工程地质勘察的工艺流程及质量控制

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  【摘 要】“勘察是设计的基础”。工程地质勘察的质量,是设计和施工质量的前提和保障。本文着重叙述工程地质勘察的工艺流程中可能存在的质量问题,分析问题产生的根源,提出问题的解决办法,控制工程各环节的质量,为工程建设的设计、施工提供详实、科学、准确的地质资料。
  【关键词】工程地质;工艺流程;质量控制;地质资料;勘察;设计
  勘察项目是按一定的工作流程来完成的。每道工序的质量决定勘察项目的整体质量。工程地质勘察的一般工作流程为(括号内为该工序的关键工作):准备工作(勘察大纲)→测量放点(勘探点)→工程地质测绘(地质平面图)→勘探取样(岩土水砂等原状和扰动样本)→原位测试(设备与方法)→室内岩土水砂试验(设备与方法)→编制报告(内容与方法、校审)→成果加工(加工单)→资料归档(分类方法)。文献[1][2][3]根据不同的勘察对象、不同的勘察阶段,详细而明确地规定了水利水电工程地质勘察外业的内容、工作量、勘探测试方法和内业资料整理的方法、《勘察报告》的内容和图件等。本人针对勘察外业、内业整个工序流程中容易出现的质量问题,提出以下措施,做好勘察工作。
  1. 准备工作
  根据《勘察委托书》,对工程项目编号,组织踏勘,签订《勘察合同》约后组建项目质量管理小组,明确质量目标,职责落实到人;编制《勘察大纲》和《钻孔设计任务书》,拟定勘察技术方案;搜集前期地质资料、检测和监测记录等,搜集区域地质与地震资料及相关图件。
  2. 外业
  2.1 测量放点。
  (1)向建设单位索要勘察场区的测量平面图、测量剖面图及其电子图、勘探点坐标和高程、堤路桩号。根据平面图和实地的测量控制点、地形地物的标志点,校核勘探点位,实测勘探剖面的方位角和钻孔间距。
  (2)测量资料是最基础的资料。没有准确的测量资料,一切勘察和设计都将是“空中楼阁”。
  2.2 工程地质测绘。
  (1)工程地质测绘对于了解和掌握勘察场区整体的区域地质和地震条件,反映勘察对象的隐患险情和场区的工程地质问题,指示下一步的勘探工作,起着重要的指导作用。文献[1][2][3](2)根据不同的勘察对象、不同的勘察阶段,详细规定了工程地质测绘的内容、工作量、勘测方法和成图比例等。
  (3)实际工作中,工程地质测绘还是比较容易被忽视。建设单位和勘察单位都应该对照规范要求,理解工程地质测绘的重要性,从工期、资金和人力方面加大投入。
  2.3 钻(挖)探和编录。
  (1)钻(挖)探取样——主要指钻探取样——的质量受到钻探方法和钻探器具、取样方法和取样设备的质量的影响,也受到现场钻孔原始记录和岩芯编录的质量影响。
  (2)文献[1][3][5][7]对水库、电站、堤防、电排等不同工程建筑物,根据不同勘察阶段、不同地质体和不同勘察要求等,对各种勘探方法的适用范围、勘探设备和操作方法、回次进尺和岩芯采取率、物探方法的适用性、室内岩土试验和原位测试项目的适用性、勘察成果和附图等,作了详细的规定。
  (3)编制《勘察大纲》时应根据具体情况,选择适宜、高效的钻进方法和工艺,及时维修更新钻具设备,加强对钻探操作人员的质量和安全教育,按操作规程严格控制回次进尺,在破碎基岩层中钻进时应采用双层岩芯管,软弱破碎层用双层单动岩芯管,提高岩芯采取率、减少岩芯损坏,防止因岩体质量评价指标RQD值失真而影响评价结果,保证采取率,保证钻进质量。
  (4)钻孔现场记录,岩土现场鉴别与描述、岩芯的编录,应符合文献[3][5][6],以及其关文献的规定。
  (5)野外现场对岩土名称、物理性质的鉴别与描述,靠的是直观肉眼观察,人的因素很重要,需要现场记录人员积累一定的实践经验,使用标准化的术语进行编录。项目质量管理小组应强化质量意识,认真学习规范和勘察方案,统一认识,通过会审、探讨来保证编录的准确性和一致性。
  2.4 钻进取样。
