岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算_崔小兰.pdf

江西建材规划设计与勘察972023年1 月作者简介：崔小兰（1987-），女，河南舞钢人，本科，工程师，主要研究方向为岩土工程勘察。岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算崔小兰河南建材地质工程勘察院有限公司，河南 信阳 464000摘 要：文中结合实际案例，详细分析了岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算方法，以供参考和借鉴。关键词：岩土工程；勘察勘探孔布置；深度计算；方法中图分类号：TU195文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0097-03Layout Method and Depth Calculation of Geotechnical Engineering Exploration HoleCui XiaolanHenan Building Materials Geological Engineering Investigation Institute Co.Ltd.,Xinyang,Henan 464000Abstract:Combined with the actual case,the detailed analysis of the geotechnical engineering investigation and exploration hole layout method and depth calculation method,for reference and reference.Key words:Geotechnical engineering;Survey and exploration hole layout;Depth calculation;Method0 引言勘察勘探孔布置及深度计算是岩土工程中一个十分重要的环节，也是确保勘察结果和提高勘察效率的重要依据，勘察勘探孔布置距离和深度与施工现场土层的分布情况密切相关，勘察勘探孔布置决定着土层的完整性，而深度的确定可以在探明土层的基础上减少勘察工作任务量。所以，分析岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算具有极其重要的现实意义。1 工程概况某企业拟建设一栋22层住宅楼，长90.18m、宽12.25m，采用砖混结构，条形根底，场地等级为一级，勘察等级为甲级。通过现场勘察发现，该项目在相同条件下等条形根底的宽度和埋深，需要遵照限制孔深度小于基底下3.5b，一般孔深度小于基底下3b来设计钻孔深度；另外，该建筑为22 层，可得出工程项目的重要性为二级，一般孔深度为610m，限制孔深度为1015m，钻孔间距取1520m，钻孔双排布置，每长边各设置5个孔，共10 个孔。2 岩土工程勘察勘探孔布置方法勘察勘探孔布置的根本目的是保证勘探孔所表露的地层可以准确反映场地的地质地形条件和地下水位的高低。在本工程项目中，施工组织方案中规定的勘探孔布置间距为1520m，在等级要求较高的情况下，勘探孔布置间距应当取最小值。但是，勘探孔布置的间距与土层的分布情况没有直接关系，勘探孔布置的间距也不能保证土层结构相关的参数在水平和竖直方面的变化规律。因此在勘探孔间距布置过程中，由于内在层高、荷载分布和结构形式上均有较大的变化，需要根据设计单位勘察的具体要求，缩小拟建项目高差变化和轴力较大部位的勘探孔布置间距，在建筑角点上以及上部荷载附加压力较大的部位应留有勘探孔1。其中，一级、二级基坑勘探孔布置间距为2030m，综合考虑基坑周围地层变化情况，广泛搜集周边建筑物体勘察与施工资料，根据实际情况增加勘探孔数量。在本项目中，对裙房、外扩地下室摩擦性桩勘探孔的布置，应与主楼一致，勘探孔之间的距离为2035m；对端承桩勘探孔按照柱的列线布设，间距应为1224m。还应根据工程项目的实际情况对场地勘探孔进行合理的布置，如果场地土层变化比较明显，可以适当缩小勘探孔间距，上部荷载较大时，勘探孔的布设应当从整体上符合规范和标准中的要求，同时应遵循实事求是的原则，不断优化和完善方案，并在查明工程项目所在区域内地质地形实际情况的基础上，消除因勘探不明带来的安全隐患2。3 岩土工程勘察勘探孔深度计算方法建筑物在上部荷载的作用下，地基必然会发生变形，综合考虑到地基的受力情况和变形的复杂性，需要从总体上控制地基的受力和变形问题，分别从建筑条件和地基荷载分布方面计算勘探孔深度。事实上，岩土工程勘察勘探孔深度计算主要是以地基压缩层的深度为主要依据的，有以下几种计算方法。3.1 应力控制法在地基的最下部，始终存在着一个最小的垂直深度，使得荷载压力无法克服土颗粒之间的粘合力，而该深度以下的土颗粒基本不会发生移动，所以该深度就是地基压缩层深度。在自重应力作用下，土层规避了固结沉降变形，而工程项目的附加应力则会进一步引发新的沉降变形。