時間：2022-08-08 18:16:46
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關鍵詞：路橋結構地鐵工程
一、前言
地鐵一號線北起余杭區臨平鎮，沿線經過喬司、彭埠、火車東站、汽車東站、武林廣場、延安路、城站路、城站火車路、秋濤路、錢江路、復興地區、再經錢江四橋跨錢塘江至蕭山區，沿北塘路轉至市心路，終于蜀山車輛段，全線總長約52km。其中興隆村站至鳳凰城站及蕭山區市心路段均為地下線，埋深約在現地表下10～20m；其余均為高架線路或地面線路。其中地下線路部分均為人群密集、建筑物密集、交通繁忙的鬧市區。
二、沿線地基土層的構成與特征
杭州市位于杭嘉湖平原與浙西山區交會處的浙北地區，錢塘江下游，京杭運河南端，地理位置為北緯30°15′，東經120°10′。由于地質歷史上受多次海侵海退影響，且區內多山，錢塘江又從市內穿過，造成杭州市地貌形態眾多，地基土層復雜多變。
就地鐵沿線所經過區域，主要為兩種地貌形態。一為臨錢塘江的沖海積平原，屬錢塘江河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土地區，由于堆積年代及固結條件不同，性質不一，豎向由松散至中密狀變化，厚度一般在20m左右；其下為海陸交互相沉積的淤泥質軟土及粘性土；地面下深約40～50m為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密～密實狀態，底部基巖埋深一般在地表下50～65m左右。另一種為海陸交互相沉積的粘性土地區，主要集中在杭州老城區即艮山門站至中河路站一帶及蕭山市心路區段，地層軟硬交替，一般上部20m左右均以軟粘性土為主，下部基巖埋深約在地面下40～45m左右。
根據大量鉆孔資料及原位測試和室內土工試驗成果資料顯示，杭州市淤泥質軟粘土天然含水量一般在30～45%左右，天然孔隙比一般在0.85～1.50左右，雙橋靜力觸探錐尖阻力約為500～800Kpa，壓縮模量約為1.5～3.0Mpa，地基承載力fk約為70～80Kpa左右；局部夾有粉土，或呈互層狀。軟粘土性質類似與上海的淤泥質粘性土。而錢塘江兩岸的河口相沖海積形成的粉土、砂性土（主要分布于城東地區），由于堆積年代、沉積環境、固結條件等的差異，其性質變化較大。資料顯示，其密實度一般由松散至中密狀態變化，含水量一般在23～35%左右，孔隙比約在0.8～1.1左右，雙橋靜探端阻力一般為2000～9000Kpa，標貫擊數一般為8～20擊/30cm。顆粒組成以粉粒為主，一般表現為粘質粉土及砂質粉土，為上細下粗，符合一般沉積規律。其壓縮模量在6～20Mpa，地基承載力fk約為80～220Kpa。
綜上述，地下線路掘進范圍內各土層總體特征是：高含水量和大孔隙比、高壓縮性、低強度，淤泥質軟粘性土具較高靈敏度、弱透水性，粉土、砂性土透水性好，易產生流砂、管涌現象。
三、地下線路掘進過程中可能遇到的巖土工程問題
（一）地基土層的強度問題
掘進范圍內地基土主要為飽和粉土、砂土及軟粘土，一般均具低強度特性，因此盾構掘進較易。由于粉土、砂土與軟粘土的強度等存在差異，及局部地段（如延安路段）在深度15～20m左右存在可塑狀粘性土，與上部軟粘土差別較大，造成掘進面上存在兩種不同強度的地層，掘進過程中容易造成軟弱層排土過多過快而引起地層下沉，或造成盾構在線路方向上的偏離。同時，由于低強度特性，隧道掘進時應及時襯砌并采取相應止水措施，以防掘進面地層產生應力釋放，產生沉降。杭州軟粘土尚存在較高靈敏度特性，故有較明顯觸變、流變特性，在動力作用下，極易造成土體結構破壞，使強度降低，且土體排水固結需要很長時間，如施工不當，極易造成工后沉降大和不均勻沉降，因此施工過程中須嚴格控制偏移量，盡量避免蛇曲推進。
（二）地基土層的變形問題
隧道基底土以粉土、淤泥質軟土為主，均具低強度，高壓縮性等特點，因此必須驗算基底土強度和變形。同時，粉土、砂土和軟粘土在變形特性上存在差異，其壓縮沉降量不同，當隧道在穿越兩種地層時，容易在界面附近造成沉降差。再則，兩類地基土的固結特性也存在明顯差異，粉土、砂土超孔隙水壓力消散快，固結時間短，軟粘土固結周期長，因此施工造成的工后不同沉降，導致差異沉降。
另外，軟粘土尚存在蠕變特性，后期沉降量大，時間長，建成運營過程中會產生軟大變形。國內某些修建于軟土地層中的地鐵線路已有類似工程問題產生。因此設計、施工中對于變形問題應引起足夠的重視。
（三）地下水問題
區內地下水有上層滯水、淺層潛水和深部承壓水三類，潛水位一般在地表下1～4m左右。承壓水含水層為深部圓礫層，水位一般呈年周期性變化，承壓水頭一般在地表下6～7m左右。隧道掘進范圍內軟粘土為弱透水性地層，粉土、砂土則透水性好，其滲透系數一般為10-5～10-4cm/s。隧道掘進過程中必須及時襯砌，并做好注漿止水，以防粉土、砂土在水頭差作用下產生流砂、管涌現象。地下水問題在地下車站基坑開挖中顯得尤為突出，必須足夠重視。由于開挖深度大，必須考慮下部承壓水的影響。
（四）地下車站基坑開挖問題
由于地下車站多集中在鬧市區，周環建筑物密集，地下管線多，環境條件復雜，且地下站埋深大，基坑深，一般均在10～20m左右；又土性條件差，地下水位高。基坑開挖時，坑壁土體在水土壓力作用下不能自立，必須采取有效的支護措施，以免塌坍而影響工程安全及周圍環境。按本地區經驗，對于此類深大基坑，一般采用地下連續墻或排樁支擋，同時結合內支撐或錨拉，同時必須做好止水帷幕及排水工作。施工時必須對周邊環境進行有效的監測工作。
由于地下車站多，基坑工程量大，一般常規方法均費用高，周期長，因此應盡量開發和利用新技術、新工藝，如新的樁型，新的止水、降水措施等。
（五）工程建設對環境的影響和防治
地下線路施工會引起周圍土體內應力場發生變化，隧道基底土體產生回彈，軟粘土的觸變改變了土體的結構強度，降水引起土層再固結等，所有這些因素均會對周圍環境產生影響。當隧道施工離地面建（構）筑物較近時，會引起坍落和沉降等不良影響。
盾構法施工之所以能在城市地下工程中廣泛應用，主要是其可以將施工對周圍環境的影響控制在很小的程度，但也不可能完全消除。伴隨著盾構推進，一般也會發生地基變形，如開挖面上土水壓力不平衡造成開挖面失去平衡，過大的排泥量，盾構推進對周邊地層的擾動，地下水位的下降及滲漏水等等，所有這些影響均會在隧道上方一定范圍產生松動區，從而引起地面沉降甚至坍落。
