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1.1水文地質類型區的定義
所謂水文地質類型區,就是根據巖層下面地下水的分布形態、地貌特點以及含水層的成因相似性即其附近的巖石結構條件等內容對地下水進行不同區域的劃分,使其按照各自的特點形成獨立或相對獨立的地下水分布區域。
1.2水文地質類型區的特征
在將地下水劃分為不同水文地質類型區時,要使其形成一定的特色,即能夠與其他水文地質類型區有著明顯的不同特征。一般來講,每個水文地質類型區獨特的特征應該從地下水的流域面積及水流流動特點開始分析,并對其周邊的地質與水文地質情況進行調查,指出其在自身空間范圍內的地下水存儲與運動,以及其自我補給、徑流和排泄的方式和過程。
1.3水文地質類型區的劃分原則
從上述對水文地質類型區的定義域特征分析可以看出,其區域的劃分并不是隨意進行的,而是通過一定的原則、規律和標準而進行區分的。一般來講應該遵循以下原則:¹水文地質類型區的勘查要能夠與地下水的評價進行密切的配合,只有這樣,才能夠提高類型區勘查的實際作用。水文地質的成因主要是由于地下水與巖層共同作用而形成的,因此,在水文地質的勘查中也要能夠密切注意地質成因的研究工作。»要能夠將地下含水層的各種介質類型與地質的巖性、埋藏條件以及地下水化學類型等進行密切的結合,只有這樣,才能夠擴大水文地質勘查的范圍。水文地質勘查區的劃分要能夠達到分類命名簡單、便于水政管理等目的。
2工程勘查中水文地質的勘查要求
在實際的建筑工程設計中,對于水文地質的勘查各自有著不同的側重點,因此,應該在明確了巖土工程對于水文地質勘查的要求以后再進行實地的地質勘查。繼而通過勘查所得的資料,對當地的水文地質條件進行分析。一般來講,需要注意以下幾點要求:
2.1自然地理條件
在水文地質勘查中,首先需要對自然地理條件情況進行勘查和研究。自然地理條件主要包括地貌地形以及氣象水文特征等內容。其中,氣象水文特征主要指的是建筑工程所在地的氣候條件,主要包括氣候帶的分布情況,熱量以及濕潤情況等。
2.2地質環境
在水文地質的勘查過程中,水文條件與地質是分不開的,因此,需要對地質情況進行熟悉和了解。地質環境涉及的內容主要包括工程所在區域的地質構造特征、基底構造及其對第四系厚度的控制、地層巖性、新構造運動等方面的內容。
2.3地下水位情況
地下水位勘查是水文地質勘查的重點項目,其勘查的內容主要包括近年來地下水位的最高水位以及最低水位以及水位的變化趨勢,地表水與地下水的補給關系以及地下水的補給排泄條件等,地下水位的變化情況對于巖土工程的建設和后期使用都具有重要的影響,因此要加強對地下水位的勘查工作。各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度。主要研究的內容包括,含水層的分布、厚度及埋深;通過現場試驗測定地層滲透系數等水文地質參數等;場地地質條件下對地下水賦存和滲流狀態的影響、判定地下水水質對建筑材料的腐蝕性等。
3工程地質勘查中水文地質問題評價內容分析
在工程建設過程中,對于工程質量影響較大的水文地質因素有很多,主要包括地下水位及變動幅度、地下水的類型、土層或巖層滲透性的強弱及滲透系數以及含水層和隔水層的厚度和分布及組合關系等。為了綜合提高地質勘查水平,需要對地質勘查中涉及到的水文地質問題進行重點研究。通過對水文地質條件的分析,不僅能夠對水文地質問題有明確的認識,而且能夠對地下水對工程地質的影響做出明確的評價,進而能夠針對可能出現的情況采取一定的措施。這能夠在很大程度上消除建筑工程建設的盲目性,提高建筑工程的整體建設水平。很少有針對實際的工程需要來分析地下水可能會產生的危害的報告,這是當前的地質勘查工作中的缺陷與問題,必須要進行改進與完善。為此,筆者提出,在未來的工程進行地質勘查時,至少需要從下述幾點內容對水文地質進行評價:
3.1注重地下水對巖土體和建筑的影響
在工程建設過程中,地下水是影響建筑質量的重要因素,因此,在工程地質勘查中,應重點評價地下水對巖土體和建筑的作用和影響,預測可能產生的巖土工程危害,做出相應的防治措施的準備工作。
3.2水文地質對地基的影響
對于一項建筑工程來講,地基是最重要的部位,其施工質量的好壞,直接關系到整個建筑工程的質量。因此,在工程地質勘查的過程中,要能夠加強研究與地基有關的水文地質問題。工程地質勘查中要密切結合建筑物地基基拙類型,查明與該地基基拙類型有關的水文地質問題,提供選型所需的水文地質資料。
3.3加強對地下水賦存狀態和變化規律的研究
在工程地質的勘查過程中,要能夠對水文地質自身的狀態進行分析和研究。在地下水勘查過程中,應該對地下水的天然存在形態和今后可能的變化情況進行科學的研究,此外,更為重要的是,要能夠對地下水的存在對于建筑工程的建設以及使用情況產生的影響進行分析,從而能夠避免地下水對建筑工程造成的負面影響。此外,值得注意的是,地下水位的存在和變化情況對于每一種建筑物都具有很大的影響。因此,在進行工程地質分析的時候,要能夠對地下水位之上和地下水位之下的情況進行區別對待。
4地下水位變化對巖土工程的影響
膨脹性巖土如果產生不均勻的脹縮變形,大多數情況下都是因為地下水位的升級所引起的,如果升降變化比較大就會導致嚴重的地裂災害的發生,進而對建筑物產生較大的破壞,甚至會造成坍塌。所以在發現地下水位出現頻繁升降變化的時候,要給予足夠的重視,在進行膨脹性巖土地區的勘查工作過程中,應著重對該地區的水文進行詳盡的研究和數據分析,進而掌握地下水位的升降變化規律。只有通過對地基基拙深度的選擇依據水文的地下水位變化這個原則的有效執行,就可以盡可能避免出現變形和受損。如果當水位壓縮層的范圍內變化,就可能會讓地基發生軟化現象,導致地基強度降低,就可能讓建筑物發生沉降和變形,所以在實際施工中一定要對地下水位的升降變化給予高度重視,以避免對巖土工程產生破壞和影響。
1)地下水位上升引起的工程危害。巖土工程所出現土壤沼澤化、鹽漬化等現象及其所導致的成巖土工程質量下降是由水位上升引起的,地下水位上升對于建筑物的腐蝕會造成更加嚴重的影響,建筑物更容易壞掉,不能長久的使用,導致人力,物力,財力的大量浪費,給國家經濟造成不利影響。部分水位上升還是引起巖土結構破壞的主要因素,同時會造成巖土層結構強度降低而出現流砂、管涌等現象。在實際地質工程中,大量降雨、溫度上升、含水層結構及總體巖土性質改變等是導致水位上升的主要因素。
2)地下水位下降引起的工程危害。地下水位降低可以導致地面下降,工程地面出現塌陷,整個建筑物會坍塌,不僅造成財力的浪費,還可能會造成人員傷亡,后果不可想象。地下水位的惡化主要就是地下水的枯竭造成的,會影響到工程地質的穩定性和安全性。導致正常地質地下水位下降的主要的原因包括采礦人員采礦活動、建筑水庫補給、地下水大量抽取等一些人為因素。
3)地下水位頻繁升降造成的工程危害。頻繁升降的現象有時候會在地下水中出現。巖土層膨脹以及巖土出現不均勻脹縮都是由地下水位頻繁升降導致的,巖土層出現變形往復所導致的地下巖土層中的鋁、鐵等物質喪失的主要原因就是膨脹收縮。進而出現上層土層失去膠結物以及巖土層表面出現松動的現象,降低了整體的巖土層效果降低。可見地下水位頻繁升降造成的后果也是十分嚴重的。
4)地下水動壓力作用引起的工程危害。地下水天然動力平衡效果降低導致的移動水壓的改變在很大程度上是由地下水動壓力改變引起的,同時巖土層所出現的流砂、管涌、基坑突涌等導致的水文地質整體狀況大幅降低的現象也是巖土工程地下水動壓力改變引起的。除此之外,地下水動壓力作用還可以導致地下水天然動力平衡的條件發生轉變。
2解決水文地質問題的有效措施
水文地質對于地質勘查越來越重要,采取切實有效的方法對水文地質的各種有關參數進行測定對于提高工程施工的安全性。保證建筑的穩定性以及避免人為誘發水文地質災害的發生有著非常重要的作用,應當對其進行正確客觀的評價。為了充分發揮水文地質在工程地質勘察中的積極作用就要做好水文地質勘察工作,那么,面對以上水文地質問題,我們該采取哪些措施去有效防治呢?