  (1)取样是为了判别岩土体的物理力学性质,获取岩土力学参数。取样质量受钻进方法、取土器类型、取样全过程的技术影响。取样位置和数量要严格按勘察方案和规范要求执行。样本应具有代表性,应尽量减轻扰动影响。
  (2)为使试样不受扰动,文献[3]规定应采用泥浆护壁回转钻进,和回转式取土器,取土器的内壁必须光滑,取样前清孔;饱和软粘土取样时必须选择薄壁取土器以静压方法取土;坚硬、密实的土类以至软岩必须选择回转式取土器,以快速、连续的贯入方法取土,对地下水位以上非饱和土采用不使用循环液的回转取土器取土;尤其软土土样提升、卸出、封装、储存与运输过程中应注意防振措施,减少人为扰动。
  (3)对于颗粒较粗的砂土、砾卵石层,要注意筛分样品的代表性。砾卵石取样的重量必须大于2Kg,土中主要颗粒的大小、各粒组的含量、粒径的变化和级配,直接影响土的密实度,颗粒间相互嵌挤和咬合的形式与程度,最终反映在力学指标上,筛分样必须真实、可靠,才能保证勘察质量。
  2.5 原位测试。
  2.5.1 为了更准确地测定岩土物理力学性质,进行室内外试验成果的综合分析利用,必须做一些原位测试。最常做的是标准贯入试验和重型圆锥动力触探。文献[6]中指出:细颗粒的砂土、粘性土、软岩适合做标准贯入试验;粉土、粗颗粒的砂土、碎石土、全风化岩等,适宜做圆锥动力触探试验。其他的原位测试项目,如十字板剪切试验、静力触探比较适合河流两侧堤防工程的软土层;平板载荷试验仅用于地表浅层地基土的勘察。
  2.5.2 动力触探试验的质量,对岩土工程地质评价的影响极大。为确保动力触探试验的可靠性,必须按试验操作规程要求对下列工序进行严格的质量管理。
  (1)一是试验设备的标准化控制。文献[3]附录B规定了动力触探试验的标准锤的质量和成套设备的规格尺寸,对陈旧老化的设备要及时更新,对不符合要求的要坚决取缔。   (2)二是试验方法的标准化控制。试验必须采用自动脱钩的自由落锤方法,最大限度地减少锤与导向杆之间的摩擦力。测试的钻孔要尽量采用回转钻进,用套管护壁,仔细清除孔底和套管内的残土到试验标高;在地下水位以下钻进时如遇承压含水层,要采用压力平衡法保持孔内水位始终高于地下水位足够的高度,以减少土的扰动,防止产生孔底涌土,防止锤击数异常地急剧升高。
  (3)三是试验过程的标准化控制。先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底,扭紧探杆接头,并始终保持钻杆垂直,防止锤击偏心、探杆歪斜和探杆侧向晃动。锤击贯入应连续进行,锤击速率一般每分钟15~30击,砂土和碎石类土为每分钟60击。先预打15cm,再记录标贯器贯入30cm的锤击数n,贯入度未达30cm的,记录实际贯入度 及累计击数n,锤击数N=30n/ ;重型触探则记录贯入10cm的锥探锤击数,或记录实际贯入度 及锤击数n,锤击数N63.5=10n/ 。
  2.5.3 影响动力触探试验的因素是很复杂的,杆长、地下水位、不同单位的操作人员、不同机具、不同操作水平,锤击数的出入较大,不能依据单孔的N值对土的工程性能进行评价。要对N值进行杆长、地下水位等修正后,进行数理统计,舍弃异常数值后,方可利用。杆长校正按文献[3]附录B的规定执行。
  2.6 水文地质试验和地下水监测。
  (1)水文地质试验是水利水电工程地质勘察中的一个重要环节。 通过水文地质试验,求取岩土层的水文地质参数,可以判定岩土层的透水性,评价工程的渗透稳定性。
  (2)水文地质试验包括抽水试验、压水试验、注水试验、渗水试验,以及水位恢复试验等等。不同的地层条件下,选用适宜的试验项目和计算公式。一般地,砂砾(卵)石层和河边地层中适宜做抽水试验和提水后的水位恢复试验,基岩做压水试验,填土、含泥砂土和粘性土层适宜做注水、渗水试验。文献[6]对每一种水文地质试验的操作规程都有明确而详尽的规定。必须按规程的规定连接设备和进行操作,使用合格的水表、秒表、水位仪、压力表等,观测足够长的时间,确保每一个试验观测数据的准确性,减少误差。