杭州地鐵將修建在飽和粉土、砂土及軟粘土中，為確保周圍環境和隧道施工的安全，必須采用適當的施工工藝，控制推進路線和速率，盡量避免擾動周圍土體。施工前應詳細調查沿線建、構筑物的使用情況，特別是樁基及地下管線等情況，對影響范圍內的鄰近建、構筑物、地面道路及地下管線進行全過程動態監測，尤其象延安路、市心路區段等老城區，此項工作尤為重要。對可能受影響但又不能拆除的建（構）筑物應提前進行補強和保護。
（六）巖土工程勘察問題
“工程建設，勘察先行”，勘察是預測、預知，詳細、全面、準確、可靠的地質勘察資料對地鐵建設是極其重要的，在此基礎上可以對盾構掘進過程中施工面前進方向可能遇到的不利因素進行超前預報，如地層、障礙物、地下水等情況能夠預知，從而能夠提前采取相應有效的措施，以保證施工順利、安全地進行。
杭州地鐵建設的巖土工程勘察須重點解決的兩類地層是軟粘土和粉土、砂性土，調查深度一般應在30m以內，但對地下車站部分則應加深。重點查明兩類地層的分布情況及規律，它們的強度特性及變形特性，往復循環動荷載作用下的動力特性，粉土、砂土的顆粒組成及滲透性，軟粘土的蠕變性，飽和粉土的地震液化特性等等。對地下水也應重點查明。
由于室內土工試驗的局限性，地鐵勘察應大量采用原位測試手段，如旁壓試驗、扁鏟側脹試驗、十字板剪切試驗、孔隙水壓力量測及靜探、動力觸探等手段，以獲取準確可靠的測試數據。
由于沿線有大量已建或在建的工程項目，對這些工程資料應充分收集、分析、篩選，加以利用，一可節約工程投資，二可最大限度提高勘察精度；同時，也可由此進行分析和采取有效的保護這些鄰近建筑的措施。
1．1巖土工程地質災害主要類型特征分析
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。
3結語
1軟土地基的特點
通常情況下，軟土地基主要是在自然環境中，其孔隙大于等于1mm的軟土物質，一般這種軟土地基中的水分含量較多，具體具備了以下幾點特點。
1.1軟土地基自身具備較強的觸變性能，改性能是指當軟土在受到其他外力因素干擾時，地基結構就會產生一定的損壞，這樣就會極大影響其強度的可靠性，與此同時，在振動負荷的作用下，也會發生側向滑動，甚至還會出現沉降的現象，很容易引發安全事故，造成人員的傷亡。
1.2如果軟土在受到較大的承載壓力以后，就會發生變形，而其自身的空隙也會迅速變小，水分頁將會被快速排除掉，除此之外，由于軟土結構受到載荷的影響而導致剪切變形的出現，我們統一將這一特點稱之為軟土的流變性。
1.3由于軟土孔隙較大的特點，其壓縮性能也比較大。因此，若選擇軟土作為建筑物的地基時，就很有可能發生大幅度的沉降現象。
1.4相關技術人員通過實驗檢測發現，當軟土在自然狀態下時，其抗剪強度并不會發生較大的變化，承載能力較低，并且，如果軟土邊坡可靠性較差，就很容易因剪切力破壞而導致建筑物結構發生失穩的情況。
1.5雖然軟土地基中的含水量較多，但其實際的透水性能非常差，這對于地基排水的流暢性十分不利，并且，軟土地基上建筑沉降時期較長，尤其是在加載初期基礎時，將會達到增加孔隙水的壓力，從而導致整個地基的穩固性都受到了極大的損害。
2軟土勘察的基本內容與要點分析
2.1軟土勘察的內容。軟土勘察主要包括了：軟土的形成類型、埋藏情況、分布和發展規律、層理特征、滲透性能、立體分布的均勻性、表層硬殼的厚度、地下硬土層的情況等等；對軟土的固結情況進行勘察，強度、變形特征以及隨著應力改變而變化的規律，并且了解其結構破壞對強度和變形的影響情況；軟土中存在的地貌形態差異、填土、河道等的分布范圍和深度等；地下水埋藏的情況，分析其對施工材料、安全設置、環境等影響。
2.2軟土地基勘察的基本要點。軟土勘察的勘探點布置應根據實際情況進行設計，工程性質、場地形狀、勘察分段、成因類型、復雜情況評價等都應當考慮在內。當土層出現復雜變化時應對此位置進行加密；勘察中鉆探取樣的時候應結合原位置測試的結果，去氧應利用薄壁取土裝置，原位測試應采用靜力觸探或者十字板剪切試驗完成。
2.3軟土剪切試驗。當軟土的加載和卸載的頻率過高的時候其內部的水分形成的空隙水壓消散速率也會發生改變，此時應采用自重壓力預固結德爾不固結排水三軸剪切試驗，對透水性較低的粘性土質可以采用無側限的壓強度試驗或者十字板剪切試驗來完成測試；當軟土排水速率快切施工過程緩慢的時候應采用固結不排水三軸剪切試驗或者直接剪切試驗獲得數據；對土體可能發生大的應變項目因此測定其殘余的剪切強度必要的時候應將蠕變試驗、動態扭剪切試驗、動態三軸試驗等納入到檢測中。
3軟土巖土工程勘察的基本流程
3.1一般來說，巖土勘察的等級都是由工程性質而決定的，這是因為一般的軟土巖土工程的施工環境十分復雜，無論是地基的設計，還是勘察難度方面，都必須遵守規范的勘察內容而進行全面的調查分析以后，才可以進行準確的劃分，勘察人員會切實根據工程項目的實際情況，按照等級的不同來對工程等級進行劃分。例如，該工程的規范設定為一級，那么，其場地等級，復雜程度等都要按照一級標準。
3.2在進行正式的勘察工作以前，勘察人員應當充分做好一切準備工作，根據實際的工作量來采取相應的勘察措施，可以通過在建筑物周圍設定勘察點，并對其間距與孔深進行精細的劑量，并得出該工程所需的鉆孔量，最終將這些所得的數據統一匯總在一起，將其作為被工程所需的工程量以及基本采樣量，以此來選擇合適的檢測方法和實施步驟，從而確保軟土巖土工程勘察工作的順利開展，進一步提高勘察結果的質量。
3.3通過上文敘述，我們可以得知，當工程量和取樣數量都確定了以后，試驗人員就可以根據所得數據，制定出從一個完整的檢測試驗流程，并制定出明確的勘察試驗時間表，這也是為后續施工作業提供的基本保障。其次，對于早期已經勘察的土壤，試驗人員更應該準確劃分出其具體的采樣數量以及位置，充分做好試驗勘察前期的準備工作，及時出現取樣數量增加的問題，也可以保證在預期的時間內完成樣品的檢測工作，從而避免資源不足的情況發生，確保檢測試驗結果的真實有效性。
4軟土地基的土工工程勘測的數據處理
4.1軟土地基的巖土工程試驗往往采用的是土工試驗，其優勢的簡單而方便。獲得數據和處理的時候，應保證巖土試驗室內的項目設計應從巖土類型和工程性質出發進行綜合考慮，并結合工程分析計算的要求確定試驗的方式和數據處理方法，并最終確定軟土的基本性質，這才是數據處理的最終目標。
