❶ 基坑验槽的验槽方法
验槽方法通常主要采用观察法为主,而对于基底以下的土层不可见部位,要先辅以钎探法配合共同完成。 1.观察槽壁、槽底的土质情况,验证基槽开挖深度,初步验证基槽底部土质是否与勘察报告相符,观察槽底土质结构是否被人为破坏。
2.基槽边坡是否稳定,是否有影响边坡稳定的因素存在,如地下渗水、坑边堆载或近距离扰动等(对难于鉴别的土质,应采用洛阳铲等手段挖至一定深度仔细鉴别)。
3.基槽内有无旧的房基、洞穴、古井、掩埋的管道和人防设施等。如存在上述问题,应沿其走向进行追踪,查明其在基槽内的范围、延伸方向、长度、深度及宽度。
4.在进行直接观察时,可用袖珍式贯入仪作为辅助手段。 1.工艺流程
绘制钎点平面布置图→放钎点线→核验点线→就位打钎→记录锤击数→拔钎→盖孔保护→验收→灌砂。
2.人工(机械)钎探
采用直径φ22~25mm钢筋制作的钢钎,使用人力(机械)使大锤(穿心锤)自由下落规定的高度,撞击钎杆垂直打人土层中,记录其单位进深所需的锤数,为设计承载力、地勘结果、基土土层的均匀度等质量指标提供验收依据。是在基坑底进行轻型动力触探的主要方法。
3.作业条件
人工挖土或机械挖土后由人工清底到基础垫层下表面设计标高,表面人工铲平整,基坑(槽)宽,长均符合设计图纸要求;钎杆上预先用钢锯锯出以300mm为单位的横线,0刻度从钎头开始。
4.主要机具
钎杆:用直径为φ22~25mm的钢筋制成,钎头呈60°尖锥形状,钎长2.1~2.6m;
大锤:普通锤子,重量8~lOkg;
穿心锤:钢质圆柱形锤体,在圆柱中心开孔φ28~30mm,穿于钎杆上部,锤重lOkg;
钎探机械:专用的提升穿心锤的机械,与钎杆、穿心锤配套使用。
5.根据基坑平面图,依次编号绘制钎点平面布置图
按钎点平面布置图放线,孔位洒上白灰点,用盖孔块压在点位上作好覆盖保护。盖孔块宜采用预制水泥砂浆块、陶瓷锦砖、碎磨石块、机砖等。每块盖块上面必须用粉笔写明钎点编号。
6.就位打钎
钢钎的打入分人工和机械两种。
人工打钎:将钎尖对准孔位,一人扶正钢钎,一人站在操作凳子上,用大锤打钢钎的顶端;锤举高度一般为50cm,自由下落,将钎垂直打人土层中。也可使用穿心锤打钎。
机械打钎:将触探杆尖对准孔位,再把穿心锤套在钎杆上,扶正钎杆,利用机械动力拉起穿心锤,使其自由下落,锤距为50cm,把触探杆垂直打入土层中。
7.记录锤击数
钎杆每打入土层30cm时,记录一次锤击数。钎探深度以设计为依据;如设计无规定时,一般钎点按纵横间距1.5m梅花形布设,深度为2.1m。
8.拔钎、移位
用麻绳或钢丝将钎杆绑好,留出活套,套内插入撬棍或钢管,利用杠杆原理,将钎拔出。每拔出一段将绳套往下移一段,依此类推,直至完全拔出为止;将钎杆或触探器搬到下一孔位,以便继续拔钎。
9.灌砂
钎探后的孔要用砂灌实。打完的钎孔,经过质量检查人员和有关工长检查孔深与记录无误后,用盖孔块盖住孔眼。当设计、勘察和施工方共同验槽办理完验收手续后,方可灌孔。
10.质量控制及成品保护
(1)同一工程中,钎探时应严格控制穿心锤的落距,不得忽高忽低,以免造成钎探不准,使用钎杆的直径必须统一。
(2)钎探孔平面布置图绘制要有建筑物外边线、主要轴线及各线尺寸关系,外圈钎点要超出垫层边线200~500mm。
(3)遇钢钎打不下去时,应请示有关工长或技术员,调整钎孔位置,并在记录单备注栏内做好记录。
(4)钎探前,必须将钎孔平面布置图上的钎孔位置与记录表上的钎孔号先行对照,无误后方可开始打钎;如发现错误,应及时修改或补打。
(5)在记录表上用有色铅笔或符号将不同的钎孔(锤击数的大小)分开。
(6)在钎孔平面布置图上,注明过硬或过软的孔号的位置,把枯井或坟墓等尺寸画上,以便设计勘察人员或有关部门验槽时分析处理。
(7)打钎时,注意保护已经挖好的基槽,不得破坏已经成型的基槽边坡;钎探完成后,应做好标记,用机砖护好钎孔,未经勘察人员检验复核,不得堵塞或灌砂。
(8)验槽时应重点观察柱基、墙角、承重墙下或其他受力较大部位;如有异常部位,要会同勘察、设计等有关单位进行处理。
(9)遇到下列情况之一时,应在基坑底普遍进行轻型动力触探(现场也可用轻型动力触探替代钎探):持力层明显不均匀;浅部有软弱下卧层;有浅埋的坑穴、古墓、古井等,直接观察难以发现时;.勘察报告或设计文件规定应进行轻型动力触探时。
❷ 水库堤坝岩土工程勘察
一、深圳水利工程建设现状
深圳市自建市后,水利事业蓬勃发展,特别自1992年以来,新建扩建了一大批水利工程,引东江上游水入深、全市供水体系形成网络、兴建调蓄水库和战略储备水库、开展雨洪利用、整治河道提高河道防洪和景观功能等等,为深圳市的可持续发展提供了水资源保障。
深圳市常见的水利工程主要有:水库、枢纽建筑物、输水或泄水隧洞、堤防、泵站、水闸、渡槽和输排水管等。水库大坝依其材料不同可分为混凝土坝、砌石坝、堆石坝和土坝等。
截至2007年底,全市共有172座水库,其中在建的公明水库总库容1.5×108m3,为大(二)型水库,坝体总长4.6km,最大坝高54m;正在勘察拟建的清林径水库,总库容为1.8×108m3,总坝长1.8km,最大坝高44.2m;已建的东部供水水源工程,全长56.3km,其中7.2km为隧洞;已建供水网络干线工程,全长472km,其中80%为隧洞。
在建设和使用这些水利工程的过程中,曾遇到了大量的工程地质问题,它们大多与地表水、地下水有很大关系,这是水利工程地质专业的主要特点。由于有了水,岩土体饱和软化,抗剪强度降低,水头压力抬高,渗流作用加强;由于有了水,水工建筑物岩土设计计算变得复杂,运用工况多样化;由于有了水,岩土工程勘察需采用综合勘探方法,各类试验项目繁多,地质参数的取值和地质评价结论需要综合判断确定。对于水利工程,由于勘察水平不高而导致相关工程地质问题未查明,其后果是严重的,要么导致整个工程失败(如溃坝、决堤、水库无法蓄水);要么工程建成后问题很多,影响正常运行;或者由于相关地质参数和评价结论过于保守而导致大量的投资浪费。
因此,水利岩土工程勘察是一项复杂而重要的专业性较强的地质工作,在具体实施过程中,除了严格执行行业规程规范之外,地区性工作经验亦很重要,尤其在项目建议书、可行性研究阶段或者勘探工作量不足的一些中、小型工程显得尤为突出。
二、水利水电工程常见工程地质问题
根据深圳地区所处的地质背景和水文气象条件,修建水利工程后常见的工程地质问题有:
1.区域构造稳定性
深圳地区地震基本烈度为Ⅶ度,区域构造稳定性相对较好,各工程研究对象主要指活动性断裂对水工建筑物长期运行的影响。以深圳断裂带为代表,重点关注水库诱发地震、地应力集中、断裂构造的年位移量等。
2.水库库区渗漏
蓄水水库产生永久性的过量的渗漏,不仅影响水库的效益,同时还会因渗漏引起其他一些不良后果。罗屋田水库的岩溶渗漏是一典型例子,由于水库渗漏严重,水库始终无法正常蓄水。
3.库岸稳定性
水库蓄水后,库岸自然地质环境发生急剧变化,岩土体饱水及强度降低,库水涨落引起地下水位波动变化,波浪冲刷作用加剧变化等,使得原来处于平衡状态的岸坡发生破坏,达到新的平衡,其破坏形式包括:崩塌、滑坡、塌岸等。库岸失稳破坏的后果将直接危及滨岸地带居民及建筑物安全,淤塞库区,高位能的快速崩滑体还可以造成巨大涌浪,危及大坝及坝下游安全。
4.水库浸没
