软硬互层场地勘察及基础设计要点

摘要：本文通过对软硬互层场地勘察的描述，详细的介绍了勘查中必须注意的一些主要的物理性质和变形特征，比如如何提高岩芯采取率，提高钻探质量，结合野外钻探工艺，提出一些看法。以及在基础设计中需要充分考虑的设计要点。

关键词：软硬互层；场地勘察；基础设计

中图分类号：TU4文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）18-0088-02

0 引言

对软硬互层的研究方法有数学物理和概率统计这两种。对于它的考察采取的技术手段有调查、钻探、物理勘测和化学技术、各种观测和试验技术、各种地下水模拟技术、同位素技术等。本文仅就岩土工程勘察及基础设计中所涉及的部分关键点提出一些看法。

1 岩芯采取率、软弱层的详细产状特征及主要的物理力学性质和变形特性及相关的基础设计

1.1 岩芯采取率的现状 岩芯采取率对于一般岩石不低于80%，对于软岩、破碎岩石应不低于65%。工程地质勘察的钻探工作中普遍采用的是回转钻进或者冲击钻进的方法，如果设备选择不当或者取芯操作不当会引起对岩芯的扰动和磨损、泥浆对岩芯的冲蚀和局部筛选，造成取芯质量较低。同时，取出的岩芯因泥浆污染，会影响技术人员对岩芯和对地层状况的准确分析，在较复杂或存在频繁夹层的地质条件下，会使判断误差增大，进而影响到工作结论的正确性和可靠性。对软硬互层场地的基础设计也有负面影响。

1.2 提高岩芯采取率应该采取的主要方法和有效措施 提高岩芯采取率，提高钻孔质量，确保地层的准确划分，进行准确的地层承载力计算，按时完成勘察任务。如因岩层地质构造复杂，断裂带厚度从几米到十几米，岩性为碳质板岩、泥质板岩、千枚岩等，场地地层破碎、地层软硬互层频繁，钻探施工难度大，岩心采取率低，钻孔的质量难以保证，经常需要进行补心工作，费时费力，并出现报废进尺现象，严重影响到工程的顺利完成。为确研究保质保量如期完工，把提高复杂地层岩芯采取率作为重点攻关。也有助于软硬互层的基础设计。

1.2.1 主要方法 干钻卡取法：该方法要结束时，不供水干钻一段时间，干钻进尺一般为20～30cm，利用未排除的岩粉挤塞住岩芯，通过回转将其扭断提出。

卡簧卡取法：要结束时，稍稍往上挪钻具，利用钻头上部的卡簧取芯装置把岩芯卡住并扭断。

卡料卡取法：用于钻金刚石或钻钢粒，在硬及中硬的、完整、致密的岩层中使用。

沉淀卡取法：要结束时，不适用冲洗液，利用岩芯管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩芯。

1.2.2 有效措施 软硬互层地层钻探必须缩小回次进尺；在硬层钻进中不宜提动钻具，回次进尺宜控制在0.5~1.0m；提钻应轻稳；宜用钻压700~800N/块，转速150~180r/min，泵量60~100L/min。在软层中钻进应大压力、低转速，回次进尺应控制在0.3~0.4m，有利提高岩心采取率。

另外，松散、破碎地层中采用SD钻具和植物胶冲洗液也可提高岩芯采取率；植物胶冲洗液护壁对提高岩心质量也有重要意义意义；钻具和植物胶配合使用可有效提高岩心采取质量。

1.3 软弱层特征 软弱夹层的性状特征受地层岩性、地质构造发育程度和地下水的控制。如在地下水水循环条件较好的岩溶发育区、构造发育地段，软弱夹层较发育，且性状较差。各类软弱夹层的主要化学成分基本相同，含量存在明显差异。比如（河源市）希尔顿酒店场地中为的丘陵台地，低洼段水量丰富，拟建38层，采用人工挖孔桩；场地中出现砂砾岩、粉砂岩单斜地层，局部地段出现连续软弱互层，部分地段无此现象，也证实了这个问题。

2 在工作过程中应详细了解岩层的水理性、可钻性及准确划分风化层及相关的基础设计

岩层的水理性、可钻性及准确划分风化层，对软硬互层场地勘察及基础设计有着至关重要的作用。为软硬互层的基础设计做铺垫。

2.1 地层的概述 相近的特性构成的岩土层，由两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石在形成过程中，由于自然因素（如季节、气候等）的周期性变化，引起岩土介质等发生改变，使岩土成分、结构、颜色在垂直、水平上发生变化，从而在岩层内部显示出成层的一种变化现象。

2.2 它的水理性 软硬互层的吸水率决定在岩土所含孔隙、裂隙的数量和大小、开闭程度及其分布情况，和互层的性质有关。如沉积岩普遍吸水率较大，岩体的吸水会导致强度的降低，也会加快软硬互层的风化速度。在施工期间应尤为注意。