4.2在試驗和數據處理的時候應考慮到原位數據的處理，如項目針對粘土和砂土等進行貫入標準試驗。貫入試驗的指標將直接影響數據處理的結果，因此在貫入的時候應確定具體的技術參數，參數的選擇可以根據地層的情況而定，按照規范標準針對不同性質的土體進行不同的參數選擇，這樣就可獲得較為準確的數據資料，然后按照試驗規范對原位測量的數據進行分析與歸納，最終形成數據統計表，然后形成分析結果。
1鉆探設備及工藝
巖土勘探工程是通過鉆機鉆進地表中，并在地下形成圓柱形的鉆孔，從而從鉆孔中來獲取不同深度的巖芯、土和水樣品，獲取后的樣品經過實驗室分析后所得到的資料即是勘探的基礎數據。進行巖土勘探時不僅工藝較為復雜，而且具有較強的綜合性，因此需要準確劃分地層和測定界限，還要做好原位測試工作，對原狀土進行采集，所以在巖土工程勘察中，勘察質量往往取決于鉆探技術和鉆探方法的好壞。
1.1鉆探設備
在進行巖土工程勘探時，進行鉆孔所需要的所有裝備都可以稱之為鉆探設備，其不僅包括鉆機、鉆探用泵、空氣壓縮機、動力機和傳動裝置，同時還包括與之配套的鉆塔、擰管裝置等。其以整體式和組裝式兩種裝載方式存在，而在整體式中還可以將其分為固定式、拖引式和自行式。而且鉆探設備按其用途不同還可以進行多種劃分，其應用的領域也較為廣泛，部分專用鉆探設備則專用于其領域內的鉆進工作。巖土工程勘探時，通過巖芯鉆探設備和取樣鉆探設備來實現對地質的取樣勘察。
1.2鉆進方法
在巖土工程勘察過程中，在進行鉆進過程中所采用的一切方法即稱為鉆進方法。在實際鉆進過程中，可以采取的鉆進方法較多，不論是按鉆進工藝，還是鉆進時是否采取巖芯或是回轉鉆進時破碎巖石所使用磨料的不同，都可以將鉆進方法分為不同的類型。但無論哪種鉆進方法都是為了在鉆進過程中能夠實現破碎孔和破碎井底巖石的需要。
2不同地層的鉆探工藝
2.1粘性土
（可塑偏軟/硬粘性土）針對軟弱粘性土強度低、壓縮性很大且滲透系數很小、觸變性及流變性大等特點，可采取重錘沖擊鉆進和長/短螺旋鉆進，如果鉆探環境位于地下水位以下，可采取套管螺旋鉆進或沖擊回轉鉆進。重錘沖擊鉆進效率比較低，且對孔底附近一定范圍內地層有擾動。螺旋鉆進通過電動機帶動螺旋鉆桿在鉆壓作用下使鉆頭回轉吃入地層，將地層按螺旋線逐步切削，切刮下的土質碎屑沿螺旋葉片上返到孔口，該方法鉆進效率高且不用清洗設備。長螺旋鉆進直徑應小于1m，深度不超過15～20m之間。短螺旋鉆進屬于非連續型鉆機，較之長螺旋鉆效率稍低，其孔徑多在2～3m內，鉆進深度一般小于30m，最深不超過50m。沖擊回轉鉆進對泥漿比例要求較高（表1），避免水流將鉆進土層沖散混入泥漿。必要時可在回次終了時，停止送水，增加干鉆進尺距離已獲得土層樣品，或采用雙動雙管取心鉆具。對于硬塑狀粘性土，一般的螺旋鉆進在土的粘性較大時易發生埋鉆或鉆桿折斷的現象，且對土層擾動較大，應盡量選用小肋骨鉆頭，沖擊回轉鉆進方法。沖擊回轉鉆進技術分）液動、氣動和氣液混合動力三種，具有效率高、鉆具轉速低、鉆頭壽命長和孔內事故少等特點。液動沖擊回轉鉆進以清水或泥漿形成高壓作為動力，鉆孔直徑一般為56～130mm，最大不超過400mm，鉆孔深可達800～1000m；氣動沖擊回轉鉆進以高壓空氣為動力，鉆孔直徑介于65～228mm之間，最大可達到762mm。施工中應先慢速鉆進，使鉆頭切入土層后改用中速轉進，可加快鉆進速度且鉆具提升阻力小。
2.2砂層
該地層的鉆探工藝與砂粒粒徑有很大關系，且受地下水影響較大。螺旋鉆進適合砂土中粘粒含量較高且砂粒主要為粉細砂的地質環境，如果需深孔鉆進，可在施工后期換用小直徑螺旋鉆。粉細砂雜粘性土情況下，應降低鉆速，減小鉆進壓力，泵量調整至適中。回次終了前，應以泥漿清洗鉆孔，將孔內懸浮的粉細砂帶入泥漿池后方可停泵，減小沉砂卡鉆事故發生的幾率，停泵后干鉆0.3～0.5m，確保巖心不脫落。對于中粗砂、礫沙以及地下水位以下的沙土，一般采用品字形硬質合金鉆頭，低轉速，灌漿泵吸反循環鉆進，過程中需不斷浮動鉆具，慢提快放，形成空底反循環。因鉆頭外徑略大于巖芯管，所以能很好地約束巖芯管，確保巖芯的原始結構。沒回次終了前，以泥漿清洗鉆孔，去除空中懸浮粗、礫沙，防止沉砂卡鉆。最后停泵干鉆0.2～0.3m，停止浮動鉆具精細干燒，防止鉆孔周壁坍塌造成廢孔，并帶出巖芯樣品。
2.3卵石層
在卵石層進行鉆探時，其工藝受到的影響較多，所以在不同的地層條件下需要采用不同的鉆探工藝來進行勘探工作。對于較薄地層情況下，可以利用泥漿護壁回轉方法進行鉆進，而當遇到較厚地層時，在粘性土含量較低的情況下，則可以利用跟管進行鉆進，確保進尺的連續性和順利性。利用回轉鉆時時則適用于地層密實度較高的情況，這樣可以有有效的起到保護孔壁坍塌的發生。為了確保孔壁能夠得到有效的保護，必要時也可以采用投入粘土球的方法進行鉆進。而一時有塌孔現象發生時，則需要采取必要的措施，往往是通過加大泥漿濃度，或是在鉆到一定深度后拔出鉆具放入跟管的方法來繼續進行鉆進，而且在對鉆進的速度進行有效的控制。利用反絲套管來避免出現絲扣脫滑現象的發生。另外在砂層和卵石層鉆進時，則需要采用高質量的泥漿進行鉆進，有效的起到保護孔壁的作用。
3結語
(1)過于地質化的勘察資料
長期以來我國的巖土工程勘察當中的分工都是比較細的，這也就導致了專業間以及室內和室外的配合難免會出現一定的偏差，并且當時進行巖土工程勘察的新技術以及新方法都是比較少的，同時也沒有建立起一種合理的巖土工程勘察技術應用體系并且專業的設置方面太過細則化。這也就造成了最后不同的勘察人員給出來的勘察報告之間存在著極大的差別。再加上設計人員對于巖土工程的勘察工作并不是十分的熟悉，只是單純的從勘察人員給出的勘察報告當中去獲取自己需要的數據以及信息，這樣就造成了設計人員不能夠很好的對巖土工程當中的信息進行理解，導致勘察工作以及設計工作無法實現連接以及轉化。從而導致了勘察工作以及設計工作當中人力以及物力的浪費，甚至于嚴重的時候還會造成很多不合理的設計出現。
(2)數字化地圖以及數字化系統的貫通性不足
地形圖在設計系統當中是處于基礎地位的，是設計系統的底圖。但是數字化地圖在技術研究的層面上還沒有達到一定的高度，導致了數字化底圖與CAD設計軟件之間沒有辦法實現良好的匹配，這也就妨礙了對接工作的實現。(3)勘察信息的數字化水平比較低按照傳統的做法，巖土工程勘察部門在向設計部門提供勘察信息的時候主要提供的就是設計圖紙、表格以及相應的問題報告。但是這種提交方式的缺點就是，針對于信息內容，采用了太多的定性描述，同時在提交的報告當中含有很多的勘察人員自身的主觀認識以及判斷，所以說設計人員無法對其中的巖土工程勘察信息進行準確的理解，在對這些勘察信息進行利用的過程當中就會遇到很多困難。