水库蓄水后,引起库岸周围一定范围内地下水水位抬升(壅高),当壅高后的地下水位接近或引出地面时,将可能导致农田沼泽化、土地盐碱化、建筑物地基饱和恶化等不良后果。深圳地区一般多为山区性水库,库容面积有限,水库浸没问题不严重。
5.坝区渗漏
坝区渗漏包括坝基渗漏和绕坝渗漏,分别产生于坝基和坝肩。坝基渗漏是现有水库大坝普遍的地质现象,渗透量过大将影响水库的效益,或者渗透水流作用危及坝体的安全。深圳地区常见的坝区渗漏方式有建基面渗漏(接触面渗漏)、浅层风化岩渗漏、断裂构造带渗漏、冲洪积砂砾层渗漏和岩脉带渗漏等。
6.坝基岩土体的压缩变形与承载力
不同类型的坝对坝基压缩变形与承载力要求不同,其共同点均要求建坝后不致产生过大的沉降变形和不均匀沉降变形,以免引起坝体开裂或剪切滑移而导致的破坏。对中低土石坝而言,深圳地区常见的高压缩地层主要包括人工松散填土、软黏土、淤泥和泥炭等。
7.坝基(肩)岩土体的抗滑稳定
对于土石坝而言,坝基如有抗剪强度低的软弱地层(如软黏土、淤泥、松散填土等),则坝基不仅存在沉降变形问题,亦有沿软弱层滑动问题;对混凝土坝、砌石坝而言,根据滑动破坏面位置的不同,坝基岩体滑动分为表层滑动(通常指混凝土与岩石接触面)、浅层滑动和深层滑动(软弱结构面滑动);对于坝肩抗滑稳定主要体现陡地形状况下的结构面滑动问题。
8.水工隧洞围岩稳定与变形
地下隧洞开挖以后,洞壁围岩由于失去了原有的岩体的支撑而向洞内松张变形,如果变形超过围岩本身所承受的能力,围岩将产生破坏。围岩的变形破坏程度常取决于围岩应力状态、岩体结构及洞室断面形状等。竣工后的水工隧洞往往要承受内外水压力的长期作用。深圳地区隧洞浅埋段较多,断裂构造发育,岩性岩相多变,地下水位高,隧洞施工遇塌方、冒顶现象相对较多,施工后纵向与横向裂缝也时有所见。
9.隧洞涌水
隧洞涌水问题包括隧洞段涌水量预测、掌子面突水、突泥预测和地面沉降预测等,因其影响因素多,各项参数准确取值较难,隧洞涌水预测大多带有经验性质。尽管如此,隧洞涌水仍是一项重要而复杂的水文地质工作内容。以往的工程实例表明,隧洞涌水预测不可靠,施工措施不到位,往往会导致严重的人员伤亡、经济损失甚至一定范围的社会安定问题。
10.天然建筑材料
深圳地区水库一般适合建当地材料坝,以土石坝最多,黏性土料和坝壳料用量也最为庞大。例如公明水库大坝实际用量达1100×104m 3,勘察储量为其2~3倍。既要不破坏当地生态环境并尽量减少征地费用。又要寻找足够储量的、质量好的、开采方便的、运距近的料场,是水库工程建设期突出的工程地质问题,也是一大前期勘察难点。
11.深基坑支护
深圳地区地下式泵站较多,大多涉及深基坑问题,有的基坑深达30~40 m,这些泵站一般建在地势低洼处,软土层和砂砾层较厚,地下水丰富,地下水位普遍较高,工程地质水文地质条件复杂,基坑支护体系需要考虑隔水、浅层支护、深层支护、上下水工建筑物平面布置及基坑内方便输水隧洞施工等要素。
其他的一些工程地质问题,如隧洞施工岩爆问题,放射性污染问题,闸、坝建筑物的抗冲刷问题等等,因一般不常见这里不单独列出。
三、水库库区岩土工程勘察评价工作经验
限于自然条件,深圳地区拟建和已建水库规模有限,绝大部分为中、小型水库,坝高15~50m,水库周边区域以花岗岩类和砂页岩类为主,地形地貌多为低丘陵和台地,植被覆盖良好,岩体风化一般较深厚,断裂构造较发育,物理地质现象不发育,工程地质条件一般属于中等复杂。
水库库区岩土工程勘察与评价工作一般应注意:
1.勘察工作
勘察工作应以水文地质、测绘、调查访问、资料收集为主,勘探工作为辅。注意研究地形地貌特点,河床变迁历史,泉水露头情况,区域性自然边坡和人工边坡失稳现象,周边水库群常见的水库地质问题等。当基岩露头较好时,重点调查断层和裂隙发育特点;当基岩露头不好时,重点调查风化土和覆盖层的工程特性与分布状况。
2.勘察方法
针对水库渗漏问题,首先根据水文地质成果确定可能的渗漏形式,然后根据不同的渗漏形式采用适当的勘察方法。单薄分水岭渗漏一般较为常见,分水岭岸坡一般分布有一定厚度的残坡积土和全风化土,勘察工作以调查上部土层作为天然防渗铺盖的厚度、平面范围和渗透特性为重点,均衡布置浅钻孔或探坑,并进行注水和试坑渗水试验。对于下部基岩的渗透特征,需选择代表性位置布置勘探剖面,各勘探点进行分段压水、注水、抽水(提水)试验。对于断层或裂隙密集带渗漏问题,可先布置物探工作,再布置钻探与现场试验工作。此外有些水库发现也有风化岩中岩脉带渗漏问题,在花岗岩类地区应重视。从目前已建水库的运行情况来看,大多数水库渗漏问题并不严重,未超过水库设计渗漏量,这与深圳地区岩土层的弱透水性有关,也与库水深度较浅、断裂构造的密闭性较好等有关。但应注意的几点是:
1)库外未见有渗水溢出点并不代表水库没有渗漏,从有些水库常年观测资料来看,仍有相当一部分渗流量是通过潜流作用形成的。
2)强风化岩全段、弱风化岩上段部分试验段渗透系数较大,钻孔钻进中常有涌水或失水现象,但大部分试验段渗透系数为弱透水,将这两层视为相对隔水层或相对透水层时应慎重,需根据渗透系数大值的平面位置、埋深、上部地层渗透性、地下水的径流排泄方式以及水库防渗级别等综合确定。
3)峡谷区和台地区水库渗漏评价方法有区别。
4)水库渗漏除了定性评价外,还要尽量进行定量计算评价。
5)在可能渗漏部位布置水文地质长期观测孔,可有效判断水库渗漏情况。
6)龙岗岩溶地区水库渗漏问题很复杂,评价结论需特别慎重。
3.边坡勘察
深圳地区库岸坡度一般较平缓,库岸稳定问题常表现为浅层滑坡或滑塌,主要产生于残坡积层中,方量有限,一般为数十立方米至数百立方米,对水库运行安全不会有太大的影响。但有些供水水库在某些时段可能取水量很大,存在库水位骤降的情况,应注意大面积浅层边坡稳定问题。另外在深圳东部沿海地区所建水库存在高陡岩质边坡问题。边坡勘察工作仍以地质测绘为主,在初步确定有问题的地段才布置勘探工作量。边坡勘察与评价应注意的事项:
1)定性与定量评价互为补充,且有侧重点,对于小规模的对水库安全影响不大的边坡问题应以定性评价为主,反之,则以定量评价为主。
2)砂页岩地区常有浅层滑塌现象,坡积层偏厚,颗粒组成多为粗粒,易降水入渗和导水,也易浸水软化,岸坡较陡时常有边坡稳定问题。
3)计算边坡稳定性,应有正常运行、库水位骤降、地震作用等多个工况的组合计算。
4)对于环库公路的边坡问题,因其位于库水位以上,一般按公路勘察设计规范进行评价,但应注意高位能的不稳定体坍塌,可能产生大的涌浪问题。
5)对于库盆内开采建坝材料的水库,需有合理的开挖断面和坡度。
4.地下水勘察
现有水库正常蓄水位水边线周边大多为斜坡地形,库内无农田,少居民,少建筑物,鉴于广东地区的气候条件,一般不存在浸没现象。对于库外水位雍高引起的浸没问题,主要根据水库防渗条件,可能浸没区的水文地质条件和危害性质进行评估。地质勘察工作应重点置于库水沿单薄分水岭和断裂构造带径流排泄方式和渗流量评价,注意可能浸没区地形地貌特征和地下水位,是否有较低的排水条件差的洼地地形,必要时布置勘探剖面,并进行地下水雍高值和地下水临界深度的试验和计算。
5.判定标志
水库诱发地震的形成机理十分复杂,目前的判定方法往往根据工程实例进行类比,一般采用的判定标志有:
1)坝高大于100m,库容大于10×108m3。
2)库坝区存在构造断裂带,活动断裂呈张(扭)性或张(压)扭性。
3)库坝区为中、新生代断陷盆地或其边缘升降明显。
4)深部存在重力梯度异常或磁异常。
5)岩体深部张裂隙发育,透水性强。