1)詳細的水文地質評價內容。巖土工程勘察報告是展示工程地質勘察的最終成果的主要方式,建筑工程地基基礎設計及施工都是以巖土工程勘察報告為主要科學依據的。全面可靠的報告內容能夠保證后期工程設計施工的安全性,報告內容的錯誤會造成非常嚴重的后果,一點點的差錯就會引發不可想象的后果,因此要求技術人員必須要有耐心與責任心。在水文地質評價的報告中除了要將下水類型,含水層的埋深以及具體的分布狀況、巖土類型、巖土厚度,靜止水位、涌水量、地下水流向以及水力坡度內容包括在內以外,還應該包括各個含水層間的水力聯系以及含水層與地表水體間的水力聯系;地下水的補給和排泄情況等
2)調查準確的工程地質條件。應該將地形地貌、水文地質、巖土的物理力學性質,地質現象等條件作為工程地質勘察中的工程地質條件。在調查這些工程地質條件時,要做到準確詳細。為確保建筑的安全防護措施提供相關科學準確的依據。為了預測工程地質作用會帶來什么樣的影響應當給出正確的客觀的評價,應當查明工程地質條件并結合項目的具體特點,確保對建筑實施具有科學準確性的安全措施。
二、巖土水理性質當巖土和地下水之間發生相互作用
是一些性質會得以顯現,這邊是巖土水理性質。在工程地質性質中,除了巖土的物理性質以外,便是巖土水理性質最為重要了。這一性質在多方面都有所影響,一方面是對巖土的強度和變形有一定作用,另一方面,建筑的穩定性受到極大影響。在以往的勘察經驗中,大部分的精力都被投入到物理力學性質的測試方面,相對于水理性質關注很少,因此之前的對于巖土工程地質性質的相關評價并不完善。由于在巖土的水理性質中,巖土和水是主要的相互作用力,所以這里對地下水的賦存形式及其對巖土水理性質和幾個較為重要的水理性質(包括其測試方式)做一下簡要介紹。首先是地下水的賦存形式方面,依照其在巖土中的分布,可以直接劃分為結合水、毛細管水和重力水。再者在主要的水理性質方面(包括測試方法),簡要來說可以分為五種,軟化性、透水性、崩解性、給水性以及脹縮性。軟化性,巖土經過水的浸濕,力學強度相對降低的特性,以此可以對巖石的耐風化和耐水浸能力做出合理的判斷,這類特性普遍存在于粘性土層、泥巖、頁巖和泥質砂巖中;透水性,在重力作用下,水可以透過巖土流出,而在判斷透水性的強弱時,可以依據巖土的顆粒粗細以及均勻程度來進行識別,一般來說,顆粒較細、分布不均的最容易發生這一性質的作用,反則相反;崩解性,當巖土被水浸濕后,一些土粒間的連接能力降低,便容易發生解體;給水性,在重力作用下,過于飽和的巖土中的水便會經由孔隙、裂隙中自由流出,通常以給水度進行標示,而一般在對給水度進行測定時需要在實驗室中進行;脹縮性,一般來說,巖土經過吸水作用后會促使體積的不但擴大,反之則體積減小,所以巖土在脹縮性能方面發生的變化主要是由于水膜對水的吸收程度來決定的。
三、地下水引起的巖土工程危害
在巖土工程中,較為主要的危害是地下水的作用,在升降變化的水位以及動水壓力的影響下所造成的。
1.巖土工程受到地下水升降影響后產生的危害對于地下水位方面的變化,引起的因素可能是多方面的,有自然原因以及人為原因,不論緣由為何,結果必須引起重視,因為在地下水位達到一定的標準時,就會對巖土工程造成不同程度的危害。在引起方式方面,主要有以下三種。第一種,水位上升引起巖土工程危害。促使水位上升的因素是有很多,不過最為主要的是地質方面的影響(含水層結構、總體巖性產狀)。除此之外,水文因素、氣溫因素以及人為因素都會對其造成影響,甚至很多時候多種因素結合造成影響。潛水位上升會對地質造成不少影響,比如土壤沼澤化、鹽漬化,斜坡、河岸等巖土體巖產生滑移、崩塌,粉細砂及粉土飽和液化而出現流砂、管涌,以及地下洞室充水等所造成的建筑失衡。第二種,水位下降引起的巖土工程危害。在這一狀況中,大多是由于人為因素所造成的,比如大量抽取對地下水以及大量開采礦物資源,一些地方還利用下游地下水補給大壩,都會造成嚴重的水位下降。由此,會出現地質災害(地裂、地面沉降、地面塌陷)和環境問題(地下水源枯竭、水質惡化),使得建筑遭受很大安全威脅。第三種,地下水頻繁升降所造成的危害。地下水升降會使得巖土本身不斷膨脹收縮,從而導致變形,如果升降水位的現象發生的過于頻繁,則會促使地裂的發生,最容易受到影響的便是輕型建筑物。
2.巖土工程在地下水動壓力影響下產生的危害通常來說,地下水純天然狀態存在時,相應的動水壓力會比較微弱,對安全沒有什么影響,但是加之人為的工程作用,純天然的自然環境遭到破壞,這一情況下回使得巖土工程發生較為危險的事故,對安全造成威脅。
可行性研究勘查階段科學的評價了擬建場地的穩定性以及適宜性。這一階段對工程地質工作的要求如下:1、考察當地的地質、地形地貌以及附近地區的工程地質資料等;2、在搜集資料的基礎上對場地的地層以及構造等工程地質條件進行了解;3、對于那些工程地質條件較為復雜的情況,要根據實際情況來測繪工程地質,開展勘探工作。
(二)初步勘查階段
在初步勘查這一階段,合理的評價建筑場地內建筑地段的地質狀況。這一階段的工程地質勘查工作如下:1、搜集一些可行性研究報告、建設規模等相關資料;2、對地層、構造、水質以及物理地質現象的成因、分部進行詳細的了解;3、對建筑材料的場地以及儲量進行合理的確定。
(三)詳細勘查階段
詳細勘查這一階段要與技術設計充分結合起來,并且在分析以及評價巖土工程的時候,要根據不同的建筑物來進行。詳細勘查可以為基礎設計、處理地基以及物理地質現象的防治提出了堅實的基礎。
二、高層建筑物的主要工程地質問題
本文主要分析了高層建筑物的工程地質問題,由于高層建筑物具有重大的負荷以及分布不均勻,一般情況下要采用深基礎,促使地基變形的深度加大。
(一)建筑物場地的穩定性問題
高層建筑物以及超高層建筑物地基變形會產生較大的影響,這一類建筑物的范圍不僅會影響地表的松軟土,而且也會影響到基巖風化帶。在高層建筑物中,不僅要重視地基土體的穩定性,而且要注重下臥層的穩定性。巖性以及成因類型、土體結構等都影響著下臥層的穩定性。所以,在選擇建筑場地的時候,要以城市地震基本烈度區劃為基礎,在勘探過程中驗證以及查明建筑場地周圍的地質結構,通過分析與比較選擇合適的建筑場地。
(二)基礎類型選擇的工程地質論證
目前,高層建筑的主要形式是指箱基、樁基以及復合基礎。第一,箱形基礎。其中箱形基礎的特點如下:較大的基底面積、整體性較好等特點。如果地基中的土體較為軟弱以及分布不均勻的時候,此時要選擇箱形基礎,這種形式不僅會減少建筑物的不均勻沉降,而且可以合理利用其中的空部分。第二,樁基。樁基包括了鋼管、墩基等幾個部分。樁基具備較高的承載能力,而且可以避免基坑邊緣的穩定性等問題。在上覆較厚軟土層的地基中比較適合使用樁基。所以要按照地基工程的實際施工條件來進行,選擇有效的樁基類型。第三,復合基礎。如果僅僅采用復合基礎這一種形式不能滿足高層建筑對地基強度以及變形的實際要求。如果在施工過程中出現了困難,此時要選擇箱基下樁基的復合基礎類型,采用復合地基處理來降低承載量。現階段,在實際施工過程中要采用深層攪拌樁。然而如果施工條件較為復雜,造價較高的時候,此時要結合建筑物的實際要求來進行,促使建筑物工程的順利開展。
三、加強高層建筑工程地質勘查工作的途徑
(一)詳細了解以及掌握建設單位對巖土勘測的要求
工程師在勘查工作開展之前,要詳細了解以及掌握建設單位對巖土勘測的要求,并且要充分結合工程的用途以及載荷大小,同時還要充分結合施工現場的實際情況編制科學的制度。另外在制定時間計劃的時候要聯系實際情況,注重資料整理、土木試驗等環節,對試驗、鉆探施工等技術提出了合理的要求。
(二)工程地質勘查人員要充分結合施工現場實際條件進行勘查工作
在開工之前,工程地質勘查人員要從實際情況出發做好勘測以及核實工作,并且要核對鉆機所使用鉆桿的尺寸以及長度,確保各部門技術參數滿足實際施工的具體要求。在巖土勘測這一工作中,要按照相關的規章制度來進行,選擇合理的鉆進方式。在測量高程和水位的時候,要選擇黃海高程,如果條件不合適要采用假定高程,等到施工工程結束之后來測量地下水位。同時工程師要核對以及驗收相關資料來確定相關數量,并且做好現場監督工作,提高勘查技術的質量。
(三)做好地質勘查工作,分析數據,做好整理勘查數據工作
在整理以及分析數據之后要查明現場等實際情況,促使施工工程的順利進行。同時還要檢測地基處理的質量,特別是做好記錄工作,認真分析相關數據,便于日后工作的順利進行,提高工程地質勘查的整體質量。
(四)加強回訪工作,查明其中的不良地質問題