二、數字化勘察技術的內涵
數字化巖土工程勘察技術從比較狹義的角度來看就是通過一定的手段巖土工程項目當中的所有信息進行整合，然后借助計算機及輔助信息技術實現勘測設計的數字化，這種數字化也就是用現代化的CAD技術來取代傳統的手工方式。
三、巖土工程勘察數字化技術與實施
（一）巖土工程數字化建模方法
巖土工程地質建模的方法以及類型還是非常多的，其中比較具有代表性的建模方法就是表面模型法，這種方法也就是傳統的建模方法，這種建模方法當中主要應用的就是工程地質體的外表面，從而使人們能夠比較正確的對均質地質體進行掌握的一種方法。雖然說這種方法的年代比較久遠，但是這種方法并沒有因為時間的原因而被淘汰，這種方法在現在還是受到人們廣泛的歡迎。這種建模方法當中所需要的數據主要就是來源于一些處于離散狀態的測點資料。這些數據當中主要包括了兩種數據類型，第一種數據就是集合特征數據，第二種數據類型是屬性特征數據。在得到了這些數據之后，利用這些數據對地質體界面結果進行一定的解釋。對地質體的空間屬性的確定主要就是依靠的得到了一些列屬性相似的電，然后將這些點用一定的規則相互的進行連接，這樣在構成了網狀的曲面片之后也就構成了空間屬性。在進行勘察的過程當中想要進行表面展示的方法是有很多的，其中比較常見的方法有數字模型法、圖示模型法。現在主要介紹一下圖示模型法。圖示模型法當中的類型是比較多的，比如邊界表示法、規則格網法、等線值法以及不規則格網法等。
（二）數字化巖土工程勘察實施
在數據化巖土工程勘察的數據當中主要就包括了兩個方面的數據，一個方面的數據是地理信息方面，另一個方面就是空間數據處理。這些數據在數字化巖土工程勘察當中的來源還是十分的廣泛的。這其中主要表現在兩個方面，一是基礎數據地理數據的獲得。這些數據主要就是從自然區劃圖、地形地貌圖。真毒自然區劃圖，這種圖的制作的目的就是為了能夠對特定的地區之內的地理區劃、河流、道路以及居民區和山川等進行描述。同時，針對巖土工程勘察的數據還可以對這些區域之內的工程地質勘察的信息進行一定的收集，然后對這些收集到的數據進行篩選以及處理等。其中對于各個勘探點還需要注意對地理、環境等物理力學信息進行一定的收集。從上面的描述當中我們能夠看出，數字化巖土勘察工程當中數據庫系統的建立可，通過數字化系統建立巖土工程勘察數據庫的概念分析，并且還需要對巖土工程勘察數據庫管理工作給予到足夠的重視。此外就是需要進行數據庫的建立，需要對巖土工程一體化系統當中的數據進行收集，這些收集的數據包括了用戶輸入的原始數據、中間數據以及最終數據。然后可以根據這些數據進行相關的模型的建立。然后用戶就可以根據這些模型的建立來選取材料，還可以處理以及利用數據庫當中的各種相關的信息。
四、結語
巖土水理性質也是巖土工程勘察工作中的需要勘察測量的重要內容。巖土水理性質指的是地下水和巖土相互作用表現出來的性質。在自然界當中地下水的賦存形式主要有結合水、毛細管水和重力水三種。巖土的主要的水理性質判定巖土水理性質的辦法有五種，包括軟化、透水、崩解、給水、脹縮。在實際測量巖土水理性質的時候根據不同的情況采用不同的方法。在這五種方法里面軟化性是使用的比較多的一種。軟化就是指巖土主體在浸水之后，力學強度會出現下降的特性，在工程當中我們用軟化系數來表示這個特性的強弱，這種特性可以判斷巖石是不是耐風化、抗水侵。脹縮性是指巖土主體在吸水之后體積會變大，失水后體積會相應的減小的特性，巖土的脹縮性的起因是在巖土的顆粒表面有一層結合水膜，這層水膜吸水會變厚，失水會變薄。巖土的這種特性決定了巖土工程是比較容易出現裂縫還是不容易出現裂縫。
二、地下水可能引起的巖土工程的主要危害
地下水之所以能夠引起巖土工程出現問題主要是因為地下水會出現不穩定的水位變化以及地下水的水動壓力以及地下水對于建筑物的腐蝕這三個方面，其中前兩個方面是最為主要的兩個方面。地下水的水位變化主要有三種形式，一種是地下水的水位上升，一種是地下水的水位下降，另外一種是地下水的水位頻繁變化，不斷地上升和下降。如果地下水的水位只是在小范圍內出現波動一般不會對巖土工程造成很大的影響，但是一旦浮動范圍過大，則非常容易影響巖土工程的施工和使用。地下水位頻繁的升降波動對巖程可能造成的危害主要有：能引起建筑物的破壞和膨脹性巖土脹縮變形。地下水動壓力作用對巖土工程造成的危害上要原因是自然原因或者人為工程活動改變了地下水的天然動力平衡條件，在移動水壓動力力作用下。引起巖土的滲透變形，造成流砂，管涌。基坑突涌等一些非常嚴重的、帶有毀滅性的工程危害，造成安全隱患影響工程的質量。
1.地下水的水位下降可能引起的巖土工程的危害現如今，地下水的水位降低大多是由于人為因素，比如說人類為了某些商業原因會集中大量的抽取地下水、在采礦的時候可能出現礦床疏干、還有就是在河流的上游筑壩、修建水庫等水利工程會截奪下游的地下水補給等等。地下水的水位過分下降，可能會導致地裂、地面沉降、地面塌陷等許多嚴重的地質災害以及地下水源桔竭、水質惡化等惡劣的、不可修復的環境問題，這些后果無論是對巖土體、建筑物的穩定還是人類自身的居住環境都會造成很大威脅。
2.地下水的水位上升可能引起的巖土工程危害能夠引起地下水的水位上升的原因有很多種，最主要的是地質因素就是地下含水層的結構變化。另外像氣象因素比如說降水變化，氣溫變化都有可能導致地下水位的上升。還有一些人為因素比如說灌溉、施工也有可能造成地下水位的上升。地下水位上升會造成土地的沼澤化、鹽堿化，導致地下水對建筑物的腐蝕性增強。地下水位上升還可能導致巖石層出現滑移和崩塌等地質災害。
3.地下水水位的頻繁升降可能對巖土工程造成的危害地下水水位的升降變化能夠造成膨脹性的巖土因為膨脹系數不同，吸水多少不同產生不均勻的脹縮變形，當地下水的水位升降比較頻繁的時候，不僅會導致巖士的膨脹收縮變形不斷的往復出現，而且會導斂巖土的膨脹收縮幅度不斷地加大，久而久之會導致地裂引起建筑物特別是質量不大的輕型建筑物的破壞。地下水水位的升降變動帶內可能出現的情況就是由于地下水的水位變動過快，土層中的膠結物比如鐵、鋁等主要的成分會被水帶走，土層一旦失去了膠結物就會出現土質變松、含水量增大、孔隙增大等問題，給巖土工程的基礎選擇、處理帶來很多不必要的麻煩。
4.水文地質勘察在巖土工程勘察中的評價巖土工程的勘察中涉及的基本理論主要包括土力學的一些基本知識以及一些主要的工程地質理論等。巖土工程問題的解決實際上就是在理論知識的指導之下，巖土工程的操作人員利用自己的工作經驗結合實際的工作情況來建立合適的模型，進行試驗得到相關參數，進而判斷的一個解決問題的過程。
