何 潘

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

在巖土工程項目中應(yīng)用勘察、設(shè)計與施工一體化模式，既可以保障工程項目質(zhì)量，又有助于提升建設(shè)單位的效益。在實際建設(shè)時，要求負(fù)責(zé)地質(zhì)勘測、工程設(shè)計和現(xiàn)場施工的人員加強(qiáng)信息交流，實現(xiàn)信息共享，充分發(fā)揮這一模式的應(yīng)用優(yōu)勢，高效率地完成工程建設(shè)任務(wù)。

1 巖土工程勘察設(shè)計與施工一體化的價值分析

勘察、設(shè)計和施工是巖土工程建設(shè)中3個緊密相關(guān)的流程，相比于傳統(tǒng)的分散模式，實行一體化模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①顯著提高施工速度。通過加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，讓勘察人員與設(shè)計人員保持聯(lián)系，方便設(shè)計人員詳細(xì)地掌握勘察資料，從而保證了設(shè)計方案的質(zhì)量與可行性，加快了設(shè)計出圖效率。讓設(shè)計人員與施工人員保持聯(lián)系，用設(shè)計圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場施工的順利進(jìn)行，提高了施工速度；②方便工程造價管理。承包商全權(quán)負(fù)責(zé)勘察、設(shè)計和施工，能夠?qū)⒏鞣N資源合理配置，對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，減少工程設(shè)計變更，從而有利于工程造價的控制。除此之外，該模式還具有責(zé)任劃分明確、加快技術(shù)創(chuàng)新等一系列特點，一體化模式的組織架構(gòu)見圖1。

圖1 設(shè)計與施工一體化模式的基本架構(gòu)Fig.1 Basic framework of design and construction integration model

2 工程概況

某工程項目總用地面積14 391.7 m2，共有2棟建筑，1棟為廠房，1棟為配套用房。場地東高西低，2棟建筑的臺地落差為10.5 m。該工程區(qū)域的地質(zhì)以素填土、粉質(zhì)黏土、風(fēng)化泥巖為主，邊坡開挖之后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為保障建筑結(jié)構(gòu)安全，需要設(shè)置邊坡支護(hù)。為節(jié)約工期和保證支護(hù)效果，采用了勘察、設(shè)計與施工一體化模式。

3 巖土工程勘察設(shè)計與施工一體化模式的應(yīng)用

3.1 巖土工程勘察作業(yè)要點

3.1.1 勘察孔的布置

參考《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013)，以現(xiàn)場邊坡為基準(zhǔn)線，沿著邊坡走向，以50 cm為間隔，畫出1條與邊坡平行的勘探線，在該條線上以20 cm為間隔，布設(shè)勘探點。在該次工程中，現(xiàn)場共布設(shè)了27個勘探點，選取其中11個作為取樣點，通過采集巖土樣品為原位測試等試驗提供必要的材料。

3.1.2 鉆探成孔

鉆孔作業(yè)選擇的是XY-100型鉆機(jī)，按照“套管跟進(jìn)、泥漿護(hù)壁、回旋鉆進(jìn)、全孔取芯”的作業(yè)模式，完成鉆孔。初始鉆探可使用普通的合金鉆頭，達(dá)到一定深度遇到中風(fēng)化巖后，要替換為金剛石鉆頭，保證成孔效果和鉆探效率。開孔口徑為130 mm，終孔口徑為100 mm。在素填土層鉆探時，可適當(dāng)增加進(jìn)尺深度，鉆探回次進(jìn)尺深度在2.0～2.5 m之間，遇到巖層后調(diào)整為2.0 m以內(nèi)。成孔后還要檢查有無孔壁開裂、明顯偏斜等問題。若成孔質(zhì)量不佳，應(yīng)視為廢孔，并在附近重新選擇勘探點進(jìn)行鉆孔。

3.1.3 采樣及測試

使用取土器進(jìn)行工程現(xiàn)場土樣的采集，將樣品裝入密封袋后送至實驗室進(jìn)行化驗、分析。將土樣分成若干份，依次進(jìn)行各項測試，如原位測試、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、動力觸探試驗等。以動力觸探試驗為例，將錐頭、觸探桿、穿心錘(重63.5 kg)提升至距離測點76 cm高的地方，使其自由下落、錘擊地面。然后記錄貫入10 cm的夯擊次數(shù)為一陣擊數(shù)。測試結(jié)果見表1。

表1 動力觸探試驗結(jié)果Tab.1 Results of dynamic sounding tests

3.1.4 工程測量

在現(xiàn)有的鉆孔平面布置圖基礎(chǔ)上，利用CAD軟件采集各個勘測點的坐標(biāo)，選取A4#和2C 656#作為控制點，2個控制點的坐標(biāo)與高程見表2。采用RTK按設(shè)計孔位坐標(biāo)將各鉆孔放置實地。坐標(biāo)系統(tǒng)采用本市城建坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)。各勘探點位置由測量工程師采用南方測繪RTK衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)進(jìn)行施放并計算孔口高程。