為了能夠促使地基的質量與現實施工條件相符合,這就要采取有效的措施來檢測工程的質量,特別是對于那些施工過程中的數據域勘查報告不相符,此時要合理的分析,減少工程過程中的質量問題。
2我國鐵路工程地質勘測的主要方法
2.1傳統的地質調查測繪方法在鐵路進行地質綜合勘查時,此傳統方法是最基本的勘探方法,其主導了各個勘探階段的地質勘查工作,為勘探點的布置和各種不同技術方法的選擇提供了依據。傳統的地質調查測繪方法貫穿了地質勘測工作的全過程。
2.2遙感技術方法遙感技術在對我國鐵路工程進行勘察時,是利用遙感圖像判釋技術,對鐵路工作的地質進行調繪。此方法是通過遙感圖像獲取信息迅速全面、視域寬闊的特點,在宏觀上,對鐵路工程所處地的地質情況進行初步的查明,避免重大不良地質對我國鐵路工程施工的影響。遙感技術改變了常規的調查方法,使其調查方法由點到線到面的模式變成了由面到線到點的模式,使用判釋成果來對地面調繪進行指導。遙感技術的基本方法是指以遙感圖像的綜合對比分析和判釋方法,從宏觀上調查鐵路工程所處地的工程地質、水溫地質以及區域地質等情況,為鐵路工程通過地的地質條件評判提供依據。在一些特殊的地質段以及資料缺乏的鐵路施工地區,比如出現施工地區地形和地質復雜、有越嶺隧道工程的鐵路項目等情況時,其作用非常明顯。
2.3物探技術方法物探技術方法具有勘探深度相對隨意、方法多的特點,在大面積勘測時,使用點、線、面相結合甚至是三維勘探,是我國鐵路工程地質勘查的重要手段。有效合理的應用物探技術,可以提升地質勘查的宏觀控制水平,有效降低鉆孔布置的盲目性,提高其利用率。另外,物探技術可以勘測地層的磁化率、電阻率、彈性波速度、放射性、地溫等,為鐵路工程施工方案的設計提供多種參數。物探技術方法在使用時的原則是:1)物探是鉆探前的先行工作,通過利用其信息量大和測點密集的優點,可以使用剖面性、全面性或者是透濕性探測技術,分析地下異常點,依據物探的異常、物性分區分段及界面合理經濟的布置來設置鉆孔點。2)使用此方法時,應注意將物探出的異常點與實測資料、地質鉆孔資料和地質調繪資料相結合進行分析。依據物探方法取得勘查對象的物性參數,提升物探技術的解釋精度。3)在遇到使用一種物探方法無法完全解決在勘探時遇到的問題時,應與其他物探方法相結合使用,進行綜合性的地質物探。并且應考慮工程所處地的地形、地貌等干擾因素,進行合理的組合應用,確保地質勘查準確性。4)在選擇合理的綜合物探方法時,不僅要考慮勘查的效果性,也要考察方法的經濟性。
2.4鉆探技術方法鉆探技術為鐵路工程設計施工提供了科學的依據。可勘查工程所處地的基礎地質條件,對所處地的水文地質進行試驗并獲取土工試樣,且對其他勘探技術的推斷和解釋及地質調繪進行驗證。在鐵路工程地質進行綜合勘探時,應注意其勘探原則。第一,關于重點工程較深程度的鉆孔,都應該對其進行相應的孔內測試或者物探測井。第二,在孔位進行布置前,要求對地質進行詳細的地質描繪和物探工作。
2.5土工試驗方法土工試驗方法指在地質勘查時,對所處地的地質進行野外采樣,在室內對樣品進行相應的物理力學和化學等指標的測試,獲得按工程設計與施工時需要的實驗參數指標。為鉆探、物探、原位測試進行土名鑒別及獲取試驗指標提供依據。
2.6原位測試方法原位測試方法指對現場的地基土進行多種參數的測定獲得施工需要的土樣指標,是鐵路工程地質勘測中經常使用的手段。其主要方法包括載荷試驗、靜力觸探、十字板剪切試驗以及預鉆式旁壓試驗。
2.7綜合勘探技術方法綜合勘探技術方法指對鐵路工程的地質實施勘探時,在利用遙感技術進行地質測繪的條件下,充分合理的與物探、原位測試方法、鉆探等各種勘探方法相結合來勘測地質。各種方法通過取長補短來獲得多性狀的地質信息,提高鐵路地質勘探的效益和質量。此方法尤其適合于大型的地質復雜型工程以及前期鐵路選線的地質勘查。
3幾種不同地質條件下的地質勘探方法
3.1關于巖漿巖及深變質巖地區的地質勘探方法1)在基巖覆蓋地區的勘探方法。在基巖覆蓋地區施行地質勘探時,探測較大范圍的覆蓋層厚度以及貫穿覆蓋層對地區地下地質結構進行勘探,可以采取電剖面法和地震折射波法,這些方法精密度比較高而且效果比較好。另外,也可以采用電測探法,此方法在探測覆蓋層與風化層厚度上的效果相對較好。若在探測時覆蓋層下面出現明顯的磁性差異情況時,應利用磁法對其進行勘探,確定隱伏的斷層位置和基巖的巖性。2)在小于500m埋深的基巖地區勘探方法。對此地質進行勘探時,因不明顯的地層對比標志,所以使用地質調繪方法難度系數較大,應使用綜合物探方法。其中物探方法的選擇應根據地質問題和條件來確定,在實施中,可采用彈性波速度法等方法來實施勘探。3)在偏大埋深(200m~2000m)基巖覆蓋或者地區的勘探方法。在對較大深埋基巖覆蓋或者地區采用電法和地震勘探效果不佳時,可以使用大地可控源音頻大地電磁法和高頻大地電磁法對此地區進行勘探。
3.2沉積巖及淺變質巖地區的地質勘探方法1)在平緩褶曲結構區的勘探方法。在此地質中,其地質構造多是以交互的砂頁巖地層、含煤地層、軟硬相間地層以及石膏等級軟地層等一些地層組成的。在平緩產狀的巖層呈現格曲或者單斜狀態時,應該使用電測探技術方法和地震反射波技術方法來獲取三維或者二維地層發射圖,并與控制性鉆孔相互配合,對此地區地質進行準確的勘探。2)在單斜巖層結構區勘探方法。在進行該地區的地質勘探時,如果調查測繪方法獲得的資料可以通過地表各層巖性推判地下設計標高時,此時應采取地震折射波技術方法勘探淺部完整基巖的界面速度。依據地質調繪和航片判釋方法獲取巖層的產狀,從而通過地層波速推測設計標高,且在鉆孔時使用聲波測試對此地區的各地層巖性進行勘察,并比較鉆孔和地表兩種方法的縱波速度。如果基巖地區被土層大面積覆蓋,此時除覆蓋地段以外的地區,可以使用衛片判釋和航判釋方法,在覆蓋地區運用綜合物探技術和地質調繪相配合方法,為鉆探布孔做指導。3)在強磁性地層區的勘探方法。在覆蓋層厚的地區,因覆蓋層下基巖有不一樣的巖層,因此會出現磁性差異現象。可采用磁法勘探技術對隱伏的斷層的位置及基巖的巖性進行勘探,并和電法及彈性波探測法相結合對該區地質進行勘察。
3.3在松散沉積層地區的勘探方法1)地質為細顆粒土時。在此地質上,應該在地質調繪的前提下,應用靜力觸探技術或者動力觸探技術與鉆探方法、物探方法及土工試驗方法相配合,依據不同鐵路工程類型和勘探階段的要求,選擇適合的勘探方法。2)在土石界面層時。在地表是第四系松散地層覆蓋且下伏基巖時,一般在地質調繪的前提下,運用綜合物探方法與動探、靜探鉆探技術相結合的模式,依據彈性波速度和電性的差異性,顯示電剖面法、電測探法和地質折射波法的作用,對此地質進行勘探。
從上世紀80年代開始,地質工程學就在我國誕生了,地質工程學主要就是對地質災害的防治所進行研究的。地質災害工程涵蓋著對地質災害的防治以及巖土兩個重要的層面,其中的巖土工程則是施工間所設計到的開挖巖土體的加固處理。從巖土工程地質災害的主要類型特征層面,不同的地質災害類型就有著不同的特征,巖土工程中的泥石流地質災害類型是降水作用下,溝谷以及山坡等出現的攜帶大量石塊及泥沙物體的洪流,主要是表現為固體流動和液體流動相結合的混合物,這一地質災害類型受到棄土棄渣的防護不合理所致,再有就是在開挖過程中沒有科學化進行。再者,巖土工程地質災害中的滑坡類型也比較常見,主要是地下水以及河流的沖刷等使得斜坡的巖體或者土地的軟弱地帶發生的下滑情況。滑坡地質災害主要的由于強降雨或者強降雪所致,還有就是受到地表水沖刷、浸泡等也比較容易發生滑坡地質災害。巖土工程地質災害類型中的崩塌也是比較常見的災害類型,這一地質災害主要就是由于根部的虛空使得陡坡裂縫分割巖體而發生局部的折斷等狀況,這樣就失去了原有的穩定性鞥發生翻滾。崩塌地質災害主要是受到礦產資源開采及道路邊坡開挖影響比較嚴重。另外,巖土工程地質災害中的地面變形也是常見災害之一,這一類型的地質災害主要有地面的沉降額塌陷,或者是出現裂縫等。地面變形的地質災害受到區域內地表水的大量抽取以及表面的熔巖和對礦產的不合理開采的影響比較嚴重,所以在對巖土工程中地質災害的防治過程中就要能夠結合實際進行處理。
1.2巖土工程地質災害的成因分析
