任务1.1 岩土工程勘察等级和阶段的划分
不同的建筑场地地质条件各不相同,工程地质问题也千差万别,因此工程建设采取的地基基础设计方案、上部结构设计也不尽相同,相应应采取的岩土工程勘察方法以及对问题的解决方案也不同,为此有必要对岩土工程勘察进行等级的划分,其目的在于突出重点、区别对待、利于管理、有的放矢,合理布置勘探工作和确定勘探工作量。根据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)的规定,岩土工程勘察等级根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级三项因素综合确定。
1.1.1 工程重要性等级划分
按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)的规定,根据工程的规模和特征,以及由于岩土工程问题造成工程破坏或影响正常使用的后果,岩土工程重要性可分为3个等级,见表1.1。
表1.1 岩土工程重要性等级
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)中根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,将地基基础设计分为3个等级,见表1.2。
对于电厂、废弃物处理、地下洞室、深基坑开挖、大面积岩土处理等涉及各行业,应按照项目所在行业执行的有关规范、规程进行划分。若没有明确规定,可根据实际情况划分。一般情况下,大型沉井和沉箱、超长桩基和墩基、有特殊要求的精密设备和超高压设备、有特殊要求的深基坑开挖和支护工程、大型竖井和平洞、大型基础托换和补强工程以及其他难度大、破坏后果严重的工程,应列为一级安全等级。
表1.2 地基基础设计等级
1.1.2 场地复杂程度等级
场地复杂程度是由建筑场地抗震稳定性、不良地质现象发育情况、地质环境破坏程度、地形地貌条件和地下水复杂程度等5个条件衡量的,现行岩土规范将其划分为三个等级,即一级场地(复杂场地)、二级场地(中等复杂场地)、三级场地(简单场地),见表1.3。
表1.3 场地复杂程度等级
注 1.从一级开始,向二级、三级推定,以最先满足的为准。
2.对建筑抗震有利、不利和危险地段的划分,应按《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)的规定确定。
1.建筑场地抗震稳定性
按《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)的规定,选择建筑场地时,应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段,应提出避开要求;当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑。选择建筑场地时,应划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。
(1)有利地段。稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等。
(2)一般地段。不属于有利、不利、危险的地段。
(3)不利地段。软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,陡坡,陡坎,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层(含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基),高含水量的可塑黄土,地表存在结构性裂缝等。
(4)危险地段。地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位。其中,上述规定中的场地土的类型按表1.4划分。
表1.4 土的类型划分
2.不良地质现象发育情况