6)库坝区有温泉。
7)库坝区历史上曾有地震发生。
深圳地区没有修建高坝大库的条件,区域地质地震条件表明,一般产生破坏性地震(M s>4.7级)的可能性不大,但不排除产生小震的可能。已有工程实例显示,有些中低坝水库也会产生诱发地震,因此一般对大、中型水库的诱发地震问题亦要进行评价。工作方法以搜集分析区域地质地震资料为主,适当布置一些专门性勘探工作(常采用地球物理勘探和深钻孔),必要时需委托地震研究单位在进行地震危险性评估的同时,对水库诱发地震问题进行专门论证。
四、堤坝勘察方法、经验与工程地质条件评价
深圳地区堤坝类型大多为土石坝,有少量混凝土坝和堆石坝。不论哪种坝型,坝体、坝基均存在稳定、变形、渗流三大问题。其中土石坝出现问题的最多,一般以坝体或坝基渗漏与不均匀沉降最为常见,个别堤坝也曾产生坝后坡严重滑坡,而渗透稳定问题多见于水闸。
因大坝产生破坏性质是灾难性的,因此水库工程勘察的重点在于坝址,前期勘察工作标准要求高,历时长。限于篇幅,这里仅介绍新建坝坝址的一些勘察方法与经验。
1)对于坝址区(含附属建筑物)勘察方法,水利水电工程地质勘察规范(GB50287-1999)和中、小型水利水电工程地质勘察规范(SL55-2005)各章节有明确规定,内容涵盖规划、可行性研究、初步设计和技施设计各个阶段,包括不同坝型、不同坝基以及不同建筑物。总体来讲,水利行业勘察规范比较简明宽泛,具体实施过程中需要地质人员充分发挥主观能动性,根据场地地质条件,灵活掌握规范精神,既要达到“查明”的精度,又不浪费勘探工作量,也不能死搬硬套规范。
2)在工作开展之前,需要编制勘察工作大纲,内容尽量详尽,必要时还可编制单项作业指导书。勘察工作大纲首先应根据前期勘察成果确定该工程可能存在的主要工程地质问题,或应重点查明的地质要素,然后围绕这些工程地质问题或地质要素布置适用的勘探工作,确定勘探工作的重点、要点、难点。
3)工作当中需根据实际地质条件变化,及时调整计划的工作方法和工作布置,这就要求地质人员随工程进度及时跟进分析,以免野外作业结束后才发现问题,导致关键地质问题未查明,需要进行补充勘察。
4)坝址常用的勘探方法有钻探、物探、坑探、现场试验和室内试验,其中关于岩土渗透试验的方法种类较多,精确度不一,如何较准确地确定各地层渗透系数并划分相对隔水层、相对透水层是技术人员的一大难点,这些参数的可靠性关系到工程安全,亦关系到大量的工程投资。例如公明水库坝基防渗工程,设与不设混凝土防渗墙相差工程投资达1.5亿元人民币。弱、微风化岩一般进行压水试验,按压水试验规范操作即可。强风化岩一般难于进行压水试验,深圳地区的经验是:当地下水较高时,选择抽水试验或提水试验;当地下水位较低时选择注水试验,并注意钻进中回水量的变化;当需要初步确定灌浆效果时,应设法进行压水试验,可将栓塞置于先期预设的混凝土孔壁即可,但成本较高。强透水的砂砾石层常用抽水试验。对于中-弱透水的残坡积土层、全风化岩(土),常根据注水、提水、试坑渗水、室内渗透试验成果综合确定渗透系数值,前3种方法的计算公式为近似性质,测值有一定误差,但可反映整个试验段的透水性,室内试验测值虽较准确,但反映某一点的渗透性,代表性具局限性。
5)评价地基的工程地质条件,除了有足够数量的试验数据支持外,尚需根据地区经验,岩心鉴别、地质测绘成果综合给出定性评价结论和定量地质参数。例如,对于花岗岩残积土或全风化岩(土),室内试验往往显示其为高压缩性土,对于土石坝需要进行大面积的坝基处理,而根据工程经验,该类土一般为黏土质砂砾,属中压缩性土,可不进行处理。再如,如何看待总体弱透水性地层中渗透试验渗透系数大值(i×10-4cm/s或i×10-3cm/s)问题,是关系到划分为相对透水层还是相对隔水层的大问题,仅凭试验数据是难以给出准确结论的,需要根据其上、下地层的渗透特征与分布情况,以及蓄水后地下水的渗透形式等因素综合判定。
五、天然建筑材料勘察方法与评价
深圳乃至华南地区土石坝建筑材料大多采用风化岩料,主要利用残积土、全风化岩和强风化岩,其中前二者一般作为黏性土料,后者作为坝壳料使用。工程实践表明,风化料易于压实,具有较高的压实度、抗剪强度和较低的渗透性,非常适合于修建中低坝。但风化料也有其缺点,由于岩性相变、地形起伏和地质构造等原因,风化料往往颗粒组成不均一,含水率等物理力学性质差异较大,压实控制指标选择较难,针对风化料的这些特点,前期勘察阶段应注意:
1)勘察方法宜选择钻孔、探坑(井)、洛阳铲,勘探密度除执行规程规范要求的以外,应切实结合地形地貌特征布置勘探点,坡顶、斜坡、坡脚和台地均应有足够的勘探点控制。选择每个微地貌代表性位置连续取原状样,主要测其含水率和粘粒含量等基本物理指标。选择每个微地貌代表性位置取击实样(结合未来立面开采的深度)进行击实和击实后试验,每个勘探点均应测静止地下水位。
2)室内试验类别应齐全,勿漏项。原状样主要测含水率、天然密度、土粒密度、塑液限、颗粒分析(至小于0.005mm);击实样主要测最大干密度、最优含水率、水溶盐含量、倍半氧化物含量、有机质含量、pH值、自由膨胀率和烧失量等;击实后试验控制压实度为0.96~0.98(与工程等级有关),试验项目有渗透系数(水平和垂直)、剪切试验(饱和与非饱和)、压缩固结试验(饱和与非饱和),剪切试验具体类别应根据设计计算工况具体确定,一般应进行三轴剪切试验,直剪试验可作为参考,新建坝应测不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪,同时测孔隙水压力系数。
3)根据风化料原岩变化情况和试验成果进行料场分区,主要依据颗分、塑性指数与压实特征进行划分。不同类型的风化料如果不分区,往往难以确定土坝控制指标,难以选择碾压设备和碾压参数,并使大坝处于不安全状态或渗漏量过大。
4)风化料地质参数应在充分统计分析的基础上慎重选择,对其质量评价根据大坝不同填筑部位的具体要求区别对待,一般分均质坝土料、防渗体土料和坝壳料3种类型。具体分析的项目有:含水率变化规律分析、粘粒含量变化规律分析、击实曲线特征分析(宽或窄级配)、渗透系数特征分析和剪切试验成果分析(不同类型剪切试验成果对比分析)等。针对料源的特征,提出建议开采的季节、开采设备、开采方式和碾压试验与上坝填筑的一些注意事项。根据已建水库的勘察资料,深圳地区上坝风化料原岩大部分为花岗岩和砂页岩,风化料的主要工程特性指标较好,但pH值往往偏低,倍半氧化物含量不能满足规程要求,经分析认为,对于深圳地区中低坝而言,这两个指标对工程影响不大,上坝料质量评价可不作为控制性指标。鉴于水库大坝的重要性,风化料室内击实和击实后试验宜选择两家以上试验单位进行平行试验。
5)料场储量计算应采用平均厚度法、平行断面法和三角形法,选择一种方法计算,取另一种方法校核。
六、水工隧洞勘察方法、经验与工程地质条件评价
1.前期勘察工作布置方法和原则
水工隧洞常用的勘察方法有卫星遥感、地质测绘、物探、钻探、水文地质试验、原位测试和室内试验等方法相互印证的综合勘探方法,勘察工作主要布置于浅埋段、过沟段、断层位置、岩层分界位置及洞口位置,具体做法为:
1)洞口位置布置纵向勘探剖面,重要洞口还布置横向勘探剖面。
2)埋深小于50 m洞段大体等间距布置勘探钻孔,兼顾沟谷负地形位置、正地形丘顶位置、断层位置、岩性界线位置、隧洞拐弯和交叉位置。
