城市道路拓宽工程中岩土勘查技术的应用分析

2021-02-14叶建兵

安徽地质 2021年4期

叶建兵

（安徽六安工程勘察院，安徽六安 237010）

0 引言

由于我国的城市道路建设要求愈来愈高，部分地形不能直接施工，因此需要在不同的条件下灵活使用不同的岩土勘查技术，这就对施工人员的专业水准有了较高的要求。本文着重分析在道路拓宽工程中遇到施工问题时如何使用相应的岩土勘查技术，并介绍其应用效果，对复杂地形下的岩土勘查技术给予指导性的意见。

1 工程实例

本次工程实例是银雀路（隐贤路-刘庆路）的道路拓宽改造工程。该工程的主要地点位于六安开发区，南起隐贤路，北至刘庆路，路基全长约980m。在道路两侧设计一条污水管道，管道全长约607m。根据设计方案，使用明挖施工的方法，深度不超过8m。因此本次工程施工的岩土勘查项目需要将道路沿线各个地段的地形、地貌特征等均记录在案，划分出足够完整的地貌结构，并将道路沿线各处路段的所有地质结构、岩土类型、地质分类及其分布一一标注在图纸上，根据图纸为工程施工团队提供设计方案与施工时所需的各个地质参数。勘察中所见地下水主要为：①层素填土（耕植土）和②层粉质黏土浅部中赋存的上层滞水及④层中粗砂中微承压水，③层黏土含水总体较微弱，可视为相对隔水层。上层滞水水位动态变化主要受大气降水等因素影响，水量较小，勘察期间测得钻孔水位埋深0.40～4.30m，据调查，地下水年变幅0.5～1.0m。承压水补给来源为上层滞水下渗和淠河河水，勘察时水位标高在26～28m，年变幅2～3m，水量丰富。场地水和土受干湿交替作用影响，环境类型为Ⅱ类。

据六安市水文地质、环境地质资料综合分析，判定本场地地下水及地下水位以上、以下的土对混凝土和钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀，对钢结构具弱腐蚀。

施工时若出现不良地质反应，还需要提供该段地质结构的成因、类型、性质以及空间分布，标注该段地质结构施工后可能会发生的地质危害，并提出相应的整治措施。如果有条件，还需要将道路沿线所有地段的地下水路线以及埋藏条件全部绘制在图表上，探明近年内的水位变化，探究该路段地表水、地下水对路基稳定性的影响，并根据场地、路基的稳定性及地震效应提出具体道路拓宽工程方案。根据勘察的任务和要求，共布置40 个钻孔，其中钻探孔9 个、取土孔9个、标贯孔17 个、标贯+取土孔5 个，完成钻探总进尺439.50m。ZK12～ZK20 段为水泥路老路基，这9 个孔兼作路基检测孔，用以探明原有路基层基本情况。采取原状土物理力学试验样15 组，进行标准贯入试验72次。

2 岩土勘查技术

从当前的岩土勘查实际情况分析，槽探勘查技术应用的范围较广，也是比较常见的勘查技术，钻探工作中应用该技术可以充分地了解该区域内的岩土性质条件，但是也存在着一定的局限性，所以需要慎重选择。在某些工程中，对于地质条件的了解，尤其是岩土性质参数，为了能够提升勘查结果的准确性，就需要深入勘探内部的结构，直接对该区域的岩石进行取样和分析，从而可以保证勘探工作的精确度和全面性，真实掌握当地的岩土地层条件。对于勘查中的浮土层，在应用槽探勘查施工中主要通过人工挖掘方式来完成，若遇到硬度较高的岩层结构，可以通过机械钻进或者爆破的方式来进行，在技术人员的指导下选择施工方式，可以保证勘查工作顺利进行，结果也更加的真实和准确。

3 应用研究

3.1 沿途地质测绘在城市道路拓宽工程中的应用

沿途地质测绘的主要内容就是对于城市道路各路段地质现象的测量，尤其是需要着重分析一些较为复杂的路段内道路地质的性质及分布情况，包括该路段地质结构的成因。在沿途地质测绘的过程中可以发现，该路段属于淠河二级阶地，道路的地形起伏较小，各勘察部位的高程约为37～40m，相对高差为1.98m。在对地貌特点详细分析之后，可以通过该路段的地基土组成以及岩性结构分析其地质分布特征。通过在道路两侧布设的40 个钻探孔以及标注的详细信息发现，在该路段的钻探范围内，将地质结构岩层自上而下分为4 层，分别是素填土、粉质黏土、黏土以及中粗砂，各土质层级的详细数据如表1所示。

表1 工程地质层划分Table 1.Engineering geological layer division

本次施工不仅需要做好地质勘测工作，还需要就地绘制地质结构图，在图纸上标注地基土工程地质特征评价的基础参数，具体评价如表2所示。

表2 地基土工程地质特征Table 2.Engineering geological characteristics of foundation soil

通过上述的工程地质测绘，制定准确度较高的岩土地质勘察项目，并对城市道路拓宽工程中的测绘结果加强分析，提升沿途地质测绘工作的质量成果。

3.2 勘探技术在城市道路拓宽工程中的应用

勘探技术主要是将物理探查技术、钻探技术、坑洞探查技术等多种不同的岩土勘察技术相结合，通过收集分析不同的土体资料，深入探索该路段应该使用的施工方法。在其过程中，需要对该路段的路基沿线进行详细的分析与总结。银雀路（隐贤路-刘庆路）路基沿线ZK1～ZK12 段属于素填土，需要经过压实处理才能正常施工，工程性质良好；ZK12～ZK20 段属于水泥路面，旧的路基没有经过大面积的沉陷或坍落现象，因此可以稍做处理，并直接改建成为道路的持力层。除水泥路外还有位于道路两侧的耕植土，该层土壤不能直接作为持力层，需要全部清除，然后根据当地路段的路基选择素填土或粉质黏土作为土壤的持力层。各路段需要有不同的基坑支护参数，如表3所示。