“不良地质作用强烈发育”是指泥石流沟谷、崩塌、土洞、塌陷、岸边冲刷、地下水强烈潜蚀等极不稳定的场地,这些不良地质作用直接威胁着工程的安全。不良地质作用一般发育是指虽有上述不良地质作用,但并不十分强烈,对工程设施安全的影响不严重,或者说对工程安全可能有潜在的威胁。
3.地质环境破坏程度
地质环境是指由人为因素和自然因素引起的地下采空、地面沉降、地裂缝、化学污染、水位上升等。人类工程经济活动导致地质环境的干扰破坏是多种多样的,例如:采掘固体矿产资源引起的地下采空,抽汲地下液体(地下水、石油)引起的地面沉降、地面塌陷和地裂缝,修建水库引起的边岸再造、浸没、土壤沼泽化,排除废液引起岩土的化学污染,等等。地质环境破坏对岩土工程实践的负影响是不容忽视的,往往对场地稳定性构成威胁。地质环境受到强烈破坏是指由于地质环境的破坏,已对工程安全构成直接威胁,如矿山浅层采空导致明显的地面变形、横跨地裂缝、因水库蓄水引起的地面沼泽化、地面沉降盆地的边缘地带等。地质环境受到一般破坏是指已有或将有地质环境的干扰破坏,但并不强烈,对工程安全的影响不严重。
4.地形地貌条件
地形地貌条件主要指地形起伏和地貌单元(尤其是微地貌单元)的变化情况。一般地说,山区和丘陵区场地地形起伏较大,工程布局较困难,挖填土石方量较大,土层分布较薄且下伏基岩面高低不平。地貌单元分布较复杂,一个建筑场地可能跨越多个地貌单元,因此地形地貌条件复杂或较复杂。平原场地地形平坦,地貌单元均一,土层厚度大且结构简单,因此地形地貌条件简单。
5.地下水复杂程度
地下水是影响场地稳定性的重要因素。地下水的埋藏条件、类型、地下水位等直接影响工程稳定。
1.1.3 地基复杂程度等级
地基复杂程度按下列规定划分为三个地基等级:
(1)符合下列条件之一者即为一级地基(复杂地基):
1)岩土种类多,很不均匀,性质变化大,需特殊处理。
2)严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土,以及其他情况复杂,需作专门处理的岩土。
(2)符合下列条件之一者即为二级地基(中等复杂地基):
1)岩土种类较多,不均匀,性质变化较大。
2)除复杂地基规定之外的特殊性岩土。
(3)符合下列条件者为三级地基(简单地基):
1)岩土种类单一,均匀,性质变化不大。
2)无特殊性岩土。
多年冻土情况特殊,勘察经验不多,应列为一级地基。严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土是指自重湿陷性土、三级非自重湿陷性土、三级膨胀性土等,其他需作专门处理的,以及变化复杂、同一场地上存在多种强烈程度不同的特殊性岩土,也应列为一级地基。
1.1.4 岩土工程勘察等级和地基基础设计等级
划分岩土工程勘察等级,目的是突出重点,区别对待,以利管理。岩土工程勘察等级应在工程重要性等级、场地等级和地基等级的基础上划分。一般情况下,勘察等级可在勘察工作开始前,通过搜集已有资料确定。但随着勘察工作的开展,对自然认识的深入,勘察等级也可能发生改变。
对于岩质地基,场地地质条件的复杂程度是控制因素。建造在岩质地基上的工程,如果场地和地基条件比较简单,勘察工作的难度是不大的。故即使是一级工程,场地和地基为三级时,岩土工程勘察等级也可定为乙级。
综合上述三项因素及其分级情况,将岩土工程勘察划分为以下等级,见表1.5。
表1.5 岩土工程勘察等级的划分
1.1.5 岩土工程勘察阶段划分
岩土工程勘察服务于工程建设的全过程,其目的在于运用各种勘察技术手段,有效查明建筑物场地的工程地质条件,并结合工程项目特点及要求,分析场地内存在的工程地质问题,论证场地地基的稳定性和适宜性,提出正确的岩土工程评价和相应对策,为工程建设的规划、设计、施工和正常使用提供依据。
为保证工程建筑物自规划设计到施工和使用全过程达到安全、经济、合用的标准,使建筑物场地、结构、规模、类型与地质环境、场地工程地质条件相互适应。任何工程的规划设计过程必须遵照循序渐进的原则,即科学地划分为若干阶段进行。工程地质勘察过程是对客观工程地质条件和地质环境的认识过程,其认识过程由区域到场地,由地表到地下,由一般调查到专门性问题的研究,由定性到定量评价的原则进行。