3)埋深大于50 m洞段有选择性布置勘探点,主要布置于深切沟谷、断裂构造、岩性分界和其他用途段:埋深大于100 m钻孔,当下部岩心完整段较长时可不要求钻孔打到洞身,这种钻孔常见于花岗岩地区。一般隧洞埋深大于100 m地段重型勘探工作量布置很少。
4)断裂构造位置、沟谷地段、傍山地段宜布置地震法和电法物探,一些重要钻孔进行声波测井,这些工作可大体给出不同深度、不同地貌单元各种波速值和物性参数,利于围岩分类和地质参数的提出。
5)水文地质工作方面,关注水位变化和钻进用水量变化,有选择地在富水孔段进行抽水(提水)试验,大部分钻孔在洞身附近进行压水(注水)试验。
6)重视轻型勘探工作,包括地质测绘、槽探等;重视收集资料和研究已有资料,特别关注区域地貌发展史和第四纪地质。这些工作花钱不多,但往往可得到事半功倍的效果,此外对跨城市区域隧洞,因原始地貌已遭破坏,应特别注意收集旧的地形图和地貌图。
7)其他方面,如地应力水平和放射性测试等,可先初判,根据初判结果确定是否进行野外测试工作。按《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)和《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-93)灵活运用。
8)对于长距离引调水工程,因其穿越地貌类型多,勘察工期紧,野外施工困难,不同的业主对勘察的工作的重视程度不一,有些业主对前期勘察工作经费投入不足,针对这些特点,在规范中应强调前期勘察工作抓关键地质问题,不要求每个工程段都达到查明精度。现在许多隧洞采用新奥法施工,边掘进施工边设计支护形式,充分利用围岩拱的作用,施工单位也多采用单价合同,但其前期条件是对关键性地质问题要查明,如大断层、地应力总体状态、放射性、膨胀岩、易溶岩、松散体、软弱岩、喀斯特化岩层等,此外施工过程中要有选择地进行超前预报。
2.关于围岩类别划分与评价
对于围岩类别的划分,不同部门不同规范有不同的划分方法,根据深圳地区工程经验,提出如下建议:
1)对于预测可研究勘察阶段或勘探资料不足的隧洞,应主要采用《工程岩体分级标准》(GB50218-1998),因该规范划分的方法既有定量指标,亦有定性指标,易于操作。
2)对于可研究-初设勘察阶段,各种勘察资料比较丰富,可分别采用《水利水电工程勘察规范》(GB50287-1999)、《工程岩体分级标准》(GB50218-1998)、地质力学分类法(RMR法)、Q系统分类法进行分类,综合判定围岩类别;所依据的地质要素不同,所以分类结果有差别。对于涉外工程,岩体分类最好用后两种方法;对于国内工程,采用前两种方法较好,对于土洞,按《土工试验规程》(SL237-1999)分类法。
3)对于施工地质阶段,围岩划分最适宜用《水利水电工程勘察规范》(GB50287-1999),此阶段地下水状态、结构面状态、主要结构面产状均比较清楚,岩体强度和完整性状态可取样试验和波速测试进行确定,工作性质较简便。
4)目前的水利水电工程勘察规范围岩分类采用五级制,这样的分法在围岩状态较差时,不利于支护形式的确定。例如,同为V类围岩,有些自稳时间较长,有些自稳时间很短,有些用普通钢拱架支护,有些要用加强的钢拱架支护,甚至还有其他的加强措施。因此,建议在Ⅲ类、Ⅳ类和V类围岩中增加细分的内容,可定根据工程需要具体确定,初拟各类围岩分两级,分别为Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅳ-1、Ⅳ-2、V小V -2。深圳地区中小型水工隧洞围岩类别与主要物理力学参数见表2-3-40。
表2-3-40 中小型隧洞(直径<5m)围岩主要物理力学参数
❸ 地基验槽的内容与方法手段
地基验槽的主要内容:
不同建筑物对地基的要求不同,基础形式不同,验槽的内容也不同,主要有以下几点:
(1)根据设计图纸检查基槽的开挖平面位置、尺寸、槽底深度;检查是否与设计图纸相符,开挖深度是否符合设计要求;
(2)仔细观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在,核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符;
(3)检查基槽之中是否有旧建筑物基础、古井、古墓、洞穴、地下掩埋物及地下人防工程等;
(4)检查基槽边坡外缘与附近建筑物的距离,基坑开挖对建筑物稳定是否有影响;
(5)检查核实分析钎探资料,对存在的异常点位进行复核检查。 六、验槽方法 地基验槽的内容
地基验槽的方法手段:
地基验槽方法通常主要采用观察法为主,而对于基底以下的土层不可见部位,要先辅以钎探法配合共同完成。
(一)观察法
1.观察槽壁、槽底的土质情况,验证基槽开挖深度,初步验证基槽底部土质是否与勘察报告相符,观察槽底土质结构是否被人为破坏。
2.基槽边坡是否稳定,是否有影响边坡稳定的因素存在,如地下渗水、坑边堆载或近距离扰动等(对难于鉴别的土质,应采用洛阳铲等手段挖至一定深度仔细鉴别)。
3.基槽内有无旧的房基、洞穴、古井、掩埋的管道和人防设施等。如存在上述问题,应沿其走向进行追踪,查明其在基槽内的范围、延伸方向、长度、深度及宽度。
4.在进行直接观察时,可用袖珍式贯入仪作为辅助手段。
(二)钎探法
1.工艺流程
绘制钎点平面布置图→放钎点线→核验点线→就位打钎→记录锤击数→拔钎→盖孔保护→验收→灌砂。
2.人工(机械)钎探 采用直径φ22~25mm钢筋制作的钢钎,使用人力(机械)使大锤(穿心 锤)自由下落规定的高度,撞击钎杆垂直打人土层中,记录其单位进深所需的锤数,为设计承载力、地勘结果、基土土层的均匀度等质量指标提供验收依据。是在基坑底进行轻型动力触探的主要方法。
3.作业条件
人工挖土或机械挖土后由人工清底到基础垫层下表面设计标高,表面人工铲平整,基坑(槽)宽,长均符合设计图纸要求;钎杆上预先用钢锯锯出以300mm为单位的横线,0刻度从钎头开始。
4.主要机具
钎杆:用直径为φ22~25mm的钢筋制成,钎头呈60°尖锥形状,钎长2.1~2.6m;
大锤:普通锤子,重量8~lOkg;
穿心锤:钢质圆柱形锤体,在圆柱中心开孔φ28~30mm,穿于钎杆上部,锤重lOkg;
钎探机械:专用的提升穿心锤的机械,与钎杆、穿心锤配套使用。
5.根据基坑平面图,依次编号绘制钎点平面布置图
按钎点平面布置图放线,孔位洒上白灰点,用盖孔块压在点位上作好覆盖保护。盖孔块宜采用预制水泥砂浆块、陶瓷锦砖、碎磨石块、机砖等。每块盖块上面必须用粉笔写明钎点编号。
6.就位打钎
钢钎的打入分人工和机械两种。
人工打钎:将钎尖对准孔位,一人扶正钢钎,一人站在操作凳子上,用大锤打钢钎的顶端;锤举高度一般为50cm,自由下落,将钎垂直打人土层中。也可使用穿心锤打钎。
机械打钎:将触探杆尖对准孔位,再把穿心锤套在钎杆上,扶正钎杆,利用机械动力拉起穿心锤,使其自由下落,锤距为50cm,把触探杆垂直打入土层中。
7.记录锤击数
钎杆每打入土层30cm时,记录一次锤击数。钎探深度以设计为依据;如设计无规定时,一般钎点按纵横间距1.5m梅花形布设,深度为2.1m。
8.拔钎、移位
用麻绳或钢丝将钎杆绑好,留出活套,套内插入撬棍或钢管,利用杠杆原理,将钎拔出。每拔出一段将绳套往下移一段,依此类推,直至完全拔出为止;将钎杆或触探器搬到下一孔位,以便继续拔钎。
9.灌砂