表3 基坑支护参数Table 3.Parameters of foundation pit support

在道路施工的过程中，一般需要根据不同的地质土层进行开挖，且基坑的坡率允许值分别根据土层的不同而变化。素填土、粉质黏土、黏土的比例分别为1:1.50、1:1.25、1:1.00。因地下水中的上层滞水水流量较小，可以采用明面排水的地下水维护方案。对于物理探查分析方法而言，尤其注意的就是这些数据需要根据多种不同的解释得到。而钻探技术可以通过基坑探测技术间接得到。对于该路面的地质土层也有着不同的挖掘方案。在较为复杂的路面上，不同的岩土勘察技术有着不同的鲜明特征，如果处于施工技术较为复杂的路面，这种复杂的地质特征更需要严密的勘查技术来支撑，对于该路段的工程地质情况需要非常精准的数据。如果在区域资料不完全的条件下，需要根据该路段的水文资料、工程资料以及地质资料分别制定较为完整的岩土资料，并将特殊路段的空白区补全，这些补全的路段需要根据特定的比例精度在误差较大的地区填补。尤其是在经过一些隧道地区的勘测过程中，需要严格按照勘测标准来测量。如果没有达到预期标准，则可以通过计量基坑以及挖掘洞穴等方式测量地下水位的完整性，并在结合岩土工程实例的基础上设置基础参数，标明洞穴两侧以及洞穴高度的基础数据。

一般情况下，复杂的地形需要更加准确的勘查技术，且耗费大量的人力物力去弥补卫星地图所不能勘查的空缺地段。同时，还需要一定的机械设备来进行复杂地貌的角度及方位测量，有一些较为完整的地质土壤，还需要标注清楚该地段的土壤形态、深度以及土壤密度等。并将这些详细数据的准确定位参数，填补在地图中。如果工程施工团队因为一些浪费导致财政紧张，还可以通过一些路段的土壤地质现状推测出该路段的具体地质情况，这就需要避免盲目探测，并根据复杂的地形综合分析与判断。

3.3 原位测试技术在城市道路拓宽工程中的应用

岩土勘察技术中的原位测试技术主要包含两种类型，分别是定量方法与半定量方法。其中，定量方法主要应用于已经成型的工程施工中，是对于已经确定好施工方法的工程项目的检测与验证，为了得到更好的使用方法，对其在原位中进行物理勘察。而半定量方法则是通过以上原位测量技术进行某一特定的条件测试，并得到相应的实验结果。需要详细规定原位测试试验的几个标准步骤是：

（1）标准贯入试验。这类试验主要通过拥有特定知识结构的人与钻机相互配合，通过特定的工程步骤，实现在钻探施工中的深入挖掘。在这个过程中，需要专业人士具备一定的岩土层钻探技术，详细了解在钻机的压力下岩土层会产生的种种变化，并借助一定的规律分布结果，控制各个施工区域内部的岩土物理系数，为后期的水土结构分类制定采取率更大的力学指标。除此以外，还需要将所有标准系数，如起始位置、终点位置、土体厚度、摩擦角、岩石裂缝等均详细记录下来，以保证计算结果的准确性。

（2）岩土静力荷载试验。这类试验主要是在探究岩土物理系数的过程中进行。通过具备专业知识的测试人员将岩土的物理性质全部记录下来，再测试地下某个深度部位的承载力，然后通过特定的计算步骤，得到岩土的专业模量数据，最后将承压板的变化参数容纳在内，实现对整个岩土静力荷载的测量。

（3）圆锥动力触探试验。这类试验是必须通过施工仪器来进行的，并且可以非手动操作，只在调整参数后，由自动化的机器自主运行。在完成钻探施工之后，能够得到一定深度下的土体荷载系数，然后通过10cm的锤击数量分析，计算出该路段内的土体承载力，并分析出具体的路面安全性。

（4）静力触探试验。这一类实验的使用范围十分广泛，在整个岩土勘察过程中，都可以使用该实验测量岩土参数。尤其是在涉及一些民居的周边地区，通过该实验可以得到该段路面施工之后对于民居的影响。如果在施工过程中没有进行该试验，很有可能造成民居的塌毁，进而造成人员及财产的损失。除此以外，还可以在孔口数目的测试中，分析该路段的岩体受力参数，确定路面密实度指数，进而得到单桩承载力指数的计算公式。该公式可以应用在该段路面的所有房屋建筑周边地区的施工计算。

3.4 实验室分析在城市道路拓宽工程中的应用

在城市的所有道路拓宽施工工序结束之后，还能够根据实验室内对于整条道路的建模系统，综合分析该段路面的安全系数。包括周边房屋建筑的安全性、地下水坍塌指数、混凝土（水泥路面）的凝固性、花坛腐殖质土壤的清除指数以及地下岩土渗透压的变化情况。在计算机中添加一些已经探明的参数，就能够自动得到该段路面的建模分析。然后在其中输入一些诸如降雨指标、降雪指标、温度变化指标、台风天气、房屋施工、地震等人为或自然条件变化导致的参数变化，得到该段路面的安全性描述。除此以外，还需要根据该段路面的岩土分级指标，确定土壤物理系数、渗透压系数、应力变化指数、以及建筑形变指数等路面施工的基础参数，根据这些参数得到特定的公式数据。如果接下来还有其他类似地区进行该类城市路面拓宽工程，可以使用该段数据简化施工前的准备工作。