工程地質(zhì)和巖土技術(shù)的研究對象離不了巖、土、水三大介質(zhì)。工程建設(shè)或以巖土為材料,或與巖土介質(zhì)相互接觸并相互作用,統(tǒng)而言之,工程建設(shè)離不開巖土。“先勘察、再設(shè)計、后施工”,對與工程有關(guān)的巖土體的充分了解是工程設(shè)計與施工的重要前提,也是建設(shè)程序的基本規(guī)定。通過勘探、測試、取樣、分析,按一定精度要求劃分勘探范圍內(nèi)的巖土單元(層和亞層、次亞層),查明其空間分布特征與變化規(guī)律,對場地穩(wěn)定性、適宜性、巖土強度、變形特征做出綜合評價和措施建議,是巖土工程勘察的基本任務(wù)。
勘察層位劃分是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。
前天,一位資深巖土專家與我聊起他與某項目年輕總體對地層層序劃分與編號的事,對方一句“你那是地質(zhì)做法,不是工程地質(zhì)做法”,讓他哭笑不得。
工程地質(zhì)可以與罔顧地質(zhì)基礎(chǔ)嗎?
我想起自己在工作中、評審中,遇到的一些有悖于地質(zhì)規(guī)律的現(xiàn)象,而且,在當(dāng)前的巖土工程領(lǐng)域不重視基礎(chǔ)地質(zhì)研究的趨勢似乎愈演愈烈。
(1)不顧地層年代,將長沙河流沖積相的中更新統(tǒng)與上更新統(tǒng)合二為一,殊不知前人的已有研究,長沙地區(qū)這兩個土層工程性狀差異太大。圖1中,圓礫與卵石在相鄰鉆孔交錯出現(xiàn),不能不懷疑鉆探原因與劃分水準(zhǔn)。經(jīng)了解,該地質(zhì)剖面引用了前期另一單位的勘察資料,二者相互交錯,于是產(chǎn)生了這一奇葩現(xiàn)象。
(2)不顧地層的成因,想當(dāng)然地將殘積形成的地層與坡積成因者籠而統(tǒng)之。殊不知坡積土存在需要特定的斜坡地形條件,而且存在一定的搬運過程。而河流沖積相覆蓋的基巖殘積土,水力的沖刷作用很強,原有的坡積物搬運后才沉積了沖積物。
(3)不核實基巖的時代與成因,甚至將不同時代不同基巖形成的殘積土劃為同一層位,將其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一并統(tǒng)計,提供同一設(shè)計參數(shù)。
(4)不考慮地質(zhì)構(gòu)造的實際情況及其與工程場地的關(guān)系。以長沙為例,動輒曰湘江斷裂,將不同沉降間斷的底礫巖作為構(gòu)造角礫巖。明明是斷裂構(gòu)造作用,將震旦紀(jì)推覆于白堊紀(jì)地層之上,卻將前者名之曰“捕虜體”?
(5)不分析不良地質(zhì)作用的形成條件與規(guī)律。如下面這張地質(zhì)剖面(圖2),厚層砂卵石下分布薄薄的一層灰?guī)r,然后便是厚度均勻的“溶洞”,難怪設(shè)計者看到此地質(zhì)剖面圖,不知所措,汗不敢出。
我覺得有必要說點什么了。
不妨回顧一下地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展歷程。
人類賴以休養(yǎng)生息的地球已經(jīng)歷了約46億年的漫長演化,而且仍在不斷演變中。
大約35億年前,生命現(xiàn)象在地球上出現(xiàn),進(jìn)而成為一種重要的地質(zhì)應(yīng)力。
距今200~300萬年前,人類出現(xiàn),為了生存和發(fā)展,人類努力適應(yīng)和改變著周圍環(huán)境,利用自然也改造著自然:掘穴而居,臨濱而聚,燧木取火,結(jié)網(wǎng)而漁,利用堅硬巖石作為工具,從礦石中提取銅、鐵等金屬……
通過人類長期對地質(zhì)現(xiàn)象的觀測、描述、思辨、猜測、假想,考察……不同觀點碰撞、不同學(xué)派的爭論,促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)從宇宙起源論、自然歷史和古老礦物學(xué)中分離出來,逐漸形成了一門獨立的學(xué)科。隨著社會和工業(yè)的發(fā)展,礦物學(xué)、礦床地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、地球化學(xué)、動力地質(zhì)學(xué)、、地球物理學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、古生物學(xué)、地層學(xué)、地史學(xué)、古地理學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、災(zāi)害地質(zhì)學(xué)……等分支學(xué)科陸續(xù)形成、獨立,數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合,分支學(xué)科的相互滲透,新技術(shù)方法的應(yīng)用,產(chǎn)生了一系列邊緣學(xué)科。
時至今天,人類活動對地球的影響越來越大,地質(zhì)環(huán)境對人類的制約作用也越來越明顯。如何合理有效的利用地球資源、維護人類生存的環(huán)境,已成為世界共同關(guān)注的問題。
工程勘察層位如何劃分?
