就巖土工程勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中所涉及的部分關(guān)鍵點(diǎn)提出一些看法。
1 巖芯采取率、軟弱層的詳細(xì)產(chǎn)狀特征及主要的物理力學(xué)性質(zhì)和變形特性及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
1.1 巖芯采取率的現(xiàn)狀 巖芯采取率對(duì)于一般巖石不低于80%，對(duì)于軟巖、破碎巖石應(yīng)不低于65%。
工程地質(zhì)勘察的鉆探工作中普遍采用的是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或者沖擊鉆進(jìn)的方法，如果設(shè)備選擇不當(dāng)或者取芯操作不當(dāng)會(huì)引起對(duì)巖芯的擾動(dòng)和磨損、泥漿對(duì)巖芯的沖蝕和局部篩選，造成取芯質(zhì)量較低。
同時(shí)，取出的巖芯因泥漿污染，會(huì)影響技術(shù)人員對(duì)巖芯和對(duì)地層狀況的準(zhǔn)確分析，在較復(fù)雜或存在頻繁夾層的地質(zhì)條件下，會(huì)使判斷誤差增大，進(jìn)而影響到工作結(jié)論的正確性和可靠性。
對(duì)軟硬互層場地的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也有負(fù)面影響。
1.2 提高巖芯采取率應(yīng)該采取的主要方法和有效措施 提高巖芯采取率，提高鉆孔質(zhì)量，確保地層的準(zhǔn)確劃分，進(jìn)行準(zhǔn)確的地層承載力計(jì)算，按時(shí)完成勘察任務(wù)。
如因巖層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂帶厚度從幾米到十幾米，巖性為碳質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖、千枚巖等，場地地層破碎、地層軟硬互層頻繁，鉆探施工難度大，巖心采取率低，鉆孔的質(zhì)量難以保證，經(jīng)常需要進(jìn)行補(bǔ)心工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并出現(xiàn)報(bào)廢進(jìn)尺現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到工程的順利完成。
為確研究保質(zhì)保量如期完工，把提高復(fù)雜地層巖芯采取率作為重點(diǎn)攻關(guān)。
也有助于軟硬互層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。
1.2.1 主要方法 干鉆卡取法：該方法要結(jié)束時(shí)，不供水干鉆一段時(shí)間，干鉆進(jìn)尺一般為20～30cm，利用未排除的巖粉擠塞住巖芯，通過回轉(zhuǎn)將其扭斷提出。
卡簧卡取法：要結(jié)束時(shí)，稍稍往上挪鉆具，利用鉆頭上部的卡簧取芯裝置把巖芯卡住并扭斷。
卡料卡取法：用于鉆金剛石或鉆鋼粒，在硬及中硬的、完整、致密的巖層中使用。
沉淀卡取法：要結(jié)束時(shí)，不適用沖洗液，利用巖芯管內(nèi)懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖芯。
1.2.2 有效措施 軟硬互層地層鉆探必須縮小回次進(jìn)尺;在硬層鉆進(jìn)中不宜提動(dòng)鉆具，回次進(jìn)尺宜控制在0.5~1.0m;提鉆應(yīng)輕穩(wěn);宜用鉆壓700~800N/塊，轉(zhuǎn)速150~180r/min，泵量60~100L/min。
在軟層中鉆進(jìn)應(yīng)大壓力、低轉(zhuǎn)速，回次進(jìn)尺應(yīng)控制在0.3~0.4m，有利提高巖心采取率。
另外，松散、破碎地層中采用SD鉆具和植物膠沖洗液也可提高巖芯采取率;植物膠沖洗液護(hù)壁對(duì)提高巖心質(zhì)量也有重要意義意義;鉆具和植物膠配合使用可有效提高巖心采取質(zhì)量。
1.3 軟弱層特征 軟弱夾層的性狀特征受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度和地下水的控制。
如在地下水水循環(huán)條件較好的巖溶發(fā)育區(qū)、構(gòu)造發(fā)育地段，軟弱夾層較發(fā)育，且性狀較差。
各類軟弱夾層的主要化學(xué)成分基本相同，含量存在明顯差異。
比如(河源市)希爾頓酒店場地中為的丘陵臺(tái)地，低洼段水量豐富，擬建38層，采用人工挖孔樁;場地中出現(xiàn)砂礫巖、粉砂巖單斜地層，局部地段出現(xiàn)連續(xù)軟弱互層，部分地段無此現(xiàn)象，也證實(shí)了這個(gè)問題。