三、結語
（1）有利于加快施工工程進度，縮短工程期限。
在一體化的施工模式之中，巖土工程的勘察、設計和施工三個環節不再是各自獨立，而是緊密地聯系到一起，通過有機的協調組合，可以使施工團隊對這三個施工環節齊頭并進，這樣就可以大大地節省傳統模式中的環節銜接所需要的時間，從而有效地提高施工的效率，大大地縮短整體施工的時間，有效地提高工程的進度。
（2）有利于新施工技術的應用和創新。
在勘察、設計與施工一體化的施工模式之中，為了能夠有效地提高工程質量，施工團隊都在努力地提高對新施工技術的使用效率，以便保障自己的施工能夠得到切實的加快，而對于施工中不斷遇到的新的問題和挑戰，施工團隊工作者又會根據實際的需求，不斷地謀劃新的施工技術，解決現代施工過程中遇到的各種各樣的問題。因此在一體化的施工過程之中，為了能夠更好地適應現代施工的需求，解決現代施工中遇到的新問題，就會不斷地加強新施工技術的應用和創新。
（3）有利于節省工程成本，提高經濟效益。
在現代的巖土工程施工過程之中，勘察、設計與施工不再是被簡單的分離，而是可以有機的結合，在設計的過程之中可以同時進行前段的施工和后段的勘察，兩個不同的施工團隊可以同時進行工作，這樣相對來說就會節省人力、物力、財力的支出，從而達到節省工程成本的目標。同時施工團隊齊頭并進也可以加強企業對施工進度的質量的掌握和控制，從而增加共同資源的使用效率，提高工程的整體經濟效益。
（4）有利于明確承包商和業主之間的負責分工，減少矛盾糾紛。
一體化的巖土施工模式可以有效地簡化工程的招標過程，保障在施工的過程可以明確地做到只有承包商和業主兩方責任人，這樣就可以明確地規定雙方負責人的主要責任和工程的權利義務，從而有效地避免一些施工過程中推諉扯皮這樣的矛盾糾紛的存在，簡化矛盾糾紛的復雜程度，提高矛盾解決的效率。
2實施勘察、設計和施工一體化的巖土工程施工模式的必要性
隨著社會的發展進步，巖土工程的施工質量也有了顯著的提高，對建筑行業的發展和人們生活水平的提高都起到了巨大的促進作用，現在巖土工程的施工模式主要以勘察、設計、施工一體化的施工模式為主，這種施工模式不僅能夠大大地節省人才物力的投入，而且能夠有效地提高施工的效率。在現在施工過程中實行一體化巖土施工模式的必要性是：
（1）一體化的施工模式是現代巖土工程的行業發展的主要趨勢。
勘察、設計、施工是巖土工程中最重要的三個環節，這三個環節的好壞會直接地影響到整個工程質量的好壞。因此為了能夠有效地提高巖土工程的施工質量，現在的施工團隊就在積極地采取各種的技術措施來完善施工的過程，而無疑的一體化的施工模式是現代最先進、有效的巖土施工技術。
（2）一體化的施工模式是由巖土工程的現狀所決定的。
雖然我國的巖土工程施工技術經過30年的發展已經日漸的成熟完善，各種的施工技術和施工的流程都相當的完備，但是由于我國仍處于發展的重要階段之中，面臨的各種新問題和情況也在隨著社會的發展而不斷地涌現，巖土工程理論及實踐還有待進一步的加強和提高，此時若發生意外事故將會給工程帶來極大的損失，所以必須要加強一體化施工模式的發展，以切實提高工程的施工質量。
（3）一體化的施工模式是由其自身的優點所決定。
與傳統的巖土施工模式相比，一體化的施工技術不僅能夠有效地減少施工成本支出，大大地縮短工程期限，而且還可以切實地提高施工工程的質量，確保工程建設的經濟效益，保障巖土工程更加符合現代社會的發展需求。這些優點決定了一體化的施工模式必將成為現代巖土工程的主要模式，在現代的施工過程中能被有效地區性地利用。
3區性有效加強巖土工程的勘察、設計、施工一體化施工模式發展的措施
近年來，隨著科技水平的發展提升，人們對于巖土工程的施工模式也提出了新的要求。傳統的分步實行、先后統一的模式已經不能滿足現代施工的需求，勘察、設計與施工一體化的施工模式逐漸成為了現代巖土工程施工的主要形式，大大地促進了巖土工程的施工質量和施工水平。為了能夠有效地提高巖土工程施工一體化的發展，需要采取一定的措施促進施工一體化模式的推廣，這主要包括以下幾個方面的措施：
（1）加快法律法規制定，建立完善的一體化建設模式管理體制。
我國現在的法律法規對于巖土工程施工一體化建設標準還沒有明確的規定，這給實際施工質量和標準帶來了很大的漏洞和不明確性，為了能夠有效地規范一體化施工建設模式的質量標準，就必須要加強法律的規范，從而為施工建設質量提供法律的保障和依據，減少施工中出現的失誤和不足，有效地提高巖土工程施工的質量。
（2）轉變傳統觀念，明確一體化模式的市場定位。
隨著科技水平的發展提升，傳統的施工模式已經不能滿足現代施工的新要求，必須要與時俱進，不斷地采取新的技術和手段，提高施工的技術水平，這樣才能更好地保障巖土工程的施工質量。近年來，勘察、設計與施工一體化的施工模式逐漸成為了現代巖土工程施工的主要形式，這種模式可以有效地縮短施工的期限，提高施工的效益，因此就必須加強對這種施工模式的發展，肯定其在市場中的重要經濟地位，以不斷滿足現代施工發展的要求。
（3）承包企業要完善企業內部的組織結構體系，確保巖土工程一體化建設施工的順利開展。
勘察、設計、施工一體化施工模式的開展歸根結底還是承包企業的行為，若是企業不能夠采取有效的措施加強其在實踐中的實行，那么一體化的施工模式也將不能夠實行。因此為了能夠有效地開展一體化的巖土建設施工模式，承包企業就必須要完善其內部的組織結構體系，明確各個部門的分工職責，落實好各個員工的任務安排，從而有效地保障整個施工過程能夠平穩有序的進行。
4結語
1．1建筑地下部分承載力
超高層建筑對地基部分是個重大考驗，這也是對巖土工程勘察的首要要求，要重點對建筑物地下的情況包括底層堅硬程度、軟土層分布情況、整個土層的承載力、巖石地貌完整性和質量等級等進行全面的勘察。
1．2對地上部分變形、傾斜的評估
與該部分相關的勘察內容主要是地下巖土的分布狀況及變形參數，為后期的工程設計數據測算提供基礎數據。
1．3要求更加深層的基坑挖掘
基坑提供了研究的最直接標本，直接反映了地下地基范圍內巖土的地下水情況、巖土質量等地質條件，通過科學方式的勘察，為后期計算設計建筑架構、排水等模型提供基本的參數，而作為超高層建筑的地基深度一般比較大，所以對探測用的基坑要求的深度也需要更深些。
1．4對環境、抗震的特殊要求