也就是说，土层的深度越大，附加应力就会随着土层深度的增加而递减；当施工现场中高压塑性土层占比较大时，高压塑性土附加压力取值为上部付层土有效自重压力10%的深度；均匀性和整体性好的一般附加压力取值为上部付层土有效自重压力20%的深度，因其引发的沉降值在总沉降值变形中的占比可以忽略不计，因此，地基附加应力与自重应力之间的比值应以0.2或0.1作为地江西建材规划设计与勘察982023年1 月基压缩层深度的标准3。该工程项目岩土勘察数据见表1，以应力为主要因素对地基压缩层进行计算的方法比较简单、使用方便，但也存在着较多不足，即仅仅考虑了荷载在地基压缩层深度的关系，忽略了土层的分布情况与压缩特点，对于软弱下卧层或者是土层压缩模量较小的情况，地基压缩层深度计算与实际深度会产生偏差。表1 岩土工程勘察数据表岩土类型弹性模量/GPA泊松比体积力/（kN/m3）抗压强度/MPa抗拉强度/MPa内磨擦角/表层土100.21200012粉砂岩480.262860436细砂岩500.328704.625中砂岩500.228704.636黏土岩200.2226161.6303.2 应变控制法将工程项目的地基和基础作为一个整体予以综合考虑，地基压缩层计算深度在一定程度上取决于地基的形式、地层结构以及土层压缩特性。我国地基基础规范为应变控制法，其中在对地基进行变形验算的过程中，基础最终沉降量 S按照分层总和法确定，计算公式如下：（1）式中，计算深度向上1.0m土层计算变化值（m）；计算深度内第 i层土的变形值（m）。当向上取值度土层计算变形值不得超过计算范围内各个土层计算变形值综合的0.02倍时，变形值大小对土层的变形影响较小，可以忽略不计。但需要注意的是，应变控制法受工程项目基础宽度影响较大，如果基础宽度大于10m，计算结果的准确性会更高一些。由于应变控制法综合考虑了土层应力、基础大小、总体变形以及下部土层的分布情况，计算过程比较复杂，在勘察过程中,可能会因条件不具备而无法实施，虽然该方法具有较高的实践性与可靠性，是本工程项目地基压缩层深度计算唯一依据，更是最终确定地基压缩层计算深度的衡量标准。3.3 经验公式法经验公式法是岩土工程勘察勘探孔布置及深度计算应用最广泛的一种方法，可综合反映勘查现场的实际情况，该方法简单明了，对地基土与荷载的影响较小，但不适合基础宽度较大的情况。相关学者和专家经过不断的实践发现,地基压缩层深度与基础大小之间具有一定的变化规律，通过利用回归方程可以计算出地基压缩层深度和基础宽度的公式，且二者之间具有紧密关系，通过进一步的研究和分析，地基压缩层深度经验计算公式如下：（2）（3）式中，Zm根据经验公式法计算得出的土层压缩深度（m）；b基础宽度（m）；Zn地基压缩层换算深度（m）；基础长宽比折减系数；地基土类别调整系数。实践表明，经验公式法可作为计算勘察孔深度的一种界定，结合应力应变理论确定勘察孔深度的方法，能确保勘察孔深度的合理性。4 勘察勘探孔深度的确定4.1 基本要求由于钻孔深度较深，合理确定勘察勘探孔的深度对于保证建筑物安全、降低勘探费用具有极其重要的现实意义。鉴于岩土工程勘察是以相关的规范和标准为依据，且与后续的施工紧密相连，同时，设计是保证勘察工作顺利进行的关键所在，勘察工作人员需要以设计方案为基础，并结合工程项目的实际情况、施工技术和施工经验，兼顾设计方案变更，从而确定既符合施工组织设计，又符合规范标准且经济合理的勘察勘探孔深度4。4.2 天然地基勘探孔深度确定本工程项目的门卫、垃圾站以及设备等的用房由于荷载小、对变形要求不高，所以应建立在天然地基上。而对于经过处理的人工地基，比如预压地基、换填地基、压实地基以及注浆加固地基，同样应当按照天然地基予以综合考虑。门卫、垃圾站以及设备用房的地基，其勘探孔深度确定应当大于天然地基压缩层深度，天然地基压缩层深度确定可以根据经验公式法计算得出，因为按照经验公式法计算得出的勘探孔深度可以完全满足地基变形验算要求，即勘探孔深度为基础埋深深度与0.51.0 倍基础宽度的和，并小于2/3 压缩层的深度，土质较软的情况下取最大值，应能确保孔的深度到达稳定地层5。4.3 桩基勘探孔深度建筑工程项目自重大，下部地基土受到上部荷载压力的影响，地基的稳定性直接决定着建筑物体的安全性和稳定性。荷载的大小与建筑物的高度有着密切的关系，建筑物的高度越高，地基土需要承载的荷载就越大，对地基层的承载能力要求也就越高。在本工程项目的施工区域内，如果采用天然地基，无法承受上部荷载，会造成地基产生大面积的沉降，导致建筑物发生坍塌。因此，桩基础是避免和解决这一问题的关键，桩基勘探孔深度的确定是岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算的一个重要组成部分，首先需要确定地基压缩层的厚度，再将桩基础地基压缩层厚度与基础埋深深度相加即可得出相应的深度数值。事实上，桩基础地基压缩层的厚度无非是增加了桩的长度，将承台底附加压力输送至桩的顶端，依然可以采用分层综合法计算桩顶端以下土层的压缩部分，桩的顶端以下地基压缩层深度的计算与桩平面下的附加压力息息相关，同样也可以通过应力控制法确定。