巖土工程地質災害的成因根據類型的不同也會有著多種成因,主要體現在受到地形地貌的影響比較顯著,我國是地質災害最為嚴重的國家之一,每年由于地質災害所造成的損失比較巨大,這對多個地區的經濟發展有了限制。從巖土工程地質災害的主要成因層面來看,分為自然因素及人為活動因素,其中的人為活動因素是造成地質災害比較重要的影響因素,由于在一些建設和開發開采等活動的實施下,就對原有的地質自然形態造成了破壞,從而引發了一些列的災害,其發生和地質本身的關系并不大,主要就是由于人為破壞的。對于巖土工程的地質災害的發生是在自然地質演變和氣候的變化下逐漸形成的不穩定狀況,經過人為活動對這一不穩定活動的破壞,加快了地質災害的發生。地質災害的發生對人們的經濟財產以及生命等都有著很大的危害,這也是災難性的事故。另外就是巖土工程地質災害的自然因素,這一影響因素也被稱為是第一環境問題,不會因為歷史變遷而發生變化。地形地貌的影響以及水文氣候的特點和地質環境的特點等都會對巖土工程地質災害的發生起到促進作用。
2巖土工程地質災害的有效防治措施探究
第一,對巖土工程地質災害的防治要從多方面進行考慮分析,采取多樣化的防治措施,由于地質災害的發生需要一定的條件促進才能形成,所以為能夠將巖土工程地質災害得到有效防治,就要從源頭上進行消除。首先是對巖土工程的實施過程中,要能對地質災害的勘察得到充分重視,地質災害額發生和地質狀況有著緊密的聯系,這就要對地質的實際狀態加強勘察,進而保障巖土工程施工中的安全性。具體的措施就是先成立地質勘察小組,對巖土工程施工的地區進行實際的勘察,對施工場地的地質特征以及形成原因加以詳細化分析,然后對地質災害發生可能程度進行評估,并要定期的到現場實施觀察。第二,當前我國的科學技術有了很大程度的發展,將其在巖土工程施工的有效應用對地質災害的防治就有著積極作用。從我國地質災害監測預警體系的發展過程中來看,有的是通過先進儀器設備誒等進行的專業監測,還有的是通過群眾參與的群測群防。總體而言,對巖土工程施工過程中的地質災害防治要能將“感”、“傳”、“知”、“用”這幾個層面得到準確的掌握,其中的感就是對監測數據進行采集,再通過移動終端對所采集的信息加以傳遞,這樣就能通過衛星傳回監測的數據,然后再對這些數據加以處理分析并建立模型,對地質災害的狀態以及發展趨勢加以判斷,最后就是采取輔的決策對地質災害監測預警以及搬遷轉移等措施提出。第三,對巖土工程地質災害的防治還需要開展相應的防治工程設計,結合實際巖土工程所受到的災害情況進行對防治的途徑加以確定,然后再按照災害的發生程度以及對防治目標的確定等對防治的實際強度和工作量詳細的制定,例如采取支擋或者排水以及加固等方面的措施進行實施。從工程層面來看采取工程型防治是地質災害最為主要的防治措施,工程開展過程中要進行實施削方減載,并把緣地表排水及開展前緣支擋的方法對實際的施工要求加以滿足,在工程防治方面要能結合實際來采取相關措施。第四,而采用生物防治的措施,則主要是通過植樹造林以及草坡護理等方式實施防治,這在環境保護以及防治的時間上都有著較好效果的呈現。還可再用地質災害的避讓措施的實施,巖土工程施工過程中通過避讓措施能夠對地質災害的損失降到最低。對于災害隱患點及變形斜坡在雨天所采取避讓措施比較有效,如在下雨天可讓比較容易發生地質災害的群眾及時的搬遷,在對這一措施實施過程中要能有效遵循就近以及不受災害威脅的原則。對于有著較大危害的采取避讓措施是比較有效的。
我國已建江河堤防工程總長20余萬公里,98特大洪水后尚有大量堤防工程正在規劃建設中。許多已建堤防工程過去基本上沒有進行過真正工程意義上的工程地質勘察,更談不上各大江河湖海堤防工程系統化規范性的地質資料的匯編與分析整理工作。正因為如此,許多堤防工程在98特大洪水期間險象環生,出險堤段堤基的地質條件沒有足夠的資料可供搶險分析,為確保萬無一失,只能按最壞情況進行搶險,其人力物力的巨大付出實在是不得已而為之;洪水期間上至中央下到地方的各級領導以及全國人民的精神緊張程度和精力耗費更是無法用實物價值去衡量。如此被動局面,一方面是大自然教訓人類的生動一課,另一方面則是祖先給我們留下的世紀難題。
建國以來,隨著大規模工程建設的需要,工程地質專業從無到有,日益發展壯大,成為國家工程建設不可缺少的重要基礎性專業。工程地質勘察的法規性準則也逐漸成熟與完善,與工程地質相關的規程規范相繼出臺,并結合工程實踐的反饋信息進行修訂修編。水利部1997年2月了行業標準《堤防工程地質勘察規程》(以下簡稱《規程》,編號SL/T188,同年5月1日起實施),這是我國堤防工程地質勘察的第一部法規性行業標準。而國家標準《堤防工程設計規范》(以下簡稱《規范》,編號為GB50286-98,自1998年10月15日起施行)則是98特大洪水之后出臺的。特大洪水前后出臺的這兩部法定標準或許是歷史的巧合,也許是歷史的必然。巧合與必然都說明這樣一個事實:工程地質是工程建設的基礎和偵察兵,具有超前意識和預見性,信不信由你。
《規程》頒布前的堤防工程地質勘察工作基本上沒有什么標準。《規程》頒布后,地質工作有規可循,有法可依。更為98特大洪水后大規模堤防建設奠定了基礎。首次頒布此《規程》,與工程實際存在一些差異再所難免。《規程》實施三年多來,主要存在三方面的問題,一是《規程》本身的實踐性與可操作性問題;二是地質師對《規程》的理解程度與把握尺度;三是人們對堤防工程地質勘察的認識程度與理解程度。近兩年來,生產第一線的廣大地質師對《規程》提出了許多好的意見和建議,我們在工程審查過程中,也在逐漸地深化對堤防工程和《規程》的理解,力求較準確地把握審查尺度,緊密地與工程實際相結合,避免教條和呆板地執行《規程》中明顯與工程實際不相符合的條款,要求客觀地、創造性地應用和執行《規程》,同時也強調執行《規程》的嚴肅性。
近年來,堤防工程地質勘察工作基本上可以滿足堤防工程設計與施工的要求。隨著工程實踐經驗的積累和對堤防工程深層次的認識與理解,一些具有全局性和普遍性的問題,迫切需要提出來進行討論,以便引起足夠的重視。
2堤防工程隱患與險情分類
2.1分類的意義與原則
堤防工程存在隱患出現險情,導致大洪水時十分緊張。大規模的堤防工程建設正是針對隱患和險情而提出來的“整險加固”或“除險加固”。顯然,對隱患和險情實施科學分類,不僅是從實踐上升到理論的成熟過程,也為堤防工程的勘測設計工作明確了任務,同時為“加固”工程指明方向,提供依據。
在分類之前,我們先給出險情和隱患的定義:
險情是指正在發生或發生過程中被搶險保住了的事故堤段,具有直觀性,措施明確性等特點。針對險情,需要分析出險原因,界定險情性質,預測再次出險的可能性,落實工程措施,確保大堤安全。
隱患是指尚未發生或可能將要發生險情的事故堤段,具有隱伏性,隨機性,再生性等特點,更需要技術人員的分析判斷,以便對癥下藥,采取措施消除隱患。
險情與隱患有明顯區別但又并沒有嚴格的界線,往往在險情中存在著隱患,在隱患中孕育著險情。辯證地看,險情是隱患發展到一定程度后的質變或必然結果,隱患是潛藏著的險情。從過程時態來看,險情是現在進行時或過去完成時態;隱患是過去、現在和將來組成的全過程時態,或單個過程時態。
本文分類的原則主要體現在:水工建筑物(堤身、穿堤建筑物)與天然地質體(堤基)區別開來,出險堤段和存在隱患的堤段與非出險堤段和不存在隱患的堤段區別開來,再按險情和隱患的性質進一步細化,作為指導后續工作的綱要。
2.2堤防工程險情分類
按出險部位可分為堤基險情、崩岸險情、堤身險情和穿堤建筑物險情,這是出險時首先要明確的基本類型。前兩類與地質條件直接有關,后兩類與地質條件間接有關。可進一步劃分如下:
(1)與地質條件與河勢演變均有關系的險情:崩岸險情,具有可預見性、直觀性、發展性和多變性特征。
崩岸類險情多發生在河流凹岸迎流頂沖或深弘逼岸區段,地質條件往往是抗沖刷能力較差的細砂類土或粘性土。由于河水位與河勢流態的變化關系,有的崩岸險情并不發生在洪水期(高水位)而是在退水期(低水位),因此可以進一步將崩岸險情分為洪水期崩岸險情和枯水期崩岸險情,前者搶險緊張,后者可以從容對待。
(2)與地質條件直接有關的險情(主要為堤基險情,包括穿堤建筑物地基險情):堤基滲透破壞險情、堤基滑動破壞險情和堤基沉降破壞險情等。
堤基滲透破壞險情具有一定的隱伏性,往往不易準確判斷,洪水期發生的滲透破壞實例與理論計算有較大出入。另外,還需注意將承壓水性質的滲透破壞與堤基接觸沖刷或砂性土堤基滲透破壞區別開來,因為滲透破壞機制不同,工程措施當然也不一樣。
存在滑動或沉降破壞險情的堤段,堤基大多分布有軟弱土層,土體抗剪強度低,壓縮系數大;另一類滑動或沉降破壞是隨著崩岸險情而產生的,此類險情危害最大,搶險最困難。此外,堤基內或堤基外可能存在陡坎或堤坡太陡,或堤身填筑施工速度太快,都可能出現類似破壞。
以上險情實際上也就是我們通常要求界定明確的堤防工程的三大主要工程地質問題:崩岸、滲透破壞、滑動或沉降破壞。