钎探后的孔要用砂灌实。打完的钎孔,经过质量检查人员和有关工长 检查孔深与记录无误后,用盖孔块盖住孔眼。当设计、勘察和施工方共同验槽办理完验收手续后,方可灌孔。
10.质量控制及成品保护
(1)同一工程中,钎探时应严格控制穿心锤的落距,不得忽高忽低,以免造成钎探不准,使用钎杆的直径必须统一。
(2)钎探孔平面布置图绘制要有建筑物外边线、主要轴线及各线尺寸关系,外圈钎点要超出垫层边线200~500mm。
(3)遇钢钎打不下去时,应请示有关工长或技术员,调整钎孔位置,并在记录单备注栏内做好记录。
(4)钎探前,必须将钎孔平面布置图上的钎孔位置与记录表上的钎孔号先行对照,无误后方可开始打钎;如发现错误,应及时修改或补打。
(5)在记录表上用有色铅笔或符号将不同的钎孔(锤击数的大小)分开。
(6)在钎孔平面布置图上,注明过硬或过软的孔号的位置,把枯井或坟
墓等尺寸画上,以便设计勘察人员或有关部门验槽时分析处理。
(7)打钎时,注意保护已经挖好的基槽,不得破坏已经成型的基槽边坡;钎探完成后,应做好标记,用机砖护好钎孔,未经勘察人员检验复核,不得堵塞或灌砂。
参考链接:地基验槽程序_网络文库
http://wenku..com/link?url=
❹ 石灰桩施工技术
1.概念
石灰桩又称石灰挤密桩,用机械或人工的方法钻孔,然后将生石灰注入孔内夯实挤密成桩,或在生石灰块中掺入适量粉煤灰(一般经验配合比为8∶2或7∶3),制成石灰粉煤灰桩(又称二灰桩),桩体和桩间土形成复合地基,以提高地基承载力,减少沉降。
石灰桩具有加固效果显著、材料易得、施工简便等特点。适于处理含水量较高(30%~130%)的粘性土地基、淤泥、含有机质的土、不太严重的黄土地基的湿陷性事故或作为严重湿陷事故的辅助处理措施。加固深度从数米到十几米,一般加固后地基强度可提高1~3倍,是一种简易处理软弱地基的有效方法。但此法不适用于有地下水的砂类土。
石灰桩除了成孔时挤密桩周围土外,主要作用还在于生石灰在桩孔中吸收桩土层的孔隙水变成熟石灰时产生体积膨胀,挤密桩周土,减少其孔隙比,加速地基土的固结,提高地基承载力,消除湿陷性,从而使地基得到加固。石灰在吸取桩周土体中的水分进行化学反应的过程中,产生吸水、膨胀、发热、脱水、挤密、离子交换、胶凝等一系列作用,从而使土体的含水量降低,孔隙比减少,承载力提高,与桩周土层一起组合成复合地基。石灰桩体本身也具有一定强度,其单轴抗压强度可达300kPa。
2.施工参数选择
(1)桩径
桩径一般为150~400mm,具体根据使用成孔机械的管径、钻孔而定。
(2)桩距及布置
桩距取决于桩径和要求达到的挤密效果,按生石灰吸水膨胀后体积增加1倍考虑,一般取3倍桩径,桩距离太大则约束力太小。平面布置可为梅花形或正方形,一般离桩的3~4倍桩径外,原状土得不到挤密或消除湿陷。
(3)桩长
桩长根据土层加固要求和上部结构情况而定。如加固是为了形成一个压缩性较小的垫层,桩长可较小,一般可取2~4m;如加固是为了减少沉降,则需要较长的桩,应深入到压缩土层界限内;如加固是为了消除黄土湿陷或处理湿陷性事故,则桩长应达到消除湿陷层要求的深度;如加固是为了解决深层滑动问题,则桩长应穿过滑动面。一般情况下,当采用洛阳铲成孔时桩长不宜超过6m;当采用机械成孔管外投料时桩长不宜超过8m;当采用螺旋钻成孔管内投料时桩长可适当加长。
3.施工工艺
(1)材料
生石灰应选用新鲜块灰,并应破碎过筛,料径为2~5mm,含粉量不得超过总重量的10%;CaO含量不得低于80%,其中夹石不大于5%,不含有机杂质。粉煤灰应采用干灰,含水量应小于5%。
(2)施工顺序
桩在加固范围内的施工顺序,一般是先外排后内排,先周边后中间;单排桩应先施工两端后中间,并按每间隔1~2孔的施工顺序进行,不得由一边向一边平行推进,以免桩挤向一边;若对原建筑物地基加固,其施工顺序应由外及里施工;若临近建筑物,可先打设部分“隔断桩”,将其与施工区隔开;对很软的粘性土地基,应先间隔较大距离打桩,过30d后再在中间按设计距补桩。
(3)成桩
1)成孔:桩成孔与灰土桩基本相同,可采用沉管法、冲击法、螺旋钻进法、爆扩法或洛阳铲掏孔法等。
2)填夯:桩孔经验收合格应立即向桩孔内分层填入要求粒径的生石灰。石灰粉煤灰桩,粉煤灰与生石灰的重量比一般为3∶7,使用时要拌和均匀。用人工填料,每填20~50cm,用10~15kg的夹板锤或梨形锤进行夯实。
3)封顶:因生石灰吸水膨胀,对各个方向都将产生很大的膨胀力,为减少向上膨胀力的损失,约束石灰桩的上举力,当夯填至距桩顶0.5~1.0m时,用3∶7灰土或C7.5素混凝土捣实封顶,其顶部标高值为基础的底部标高值。
石灰桩有管内成桩和管外成桩两种方法,一般宜采用管内成桩。即机械或人工成孔后填料、夯实、封顶,自上而下成孔,自下而上填夯成桩。
图7-36 管外成桩工艺流程图
管外成桩法成孔质量较难保证,仅在大面积淤泥等软弱地基采用。先将石灰料铺放在待加固的地面,地基土吸水膨胀固结后,再用打桩机将钢管打下,成段孔,拔出管填一段料后再成一段孔。桩孔达到设计深度后拔出钢管,钢管外已形成较硬的石灰桩壁,桩间土已基本固结,管外桩身由上而下逐段形成,然后再在管内填料夯实,形成管内的桩身。施工工艺流程如图7-36所示。
4.质量检验
1)控制灌灰量,按每1m计量,控制充盈系数符合要求。
2)挖桩检验和在桩身取样试验,测定桩径、桩的外形、桩身材料分布情况及桩身密实度等。
3)用轻便触探测定桩身和桩周土的承载力。
4)对大面积作载荷试验,再配合桩间土小面积载荷试验,可计算复合地基的承载力和压缩模量。
5)桩周土可用静力触探、十字板和钻孔取样方法进行检验,要求达到规定的质量指标。
❺ 明挖基础石质基坑怎么检验承载力
1基坑定位检验方法
(
一
)
观
察法
1
观察槽壁、槽底的土质情况,验证基槽开挖深度,初步验证基槽底部土质是否与勘察
报告相符,观察槽底土质结构是否被人为破坏。
2
基槽边坡是否稳定,是否有影响边坡稳定的因素存在,如地下渗水、坑边堆载或近距
离扰动等
(
对难于鉴别的土质,应采用洛阳铲等手段挖至一定深度仔细鉴别
)
。
3
基槽内有无旧的房基、洞穴、古井、掩埋的管道和人防设施等。如存在上述问题,应
沿其走向进行追踪,查明其在基槽内的范围、延伸方向、长度、深度及宽度。
4
在进行直接观察时,可用袖珍式贯人仪作为辅助手段。
(
二
)
钎探法
1
工艺流程
绘制钎点平面布置图→放钎点线→核验点线→就位打钎→记录锤击数→拔钎→盖孔保护
→验收→灌砂。
2
人工
(
机械
)
钎探
采用直径
22
~
25mm
钢筋制作的钢钎,使用人力
(
机械
)
使大锤
(
穿心锤
)
自由下落规定的
高度,撞击钎杆垂直打人土层中,记录其单位进深所需的锤数,为设计承载力、地勘结果、
基土土层的均匀度等质量指标提供验收依据。是在基坑底进行轻型动力触探的主要方法。
3
作业条件
人工挖土或机械挖土后由人工清底到基础垫层下表面设计标高,表面人工铲平整,基坑
(
槽〕宽,长均符合设计图纸要求;钎杆上预先用钢锯锯出以
300
㎜
为单位的横线,
0
刻度
从钎头开始。
4
根据基坑平面图。依次编号绘制钎点平面布置图
按钎点平面布置图放线。孔位洒上白灰点,用盖孔块压在点位上作好覆盖保护。盖孔块
宜采用预制水泥砂浆块、陶瓷锦砖、碎磨石块、机砖等。每块盖块上面必须用粉笔写明钎
点编号。
5
就位打钎
钢钎的打入分人工和机械两种。