瑞典土壤學(xué)家A.Atterberg提出的土的粒組劃分和液、塑限測定方法為近代土的分類系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。巖土分類系統(tǒng)是把不同的巖土分別安排到具有相近性質(zhì)的組合中去,以便讓人們有可能依據(jù)同類已知的性質(zhì)去評價其性能或為工程師提供一個比較確切的描述巖土的方法。巖土分類是勘察、設(shè)計的基礎(chǔ),遵循“同類土的工程性質(zhì)最大程度相似和異類土的工程性質(zhì)顯著差異”的原則。當(dāng)然,由于不同工程問題側(cè)重點不同,分類的主要依據(jù)也不完全一樣,因而形成了林林總總的分類體系。
勘察分層與地質(zhì)分層目的不同。工程勘察是針對場地的每個地質(zhì)單元來評價的,對地基的整體評價首先是地質(zhì)單元和地貌單元劃分,這是勘探數(shù)據(jù)處理的前提?辈旆謱拥哪康氖前褜⒆匀唤绲膸r土體,用分層進(jìn)行概化,便于繪制剖面、分析、評價,便于服務(wù)于工程建設(shè)。
勘察成果綜合分層時,一般應(yīng)在分析全部鉆孔資料的基礎(chǔ)上,綜合確定分層模型。如果具有充分的區(qū)域地質(zhì)資料和相鄰場地成果,也可以直接利用。同一個工程項目,不同勘察階段,或多次勘察時,或分區(qū)編制勘察報告時,應(yīng)保持分層的一致性和資料的可對比性,采用相同的分層模型。若后期分層有較大變更時,應(yīng)在勘察報告中適當(dāng)說明變更原因和內(nèi)容。如長沙軌道交通2號線一期工程,總體單位充分尊重地方勘察單位的意見,采納了我院的綜合分層框架,大大減少了內(nèi)業(yè)整理時間,促進(jìn)了不同勘察單位的融合及勘察成果的歸一化。筆者在主持萬家麗快速化高架工程時,20天內(nèi)完成2000余個鉆孔成果的內(nèi)、外業(yè)工作,沒有“預(yù)在事先”的標(biāo)準(zhǔn)層劃分,是不可能做到的。國內(nèi),一些城市已經(jīng)建立了符合其地區(qū)地質(zhì)特征的層序劃分標(biāo)準(zhǔn),甚至建立了地區(qū)地基承載力標(biāo)準(zhǔn),為BIM技術(shù)在城市地下空間規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)中的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐,這是值得倡導(dǎo)的一大舉措。近日,看到成都市《勘察設(shè)計變更管理辦法》,其第八條第(三)款,將“更改地質(zhì)時代、地貌單元、重新劃分巖土分層”與“更改建筑場地類別及抗震地段”視作同等重要地位,都視為“重大變更”!