(3)與地質條件基本無關或關系不大的險情(主要為堤身險情):堤身滲透破壞險情(與堤身質量有關,如堤身土體的密實程度、填筑土體的滲透性質和堤身單薄等)、堤身滑動破壞險情和堤身沉降破壞險情等。
2.3堤防工程隱患分類
按隱患存在的部位可分為:堤身隱患、穿堤建筑物隱患和堤基隱患。
按隱患的性質可分為:常規患和特殊患。
常規患:堤身單薄,堤坡太陡,填筑質量差,填筑體中存在砂性土夾層,有明顯的堤身裂縫等。與地質條件直接有關的主要為堤基類隱患(包括穿堤建筑物地基)。例如上覆粘性土層薄,或本身即為砂性土堤基(包括淺層砂性土透鏡體),存在滲透破壞的可能性;堤基有軟弱土層分布,存在滑動穩定問題。
常規患具有直觀性和可檢測性,隱患的分析和工程處理措施都較為明確,一般情況下可以通過常規性的堤防工程維修加固予以消除。
特殊患:進一步可分為隨機患(堤身或堤基隨機分布有生物洞穴、植物腐爛物等)、再生患(生物洞穴類隱患具有再生性)、人類活動留下的隱患(例如城市區與堤外江河相通的早已被廢棄了的各類排泄管道,工程勘探留下的封堵不合格的鉆孔等)以及地質條件不明的堤基隱患等等。
特殊患規律性差,檢測困難,在洪水期一旦演變成險情,其突發性質增加了搶險難度。
2.4險情和隱患與堤型之間的關系
堤防工程的主體~防洪大堤,絕大多數為就地取材填筑的土堤類型,由于筑堤的歷史條件、筑堤材料、自然環境等等因素復雜,為后人留下了長期隱患,洪水期險情不斷,令人心驚。鑒于土堤存在的這些問題,近年來一些城市區的堤防工程比較傾向于改土堤為混凝土防洪墻(堤)。混凝土墻可以基本排除堤身隱患和險情,但卻增加了堤基的出險負擔。一是堤基的受力條件發生了較大變化,原來的土堤是大面積分布荷載,混凝土墻改為集中荷載;二是堤基較長滲徑變為水頭集中的較短滲徑。混凝土墻顯然對堤基地質條件提出了更高的要求,這是地質工作需要重視的。
另一方面,險情和隱患與堤防工程的擋水性質在很大關系。例如一些丘陵山區城市堤防工程,其擋水性質為暴漲暴落,遠不能與長江中下游堤防工程高水位較長時間運行情況相提并論,其險情和隱患的性質也是有差別的,需要區別對待。而《規范》中只是對堤防工程的等級標準有所規定,并沒有對反映出險情和隱患與等級標準之間的關系,需要由有經驗的地質師和設計師根據具體情況去理解與把握。
3堤基工程地質分段
3.1堤基工程地質分段存在的問題
自然界的地質條件千差萬別。堤防工程是長距離線狀工程,跨越了不同的地質單元,不進行分段分類區別對待顯然是不行的。堤基工程地質分段又稱堤基工程地質分類。在實際工程中,一些勘測設計單位不進行工程地質分段,或分段不合理,或即便是進行了地質分段,但其巖土體的物理力學參數又不進行分段統計分析,工程地質條件明顯不同的堤段沒有區別開來。還有一些堤基工程地質分段的結果不同程度地存在自相矛盾性,對工程設計和工程措施的選定缺乏針對性。當然,更多的情況是工程地質分段的合理性與科學性不足。
例如某設計院參加過大量堤防工程地質勘察,有豐富的堤防工程地質勘察經驗,他們進行堤基工程地質分段所考慮的因素有:上覆粘性土層的厚度、外灘寬度和歷史險情等,將堤基分為工程地質條件好、較好、較差和差四個等級。如此分段其大原則沒有什么問題,但對于一些特殊組合則不易明確。例如,某堤基段其上覆粘性土層足夠厚,堤內也沒有任何險情,但堤外無灘,受水流沖刷崩岸嚴重,是典型的險工險段。將這種堤段分成工程地質條件差或較差都不一定合適。因為出現的險情不是堤基本身的工程地質條件差,而是堤外腳受水流沖刷產生的崩塌或塌滑,且在不同水位條件下其險情不同,與江河水流及河勢變化都有關系。顯然,崩岸類險工險段在堤基工程地質分段時應結合河勢水流特征單獨進行分類,以便于有針對性考慮工程處理措施。例如對某一類崩岸問題,拋石護腳是有效的,而另一類崩岸問題或許要與“丁壩”挑流改變流態相結合才能從根本上解決問題,或者無建“丁堤”的條件,則需考慮“樁”、“籠”等工程措施。
另一方面,對于堤基工程地質條件用“好”與“差”來評價,其針對性不強。例如,存在滲透破壞的堤基劃為工程地質條件差,而實際上可能此類堤基的承載能力和抗滑穩定性都是很好的,如砂性土堤基。又如淤泥質土類堤基,其承載能力和抗滑穩定性差些,但滲透系數卻很小,抗滲條件是好的。如此等等,用常規的工程地質條件好或差來評價,都存在明顯的矛盾。
目前各勘測單位自行制定的堤基工程地質分段原則,基本上是以工程地質條件為基礎,再考慮一些自然因素和工程因素,筆者認為這種分段法的思路源自于常規的工程地質分類法,跳不出傳統思維的約束,不能較好地適應堤防工程的實際,需要探索新路。
3.2堤基工程地質分段
我們在進行傳統意義上的工程地質評價時,通常從工程地質條件出發,結合工程建筑物特點,界定出主要工程地質問題。在堤基工程地質分段中,我們不妨借用逆向思維的思想,以工程地質問題為主線,以工程地質條件為基礎,再結合歷史險情類型,爭取探討出一個符合工程實際的堤基工程地質分段法。
本文強調的是“工程地質”分段,因此主要是對堤基而言的。我們知道,無論堤基地質條件有多復雜,其主要工程地質問題則是明確的,歸納起來主要為三類(即三大主要工程地質問題):崩岸、滲透破壞、滑動與沉降變形。絕大多數堤基巖土體不外乎為:砂性土、粘性土和砂性土與粘性土的混合結構;城市區雜填土較為復雜,另當別論。
根據以上以工程地質問題為主線的分段原則,我們首先將堤基分為三大類:Ⅰ類(不存在問題的堤基)、Ⅱ類(可能存在問題的堤基)和Ⅲ類(存在問題的堤基)。對于Ⅱ類和Ⅲ類堤基,按其存在問題的性質可繼續劃分亞類。
(1)Ⅲ類(存在問題的堤基)
堤基發生過歷史險情,尤其是一些每年汛期都要出險的部位,在汛期要投入大量的人力物力搶險才能保證大堤安全的堤段。按出除性質又分為兩個亞類:Ⅲ-1和Ⅲ-2類。
Ⅲ-1類:主要指崩岸類,這是在堤基分段時對有問題的堤基段應首先分出來的一類。
Ⅲ-2類:除崩岸之外的一切堤基存在問題的堤段。按工程地質問題繼續分出兩個子類:
Ⅲ-2-1類:存在滲透破壞的堤基段。汛期出現過冒砂、涌混水等險情;堤基為砂性土,或表層粘性土較薄,或淺層有砂性土透境體分布,或堤身與堤基接觸部位存在滲漏破壞問題。
Ⅲ-2-2類:存在滑動與沉降變形的堤基段。運行期或施工期發生過堤基土層滑動,或沉降過大導致堤身開裂;堤基有壓縮性大、承載力和抗剪強度低的軟弱土層分布,或堤基清基不徹底,導致堤身與堤基接觸面存在滑動軟弱帶。
(2)Ⅱ類(可能存在問題的堤基段)
此類與前述的堤基隱患相對應。在汛期有一定滲水情況發生,但并未發展成為險情;或經地質勘察,地基中存在砂性土透鏡體、軟弱夾層等不利地質條件,經滲控或穩定性驗算,安全系數達不到規范要求的堤基;或存在生物洞穴等其它隱患的堤基。
(3)Ⅰ類(不存在問題堤基段)
歷史上無險情發生,堤基為厚度較大的粘性土或基巖,物性指標和力學指標均較好,不存在三大主要工程地質問題。
(4)結合工程實際進一步細分亞類的原則
以上分類法,從宏觀上將堤基分為三大類別,但在具體實施過程中,還可以根據工程實際按不同工程地質條件和工程地質問題進一步細化。例如,對于Ⅱ類堤基段,可以按可能存在問題的性質進一步細化;對于Ⅲ類堤基段,也可以按存在問題的嚴重程度或巖土體的性質等進一步細化。堤基分段的科學性、合理性、實用性和可操作性,不但是地質師對堤防工程理解程度的反映,更是一項創造性的工作。本文所提出的分段原則和方法,尚有待工程實踐去檢驗。
3.3堤基工程地質分段對勘測設計工作的指導作用
在進行工程地質勘察時,Ⅲ類是重點,應根據具體情況加密勘探點;Ⅱ類次之,實施常規性勘探即可;Ⅰ類基本上可以不考慮地質勘察。設計方面,Ⅲ類堤基必須考慮工程措施;Ⅱ類堤基應視具體情況而定,也可以通過進一步勘探和檢測或監測結果來確定工程措施;Ⅰ類堤基則不需要采取工程措施,僅僅通過堤防工程的常規性維護即可。
4執行《堤防工程地質勘察規程》的基本原則
從《堤防工程地質勘察規程》頒布實施三年多來的實踐可以看到,除了《規程》本身存在一些尚需修訂的問題之外,能夠將《規程》與工程實際相結合,創造性地執行和應用《規程》,準確地把握《規程》的原則性與靈活性,是對地質師綜合素質的高標準要求。業務能力和創新意識,是檢驗和考察我們對堤防工程的認識深度與理解能力。筆者的理解主要反映在以下幾個方面。
4.1勘測階段
已建堤防除險加固工程可以一次進場,達到初設深度;新建堤防可按可研和初設兩個階段進行。其理由是:新建堤防存在線路比選問題,不可能將比選堤線的工程地質條件都按初設要求做到相同深度;已建堤防一般不存在線路比選問題,因此也就不存在多階段多方案的反復比選問題。另外,新建堤防工程應該在規劃階段即開展工程地質工作,以便將規劃線路從地質專業的角度先期界定其可行性。