人工打钎:将钎尖对准孔位,一人扶正钢钎,一人站在操作处子上。用大锤打钢钎的顶
端;锤举高度一般为
50cm
,自由下落,将钎垂直打人土层中。也可使用穿心锤打钎。
机械打钎:将触探杆尖对准孔位,再把穿心锤套在钎杆上,扶正钎杆,利用机械动力拉
起穿心锤。使其自由下落,锤距为
60cm
,把触探杆垂直打入土层中。
6
记录锤击数
钎杆每打入土层
30cm
时,记录一次锤击数。钎探深度以设计为依据。如设计无规定时,
一般钎点按纵横间距
1.5m
梅花形布设。深度为
2.1m
。
7
拔钎、移位
❻ 请问地基加固一般有哪些方法
地基加固常用方法有以下这些,地基加固目前做得比较好的,东莞青龙加固
注浆加固法
注浆加固法适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。一般用于防渗堵漏、提高地基土的强度和变形模量以及控制地层沉降等。
加大基础底面积法
对于经复核承载力相差不大的地基基础,可采用增大基础底面面积方法提高基础与地基的接触面积,从而减少土体应力,达到加固基础的目的。
高压喷射注浆法
高压喷射注浆法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当现场含有较多大粒径块石、大量植物根茎或其它 有机质时,应根据现场的具体条件来判断其适用程度,对地下水流过大及已经涌水的工程,应谨慎使用。
高压喷射注浆就是利用钻机钻孔,把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后,以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流,从喷嘴中喷射出来冲 击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面,其余土粒在喷射流的冲击力,离心力和重力等作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例有规 律地重新排列。浆液凝固后,便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基,从而提高地基承载力,减少地基的变形,达到地基加固的目的。
树根桩法
树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、古建筑的整修、地下铁道的穿越等加 固工程。
钻孔机具设备的选用:钻孔机具设备因根据基础类型、地质条件及场地条件合理选用,对软粘土可采用清水护壁,对粉砂必须采用泥浆护壁。
锚杆静压桩法
锚杆静压桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土。
其它地基加固方法
石灰桩法适用于处理地下水位以下的粘性土、粉土、松散粉细砂、淤泥、淤泥质土、杂填土或饱和黄土等地基及基础周围土体的加固。它的原理为把 桩管打入土中,再拔出桩管,形成桩孔,在孔内夯填生石灰,使地基得到加固。其主要机理是通过生石灰的吸膨胀挤密桩周土。石灰桩所用材料为生 石灰及一些辅助的掺合料、附加剂。
对不能满足强度和变形要求的软土地基,采用各种不同的方法,如注浆加固、旋喷、打桩等等,以达到加固地基目的。
静压锚杆桩施工是将压桩架锚固,利用其提供的反力将预制桩压入到设计位置,从而提高或改进建筑物基础承载力的一种方法。
相对于一般的打入方式桩基施工,静压锚杆桩的施工具有无噪音、无污染、无振动以及施工影响范围小等特点,并可节省工期,施工占用场地少,多 用于建构筑物补强、纠偏等工程。
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❼ 典型地区环境地质指标研究
为研究和验证草地退化环境地质指标体系,选择典型的草地退化地区开展工作。锡林郭勒草原是我国北方退化比较严重的典型草原之一,因此选择该地区进行环境地质指标研究。
锡林郭勒盟(简称锡盟)草原属于欧亚太陆草原区,位于我国四大草原之一的内蒙古自治区中部,地处北纬41°31′~46°45′;东经111°51′~119°58′。锡林郭勒盟草原是闻名中外的草原之一,由森林草原、草甸草原、典型草原,荒漠草原和草原沙地五大部分组成。锡林郭勒盟草原是我国北方地区一道重要的绿色屏障,长期以来一直阻止着来自中亚草原和我国西部沙尘的东侵,对京、津周边及整个华北地区生态环境保护起着十分重要的作用。锡林郭勒盟草原整体环境特征是,草原自然景观目前基本保存完好,是世界上保存较大的天然草场之一。
一、研究区概况
(一)地貌
锡林郭勒盟地处内蒙古高原中部,是一个以高平原为主体,兼有多种地貌单元组成的地区。由于中新生代陆相沉积,尤其是新生代河湖相和风成砂、风成黄土的掩盖,致使其原始褶皱山区地形不显著,再加其经过长期的剥蚀、风化、准平原化作用,山的相对高差仅为数十米,最大不过数百米,缺乏高峻的山脉和明显的沟壑,形成老年期地貌。
锡林郭勒盟地域辽阔,地势坦荡,高差较小,海拔一般在900~1300m之间。高原上切割甚微,以风蚀作用为主。全境地势南高北低,自西南向东北缓缓倾斜,平均海拔1000m以上。最高山峰为与赤峰市交界的古如格苏乌拉,海拔1967m;最低处在东乌珠穆沁旗宝拉格苏木奈日木德勒嘎查以南,海拔为839.7m。
(二)气候
锡林郭勒盟地处中纬度内陆,终年为西风环流控制,以中纬度天气系统影响为主,而季风环流影响则视季节变化而定。冬季风影响时间长,夏季风不易到达,且影响时间短。盟内地貌类型比较齐全,并以高原为主体,南部有阴山山脉横亘,东部有大兴安岭呈北东东-南南西向延伸。由于地形和山脉的屏障作用,以及所处的地理位置,使锡盟区域内受极地大陆气团控制时间较长,冬季风影响较大,具有干旱、少雨、寒暑剧变的典型大陆性气候特征。
锡林郭勒盟草原属于中温带半干旱大陆气候,气候的基本特征是:冬季漫长而寒冷,夏季温热少雨,春秋季节多大风,昼夜温差大,降水量少,雨热同季。年均降水量在200~400mm,多集中在6~8月,占年降水量的70%左右。降水变率较大,表现在年际间降水分配不均衡,多雨年和少雨年相差悬殊,降水变化具有不稳定性、非均一性和不匀调性,造成草原出现春旱、夏旱和春夏连旱,影响牧草生长和产量;年平均温度在0~4℃之间,分布趋势自西南向东北递减,极端最高气温39.9℃,极端最低气温-42.4℃,是我国日温差较大的地区;年平均无霜期100~136d,大部分终霜期在6月中上旬,初霜期在9月上旬;年均蒸发量在1500~3000mm,大部分地区蒸发量为降水量的6~10倍,是造成土壤干旱的重要原因;日照时数2900~3200h,是我国太阳辐射较为丰富的地区之一;年平均风速4~5.5m/s,全年大风日数60~100d(6~8级),大部分地区属富风区。
(三)水文
1.地表水
锡林郭勒盟东部的大兴安岭和南部的阴山山地相连构成了分水岭,以北为高原内陆水系,以南为外流水系。全盟主要有滦河水系、乌拉盖水系和呼尔查干诺尔水系等,流域面积58 096km2。其中滦河为外流水系,其他为内陆水系。
锡林郭勒盟是内陆湖泊聚集的地区之一。据统计有大小湖泊多达1363个,总蓄水量3554亿m3。其中淡水湖泊672个,蓄水量20亿m3。由于锡盟气候干旱,风力较强,在湖泊的成因类型上,以风蚀湖为最多,其次是构造湖。湖水补给主要靠降雨,地下水补给较少,因此每年发生着有规律的变化,当雨季来临时,水位上升,湖面扩大,其他季节湖水下降,许多小湖干涸。