3.2 巖土工程設(shè)計工作要點

3.2.1 邊坡設(shè)計原則

邊坡設(shè)計前應(yīng)做好周邊環(huán)境的勘察，并且參照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)，《巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)等相關(guān)規(guī)范作為設(shè)計依據(jù)。在此前提下，還要遵循以下原則：①設(shè)計方案要兼顧安全、美觀、環(huán)保、可靠等要求，保證邊坡設(shè)計方案的實用性；②基于該設(shè)計方案的邊坡支護(hù)加固，應(yīng)至少達(dá)到50年的有效試用期，在該時間段內(nèi)邊坡應(yīng)有效抵御各種不利荷載產(chǎn)生的破壞，從而保障巖土工程本身的安全和穩(wěn)定；③在施工條件允許的前提下，邊坡治理方案要做到簡便易行、經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠。

表2 2個測量控制點的基本信息Tab.2 Basic information of the 2 control points

3.2.2 邊坡設(shè)計方案

結(jié)合勘察資料，該工程所在地區(qū)具有邊坡高度大、坡頂與坡地環(huán)境較為復(fù)雜等特點，因此基于工程結(jié)構(gòu)安全的考慮，設(shè)計邊坡安全等級為II級，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取1.30。該次設(shè)計驗算過程中，按一般工況、飽和工況、地震工況3種工況分別驗算。同時重要建筑物以及距離邊坡較近的建筑物應(yīng)優(yōu)先采用樁基礎(chǔ)，以避免建筑荷載對邊坡的不利影響。該工程采取錨拉式樁板墻支護(hù)，樁截面為1.0 m×1.4 m，采用雙排并列的方式，提高加固效果。另外使用預(yù)應(yīng)力錨索控制變形?？紤]到個別區(qū)域的地下水位較高，還要設(shè)計邊坡排水系統(tǒng)。于擋墻后側(cè)80～100 cm處，設(shè)計1條寬度為400 mm、深度為60 cm，與擋墻同等長度的截水溝。內(nèi)部使用泥漿抹平，提高防滲效果。這樣雨水能夠沿著截水溝向下排出，避免積水滲透影響邊坡穩(wěn)定。另外還設(shè)計若干處降水井，起到降低水位的效果。

3.2.3 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡設(shè)計時必須要開展穩(wěn)定性分析，作為編制邊坡設(shè)計方案的重要依據(jù)。影響邊坡穩(wěn)定性的因素有工程地質(zhì)條件、水文條件，以及邊坡坡形和坡頂荷載等。該工程邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。

表3 工程邊坡穩(wěn)定性分析Tab.3 Analysis of engineering slope stability

3.3 巖土工程施工技術(shù)要點

3.3.1 抗滑樁施工準(zhǔn)備

做好施工準(zhǔn)備對提高成樁質(zhì)量和加快施工速度有積極幫助。抗滑樁施工準(zhǔn)備事項包括：①科學(xué)選材，如水泥的標(biāo)號、鋼筋的型號、砂的細(xì)度等，都是選材時必須要考慮的內(nèi)容。材料經(jīng)檢查合格后進(jìn)場，做好妥善保存，避免水泥受潮、鋼筋銹蝕；②制備泥漿。抗滑樁的樁身采用C30混凝土澆筑而成。因此要現(xiàn)場確定配合比，并提前制作泥漿。通過制作試件的方式，確定混凝土試件的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，再按照該配合比批量化生產(chǎn)；③做好現(xiàn)場施工場地的整平處理，為下一步樁孔開挖創(chuàng)設(shè)良好條件。

3.3.2 樁孔開挖與處理

在制備泥漿的同時，在場地表面進(jìn)行測量放線，參考設(shè)計圖紙標(biāo)記出各個樁位點。從1#樁位上開始鉆孔，鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆孔與樁位點垂直、對齊。然后操作人員設(shè)定鉆機(jī)運行參數(shù)，開始進(jìn)行挖孔。結(jié)合地質(zhì)勘察資料，若鉆孔所在位置地下水位較高，鉆孔前要做降水處理，保證成孔效果。鉆孔達(dá)到標(biāo)高后，拔出鉆頭，檢查成孔質(zhì)量，沒有孔壁開裂、孔身偏斜的問題后，進(jìn)行清孔。完成1#樁孔開挖后，要間隔2～3個孔再進(jìn)行開挖。鉆孔產(chǎn)生的棄渣要使用運輸車運送至指定的堆放點，避免水土流失誘發(fā)次生危害。