4.2勘測深度及勘探工作量
在實際工作中,對于堤防工程勘測深度與勘探工作量問題,在理解和把握上有較大差異。有人喜歡嚴格按《規程》要求布置勘探工作量,而少在工程地質條件的查明與工程地質問題的分析方面下功夫。筆者強烈主張,一是將安全正常運行的堤段與險工險段區別開來,二是將堤身出險情況與堤基出險情況區別開來,分別對待。這也是本文費了較多筆墨進行險情隱患分類和堤基工程地質分段的目的之一。特別是經歷了98特大洪水考驗過的堤防工程,未出險的堤段完全沒有必要“嚴格”按照《規程》要求的勘探工作量去實施地質勘探,即使按照《規程》中的上限要求,也是一種毫無意義的巨大浪費。而應在分析險工險段的具體問題之基礎上明確勘察目的,研究和選擇勘探方法,合理布置勘探工作量,重點在工程地質問題的分析上下功夫。如果認可本文提出的堤基分段原則和方法,地質勘探工作的布置則更為方向明確目標清楚。
4.3《規程》原則性與靈活性的準確把握
《規程》的原則性和嚴肅性是不可置疑的,這并不等于“死”規定。明顯與工程實際不相符合的具體問題,需要由地質師的創造性勞動加以“靈活”處理。規程規范是指導技術工作的法規性文件,并不等同于為犯罪分子定罪的法律條款,因此執行規程規范是可以有“靈活”性的。靈活性的把握原則是:不應因忠實嚴格執行規程規范而遺漏重大工程地質問題,留下工程隱患造成工程事故;也不應造成不必要的浪費。例如,對于某些特殊的險工險段、Ⅲ類堤基、城市區規律性差的雜填土和人類活動留下的隱患管道等,《規程》規定的勘探工作量可能就不能滿足要求;而對于安全正常運行多年的Ⅰ類堤基,按《規程》規定的勘探工作量又顯得沒有必要。總之,準確把握執行規程規范的原則性與靈活性,需要地質師的責任心、業務水平和創新意識,同時也體現出了工程地質專業的特殊性與復雜性。
5不同行業標準之間的關系
堤防工程地基多為土質地基,其工程地質評價的基本理論依據是土力學,因而容易與工民建基礎設計相混淆。目前反映比較集中的是執行水利行業標準還是執行以工民建為主要對象的《巖土工程勘察規范》(國家標準GB50021—94簡稱《巖土規范》)。兩個標準既有共同之處,又有一定的差異。我們認為應該以水利行業標準為主要依據,同時參照《巖土規范》。原因是:①《巖土規范》主要是針對一般性工民建地基勘察與評價,而水工建筑物與工民建有根本性的區別,前者地基所承受的荷載以垂直向為主,建筑物對地基的要求主要反映在承載力;后者的荷載是垂向與水平向的組合,地基巖土體處于復雜應力狀態,特別是水荷載對地基巖土體的復雜作用,是水工建筑物與工民建的根本區別。②《巖土規范》在總則中表示該規范適用于除水利工程、……以外的工程建設巖土工程勘察。明確了不適用于水利工程。③《巖土規范》中對勘探量的安排和勘探工作的布置主要依照巖土工程勘察等級來制定,而堤防工程則主要從工程勘測設計的階段來確定。
關于土的分類問題,也是近年來較為混亂的問題之一。1990年以前,土的分類主要以1962年版的《土工試驗操作規程》為依據,采用土的分類三角坐標,這種分類法以顆分為基礎,以礫石、砂粒和細粒的含量百分比來給細粒土定名。廣大設計院應用這種分類方法比較成熟。1991年國標《土的分類標準》(GBJ145-90)頒布,此標準以顆分為基礎,以塑性指數和液限為控制指標對土進行分類,1999年頒布的水利行業標準《土工試驗規程》對土的分類也沿用此國標。我們認為,目前兩種分類都有各自的特點,原則上應使用國標和最新的行業標準為主,現階段也可以根據各單位對標準的理解和與工程相結合的具體情況,互相參照使用,只要能夠客觀地反映工程實際,滿足為工程設計提供有關地質參數的要求即可。另一方面,我們也提倡和鼓勵對此類問題深入探討,為進一步統一標準進行實踐和理論準備。
6堤防工程地質勘察的成果資料
堤防工程地質勘察所獲得的基礎性資料數據,具有種類繁多數量巨大的特點。這些資料數據的分析整理歸納匯總,要求標準化,計算機化,最后形成能夠通過計算機綜合管理的數字化的基礎資料數據庫系統,并與堤防工程的其它資料數據庫系統集成,充分應用計算機網絡技術,為堤防工程建設、管理和抗洪搶險提供使用方便功能強大的檢索查詢指揮調度系統。集成后的系統可在局域網、城域網、廣域網和Internet/Intranet上運行。系統要求具有靈活的結構定義、多種存儲方式、強大方便的查詢定位功能、豐富的統計報表功能以及可靠的數據安全保證體系等;能夠通過圖示圖表提供隱患預測、險情分析、搶險提示、決策支持、模擬潰堤和決口后洪水進堤的演變趨勢。目前的基礎性工作是制定目標,統一規劃,結構設計,系統集成。
堤防工程數據庫系統需要列為專題研究,力爭全國統一,至少也應該全流域統一。各類資料數據的使用權限、歸檔管理、存儲格式和形式、存儲介質等等,都應該及早研究,統一規定。
7結語
98特大洪水期間,抗洪搶險場面之驚心動魄,至今仍然令人難以忘懷。大洪水給人以大啟示。中國歷史上前所未有的大規模堤防工程建設在98特大洪水之后迅速拉開序幕。經歷了98特大洪水洗禮過的江河堤防工程,其工程隱患基本暴露無遺,認真研究堤防工程的出險機理,總結未出險工程的成功范例,吸取前人修建堤防工程的歷史經驗,做好堤防工程的勘測設計工作,是肩負著堤防工程建設的各級領導和工程技術人員的神圣職責。
近幾年來我們參加了大量堤防工程審查,在向生產第一線的廣大工程技術干部學習的同時,也對堤防工程地質勘察中普遍存在的一些問題進行了認真思考。本文對于執行《規程》的原則、勘探工作量的控制、勘測資料的整理等等問題表明了我們的觀點;關于堤防工程險情和隱患分類,我們認為是實踐上升到理論的必然過程;關于堤基分段分類的原則與方法,屬于工程地質理論與實踐相結合的探討性課題,同時又是指導工程勘測設計的基礎性工作。
本文觀點供同行們參考,愿與大家共同討論。
參考文獻:
1韋港、冀建疆,關于《堤防工程地質勘察規程》中若干問題的探討,《水利水電技術》,1999年第10期。
2韋港、冀建疆,堤防工程與環境地質問題,《水利規劃設計》,水利部水利水電規劃設計總院院刊,2000年第1期。
2地下水問題對巖土工程的危害性分析
(1)地下水動壓力作用對巖土工程的危害性分析。地下水在自然狀態下的動水壓力作用非常小,并不會對巖土工程造成危害。但是,由于人為工程活動的影響,打破了地下水天然動力的平衡狀態,當地下水在移動的過程中,地下水動水壓力作用明顯增大,在動水壓力作用下會給巖土工程造成一定的危害,例如基坑突涌、管涌、流砂等問題,應該采取相應的措施進行處理,以此防止地下水動壓力作用對巖土工程造成的危害;(2)地下水位升降變化對巖土工程的危害性分析。地下水位可能由于人為因素或者天然因素發生變化,但是不論是什么原因,都會導致地下水位發生一定的變化,這樣會給巖土工程造成一定的危害,地下水位升降對巖土工程造成的危害主要包括以下三個方面:(3)地下水位頻繁升降對巖土工程的危害性分析。地下水的頻繁升降,會導致膨脹性巖土出現不均勻的變形,并且隨著地下水升降頻率的增加,不僅僅會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷的增大,還會導致巖土的膨脹收縮變形更加頻繁,進而導致發生地裂,給巖土工程的安全和使用造成嚴重的危害。地下水升降變動帶中由于地下水的積極交替,會導致土層當中的膠結物流失,當土層失去過多的膠結物,將會導致土層出現土質變疏松、承載力降低、壓縮模量降低、含水量空隙比變大等,給巖土工程的基礎施工造成很大的影響;(4)地下水位降低對巖土工程的危害性分析。地下水位下降通常是人為因素造成的,例如在修建水庫截奪下游地下水的補給、采礦活動中的礦床疏干、集中抽取大量地下水等。當地下水位下降程度過大時,將會導致出現地面塌陷、地面沉降、地裂等地質災害,并且還會導致出現水質惡化、地下水源枯竭等問題,這對巖土工程的安全性和穩定性,以及人類的居住環境等都造成很大的危害;(5)地下水位升高對巖土工程的危害性分析。地下水位上升的原因非常多,例如人為因素如施工、灌溉等,水文氣象因素如氣溫、降水量等,其主要原因是受到地質因素的影響,例如總體巖性產狀、含水層結構等。地下水位上升對巖土工程造成的危害主要包括以下幾個方面:其一,地下洞室被地下水淹沒,導致巖土工程基礎上浮,影響巖土工程建筑的穩定性;其二,導致粉土以及粉細砂出現液化,引起管涌、流砂等問題;其三,地下水位上升會破壞一些特殊巖土體的結構,導致巖土體的強度降低,影響巖土工程的質量;其四,導致河岸、斜坡等巖土體巖發生崩塌、滑移等問題,嚴重的危害巖土工程的安全;其五,土壤發生鹽漬化、沼澤化,地下水對巖土工程的腐蝕性增強。