超高層建筑龐大的地下基礎工程，很容易給周圍環境造成一定影響，因此，在勘察中要詳細記錄對周圍道路、其他建筑及地下設施等可能造成的問題，為超高層建筑施工檢測、保障地下支護系統及排水系統設計提供最基礎的數據。由于超高層建筑對抗擊地震的要求，在勘察中還應特別注意對地震相關參數的測量、實驗和分析。
2超高層建筑巖土工程勘探原則
1)嚴格程序要求。超高層建筑的巖土工程的勘察不能隨意進行，需要根據工程的實際情況及需要出具的相關報告，按照有關的規定程序嚴格進行勘察。2)把握重點環節。對于開建多個超高層建筑，在基本相同的地質條件情況下，為了保證勘察和施工的整體進程，勘察人員可以對基本相同的地質條件不予全面勘察，但是對一些重點數據和方位還是需要進行數據的采樣，以保證建筑的工程質量。3)注重地質分析。超高層建筑物對地質的要求更高，地質選址的好壞直接影響著建筑物的整體質量，如果巖土工程勘察中較少或缺少對地質狀況的詳細評估，那么，對整個超高層建筑將來的設計而言都會埋下嚴重的隱患。4)人員合理選擇。巖土工程勘察一定要選擇專業的人員，在此基礎上還要進一步選擇那些經驗豐富、有責任心的人擔任勘察分析人員，對于有條件的建筑施工單位，可以組建專門的勘察小組，或與特定的勘察企業保持長期的合作關系。
3超高層建筑巖土工程勘察要點
巖土工程勘察工作的基本點主要著眼于兩個方面:1)對地下部分進行整體的科學評價，主要是對土質的性質、地質環境承載能力和穩定性、特殊地質環境可行性等進行分析和評價;2)鑒于超高層建筑的特點，選取最佳適合的方案，以減少工程的造價。
3．1勘察點的科學定位
應嚴格按照國家制定的JGJ72—2004高層建筑巖土工程勘察規程進行工程勘察工作，但針對超高層建筑的特殊性，在勘察點選擇上還需要注意以下幾個問題:首先是根據地下的基本情況:1)要根據初步探明的地質狀況主要是地層結構和分布以及超高層建筑物的整體設計情況，進行初步預估布點。2)針對不同的土質狀況，特別是特殊性的巖土，按照巖土工程勘察有關要求，合理布置相應數量的點位。如遇到原地面為河塘溝渠、填土區域或砂土層較厚地區，勘察點的設置密度要相應的在該區域進行增加。3)針對地下防水的專門勘察工作十分重要，因為它時刻會給建筑施工帶來不可估量的問題，同時對地下水文的探測也是一個難點，所以必要時可以組織專項建筑區域的水文地質勘察工作。地下水文勘察時，還要全面考慮周圍的水文環境狀況，初次探測要求在最后一個勘察孔鉆探完成1d后，全部探測點進行統一測量，才能得出準確的水文數據。4)勘察點地下深度的選擇，基本的原則是地質條件好的深度低一些，地質差的深度要加深，但是還應根據超高層建筑實際特點，比如高度、用途等進行綜合的選擇。其次，根據地上的基本情況:1)建設多個超高層建筑，要根據小區的整體設計規劃，按照樓群的分布和主裙樓的差異，主樓承力部分加密探測點，非主樓區可以適當放寬點位，從而實現合理的密疏布點。2)要根據建筑物的使用用途進行合理的劃分，不同的使用用途的建筑物，對底層的承載、地下設施的要求不盡相同，所以勘察點選擇要考慮建筑物的用途。3)在對超高層建筑初步布點結束后，如果排布圖形為不規則圖形時，還要在排列圖形的凸凹位置適當增加勘察點。4)對于超高層建筑物內部機構中的中心位置、電梯井位置等要進行勘察點布控。同時還要考慮超高層建筑的高度，根據高度的變化控制勘察點的分布狀況。此外，在勘察過程中，還應注意對現有勘察點進行一些修正，比如在采集巖土樣本中如果發現鹽漬土等特殊性土壤，就要注意增加該區域的勘察點，以充分探明該區域周圍特殊的水文狀況。
3．2超高層建筑底層的探察
對整個建筑工程的底部深入詳細地探察，準確掌握最底層地層的基本結構和地形變化，是整個建筑設計穩定性、安全性的需要。在對最底層探察前，要全面掌握整個建筑區域的地質和水文狀況。一般來說，勘察點密度分布小同時勘察深度深的，對底層的狀況探明會更加清楚些。最底層的情況掌握，主要還是依托對勘察點取樣標本的全面分析之上，進行專門的總結分析，如有需要，可從原探孔上小徑口鉆深取樣，以獲得更加詳盡的信息。
3．3樣品的科學采集
超高層建筑巖土工程勘察中一個重點就是巖土樣品的采集，這直接關系到實驗數據的準確性。樣品采集不可隨意進行，必須嚴格按照一定的操作規范進行，不然如果因為采集樣品所在深度、數量不足或者運輸保存密封存在問題，都會導致樣本遭受污染、成分流失等，從而造成實驗數據的失真。
3．4勘察技術的合理選擇
關鍵詞：雙曲線模型理想彈塑性波動方程
1概述
在運用波動方程法預測樁的可打入性及單樁極限承載力中，樁周土體靜力模型的合理選擇是個極其重要的問題。土體的靜力特性遠非線彈性、理想彈塑性能簡單描述，而非線性、非彈性、彈塑性等模型可較好地描述。因此，改進土體靜力模型及其計算參數的確定方法，是進一步完善波動方程分析法的一個非常重要方面。
樁側摩阻力的發揮一般是樁體和土體之間的剪切破壞，也可能是樁體帶著部分土體，土體間的剪切破壞，而樁端阻力的發揮有的是“刺入”破壞，有的是“壓剪”破壞[1]。由此可知，樁側土主要承受剪切變形，而樁端土體變形主要是壓縮，而且不能承受拉應力，樁側土體和樁端土體的變形和破壞機理是截然不同的。
文獻[2]通過室內剪切試驗，測得不同法向壓力下，鋼和混凝土材料分別與土之間的摩阻力與剪切位移的關系曲線，用以描述樁、土間的荷載傳遞特性。結果表明摩阻力和剪切位移呈非線性關系，而且符合雙曲線方程。漢森(Hansen)、瑞典樁基委員會和ISSMFE提案也都曾假定壓載試驗的荷載-位移(P-S)曲線為雙曲線[3]。曹漢志[4]通過試樁發現實測到的荷載傳遞曲線可近似用雙曲線來描述。王幼青、張克緒[5]等人通過分析71根樁的壓載試驗的荷載-位移(P-S)曲線，得到S/P-S的線性回歸的相關系數的平均值為0.9976，這表明樁的荷載-位移(P-S)曲線完全可近似用雙曲線關系來擬和。但該文中不分樁側土體、樁端土體，均采用雙曲線模型來模擬，模型中參數完全基于樁的靜載荷試驗值，不易推廣。
由上述土力學理論及室內、室外試驗結果，都表明在靜荷載作用下樁周土體表現出非線性特性，并可用雙曲線來描述荷載與位移的關系。但基于樁側土體和樁底土體的變形及破壞機制不一樣，而且樁端土不能承受拉力的特點，因此，樁側與樁端土體靜力模型應用不同的模型來描述。為簡化起見，文中樁側土體靜摩阻力與剪切位移的模型采用雙曲線關系，樁端土體仍采用理想彈塑性模型來描述(即同Smith法[6])。
2樁周土體模型
2.1改進的樁側土體模型在動力打樁過程中，樁側土體單元i在時刻t時所發揮的靜阻力和動阻力分別由非線性彈簧(雙曲線)和緩沖壺組成的模型來模擬(如圖1)。