岩土工程勘察阶段的划分与工程建设各个阶段相适应,大致可分为以下阶段:
1.可行性研究勘察(选址勘察)
本勘察阶段的目的与任务是搜集、分析已有资料,进行现场踏勘,必要时进行工程地质测绘和少量勘探工作,对场址稳定性和适宜性作出岩土工程评价,明确拟选定的场地范围和应避开的地段,对拟选方案进行技术经济论证和方案比较,从经济和技术两个方面进行论证以选取最优的工程建设场地。
一般情况下,工程建筑物地址力争避开以下工程地质条件恶劣的地区和地段:
(1)不良地质作用发育(崩塌、滑坡、泥石流、岸边冲刷、地下潜蚀等地段)对建筑物场地稳定构成直接危害或潜在威胁的地段。
(2)地基土性质严重不良。
(3)建筑抗震危险地段。
(4)受洪水威胁或地下水不利影响地段。
(5)地下有未开采的有价值的矿藏或未稳定的地下采空区。
此阶段勘察工作的主要内容为:调查区域地质构造、地形地貌与环境工程地质问题,调查第四纪地层的分布及地下水埋藏性状、岩石和土的性质、不良地质作用等工程地质条件,调查地下矿藏、文物分布范围。
2.初步勘察阶段
初步勘察是与工程初步设计相适应,此阶段的目的与任务是对工程建筑场地的稳定性作出进一步的岩土工程评价:根据岩土工程条件分区,论证建筑场地的适宜性;根据工程性质和规模,为确定建筑物总平面布置、主要建筑物地基基础方案,对不良地质现象的防治工程方案进行论证;提供地基结构、岩土层物理力学性质指标;提供地基岩土体的承载力及变形量资料;对地下水进行工程建设影响评价;指出本勘察阶段应注意的问题。勘察的范围是建设场地内的建筑地段。主要的勘察方法是工程地质测绘、工程物探、钻探、土工试验。
此阶段勘察工作主要内容为:
(1)根据拟选建筑方案范围,按本阶段的勘察要求,布置一定的勘探与测试工作。
(2)查明建筑场地内地质构造和不良地质作用的具体位置。
(3)探测场地内的地震效应。
(4)查明地下水性质及含水层的渗透性。
(5)搜集当地已有建筑经验及已有勘察资料。
3.详细勘察阶段
此阶段的目的与任务是对地基基础设计、地基处理与加固、不良地质现象的防治工程进行岩土工程计算与评价,满足工程施工图设计的要求。此阶段要求的成果资料更详细可靠,而且要求提供更多、更具体的计算参数。
此勘察阶段的主要工作和任务是:
(1)获取附有坐标及地形的工程建筑总平面布置图,各建筑物的平面整平标高和建筑物的性质、规模、结构特点,提出可能采取的基础形式、尺寸、埋深,对地基基础设计的要求。
(2)查明不良地质作用的成因、类型、分布范围、发展趋势、危害程度,提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案建议。
(3)查明建筑范围内各岩土层的类别、结构、厚度、坡度、工程特性,计算和评价地基的稳定性和承载力。
(4)对需要进行基础沉降计算的建筑物,提供地基变形量计算的参数,预测建筑物的沉降性质。
(5)对抗震设防烈度不小于Ⅵ度的场地,划分场地土的类型和场地类别;对抗震设防烈度不小于Ⅶ度的场地,还应分析预测地震效应,判定饱和砂土或饱和粉土的地震液化势,并计算液化指数。
(6)查明地下水的埋藏条件,当进行基坑降水设计时还应查明水位变化幅度与规律,提供地层渗透性参数。
(7)判定水和土对建筑材料及金属的腐蚀性。
(8)判定地基土及地下水在建筑物施工和使用期间可能产生的变化及其对工程的影响,提供防治措施和建议。
(9)对地基基础处理方案进行评价。一般包括地基持力层的选择、承载力验算和变形估算等。当需要进行地基处理时,应提供复合地基或桩基础设计所需的岩土技术参数,选择合适的桩端持力层和桩型,估算单桩承载力,提出基础施工时应注意的问题。
(10)对深基坑支护、降水还应提供稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数,对基坑开挖、支护、降水提出初步意见和建议。
(11)在季节性冻土地区提供场地土的标准冻结深度。
4.施工勘察
施工勘察不作为一个固定阶段,视工程的实际需要而定,对条件复杂或有特殊施工要求的重大工程地基,需进行施工勘察。施工勘察包括施工阶段的勘察和施工后一些必要的勘察工作,如检验地基加固效果。