所謂的水文地質就是自然界中各種地下水的變化和運動現象。由于思想認識的不足,忽視了對這一環節工作的認識,所以導致工程施工中各種安全事故頻發,究其原因就是因為水文地質的因素導致的。嚴重的可能影響到勘察工程的施工進度和工程成本的投入。水文地質在工程地質勘察中十分的重要,但是也是最容易被忽視的一個問題。其在工程勘察中占據著非常重要的地位,作為巖土重要組成部分的地下水對于巖土特性產生著巨大影響,還會對地面建筑的穩定持久性造成一定的破壞。在工程勘察過程中,對于水文地質各種參數的運用并不是直接的,致使絕大多數人存在著一個思維定式,即認為水文地質勘察不重要。在進行水文地質勘察時工程勘察人員僅僅是對水文地質進行簡單的分析和評價,并沒有深入調查水文地質與巖土工程有何種關系,對水文地質如何造成建筑物的腐蝕的情況也沒有科學的評價,這對建筑物的使用壽命以及建筑穩定性都是一種破壞,對于工程產生的社會經濟效益都會大打折扣。在工程勘察過程中,加強對水文地質的勘察研究,就會有效促進工程項目設計的科學合理,保障工程項目的穩定,意義重大。
1.2勘察基本要求
當前社會大環境下,建筑物對地基的要求越來越高,各種綜合因素的影響,導致地下水位發生著巨大的變化,這些變化帶來的后果是十分嚴峻的。面對這樣的形勢,為了有效保障工程的安全可靠性,必須要對工程現場的水文狀況有充分的掌握。水文地質勘察在工程勘察中雖然僅是小小的一部分,但確實非常關鍵的一個部分,優質的水文地質評價工作對于提高工程勘察的施工效率和整體質量是極為關鍵的,同時還能將勘察工作中的不利因素進行消除。一般來說,在水文地質勘察中,對于地下水位、地理地質條件等都會涉及,在進行水文勘測時,對于測試工作方式以及鉆孔的選擇可根據水文地質資料和具體的工程要求來進行,進而分析某一地區具體的水文地質情況。這其中需要考慮多方面的因素,例如地下水位、水質的特性、地理位置、自然地形、地質構造、地質特性等,充分掌握地質條件和地下水之間的密切聯系,同時通過對水文參數的測定,確定施工場地的地質條件。
2水文地質對工程勘察產生的影響分析
2.1地下水對基礎埋深產生的影響
基礎深埋應當根據地表水、地下水以及地下水埋藏的具體要求來進行確定,如果存在地下水問題,基礎底面應當置于地下水之上的;如果基礎底面只能埋藏在地下水下的話,務必做好排水降水的相關措施,以免出現鋼筋水泥的腐蝕。在埋藏有承受水壓、包含地下水層的地方,在進行基礎埋深時對于承壓水的因應當充分考慮,以防在后續挖地基時出現承壓水沖出的狀況。在進行橋梁墩臺埋藏時,對于地表流水的因素需要多加考慮,橋梁墩臺的穩固必須保證在洪水的最大沖刷線以內埋藏。如果采用天然地基會降低不少成本費用,并且施工過程也方便簡單,這在工程施工中通常是首選的。當基地不夠穩固、基礎的承受能力過大時,應當對地基的上部結構進行更改,或者對地基進行加固。
2.2地下水對建筑物產生的影響
萬一建筑物的基礎被破壞,連帶著對其周圍建筑物也會產生影響。如果地下水位過高時,地下結構、地下室都會受潮,結構變得不穩固,土壤進而產生鹽漬變化,對于建筑物產生超強腐蝕;地基周圍的附著物以及整個地基都會出現變形、損毀及塌陷。采取人工手段進行地下水位降低時,需要對地質災害進行考量,例如地表塌陷和地面裂縫等。遇到地下水位出現不定時上升的狀況,膨脹土就會出現脹縮效應,出現地裂,造成建筑物出現倒塌的狀況。
2.3地下水對基坑開挖支護的影響
社會經濟的持續發展,建筑規模以及建筑數量不斷增加,特別是高層建筑施工中,對于基坑多數采用垂直挖掘的方式進行,為了有效降低水位主要采取抽水方式進行。這種方式對土地的壓力是一種有效減輕,然而由于是局部進行抽排水,基礎地面下的水位就會發生驟然降低的現象,周圍的建筑、墻體都會發生形變,嚴重的甚至造成地面塌陷的狀況。所以,在進行地下工程施工時,需要設立水帷幕,并安裝相應的防護體,避免地下水流入地下施工的地方,對工程施工造成不利影響。
3工程勘察中發揮水文地質作用的有效對策
3.1建立健全完善施工管理制度和技術
為了保證工程勘察的順利有序進行,在工程勘察中應當采取相應的對策來對其進行強化。首先應當建立完善的管理制度,熟練掌握工程勘察的具體流程以及施工目的,帶動水位地質勘察工作朝著標準化和規范化的方向邁進;其次,對于工程勘察中運用的施工技術應當高度重視,根據相關規章制度做好勘察準備工作,布置好施工勘察的位置,不斷提升勘察水平,整理好勘察數據和資料,數量掌握信息技術的運用,對結果的準確性有明確的把握,能夠更好地指導施工。
3.2促進工程勘察操作流程的規范性
在工程勘察之初,對于施工人員和各種儀器設備都應進行合理的安排,勘察計劃的編寫應當明晰,保證勘察工程的任務被具體下達。水文地質的勘察應嚴格按照規范流程進行,現場的數據記錄在案。遇到地質條件復雜的狀況,應當多方進行分析研究,綜合運用多種方法,保證結果的準確,指導工程施工的順利開展。
3.3不斷提升工程勘察人員的綜合素質和專業技能
工程勘察技術人員的素質高低和技能專業程度在很大程度上對勘察結果的準確性產生著影響,所以加強勘察隊伍建設意義重大。必須建立一支高素質的勘察隊伍,人員不僅能夠勝任工作,還能滿足每一項的操作規范及要求,盡可能降低違章事故的發生。勘察單位在這方面起著引導作用,所以應當建立完善的人員培訓管理制度,定期或者不定期對技術人員進行技能培訓與考核,將考核結果與其績效相掛鉤,促進員工學習先進的積極主動性,在履行好自身職責的前提下,保障水文地質勘察工作的有序開展。還應當數量掌握計算機的操作,提高工作效率,用計算機對各種數據進行處理,不僅提高工作速度,對于勘測精度也是有效的提升,全而掌握水文地質情況,為巖上工程施工順利進行奠定基礎。
1.2紅外探水超前地質預報方法對地球表層巖體的溫度起到主導作用的是地球地熱場。在一定深度范圍內,深度方向每增加1km,地熱場的溫度則相應的增加30℃,而與其垂直的水平方向,地熱場的溫度變化卻非常小,由此得出結論,在一定深度下,開挖隧道的巖體,可將其看做位于一恒定溫度場中,為一常溫場,溫度的變化幾乎為零。所以,當預計即將開挖的掌子面后方存在含有水的巖層,如溶洞、裂隙水等,且該含水巖層與開挖巖體存在一定的溫度差時,巖體中會產生相應的熱傳導和對流作用,那么溫度場即不再為恒溫場,故而會產生一定的溫度異常場,由于這種異常的存在,故掌子面上會存在著溫度的差異,所以利用紅外輻射測溫法測定這種溫度變化差異,就可預報掌子面前方的含水層情況。這種方法就是紅外探水超前地質預報方法。
1.3其他幾種超前預報方法超前預報法除了上述介紹的幾種之外,還包括HSP水平聲波刨面法、聲波CT技術等幾種方法,相對而言,這幾種方法運用較少。以下簡要的介紹這幾種方法的原理:1)HSP水平聲波剖面超前地質預報方法。由于波的傳播過程遵循惠更斯—菲涅爾原理和費馬原理,故該方法的原理是建立在彈性波理論的基礎之上。HSP水平聲波剖面超前地質預報方法有其局限性,探測時的前提條件是巖溶洞穴及充填物與周邊地質體間存在較明顯的聲學特性差異。預報時,在隧道的施工掌子面或邊墻處發射低頻聲波信號,同時,在隧道內其他地點接收反射波的信號,通過對探測到的反射波信號進行時域、頻域等方法的分析,就可以了解掌子面前方巖體的變化情況。2)聲波CT超前地質預報方法。聲波CT超前地質預報方法的基本原理與醫學CT技術原理相同,在做預報時也有相應的物理前提,即物性差異不同的介質,在其內部聲波的傳播速度也不同,通過這種預報方法,在密集對穿的測試方式下,可以通過聲波在不同介質中傳播速度的不同來計算模擬出物體內部不同物性的具體性質,再通過現場收集到的地質資料的分析,從而達到對預報的掌子面前方的巖體內部的地質體進行三維圖像的直觀展示。
2常用隧道探測方法的特點
2.1TSP超前地質預測預報法的特點優點:1)該方法適用的范圍比較廣,適用于各類地質情況;2)對掌子面前方的距離預報較長,能預報掌子面前方達500m深度;3)不影響隧道施工,只是在接收信號時短暫停止施工即可;4)用時短,每次的探測時間約為45min;5)投入費用較少,單位長度隧道的超前地質預報費用非常低;6)成果報告快,僅需要一天時間即可完成成果報告。缺點:1)存在部分因斷層、大型節理帶與掌子面角度為鈍角時,活隧道因開挖空腔擋住地震震源產生的地震波,使其無法穿透,不能經過反射鏡面反射,使得待接收裝置無法接收,而導致局部斷層等不被識別。2)TSP的成果質量受到現場起爆點、接收點鉆孔的位置、長度以及角度等的影響非常嚴重。3)因為所使用的設備均為進口設備,所以成本較高,在普通隧道施工中應用較少。