  (3)一般情况下,应查明地下水位的初见水位、稳定水位、地下水的水质、地下水的补给条件等,对地下水实行动态监测。为此,钻探时不要使用泥浆,保证水位和水质测量真实;监测各孔的日期要尽量统一,以便于比对;要在不同深度取水样做水质分析,评价地下水的腐蚀性;要收集当地水文、气象资料,分析地下水与地表水体的补排关系;要论述地下水对岩土工程的不良现象、危害程度,提出防治措施。
  2.7 外业检查和验收。
  (1)外业的检查包括巡视和抽查二种方式,参照文献[4]执行。主要检查钻进方法及工艺、取样、原位测试等是否符合规范和勘察大纲的要求,标识是否齐全,有无填写送样单,是否存在质量缺陷等,及时纠正,对出现的特殊情况及时沟通,制定整改方案,保证勘察工作的顺利进行和正确实施。
  (2)外业检查、验收是保证勘察质量的强制手段。制度是保证,主动及时是关键。钻孔钻到预定的深度后,要由现场地质人员对照《钻孔设计任务书》的要求,及时检查、验收,并如实地将钻孔深度、时间、岩土层的厚度、岩(土)芯的采取率、岩土芯装箱保留、岩芯编录拍照、岩土水砂样本的采取、原位测试、孔深孔斜误差、封孔标识等信息填入《钻孔质量验收表》。检查合格的,准予终孔并发给《终孔通知书》;不合格的,不予验收。没有现场地质人员的验收、签字,一律视为不合格钻孔,对验收不合格的钻孔应视情况补钻、重钻。
  (3)技术负责人、项目负责人不定期地到勘察现场巡查,对整个勘察项目流程中的勘察大纲、测量放点、工程地质测绘、钻(挖)探、原位测试、岩土水砂试验、勘察报告书、资料加工复制等各个工序逐项进行验收和评分,填写《岩土工程勘察单项工程质量验收评定表》 (以下简称《评定表》)。
  (4)室内预(决)算组可以根据《钻孔设计任务书》、《终孔通知书》和《钻孔质量验收表》三个要件,核算钻探班组的实物工作量。并以《评定表》的综合评分作为百分数,结算外业班组的工程作业费。四件不齐的,视为未经验收的孔、不合格孔,不承认其工作量,不予结算。
  3. 内业
  3.1 室内试验。
  (1)室内岩土水砂试验是获得岩土力学参数、进行岩土工程定量评价的主要手段。但由于试验所用的样本脱离了原有的赋存环境,受到一定的扰动的破坏,土样的原位特征或多或少会发生改变。所以,必须选择模拟条件最佳、误差最小、代表性最大、最经济的试验方案,从试样的制备到最后试验数据的整理计算都要进行严格的质量管理。
  (2)首先,室内试验设备要标准化,室内试验必须指定有CMA认证资质、具有良好试验设备并具有一定研发能力的正规单位来做;其次是试验人员要具有相当的专业技术水平,试验环境、技术标准、试验方法和试验周期也应实现标准化控制;其三是试验数据的采集与统计处理应系统化、标准化,由传统的肉眼读数、手工计算、手工绘图,转变为自动化采集数据、计算机专用软件计算、绘图和制表,输出试验报告。
  3.2 编制勘察报告。勘察报告是勘察项目的成果。勘察报告的编制应符合文献[1][3]的要求,应与勘察主体、勘察阶段相适应,对所有的原始资料及各项试验指标均应整理、检查、分析、鉴定,经认定无误后,进行数理统计,综合利用。报告中的图表资料应清楚齐全,其格式、术语、图例、符号应按文献[1]的要求标示,做到主题突出、目的明确、言简意骇、图面清晰、字体端正、线条均匀、主次分明,图面布置协调美观,应避免图件、表格、文字说明间不吻合甚至相互矛盾。报告中应对整个工程场地地形、地貌特征、地层岩土性质、区域地质构造、地下水、地震、不良地质现象及特殊岩土做出描述和评价,并根据勘察方案要求,提供承载力、边坡坡度、渗透系数、建议基础形式等,综合评价场地工程地质条件,提出推荐方案。   3.3 内业审查。
  (1)首先“自审”。报告底稿完成后,由报告编制人对报告的封面、签名栏、目录、正文、附图、附表、附件(各种试验检验报告)、附照等逐项检查报告的底稿,发现有错漏的,立即修正和补充,做到完整齐全,并按规定完成签署。自审完毕后,填写《校审单》,连同勘探测试原始记录、勘察委托书、合同等支撑材料等一起交项目负责人进行校对、初审。