3.3.3 鋼筋籠的制作與放置

鋼筋經(jīng)檢查不存在銹蝕等問題后，按照設(shè)計方案現(xiàn)場裁切鋼筋，并采用機(jī)械連接或者雙面搭接焊的方式，制作成鋼筋籠。注意豎筋的搭接處不得放在巖層層面和滑動面處，使用吊車將焊接完成的鋼筋籠吊起，垂直于鉆孔向下放置，直至到達(dá)鉆孔底部。每個鉆孔需要放置2～5節(jié)不等的鋼筋籠，注意做好連接與固定。

3.3.4 混凝土的灌注

每次澆筑前應(yīng)確保灌漿機(jī)內(nèi)儲存的混凝土滿足單樁連續(xù)灌注需要，避免因為混凝土儲備不足導(dǎo)致澆筑中斷進(jìn)而影響成樁效果的情況。若孔底存在積水，在積水深度不超過100 mm的情況下，可選擇干法灌注；若水深超過100 mm，應(yīng)采取降水處理后再進(jìn)行灌注。采用泵送方式灌注，將泵送管道從鋼筋籠的間隙自上而下插入，至孔底上方1 m處，然后連續(xù)注漿。期間注意做到一邊澆注、一邊拔管、一邊振搗。單孔灌注完畢后，也要采取間隔灌注的方式，避免連續(xù)灌注產(chǎn)生的土體擠壓導(dǎo)致樁身變形?，F(xiàn)場澆筑應(yīng)安排專門的監(jiān)管人員，密切觀察孔樁周邊及地表情況，如有異常盡快中止施工并迅速撤離。

3.3.5成樁質(zhì)量檢測

抗滑樁施工完畢后，還要開展成樁質(zhì)量檢測，若檢測結(jié)果不達(dá)標(biāo)，必須采取相應(yīng)處理措施。檢測內(nèi)容包括樁身垂直度檢測、樁身完整度檢測、樁體承載力檢測等。以樁體完整性檢測為例，使用聲波透射法進(jìn)行無損檢測，如果樁體內(nèi)部有孔洞、裂紋，聲波會發(fā)生改變，從而根據(jù)接收的聲波信號判斷有無裂縫，以及裂縫的位置、大小。若質(zhì)量檢測結(jié)果表明影響樁的正常使用，需要采取加固措施，或者視作廢樁重新開孔、灌注。

4 巖土工程邊坡變形監(jiān)測

4.1 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測周期

開展邊坡變形監(jiān)測，既是為了保障巖土工程自身的安全，又有利于維護(hù)周邊建筑物、道路的安全。因此，在施工開始后就要同步開展監(jiān)測工作，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取對應(yīng)的措施。監(jiān)測內(nèi)容包括：坡頂水平/垂直位移、地面沉降、坡頂建筑物變形、錨索內(nèi)力變化5項。在邊坡施工初期，將監(jiān)測裝置分別安裝到各個監(jiān)測點后，每天采集一次監(jiān)測信息。另外，結(jié)合前期的地質(zhì)勘察資料，在一些地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜、周圍構(gòu)筑物較多的地方，可適當(dāng)增加監(jiān)測頻率。遇到暴雨等惡劣天氣后，也要適當(dāng)提高監(jiān)測頻率，確保有異常情況第一時間發(fā)現(xiàn)。若邊坡出現(xiàn)險情，則監(jiān)測頻率應(yīng)當(dāng)>3次/d。在邊坡支護(hù)完成后，監(jiān)測工作還要繼續(xù)進(jìn)行，持續(xù)2年，并且保證每個月至少采集1次監(jiān)測信息。

4.2 監(jiān)測報警值

結(jié)合《巖土工程監(jiān)測規(guī)范》(YST 5229—2019)有關(guān)要求，以及巖土工程現(xiàn)場的地質(zhì)條件，確定邊坡支擋結(jié)構(gòu)的最大允許值，該值同時也是監(jiān)測報警值。若監(jiān)測設(shè)備采集到的參數(shù)超出該值，則觸發(fā)報警程序，進(jìn)行報警，提醒巖土工程管理人員及時采取應(yīng)對措施。監(jiān)測報警值的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 監(jiān)測報警值Tab.4 Alarm indication of monitoring

4.3 監(jiān)測方法及要求

為進(jìn)一步提高邊坡變形監(jiān)測的規(guī)范性、有效性，在實施監(jiān)測作業(yè)時還應(yīng)注意以下事項：①在設(shè)計完畢、施工之前，就要參考設(shè)計圖紙確定觀測點，并將監(jiān)測設(shè)備提前安置，將整個邊坡施工全部納入監(jiān)測范疇；②進(jìn)行坡頂位移監(jiān)測時，應(yīng)設(shè)置不少于3個觀測點的觀測網(wǎng)，分別用于監(jiān)測位移量、移動速度和移動方向；③抗滑樁施工完畢，要進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測。采用無損檢測技術(shù)，檢測樁身內(nèi)部有無孔洞、裂紋。