2.3 可钻性 用来表示钻眼或爆破岩石的难度。常用工艺指标来表示，互层容易被钻头破碎，往里钻时，钻的速度就高，我们通常就说它可钻能性好，反之，我们就说它的可钻性能差。可钻性能反映软硬互层在孔内对抗钻头损坏的强弱。关于互层的可钻性能的类别有两种不同方法：一个方法有生产工艺的指标决定，另一个分类方向由互层的机械性质决定。互层可钻性并不是岩土原来的属性，不但有互层的特性来决定性，而且还决定于钻进技术工艺条件的高低它受岩土特性的影响。另外在影响互层可钻性的力学性质中，岩石的硬度、弹塑性和研磨性、钻进技术工艺条件也起决定作用。

2.4 风化层的确定和划分 在地震勘探中是指地面以下的疏松层，即地震波的低速带，地球表面经各种风化作用而形成的疏松堆积层。从上到下，物质逐渐变粗，终至于互层。它的形成有热力风化作用：由于白天和晚上存在温差导致互层的温度错在差异容易产生崩裂。如冰劈（冰楔）作用：互层孔隙中的水应为结成冰而产生膨胀，只是它的体积增加，其所产生的压强也随之增加。盐分结晶的撑裂作用：由于互层得水吸收了很多的盐类，如果它的水分产生蒸发，剩下的盐类水一旦到了饱和，就会使它再结晶，体积也随之变大，膨胀力也是。岩石卸荷而引起的剥离作用：上边的互层没有了，压力也就随之变小了，下边的膨胀就会导致互层的破裂。

近年来，波速原位测试技术是软硬互层勘察中一种发展很快的技术，在各个方面都有应用。考察时要给大量的软硬互层的物理学参数和化学参数，用传统的方法分析这些参数不但工序复杂、时间长、成本高，而且不确保精度。而采用波速原位测试新方法则能以较低成本，快速提供有一定精度的互层的物理力学参数。所有软硬互层的考察都与它的物理特征息息相关，而它的物理力学特性与物理参数又有着相互联系。针对他们之间的联系可研究多种物理性质和化学性质及其相关参数；如利用剪切波速值划定软硬互层的全风化层和强风化层。软硬互层的形成过程，风化层可达几十米。根据经验可认为其为全风化层，但其强度又较大，这样全风化层和强风化层的划定就极易混淆，也给场地软硬互层的考察判定工作造成诸多不便。一般情况下，软硬互层和它的波速有很大关系，互层越密，波速越高，这时波速测试就可作为判定风化层的有力的判别依据。

3 基础设计时必须充分考虑软弱层的承载力、硬层冲切、水文地质条件

软弱层的承载力、硬层冲切、水文地质条件，都应合理分析，精确的分析，确保其准确性，对软硬互层场地勘察和基础设计有重要作用。

3.1 软弱层承载力 考虑到验证方法的合理性和互层周围的环境，分析具有合理性和表征性的数据，以及它实际受力的情况，结合同类工程岩土特性参数反分析结果来选取工程特性指标，把合理性和表征性确定下来其软弱层的承载力；有条件时可以进行原位静载和深层静载试验，测试软硬层承载力；确保其合理性、准确性！同时也有利于软硬互层的基础设计。

3.2 硬层冲切 当互层的上下软硬不同时，在强度上须同时考虑持力层的冲切破坏和软下卧层的强度破坏。这两种破坏的机理和条件互不相同。当前有关规范，对软下卧层的强度验算已给出了明确的公式，但对硬持力层的冲切验算则未提供验算方法，仅硬性规定了“当存在软下卧层时，互层以下的硬持力层厚度一般不应过小”。此规定的根据“主要是考虑到互层硬持力层太薄，会使互层发生冲切破坏而承载力明显降低”。也不利于软硬互层的基础设计。同样较为稳妥有效办法是作必要的测试，综合测试岩层强度。

3.3 水文地质条件 水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。地下水的分布和形成规律是考察的对象，地下水的物理、化学成分及其合理利用，地下水的不利因素将影响工程建设及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学由区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科组成。近年来，地热、地震、环境地质等方面的研究与水文地质学和相互渗透，又形成了若干新领域。在软硬互层勘察中和基础设计过程中，水文地质问题一直是一个极为重要有容易被忽视的问题。由于没有足够的注重。招致地下水的各种危害时有发生。所以，在软硬互层勘察中查明软硬互层水文地质的问题，考虑到它的作用和影响是很重要的。对基础设计也是有益的。

4 总结

在软硬互层场地的勘察中，必须注意岩芯采取率、软弱层的详细产状特征及主要的物理力学性质和变形特性。为了进一步提高岩芯采取率，保证岩芯的质量，正确选取岩芯采取方法、SD钻具和植物胶冲洗液配合使用以及缩短回次进尺等，都应该是比较好的方案。

在工作过程中还应详细了解岩层的水理性、可钻性及准确划分风化层。

基础设计时必须充分考虑软弱层的承载力、硬层冲切、水文地质条件；在软硬互层场地的勘察中，地下水问题占有相当重要的位置，精确合理地查明地下水位，在软硬互层的场地勘察中一定要仔细考察水文地质问题，查明地下水对地基的危害。随着勘察的开展，其必将遭到越来越普遍的注重，实在做好水文地质工作将对软硬互层场地的勘察和基础设计有着极为重要的作用。

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