2 在工作過程中應(yīng)詳細(xì)了解巖層的水理性、可鉆性及準(zhǔn)確劃分風(fēng)化層及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
巖層的水理性、可鉆性及準(zhǔn)確劃分風(fēng)化層，對(duì)軟硬互層場地勘察及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。
為軟硬互層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做鋪墊。
2.1 地層的概述 相近的特性構(gòu)成的巖土層，由兩個(gè)平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石在形成過程中，由于自然因素(如季節(jié)、氣候等)的周期性變化，引起巖土介質(zhì)等發(fā)生改變，使巖土成分、結(jié)構(gòu)、顏色在垂直、水平上發(fā)生變化，從而在巖層內(nèi)部顯示出成層的一種變化現(xiàn)象。
2.2 它的水理性 軟硬互層的吸水率決定在巖土所含孔隙、裂隙的數(shù)量和大小、開閉程度及其分布情況，和互層的性質(zhì)有關(guān)。
如沉積巖普遍吸水率較大，巖體的吸水會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的降低，也會(huì)加快軟硬互層的風(fēng)化速度。
在施工期間應(yīng)尤為注意。
2.3 可鉆性 用來表示鉆眼或爆破巖石的難度。
常用工藝指標(biāo)來表示，互層容易被鉆頭破碎，往里鉆時(shí)，鉆的速度就高，我們通常就說它可鉆能性好，反之，我們就說它的可鉆性能差。
可鉆性能反映軟硬互層在孔內(nèi)對(duì)抗鉆頭損壞的強(qiáng)弱。
關(guān)于互層的可鉆性能的類別有兩種不同方法：一個(gè)方法有生產(chǎn)工藝的指標(biāo)決定，另一個(gè)分類方向由互層的機(jī)械性質(zhì)決定。
互層可鉆性并不是巖土原來的屬性，不但有互層的特性來決定性，而且還決定于鉆進(jìn)技術(shù)工藝條件的高低它受巖土特性的影響。
另外在影響互層可鉆性的力學(xué)性質(zhì)中，巖石的硬度、彈塑性和研磨性、鉆進(jìn)技術(shù)工藝條件也起決定作用。
2.4 風(fēng)化層的確定和劃分 在地震勘探中是指地面以下的疏松層，即地震波的低速帶，地球表面經(jīng)各種風(fēng)化作用而形成的疏松堆積層。
從上到下，物質(zhì)逐漸變粗，終至于互層。
它的形成有熱力風(fēng)化作用：由于白天和晚上存在溫差導(dǎo)致互層的溫度錯(cuò)在差異容易產(chǎn)生崩裂。
如冰劈(冰楔)作用：互層孔隙中的水應(yīng)為結(jié)成冰而產(chǎn)生膨脹，只是它的體積增加，其所產(chǎn)生的壓強(qiáng)也隨之增加。
鹽分結(jié)晶的撐裂作用：由于互層得水吸收了很多的鹽類，如果它的水分產(chǎn)生蒸發(fā)，剩下的鹽類水一旦到了飽和，就會(huì)使它再結(jié)晶，體積也隨之變大，膨脹力也是。
巖石卸荷而引起的剝離作用：上邊的互層沒有了，壓力也就隨之變小了，下邊的膨脹就會(huì)導(dǎo)致互層的破裂。
近年來，波速原位測試技術(shù)是軟硬互層勘察中一種發(fā)展很快的技術(shù)，在各個(gè)方面都有應(yīng)用。
考察時(shí)要給大量的軟硬互層的物理學(xué)參數(shù)和化學(xué)參數(shù)，用傳統(tǒng)的方法分析這些參數(shù)不但工序復(fù)雜、時(shí)間長、成本高，而且不確保精度。
而采用波速原位測試新方法則能以較低成本，快速提供有一定精度的互層的物理力學(xué)參數(shù)。
所有軟硬互層的考察都與它的物理特征息息相關(guān)，而它的物理力學(xué)特性與物理參數(shù)又有著相互聯(lián)系。
針對(duì)他們之間的聯(lián)系可研究多種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)及其相關(guān)參數(shù);如利用剪切波速值劃定軟硬互層的全風(fēng)化層和強(qiáng)風(fēng)化層。
軟硬互層的形成過程，風(fēng)化層可達(dá)幾十米。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可認(rèn)為其為全風(fēng)化層，但其強(qiáng)度又較大，這樣全風(fēng)化層和強(qiáng)風(fēng)化層的劃定就極易混淆，也給場地軟硬互層的考察判定工作造成諸多不便。
一般情況下，軟硬互層和它的波速有很大關(guān)系，互層越密，波速越高，這時(shí)波速測試就可作為判定風(fēng)化層的有力的判別依據(jù)。
3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質(zhì)條件
軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質(zhì)條件，都應(yīng)合理分析，精確的分析，確保其準(zhǔn)確性，對(duì)軟硬互層場地勘察和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有重要作用。
3.1 軟弱層承載力 考慮到驗(yàn)證方法的合理性和互層周圍的環(huán)境，分析具有合理性和表征性的數(shù)據(jù)，以及它實(shí)際受力的情況，結(jié)合同類工程巖土特性參數(shù)反分析結(jié)果來選取工程特性指標(biāo)，把合理性和表征性確定下來其軟弱層的承載力;有條件時(shí)可以進(jìn)行原位靜載和深層靜載試驗(yàn)，測試軟硬層承載力;確保其合理性、準(zhǔn)確性!同時(shí)也有利于軟硬互層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。
3.2 硬層沖切 當(dāng)互層的上下軟硬不同時(shí)，在強(qiáng)度上須同時(shí)考慮持力層的沖切破壞和軟下臥層的強(qiáng)度破壞。
這兩種破壞的機(jī)理和條件互不相同。
當(dāng)前有關(guān)規(guī)范，對(duì)軟下臥層的強(qiáng)度驗(yàn)算已給出了明確的公式，但對(duì)硬持力層的沖切驗(yàn)算則未提供驗(yàn)算方法，僅硬性規(guī)定了“當(dāng)存在軟下臥層時(shí)，互層以下的硬持力層厚度一般不應(yīng)過小”。
此規(guī)定的根據(jù)“主要是考慮到互層硬持力層太薄，會(huì)使互層發(fā)生沖切破壞而承載力明顯降低”。
也不利于軟硬互層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。
同樣較為穩(wěn)妥有效辦法是作必要的測試，綜合測試巖層強(qiáng)度。
3.3 水文地質(zhì)條件 水文地質(zhì)指自然界中地下水的各種變化和運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。
地下水的分布和形成規(guī)律是考察的對(duì)象，地下水的物理、化學(xué)成分及其合理利用，地下水的不利因素將影響工程建設(shè)及其防治等。
隨著科學(xué)的發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)的需要，水文地質(zhì)學(xué)由區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、水文地球化學(xué)、供水水文地質(zhì)學(xué)、礦床水文地質(zhì)學(xué)、土壤改良水文地質(zhì)學(xué)等分支學(xué)科組成。
近年來，地?zé)帷⒌卣稹h(huán)境地質(zhì)等方面的研究與水文地質(zhì)學(xué)和相互滲透，又形成了若干新領(lǐng)域。
在軟硬互層勘察中和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，水文地質(zhì)問題一直是一個(gè)極為重要有容易被忽視的問題。
由于沒有足夠的注重。
招致地下水的各種危害時(shí)有發(fā)生。
所以，在軟硬互層勘察中查明軟硬互層水文地質(zhì)的問題，考慮到它的作用和影響是很重要的。
對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也是有益的。
4 總結(jié)
在軟硬互層場地的勘察中，必須注意巖芯采取率、軟弱層的詳細(xì)產(chǎn)狀特征及主要的物理力學(xué)性質(zhì)和變形特性。
為了進(jìn)一步提高巖芯采取率，保證巖芯的質(zhì)量，正確選取巖芯采取方法、SD鉆具和植物膠沖洗液配合使用以及縮短回次進(jìn)尺等，都應(yīng)該是比較好的方案。
在工作過程中還應(yīng)詳細(xì)了解巖層的水理性、可鉆性及準(zhǔn)確劃分風(fēng)化層。
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮軟弱層的承載力、硬層沖切、水文地質(zhì)條件;在軟硬互層場地的勘察中，地下水問題占有相當(dāng)重要的位置，精確合理地查明地下水位，在軟硬互層的場地勘察中一定要仔細(xì)考察水文地質(zhì)問題，查明地下水對(duì)地基的危害。
隨著勘察的開展，其必將遭到越來越普遍的注重，實(shí)在做好水文地質(zhì)工作將對(duì)軟硬互層場地的勘察和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著極為重要的作用。
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