邊坡的監(jiān)測頻率，監(jiān)測點埋設(shè)后開始監(jiān)測，施工期間每天對其進(jìn)行監(jiān)測，遇暴雨、降雨及變形過大時，應(yīng)加大監(jiān)測頻率，見表5。

表5 監(jiān)測頻次Tab.5 Monitoring frequency

5 巖土工程勘察設(shè)計與施工一體化模式的保障措施

5.1 創(chuàng)新管理思維，管理人員熟悉一體化模式

勘察、設(shè)計與施工一體化在實現(xiàn)資源優(yōu)化配置、加快工程建設(shè)進(jìn)度等方面的應(yīng)用優(yōu)勢不言而喻，但是目前還有一些企業(yè)缺乏合作共贏的意識。要創(chuàng)新管理思維，迎合土建行業(yè)的發(fā)展趨勢，尤其是企業(yè)的管理層，要主動去了解勘察、設(shè)計與施工一體化模式的運行流程、操作要點、管理要求等一系列內(nèi)容。在熟悉這一模式的基礎(chǔ)上，自上而下的將這一模式在企業(yè)內(nèi)部推廣開來。讓勘察人員、設(shè)計人員、施工人員，都能夠?qū)@一模式的意義、內(nèi)容等有所了解，進(jìn)而在巖土工程建設(shè)中將該模式落實下去。建議企業(yè)將一體化模式的應(yīng)用效果納入到管理人員的考核中，通過提供培訓(xùn)、定期考評，督促管理層、一線職工自覺應(yīng)用勘察、設(shè)計與施工一體化模式。

5.2 完善配套制度，為一體化模式應(yīng)用創(chuàng)設(shè)良好環(huán)境

從技術(shù)層面上來看，我國巖土工程勘察、設(shè)計、施工的一體化模式在應(yīng)用中積累了比較豐富的經(jīng)驗，技術(shù)成熟度較高。但是配套的制度、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展較為滯后，在一定程度上制約了這一模式的推廣和發(fā)展。下一步，政府相關(guān)部門或行業(yè)有關(guān)協(xié)會，要基于勘察設(shè)計與施工一體化模式的技術(shù)特點、工作銜接等方面，盡快出臺與之配套的規(guī)章制度、行業(yè)準(zhǔn)則，為該模式應(yīng)用價值的發(fā)揮創(chuàng)設(shè)良好的外部環(huán)境。例如，要明確劃分勘察、設(shè)計、施工三方主體的責(zé)任，加強(qiáng)相互之間的信息交流，通過破除部門之間的信息壁壘，讓各項工作的前后銜接更加緊密、過渡更加自然，在巖土工程建設(shè)中不留質(zhì)量隱患。

5.3 引進(jìn)信息技術(shù)，依托BIM和3S技術(shù)實現(xiàn)一體化管理

信息技術(shù)在土建行業(yè)的融合應(yīng)用，是實現(xiàn)勘察、設(shè)計與施工一體化的關(guān)鍵因素。例如，將3S技術(shù)中的RS(遙感)和GPS(全球定位系統(tǒng))能夠幫助勘察人員快速、全面、精確地了解野外工程所在區(qū)域的巖土條件、地表植被等信息。對于勘察所得信息，由地面接收站收到信號后，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上。然后利用計算機(jī)上的GIS(地理信息系統(tǒng))或BIM(建筑信息模型)等應(yīng)用軟件，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二維平面圖紙或三維立體模型，為設(shè)計人員開展巖土工程設(shè)計提供輔助。設(shè)計人員進(jìn)行簡單修改后，自動出圖或參考立體模型，為巖土工程現(xiàn)場施工提供必要的參考，對提高施工質(zhì)量有積極幫助。在信息技術(shù)的支持下，實現(xiàn)了從勘察到設(shè)計，再到施工的一體化。

6 結(jié) 語

在巖土工程建設(shè)中，勘察是設(shè)計的前提，設(shè)計為施工提供依據(jù)，三者之間密切聯(lián)系。推行勘察、設(shè)計與施工的一體化模式，將有助于實現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)有資源的合理配置，做好工程建設(shè)各個環(huán)節(jié)的前后銜接，無論是對于工程質(zhì)量的提升，還是成本、進(jìn)度的控制，均起到了積極作用。在巖土工程項目中，除了要熟練掌握勘察、設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)的技術(shù)要點，還要從制度層面、技術(shù)層面提供必要的保障措施，確保一體化模式得以順利實施，保證巖土工程順利建設(shè)完成。