2.1.1樁側土體靜摩阻力雙曲線模型樁側土體單元i在時刻t時所發揮的靜摩阻力Rs(i,t)(下文簡寫為Rs)與剪切位移S(i,t)(下文簡寫為S)假定用康納(Kondner)雙曲線擬和，即Rs-S的關系曲線，如圖2中(a)可用下式表示：
Rs=S/(a+bS)
(1)
式中：a、b為待定系數。
式(1)可改寫為
S/Rs=a+bS
(2)
設以S/Rs為縱軸，S為橫軸，可構成S-S/Rs的新坐標系，則雙曲線可轉換成直線，如圖2中(b)其截矩為a,斜率為b。由式(2)可得，當S∞時，
(3)
即用極限摩阻阻力Rult表示S∞時的值，也即為Rs的漸近值。實際上工程中S不允許趨向無窮大，當達到一定值后，土體單元就被認為已破壞了，破壞荷載為Rf，它總是小于Rult。可令：
Fr=Rf/Rult
(4)
稱Fr為樁側土體單元的破壞比，則有Fr＜1.0。文中的Fr假定可參照土體DuncanChang模型[7]的破壞比取值。
同樣，由式(2)可得，當S0時，
(5)
而(SRs)S0是曲線Rs-S的初始切線剛度，也是該曲線上最大的切線剛度，用Kmax表示(見圖2)，因此
a=1/Kmax
(6)
可將(Sf,Rf)代入式(1)，得
Rf=Sf/a+bSf
(7)
由式(7)得到
a=1/Kmax=Sf(1-Fr)/RultFr
(8)
關于Sf取值，可參照文獻[8]：黏性土剪切破壞的最大位移一般為5～8mm，無黏性土剪切破壞的最大位移一般為8～12mm。
本文根據Masing準則和Pyke對Masing模型的修正方法[9]來確定卸載與加載的荷載RS與位移S的關系曲線。從第一象限狀態點(S1,Rs1)處卸載階段(如圖3中曲線2)，土體單元的靜摩阻力為
Rs=Rs1+(nRultKmax(S-S1))/nRult+Kmax(S-S1)
(9)
式中：n=1-Rs1/Rult。
從狀態點(S1,Rs1)處加載階段(如圖3中曲線3)，土體單元的靜摩阻力為
Rs=Rs1+nRultKmax(S-S1)/nRult+Kmax(S-S1)
(10)
式中：n=-1-Rs1/Rult。
采用Pyke法能有效地避免了卸載和反向加載時土體承受的荷載超過其最終強度的現象。
2.1.2樁側土體的動阻力計算假定樁側土體單元i在時刻t時的動阻力Rd(i,t)與上節中計算出的靜阻力Rs(i,t)和單元速度V(i,t)成正比，比例常數采用樁側土體單元的經驗阻尼系數J(i)，即
Rd(i,t)=J(i)Rs(i,t)V(i,t)
(11)
則在所發揮的總阻力R(i,t)為
R(i,t)=Rs(i,t)+Rd(i,t)
(12)
2.2樁端土體模型樁端土體單元用理想彈塑性模型來描述土體力學與變形特性，即彈性、塑性與動阻力分別由彈簧、摩擦鍵及緩沖壺組成的土體流變模型來模擬(圖4)。土體單元的加載彈性變形由線段OC(彈簧)模擬，塑性變形由線段CD(摩擦鍵)來模擬，DE段表示樁端土卸載彈性變形階段。詳細的模型描述參見文獻[6]。
3一維動力打樁波動方程
1931年，D.V.Isaacs指出能量從樁錘傳遞到樁底不是簡單的剛體撞擊動力問題，而是撞擊應力波在樁身內的傳播問題[10]。他將樁周土體阻力R′引入古典的一維波動方程得到
(13)
式中：x為樁截面的位置坐標；u為x處樁截面的質點位移；t為時間；R′為樁身土阻力；C為彈性應力波波速，單位：m/s；；E、ρ分別為樁材料彈性模量、密度。
然而式(13)僅僅在古典的一維波動方程中機械而簡單地引入樁周土體阻力R′，并沒有真正反映出打樁過程中波動響應。根據方程各個分量的量綱分析，樁周土體阻力R′的量綱應為1/m，而力的量綱為N，因此，R′的物理意義不明確。
考慮樁身自重和樁周土阻力的情況下來建立一維動力打樁波動方程如下：
(14)
式中：R為樁單元受到的土阻力，單位：N；G為樁單元的重量，單位：N；g為重力加速度，單位：m/s2。其它量同式(13)。方程右邊的第二項為樁的自重對應力波傳播的影響；方程右邊的第三項為樁周土體阻力對應力波傳播的影響。
顯然，該方程與方程(13)明顯不同，而且有：
(15)
因此，嚴格地講R′不是樁周土阻力，而是反映樁周土體阻力的一個參數，其量綱為1/m。
目前求解波動方程(14)常采用特征線法、有限元法及差分法。由于差分法簡單且實用，故文中仍然采用該法，以一維應力波動理論為基礎，采用上述樁周土體模型編制了動力沉樁分析軟件ADP(AnalysisofDrivingPile)。
4工程實例
運用ADP程序對某海洋石油平臺動力打樁工程進行計算分析。在實際試樁過程中進行了沉樁過程中貫入度、應力等數據監測，并在打樁完成后一段時間進行了復打及靜載荷試驗。
4.1工程介紹某海洋石油平臺地區水深24.5m，潮差1.0～1.5m。從地質資料由上而下基本可分5層(表1)，土質不均勻，夾層較多，表面有較厚的淤泥層在覆蓋。平臺樁基試樁為鋼管樁，貫入深度0～16.1m范圍內用M40型柴油錘打樁，在貫入深度16.1～26.48m范圍內采用MB70型柴油錘施工。該樁總長為69.11m，整個樁打入到設計貫入深度26.48m，即樁端持力層位于第⑤層——粉細砂層，如圖5所示。樁身壁厚變化，即δ=14～36mm。
表1某海洋平臺試樁處的各土層的物理力學指標
土體名稱
標高
/m
含水量
ω
飽和容重
γ/(t·m-2)
比重
液限
WL
塑限
WP
塑性指數
IP
孔隙比
e
粘聚力C/kPa
內摩擦角
φ/°
①淤泥
②淤泥質粘土
③粉細砂
④亞黏土
⑤粉細砂
0.0--4.5
-4.5--5.5
-5.5--10.5
-10.5--16.5
-16.5--29.5
41.5-54.4
21.5-25.8
15.7-27.1
1.7-1.75
2.0-2.05
1.93-2.12
2.65-2.67
2.68-2.72
2.68-2.70
44.5-53.8
27.1-33.3
-
20.0-21.4
14.9-18.1
-
24.5-32.4
11.7-15.2
-
1.16-1.41
0.599-0.72
0.5-0.773
5.0-8.0
-
23.5-27.0
36.0-40.0
表2各單元的重量G(i)和橫截面積A(i)
單元編號i
3-7
8-11
12-15
16-19
20-23
24-27
28-31
32-35
36-39
A(i)/cm2
G(i)/kN不包括土塞
853.