2.地下水
锡盟地下水资源比较丰富,经初步探明估算,年补给量54亿m3,可开发量1554亿m3。可分为山地丘陵、熔岩台地、山间盆地、沙地等4个水文地质单元。
中蒙边界、东乌珠穆沁旗北部、锡林浩特以东、二连浩特以东的低山及波状丘陵地区,水位埋深一般小于5m,水量较大,总溶解固体小于1g/l;阿巴嘎旗-锡林浩特东南一带的熔岩台地地区,水位埋深为30~70m,或大于70m,总溶解固体小于1g/l,为重碳酸盐-钠-镁型水。锡林浩特南部灰腾西里熔岩台地,潜水位埋深大于70m,富水性较小,为缺水地区;乌珠穆沁盆地、二连盆地等山间盆地地区,为境内第四系孔隙水、承压水较富水地区,水位埋深随地形变化,总溶解固体一般为1~2g/l;浑善达克沙地地区地下水受降水、凝结水和丘陵裂隙水补给,水量较小,水质较差,总溶解固体在盐碱湖周围可高达73g/l。
(四)土壤
1.土壤类型
在锡林郭勒草原中部草原植被下,广泛分布着栗钙土,它是锡盟最主要的土被组成部分。大体在东乌珠穆沁旗满都宝力格以西至苏尼特右旗朱日和一线以东,占据广大的低山丘陵、山间平地和高平原。除此之外,锡盟还分布有灰色森林土、灰褐土、黑钙土、草甸土、棕钙土、风砂土、沼泽土等土壤类型。
2.理化性及肥力
锡盟土壤质地可分为4类:沙土类、壤土类、粘壤土类和粘土类。沙土质地为砂砾占多数,土壤保水力小,保肥力低,土温易变化,主要分布在浑善达克和嘎亥额勒苏沙地及其周边地区;壤土质地较均匀,粉沙粒较高,通透性好,保水保肥力较低,易干旱、风蚀或沙化,主要分布于东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、镶黄旗,太仆寺旗、多伦县面积也较多;粘壤土多分布于乌拉盖盆地、额吉淖盆地和沿河低平地,质地均匀,保水肥性性能好,抗旱能力强;粘土类中粘粒占优势,质地粘重,结构致密,土壤保水肥能力较强,通透性差,多分布于大兴安岭山地和其他旗县丘间洼地、湖盆低地上。
锡盟绝大部分呈微碱性,从区域分布上看,其特点是从东到西pH值有增高的趋势。中部丘陵、台地及沙地pH 7~8.5为微碱性土壤,西部高原地区有些土壤pH>8.5偏碱性,此外,多数低洼地都为碱性。
锡盟土壤有机质含量变幅在8.57%~0.66%之间,其分布特点为:山地土壤有机质含量是从上至下递减,而地带性土壤有机质含量是从东向西呈递减趋势,即黑钙土→栗钙土→棕钙土。锡盟土壤全氮含量的分布特点是:土壤全氮与有机质含量成正相关,碱解氮与全氮含量亦成正相关。在分布上与有机质相似,即由东向西有递减趋势。锡盟土壤速效磷较缺,大部分土类含量均低于5×10-6。速效钾含量较为丰富,大部分土类含量均高于150×10-6。
(五)植被
锡盟属中文带半干旱、干旱大陆性气候,在这种气候条件下形成的地带性植被基本类型是典型草原,除典型草原外,全盟还分布有草甸草原、森林草原、荒漠草原和沙地草原等。
典型草原的代表群系在锡盟共有8个,大针茅草原(Form.Stipa grandis)、克氏针茅草原(Form.Stipa Krylovii)、羊草草原(Form.Leymus chinensis)、糙隐子草草原(Form.Cleistogenes squarrosa)、冰草草原(Form.Agropyron cristatum)、冷蒿草原(Form.Artemisia frigida)、百里香草原(Form.Thgmus serpyllum L.Var.asiaticus)。
二、锡林郭勒草原草地退化环境地质指标研究
锡林郭勒草原是我国著名的四大草原之一,曾以水草丰美而著称于世。锡盟草场退化、沙化和生态环境恶化问题日益严重。调查资料表明,目前全盟风蚀沙化面积达1216万km2,占全盟草原总面积的64%。其中:轻度风蚀沙化面积5127万km2,中度风蚀沙化面积413万km2,强度风蚀沙化面积1148万km2。植被覆盖率由1984 年的3515%下降到1997 年的2712%。水土流失呈加剧趋势,全盟轻度以上水土流失面积1712万km2,占总土地面积的8112%;中度以上水土流失面积12 107万km2,占5619%。浑善达克沙地从1949 年到1995 年沙漠化面积由2157万km2增加到3105万km2,平均每年以100 km2 多的速度增加,而流动沙丘由1960 年的172 km2 增加到目前的3000 km2。
综观锡林郭勒盟草原退化的各种相关因素,其退化主要成因为:干旱缺水,草水矛盾突出,草场的人口和牲畜负载加大,草畜矛盾增强。连年干旱使天然牧草生长高度、产量和牧草覆盖度下降趋势呈几何增长。在造成锡盟草场沙化退化的诸多因素中,连年持续干旱,水资源缺乏是主要矛盾。
草地退化的过程中不可避免的伴随着土壤性质的变化,包括土壤理化性质质变化、土壤养分流失、土壤肥力下降等。据研究表明,草原植被覆盖度下降,使土壤中进入的有机质减少,分解速度加快.向脱腐殖质化发展,引起水分含量减少,结构趋向单粒化,矿质化过程加强,可溶性盐逐渐积累,盐渍化趋势增加,同时水分蒸发加强,土壤变干,肥力下降,土壤向退化方向发展。
(一)气候降水
锡林郭勒盟是自治区主要牧区和饲草基地,降水量分布是自东南向西北减少,南部4个旗(县)及西乌珠穆沁旗一带平均降水量300~390mm,由此向西北递减,二连浩特市只有140多mm。因此,干旱频率也是自东南向西北增大。从近50年的降水量统计数据来看:
1953~2006年的53年中锡林浩特区域性轻旱(降水量距平百分率为0~-25%)共发生14年,中旱(降水量距平百分率为-25%~-75%)11年,大旱(降水量距平百分率为>-75%)2年,轻旱频率26.4%,中旱频率20.8%,大旱频率3.8%,干旱累积频率为51%。
1955~2006年的51年中西乌珠穆沁旗区域性轻旱共发生18年,中旱8年,轻旱频率35.3%,中旱频率15.7%,干旱累积频率为51%。
结果表明:锡林郭勒盟区域性轻旱发生的几率较大,中旱的几率次之,大旱的几率最小。按年际分析:锡林浩特区域在1982~1986年、1999~2002年间均为旱季年。西乌珠穆沁旗1962~1968年、1970~1973年、1975~1977年、1999~2006年间均为旱季年。因此,草地群落长期都处于水分严重亏缺状态,植物生长会被大大地抑制,种类趋于单一化。这是草地退化的重要因素之一。
(二)地表水文
降水是草地生长水分的主要来源,地表的河流和湖泊则是水分的蕴存之所。地表河流流域面积的变化以及湖泊面积的变化甚至消亡,从很大程度上指示着气候与降水的变化,从而也能够指示草地退化的过程。由于连年干旱锡林郭勒草原一些湖泊由于水源补给不足,水面缩小甚至枯竭,如查干淖尔(湖名)50年代水面1270 km2 ,至今湖面缩小了20 km2。国家级自然保护区核心区达里诺尔湖面积为228.84 km2 ,储水量约16亿m3 ,水环境以含盐量高、碱度大为主要化学特征。随着生态环境的破坏、湖水蒸发量的逐年增加,湖泊水质有明显恶化趋势。变化趋势是由淡水→半咸水→咸水→盐湖的方向发展。研究表明:达里诺尔湖水位呈稳定的波动性变化,而且水质pH值主要受降水的影响,在20年间,pH值一般在9.30~9.80之间,呈缓慢上升趋势。比较1975年与1996~1998年研究结果,水体含盐量,总碱度、级离子、钠离子、高锰酸盐指数等主要化学因子均呈上升趋势。