2.2紅外探水超前地質預報法的特點優點:預測速度快,占用施工時間較少;數據分析快,預測工作結束時,就可以得到初步結論。缺點:僅僅可以預測出含水巖體的大致方位,不能給出含水巖體的具置及所含水量及水壓等詳細數據。
1前言
壩陵河大橋離擬建貴州省鎮寧至勝境關高速公路起點約21km,地處黔中山原地帶。高速公路在關嶺縣東北跨越壩陵河峽谷,峽谷兩岸地勢陡峭,地形變化急劇,高差起伏大,河谷深切達400~600m。橋址區屬構造剝蝕、溶蝕中低山河谷地貌。巖石建造類型以碳酸鹽巖與陸源碎屑巖互層,以碳酸鹽巖構成峽谷谷坡,以碎屑巖互層構成谷底及緩坡為基本特征。壩陵河流向與區域地質構造線方向(NW)基本一致。河谷西岸地形較陡,地形坡度40~70°,近河谷一帶為陡崖。橋位區西岸(關嶺岸)錨碇地段處于斜坡中部,出露的巖層有三疊系中統竹桿坡組第一段(T2z1)中厚層狀泥晶灰巖和楊柳井組(T2y)中厚層狀白云巖[1,2]。弱風化巖體直接出露于地表,微新巖體埋深30~50m。
壩陵河懸索橋主跨1068m,橋面總寬度24.5m,東岸錨碇采用重力式錨,西岸錨碇采用隧道式錨。西岸隧道式錨碇在技術設計中全長74.7m,最大埋深78m,主要由散索鞍支墩、錨室(34.7m)和錨塞體(40m)三部分組成,兩錨體相距18~6.36m。錨塞體和錨室為一傾斜、變截面結構,上緣為圓形,下緣為矩形,縱向呈楔形棱臺,矩形截面尺寸為10m×5.8m~21m×14.5m。西岸每根主纜纜力(P)約為270MN,水平夾角約26°。錨體中設預應力錨固系統,主纜索股通過索股錨固連接器與錨體中的預應力錨固系統連接。
懸索橋錨碇在承受來自主纜的豎向反力的同時,主要還承受主纜的水平拉力,是懸索橋的關鍵承載結構之一,其總體穩定性和受力狀態直接影響到大橋的安全和長期使用的可靠性。壩陵河懸索橋是鎮寧-勝境關高速公路的重要節點,針對該大橋施工圖設計階段,本文提出壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇及其邊坡的工程地質力學研究建議。鑒于錨碇型式受到地形、地質條件的限制,國內外采用隧道式錨碇的大跨懸索橋為數較少[3-7],見諸文獻報道的更少,本研究建議有不適當之處,請專家批評指正。
2巖體工程地質力學研究建議
2.1錨碇圍巖工程地質條件研究
西岸隧道式錨碇坐落于邊坡淺表弱風化~微新巖體中,弱風化~微新巖體的工程地質條件關系到錨碇隧洞的成洞條件及錨碇體系在主纜拉力荷載作用下的整體穩定狀態。
邊坡淺表部中存在卸荷巖體。巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過程或邊坡開挖過程中,由于應力釋放,巖體向臨空面方向發生卸荷回彈變形,能量的釋放導致斜坡淺表一定范圍巖體內應力的調整,淺表部位應力降低,而坡體更深部位產生更大程度的應力集中。由于表部應力降低導致巖體回彈膨脹、結構松弛,破壞巖體的完整性,并在集中應力和殘余應力作用下產生卸荷裂隙。巖體應力的降低最直觀的表現是導致巖體松弛和原有的裂隙發生各種變化,形成新環境下的裂隙網絡。這些裂隙一部分是遷就原有構造裂隙引張擴大經改造形成[8],有一些是微裂隙擴展后的顯式裂隙,也有在新的應力環境和外動力環境下形成的裂隙。在巖體卸荷、應力降低的過程中,隨著新的裂隙系統的形成,也為外動力或風化營力提供了通道,加速巖體的風化和應力的進一步降低。風化巖體裂隙的增多,是巖體卸荷和風化共同造就的。
西岸錨碇邊坡巖體在淺部節理裂隙發育,巖體透水性較好,滲透系數高;隨著深度的增加,透水性逐漸減弱。深部的巖溶發育情況有待研究。
據初步設計階段工程勘察資料,西岸錨碇邊坡出露的灰巖和白云巖的產狀為:傾向50~80°,傾角48~87°。主要發育三組優勢節理:①155°∠57°;②220°∠34°;③333°∠46°。在巖層層面、不利結構面組合切割和深部巖溶發育情況下,在主纜巨大拉力下,不能夠排除存在深部拉裂滑移面威脅西岸錨碇邊坡整體穩定性的可能性。
錨碇圍巖工程地質條件研究內容包括:
(1)研究從邊坡表部至深部巖體中裂隙的分布密度及張開度變化,揭示巖體的卸荷程度,為錨碇施工期和運行期邊坡巖體質量評價以及巖體質量變化趨勢提供可靠基礎資料;
(2)在巖層層面和不利結構面組合切割下,由于錨碇工程荷載,研究巖體中形成的潛在不穩定塊體的安全度以及西岸錨碇邊坡的整體穩定性;
(3)采用地球物理勘探方法,研究邊坡深部溶蝕裂隙與溶蝕洞穴的分布規律及其發育特征。
2.2錨碇圍巖工程力學特性研究
主懸索的巨大拉力通過索股、錨桿傳人隧道中填充的(預應力)混凝土,再通過(錨塞體)混凝土與隧道巖體的摩阻力和粘結力傳遞給周圍的巖體。隧道式錨碇在巨大主纜拉力荷載作用下,不僅要維持自身的抗拔穩定,同時還要將自身承受的主纜拉力傳遞到錨碇圍巖中,以充分利用圍巖的承載能力,使錨碇和圍巖共同作用形成一個整體的承載體系。
錨碇圍巖工程力學特性研究包括三個方面:
(1)錨塞體與巖體之間的抗剪摩擦力學性能[9,10]和粘結特性試驗研究;
(2)錨碇下部及兩錨體之間的巖體處于復雜的拉剪應力狀態,研究錨碇圍巖在拉剪應力下的變形及強度特性,尤其是弱風化~微新圍巖在拉剪復雜應力下的變形、強度及疲勞試驗研究,模擬其破壞現象和破壞過程,從而掌握其破壞機制;
(3)巖體在中度~輕度工程爆破開挖擾動下的力學性能研究。
錨碇圍巖工程力學試驗目的是確定錨碇邊坡巖體力學參數建議值,供設計和三維數值仿真采用。建議在設計錨碇區域附近開挖一試驗斜硐,采取巖樣,并在硐壁打適量鉆孔,進行室內巖石力學試驗和原位巖石力學性質及配套的各項試驗研究工作。主要包括室內巖石力學三軸剪切試驗、節理(裂隙)測量、巖體變形特性(靜載)試驗、巖體抗剪(抗剪斷)試驗、巖體抗拉試驗、混凝土與基巖膠結面抗剪和摩擦等試驗和硐室聲波普測、硐室地球物理勘探、含水量測試、鉆孔聲波測試、鉆孔壓水試驗等試驗研究工作。錨碇系統的摩阻力由基巖與錨碇系統接觸面的正應力與摩擦系數來決定,摩擦系數一般由相似原理進行模型試驗或現場測試得到。硐室地球物理勘探是查明錨碇圍巖(主要是錨碇下部及兩錨體之間的巖體)中的巖溶發育情況。
試驗資料的整理應通過對現場和室內大量試驗數據的綜合分析,結合現行有關行業規范(規程)和工程經驗的類比,提出西岸隧道式錨碇邊坡區域巖體力學參數建議值,供設計采用。
2.3錨碇圍巖滲透及抗溶蝕特性研究
壩陵河懸索橋西岸錨碇圍巖為弱風化~微新的灰巖和白云巖,屬于易溶蝕化巖體。錨碇邊坡地段地下水主要為(節理)裂隙水、巖溶裂隙水和巖溶孔(洞)穴水。西岸隧道式錨碇錨體混凝土澆筑后,在邊坡巖體中形成不透水體(阻滲體),從而改變錨碇邊坡的地下水滲流場。可以預見,地下水將從錨塞體混凝土邊緣繞滲,因此錨塞體與圍巖的交界部位巖體更易遭到溶蝕,削弱錨塞體混凝土與圍巖之間的摩阻力和粘結力。錨碇圍巖滲透特性的研究應著重錨塞體與圍巖的交界部位巖體的滲透性能與抵抗溶蝕的能力的試驗研究。
為防治錨塞體與圍巖交界部位巖體的溶蝕危害采取的工程措施,主要是加強錨碇邊坡坡面的排水工程。
2.4錨碇及其圍巖相互作用三維數值模擬研究
由于懸索橋安全是依靠錨碇固定橋的體系,錨碇發生移動將嚴重影響橋梁體系,甚至導致橋體破壞,因此研究西岸隧道式錨碇的錨塊及其圍巖在主動拉力作用下的穩定性、瞬時變位與長期變位是相當重要的。應建立真實反映隧道式錨碇錨體和圍巖二者相互作用、考慮施工過程非線性、地質結構面影響等的三維數值仿真模型,對錨碇穩定性及變位進行預測[11]。
2.5錨碇隧道鉆爆開挖及支護的施工技術試驗
根據西岸隧道式錨碇為傾斜、變截面的工程特點,需研究錨碇隧道的鉆爆開挖以及支護的施工技術[12-14]。在隧道式錨碇施工過程中,自始至終都要注意嚴格控制圍巖的完整性,盡量避免對圍巖產生過大的擾動。為保證主纜等硐內鋼結構的使用壽命,錨碇的防水按GB50108-2001二級標準進行控制,要求較高。施工開挖后應對圍巖中的塑性變形帶進行擠密壓漿處理,以使錨塞體混凝土與圍巖緊密結合。
2.6錨碇錨固系統試驗
試驗目的是驗證用于壩陵河大橋錨碇錨固系統的各產品力學性能是否滿足設計要求。試驗內容包括錨拉桿組件靜載試驗、疲勞試驗及錨具組裝件靜載試驗和疲勞試驗[15]等。
2.7大體積混凝土澆筑防裂的施工技術研究