6.77
958.6
7.66
1017.5
8.14
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1060.8
8.46
單元編號i
40-43
44-47
48-51
52-55
56-59
60-63
64-67
68-71
A(i)/cm2
G(i)/kN不包括土塞
595.6
4.75
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
注：樁身外露單元共45個，其中46～49號單元樁周土為表層淤泥，程序中不考慮該土層對樁阻力的貢獻。
4.2計算參數選取分別采用Smith法模型(樁側土體和樁端土體均采用理想彈塑性模型)和本文改進模型(樁側土體用雙曲線模型，樁端土體用理想彈塑性模型)來進行動力打樁數值計算分析。為簡化起見，計算中僅考慮用MB-70型柴油錘進行分析。具體參數選取如下：(1)MB-70型柴油錘：錘心重72kN，錘心落高為2.7m，錘心剛度為2.1671×106MPa，錘擊效率η=0.95；(2)錘墊為白棕繩，其彈簧常數為5.0MN/cm，恢復系數e=0.5；(3)沖擊塊和樁帽：沖擊塊重30kN，樁帽重21kN；(4)無樁墊；(5)鋼管樁的幾何參數詳見圖5、表2(不考慮土塞效應)，樁材彈性模量E=2.1×10.5MPa。為提高分析精度及更好地考慮土體的性質，每個樁單元長度設為1m；(6)據時間步長選取原則，計算時間步長Δt=0.00018s；(7)樁周阻力分布假定：樁端土的阻力分配比PER=40%，且樁側土體側摩阻力均勻分布；(8)土質參數：因樁是大直徑管樁，據文獻[11]可適當加大樁端土最大彈性量的取值。Smith法模型：樁側土QS=0.254cm，樁端土QP=0.3048cm；改進模型：樁側土體參數包括：土體破壞變形值Sf，土體的破壞比Fr(見表3)，樁端土體最大彈性變形QP=0.3048cm。兩模型的土體阻尼系數均取：樁側土JS=0.22s/m，樁端土JP=0.66s/m。
4.3樁的可打入性預測分析運用ADP程序對試樁進行可打入性分析。圖6、圖7及圖8分別為兩模型預測樁在打入過程中所需錘擊數、所發揮的靜阻力及樁身最大拉、壓應力值；圖9、圖10分別為在樁打入到26.48m處在一次錘擊過程中樁頂單元的應力響應曲線、樁身所有單元的最大應力值。由圖6分析，在整個貫入過程中，改進模型得到的所需錘擊數與實測貫入曲線非常接近。從泥面開始到貫入深度10m范圍內，兩模型得到的所需錘擊數基本一致，但從10～26.48m范圍內，改進模型的計算值小于Smith模型的相應結果。在最大貫入深度26.48m處，本文模型、Smith模型得到的貫入30cm錘擊數分別為：357擊、681擊，前者約為后者的50%，而實測值為貫入30cm303擊。因此，改進模型的預測結果較準確，相對誤差為18%。從計算和實測結果發現，沉樁到最大貫入深度處時(位于⑤粉細砂層)，非常難打。
由圖7分析，隨著貫入深度增加，發揮的樁周靜阻力基本線性增加，這與計算中假定的樁側土體均勻分布有關。本文改進模型計算值略小于Smith法模型的相應值，在最大貫入深度處所發揮的樁周靜阻力分別為：9.6MN和8.699MN。
由圖8分析，隨著貫入深度增加，樁身的最大拉應力反而減小。在泥面附近貫入深度處，拉應力值最大，兩模型的計算值均約為139.0MPa。故在沉樁初期(特別對于混凝土樁)，應盡量采取措施減少錘擊能量(如輕錘，或重錘小落距)，以減小錘擊拉應力值，防止樁身拉裂。在整個沉樁過程中，兩模型得到的最大壓應力值變化趨勢非常一致，即先增加后減小，但本文改進模型所得到的最大壓應力值略小于Smith法模型的相應值，在最大貫入深度一半處，兩模型的最大壓應力值都達到最大，分別為：183.2MPa、197.6MPa。鋼管樁的屈服強度Fy為360MPa，顯然在沉樁過程中樁不會發生柱狀屈曲，即滿足強度要求。
由圖9分析，在0～15ms范圍內兩模型分析得到的在一次錘擊過程中樁頂單元應力響應的時程曲線基本一致，在t>15ms時，本文改進模型所得的應力值略小于Smith法。兩模型得到的最大值均為120.1MPa，略小于實測最大值133.3MPa，誤差約為10%，滿足精度要求。
由圖10分析，在最大貫入深度時一次錘擊過程中，兩模型得到的樁身單元最大壓應力包絡圖非常接近，且與實測最大壓應力包絡圖也較接近，可用于打樁工程應力控制。其中Smith法模型、改進模型計算得到的最大值分別為149.68MPa、146.65MPa，發生的位置自樁頂44m處。而實測到的最大的最大值為141.2MPa，發生的位置自樁頂7.19m處。顯然，最大應力值滿足鋼材允許應力值。
總之，本文改進模型所預測錘擊數精度高于Smith法模型，更接近于實測結果，且得到的應力響應結果和實測結果吻合較好，可用于實際打樁工程可打入性預測分析。
4.4樁的極限靜承載力預測分析用ADP程序對樁在設計貫入深度26.48m處進行了單樁極限承載力預測分析。圖11為兩模型預測樁的極限承載力曲線。由圖11分析，在貫入30cm時擊數在0～20擊范圍內，兩模型預測的單樁極限靜承載力基本一致；當貫入30cm大于20擊時，本文改進模型的預測值逐漸大于Smith法模型的相應值。復打貫入30cm實測錘擊數為300擊，Smith法模型、本文改進模型的預測值分別為8.861MN、9.442MN，而根據靜載試驗得到單樁的極限承載力為9.6MN。兩模型計算結果與試驗值的相對誤差分別為7.7%、1.6%。二者的計算結果均滿足工程精度要求，但改進模型的預測值的精度優于Smith法模型，更接近于實測結果，可用于實際打樁工程中單樁極限靜承載力值預測分析。
5結論
(1)本文根據土性理論的非線性和非彈性的特性以及室內與現場試驗結果，而且基于樁側土體和樁端土體在豎向荷載作用情況下的變形和破壞機理不同，假定用雙曲線模型模擬樁側土體靜阻力，樁端土靜阻力采用理想彈塑性模型來模擬是比較合理的。(2)原波動方程中土阻力R′的物理意義不明確，只是反映樁周土體阻力的一個參數。本文以所推導的應力波動方程為基礎，開發了可用于打樁分析的軟件ADP。(3)用程序ADP對某海洋平臺打樁工程進行了Smith法模型和本文改進模型的對比計算分析。與實測結果比較表明：采用改進模型得到的預測單樁極限靜承載力值、貫入過程中的所需的錘擊數的計算精度更高，更接近于實測結果，而兩模型得到的應力響應結果相近，和實測結果吻合較好。這也說明，雙曲線模型更接近于實際情況，可用于實際打樁工程的可打入性及單樁極限承載力預測分析。
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