勘察分層應(yīng)按地質(zhì)單元和地貌單元的劃分,將不同地質(zhì)時代、不同地質(zhì)成因或者厚度大,性質(zhì)好/特殊的土(如濕陷性土、液化土、鹽漬土等)巖土劃分為主層。主層劃分應(yīng)自上而下,層位應(yīng)能反映時代和覆蓋關(guān)系。同一時代的地層根據(jù)工程需要可劃分為多個主層,但不同時代的巖土不能劃分為同一主層;當(dāng)時代相同,不同成因的土應(yīng)劃分為不同的主層。
為便于工程分析,亞層不宜劃分太多。一般根據(jù)巖性、狀態(tài)、密實度、分布深度、物理力學(xué)性質(zhì)、工程特性進(jìn)行劃分。當(dāng)狀態(tài)或密實度、其它物理力學(xué)指標(biāo)存在明顯差異,且該差異會導(dǎo)致工程性能產(chǎn)生差異時,應(yīng)予細(xì)分。在編號順序上可適當(dāng)考慮空間分布和覆蓋關(guān)系,由上至下依次編號,亞層編號次序不一定代表嚴(yán)格的沉積順序。
圖4是海金木總工整理的工程勘察地層劃分流程圖,系統(tǒng)而全面,值得仔細(xì)琢磨、體會。
工程地質(zhì)可以罔顧地質(zhì)基礎(chǔ)嗎?
前輩學(xué)人為我們樹立了光輝榜樣,他們是那么重視對地質(zhì)基礎(chǔ)工作的研讀、分析、歸納與總結(jié),為后來提供了思想的靈光與借鑒的途徑。
早在20世紀(jì)70年代,孫廣忠教授的努力下,形成了較為完整的“結(jié)構(gòu)控制論”,羅國煜教授的優(yōu)勢面理論,而土體地質(zhì)的控制則不得不提范士凱大師,大師經(jīng)過30多年潛心研究,不斷總結(jié),運用地貌學(xué)和第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)的基本原理,總結(jié)出了“土體工程地質(zhì)的宏觀控制論”,即以土體所在地貌單元、地層年代和地層巖性組合特點三大要素作為控制土體工程性質(zhì)的基本要素,對土體進(jìn)行宏觀定性,進(jìn)而對各類工程對象進(jìn)行定量評價,倡導(dǎo)以傳統(tǒng)的、經(jīng)典的地質(zhì)學(xué)理論與方法解決基本問題。
“故尚賢使能,則主尊下安;貴賤有等,則令行而不流;親疏有分,則施行而不悖;長幼有序,則事業(yè)捷成而有所休。"(《荀子·君子篇》)“子有親,君臣有義,夫婦有別,長幼有序,朋友有信。"《孟子·滕文公章句上·第四節(jié)》。我國古典文獻(xiàn)中,從人倫角度闡述了“次序”的重要性,在自然科學(xué)領(lǐng)域未嘗不可以觀照、借鑒。
行文至此,如何結(jié)束這篇短文?
還是講一個小故事吧。
九月份的一個周未,我去龍山八面山參加某懸崖酒店的基礎(chǔ)咨詢。會上,無意中發(fā)現(xiàn)邊坡勘察報告與主體勘察報告對巖層的年代不一致:一為寒武紀(jì)、一為二迭紀(jì)。邊坡勘察為某央企,主體勘察為地方院。
我心目中當(dāng)?shù)乜辈靻挝涣喜粫e。會下,我弱弱地問當(dāng)?shù)乜辈斓睦峡,對方報告中巖層年代是否有錯?
下山后,在里耶古城散步,腳下青石板上屢屢出現(xiàn)的化石,似乎告訴我,當(dāng)?shù)乜辈靻挝坏哪甏幢乜尚拧?/p>
按理,事情就這么過去了。對這個項目而言,重要的是坡體的穩(wěn)定,年代的新與老確實沒多大關(guān)系。
過了幾天,勘察單位的老總給我發(fā)微信,查詢了八面山區(qū)域地質(zhì)圖,基巖地層年代是我單位弄錯了,感謝提醒。
并來一張截圖:
我感到一絲安慰。畢竟,還有那么踏實地勘探、忠實地認(rèn)知腳下的土地的人們。不致于若干年后,讓我們自己對腳下的這片土地都感到陌生。