（4）（5）式中，基底压力经验系数；aj与土压缩性有关的经验系数；Poj取值范围。勘察过程中，对于尚不明确的上部结构荷载，应依据建筑物体的结构类型，对荷载情况与梅花桩预计的荷载进行取值，并根据现场实际情况，设计桩径和桩长，合理估算桩长范围内桩端的承载力和侧阻摩力，从而预估单桩承载力。在确定桩径和桩长时，应确保单桩的承载力大于荷载能力，还应保证端桩在稳定的持力层上，最后再根据预估的桩长，确定桩基勘探孔深度。一般情况下，勘探孔深度确定流程如下：（下转第103 页）江西建材规划设计与勘察1032023年1 月表1 地质灾害风险性评价中的因子权重配对比较因子坡度相对高差工程岩组河流作用坡向坡面曲率坡度151/51/21/54相对高差1/511/31/81/41/3工程岩组5311/531河流作用285154坡向541/31/513坡面曲率1/4311/41/31对于地质灾害的易发性，可通过以下公式对其指数进行求解：（5）式中，SI代表表征评价单元中的地质灾害易发性综合指数；Wi代表表征影响因子自身的权重；IFi代表表征影响因子自身的归一化数值5。本次评价中，主要按照四个等级对该区域内的地质灾害危险性综合指数进行划分，SI为01 的属于非易发区域；SI为12.4的属于低易发区域；SI为2.43.1的属于中易发区域；SI为3.1 以上的为高易发区域。5 结语综上所述，在对某一区域中的地质灾害进行风险性评价的过程中，GIS技术的合理应用至关重要。应结合区域内地形条件、气候特征、水文条件等各方面因素，对 GIS技术进行合理应用，并结合其他相关软件对区域内的地质灾害风险性进行合理分析，以充分发挥出 GIS技术的应用优势，实现区域地质灾害风险的科学评价，为相应的地质灾害预防工作奠定基础。参考文献 1 梁祎玮.基于大数据背景的生态环境次生地质灾害风险评估研究J.能源与环保，2022（12）：119-124.2 陈利琼，曾志强，张开.基于未确知测度理论的山区管道地质灾害风险评估J.科学技术与工程，2022（35）：15528-15535.3 张万里.基于遥感和 GIS 的滑坡地质灾害风险评估探讨J.科技资讯，2022（23）：90-93.4 程晓伟，剡理祯，李清泉.黄土边坡突发滑坡地质灾害风险判识评估研究J.铁道工程学报，2022（9）：1-6.5 温兰.地质灾害评估的方法及其发展趋势J.西部资源，2022（3）：83-84.6 宋乐帅.广州高滩项目地质灾害危险性评估及预防J.山西建筑，2023，49（1）：104-107.（1）勘探孔深度=基础埋深+预估桩长+3 倍基础宽度；（2）通过应力验算法验算勘探孔深度；（3）确定自重的桩基勘探深度。4.4 确定基坑勘探孔深度当基坑的开挖深度超过3m时，就需要开展和实施基坑工程勘察工作，基坑工程勘察需要综合考虑上部建筑物、外扩地下室基坑抗浮要求，并采取抗浮措施。所以，基坑勘探深度应根据施工组织设计中的抗浮力要求进行计算确定，抗浮桩或者是抗浮锚杆的长度应为1015m，且探孔深度需要满足基坑支护体系和施工降水等的要求，比如基坑边坡整体稳定性、支挡结构稳定性、地下水渗透稳定性、坑底隆起的稳定性等6。4.5 液化探勘孔深度确定为准确把握场地液化等级，需要确定场地液化程度判断钻孔深度，钻孔深度应当在一定程度上准确反映土层的液化程度，同时满足抗震设计要求。国家现行的规范和标准中规定的液化探勘孔深度为1520m，因本工程项目为高层建筑，对其上部结构还需要进行结构抗震验算，因此，液化探勘孔深度应为20m。5 结语综上所述，建筑工程岩土工程勘察勘探孔布置方法及深度计算须严谨认真。其中，应合理确定天然地基勘探孔、桩基勘探孔、基坑勘探孔以及液化探勘孔等深度，对工程项目的建设成本要进行施工预算，并加强与各个参建单位的沟通与协调，进而研究出科学合理的方案，确保勘察工作的质量和安全。参考文献 1 秋仁东，刘金砺，高文生，等.群桩基础沉降计算中的若干问题J.岩土工程学报，2011（S2）：15-23.2 胡思达.高层建筑岩土工程勘察技术的应用分析J.四川水泥，2020（2）：15-16.3 黎曜炜.高层建筑岩土工程勘察关键技术J.中国建筑金属结构，2021（3）：159-161.4 崔帅.高层建筑岩土工程勘察关键技术 J.四川水泥，2020（4）：14-16.5 丁金英.岩土工程勘察土工试验中的常见问题剖析与处理方法探讨J.当代化工研究.2017，（3）：85.6 廖斌.岩土工程勘察中的基础地质技术应用初探J.世界有色金属.2018（1）：75-76.参考文献 1 唐勤.滑坡地质灾害勘查及治理设计分析与应用J.江西建材，2022（2）：106-108，115.2 李昌淼.福建连城某地滑坡稳定性分析评价J.江西建材，2021（5）：58-59.3 弓永峰，王辉，吴学华，等.基于时序 InSAR 的宁夏西吉县滑坡灾害隐患识别J.安全与环境工程，2022，29（6）：114-121.4 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