  (2)然后“初审”。项目负责人对勘察报告进行校对,在《送审单》“校对”栏中注明错漏之处,提出补充、校正、修改意见,由报告编制人员补正,确认无误后签名,形成正式文件;参照本部门《程序文件》和文献[4]之规定,对整个勘察项目工序流程中的项工序,进行初审、验收和评分,主要检查钻探和原位测试原始资料的完整性和准确性、图件的正确合理性、岩土力学参数的可靠性和依据,以及岩工程问题的发现、分析和处理方案等,填写《评定表》的“初审栏”,之后交地质专业总工复审。
  (3)再到“复审”。地质专业总工对勘察资料的技术和质量方面进行评定,检查报告和图件的完整性、参数和结论的合理性和可靠性,提出补充、校正、修改意见,填入《送审单》“审核”栏,对勘察项目工序流程中的各项工序进行复审、验收和评分,填写《评定表》的“复审”栏,由项目负责人进行补正并确认无误后签署,形成正式文件,交技术领导终审。
  (4)最后“终审”。技术领导重点审查、验收和评定勘察成果能否全面满足勘察任务书和勘察合同的要求、取证和分析是否合理和深入、技术结论是否可靠、建议是否可行等,提出补充、校正、修改意见,填入《送审单》“审定”以及《评定表》的“终审”栏,由地质总工进行补正并确认无误后签署,形成正式文件。并在《送审单》的“批准”栏明确提出“复制加工”的要求。
  3.4 成果复制加工。项目负责人填写“资料加工单”,对“复制加工”的要求进一步细化、明确,然后交由“资料室”负责复制加工、盖章和分发资料。
  3.5 资料归档的质量控制。地质勘察报告必须归档。归档可参照文献[8]的要求进行,宜按工程名称、工程项目分别编号,连同质量记录一起归档,建立《资料存档目录》,以便查阅。原始记录应装订成册,记录本分装袋内,控制性钻孔的砂样箱、岩芯应保存至竣工验收后一年。
  3.6 跟踪回访和客房反馈意见。项目负责人承担跟踪回访和收集客户的反馈意见,将《岩土工程勘察质量反馈表》寄给客户(或发电子邮件),邀请对方在表中填写“勘察质量问题”和“要求处理意见”,并盖章或签名。根据客户的反馈意见,不断改进勘察手段和方法,提高勘察水平和勘察质量。
  参考文献
  [1] 《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008),中华人民共和国住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布,中国计划出版社,2009,北京.
  [2] 《堤防工程地质勘察规程》(SL 188-2005),中华人民共和国水利部发布,中国水利水电出版社,2005,北京.
  [3] 《岩土工程勘察规范(2009年版)》(GB 50021-2001),中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布,中国建筑工业出版社,2002,北京.
  [4] 《岩土工程勘察成果检查、验收和质量评定标准》(YB/T 9009-98),中华人民共和国冶金工业部发布,冶金工业出版社,1998,北京.
  [5] 《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T 87-2012),中华人民共和国住房和城乡建设部发布,中国建筑工业出版社,2012,北京.
  [6] 《工程地质手册(第四版)》,《工程地质手册》编写委员会,中国建筑工业出版社,2006,北京.
  [7] 《堤防工程地质勘察与评价》,李广诚等编著,中国水利水电出版社,2003,北京.
  [8] 《建设工程文件归档整理规范》(GB/T50328-2001),中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布,中国建筑工业出版社,2002,北京.
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