图4-2 锡林浩特和西乌珠穆沁旗多年降水量距平百分率
表4-12 达里诺尔湖水化学因子浓度变化结果
主湖区经过二十几年的变化,主要化学因子变化幅度在2.6%~198.1%之间,其中含盐量增加8.6%,总碱度增加11.1%,钠离子增加13.3%,钙离子、高锰酸盐指数比1975年增加1倍以上,镁、氯离子均有增加。
锡林河是内蒙古自治区锡林郭勒草原上较大的一条内陆河流。发源于苏克斜鲁山黄岗梁山前的翁湖附近的白音察干诺尔滩地,流向锡林浩特而在其西北注入白音诺尔。锡林河全长175km,在锡林浩特水库以上长135km。据1965年资料,其中锡林河在锡林浩特年平均流量为0.745s/m3,多年平均水量0.2349亿m3。而近年来,由于气候波动和人为活动造成的影响,锡林河下游近40km的河段已几近枯竭,水量急剧下降。
(三)地下水
作为草地生长的地下水分“仓库”,地下水对植物的生长发展有着更为直接的作用。研究表明,地下水位埋深很大程度上决定着地表植被的生长状况。
锡林浩特地区地下水动态类型为降水—渗入—蒸发型。地下水资源的补给来源主要是降水以及地表水渗入。影响因素以降水量为主,其次是蒸发和地下水开采强度。资料表明,锡林浩特地区雨季地下水普遍升高,但上升幅度与上升开始时间及持续并到达峰值的时间在不同地段并不一致。沿锡林河附近地下水埋深较浅,上升幅度也较大,但受河水的影响和上游水库的调控有滞后现象。而其他区地下水埋深浅的地方上升反映较快,而在蒸发作用强烈、农牧业灌溉的夏、秋季节,由于降雨的作用相对变小,促使地下水水位下降。说明地下水位受降水和蒸发等因素的约束。该地区近几年地下水位持续下降,其主要原因是降水量偏少,补给量不足,而蒸发量和各项用水量有增无减造成的。
(四)地形特征
前述地貌对植被分布具有一定控制作用,不同的地貌形态上的植被分布具有一定的规律性,从而抑制生态环境恶化的能力也不尽相同。而地表形态的变化诸如地表裸土面积、浮沙面积的变化,可从状态上指示草地及土地的退化过程。
波状起伏的地面形态使草地的分布在类型上和高度、盖度等都各有差异。据实地调查研究表明,在相对起伏的地形中,植被的覆盖度随着高程的增加而呈减少趋势,平均高度也趋于下降,位于丘状地形的顶部的植被普遍覆盖度最低,而在丘状地形间的沟壑,草地往往较为丰盛,因为地形的关系,这些地方往往是地表水和地下水水流汇集地,植物生长的水分条件较为充分,而地点若处于一个相对的阴面,蒸发强度将很大程度地下降,易于水分的保持。
受日照、蒸发量的影响,阴坡的植被覆盖度普遍高于阳坡,据研究表明,进入20世纪90年代以来,锡林浩特草原沙化趋势加剧,流动沙丘的面积每年增加14.3 km2。沙地中植被覆盖度由20世纪60年代的阳坡30%~40%、阴坡60%~70%减少到现在的阳坡10%、阴坡30%~40%。另外受风蚀作用,迎风面草地分布高度较低,背风面高于迎风面。
(五)土壤理化性质
土壤的理化性包括土壤的物理性质和化学性质。土壤的物理特性主要指土壤温度、水分含量及土壤质地和结构等,土壤化学特性主要是指土壤化学组成、有机质的合成和分解、矿质元素的转化和释放、土壤酸碱度等。
为了验证土壤理化性质质对草地退化的影响,在内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区进行了实地调查(详见本节附录“野外调查方法”),调查面积约240km2,定位调查点59个,对研究区内的地形地貌、土壤、水文和植被进行了详细调查。
表4-13 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区调查点一览表
续表
1.土壤物理性质
(1)质地与结构。
锡盟草原的土壤质地可分为沙土类、壤土类、粘壤土类和粘土类等,沙土土壤保水力小,保肥力低,土温易变化;壤土质地较均匀,粉沙粒较高,通透性好,保水保肥力较低,易干旱、风蚀或沙化;粘壤土质地均匀,保水肥性性能好,抗旱能力强;粘土类质地粘重,结构致密,土壤保水肥能力较强,通透性差。土壤结构有团粒状、粒状、屑粒状、柱状、块状和核状等,对植物出苗和扎根以团粒状土壤最好,粒状、屑粒状、柱状次之,核状和块状土壤不良。
据内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区实地调查结果,该地区土壤以砂土、亚砂土为主,个别地点为轻亚粘土,颗粒相对较粗,沙粒含量较多,土壤团聚性较差,亦发生土壤沙化。
(2)颗粒组成。
覆盖草场表面的土壤是一种性质变化很大的多孔性物质,它的固相组成——土壤的颗粒大小构成土壤骨架,反映了土壤的质地。随着草地退化的加剧,土壤颗粒组成发生变化,黏粒含量趋于减少,砂粒增多。不同粒径对土壤团粒结构形成和保水保肥的贡献不同,黏粒的减少抑制了土壤的膨胀、可塑性及离子交换等物理性质。
据内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区实地调查结果显示,多数地点土壤为砂土或亚砂土,土壤黏粒含量较低,砂粒占优势,土壤易沙化。
(3)含水量。
土壤水分是土壤中最重要的组成物质之一。通常说来,土壤水分的运动与土壤温度相应,要受到入渗、排水、蒸发和根系吸水等过程中大通量的液相干扰。草地退化过程中,土壤含水量下降,尤其是上层(0~20 cm)土壤含水量下降明显。
据内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区实地调查结果,未显示表层土壤含水率与草地退化程度之间的直接关系,但据前人研究结果,低水分土壤(含水率5%~7%)与高水分土壤(含水率8%~10%)对牧草的生长发育状况和产草量有很大影响,结果显示:高水分土壤产草量约为低水分土壤的一倍。而白音希勒牧场调查地点土含水率大都在0.5~5.5之间,含水率相对较低,可视为草原趋于退化的一个相关因素。
(4)容重。
土壤容重体现了土壤的紧实度,与土壤的孔隙度、透气性和渗透率成反比。随着草地退化程度的加剧,土壤容重呈上升趋势。土壤容重的增加必然影响土壤中水分和空气的移动及植物根系的发育。而严重退化阶段0~5 cm土层容重最小。说明潜在沙漠化时下层土壤微生物、动物的扰动作用使土壤变得疏松,容重较小,而严重沙漠化时土壤表层风蚀严重,植被较少,颗粒物的吹失与回落,致使土壤变得松散干燥,容重最小。
据内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区实地调查结果显示,在未退化草地,地面表层(0~5 cm)的土壤容重普遍在1.2~1.5g/cm3之间,最低达0.81g/cm3(PC30调查点,未退化草地)。而随着退化的程度增加,土壤容重呈上升趋势,最大值为2.07 g/cm3(PC36调查点,轻度沙化草地)。
2.土壤的化学性质
酸碱度。土壤的酸碱度是土壤盐基的综合反映,同时与土壤水分含量有关。据前人研究表明,农作物和牧草需要pH7.0~8.5的微碱性土壤,低于或高于此pH值时,植物生长受抑制。
据内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区的实地调查结果显示,绝大多数土壤pH值在7.20~8.64范围内,只在个别地点土壤呈酸性或pH值高于9.0。说明该地区的土壤从pH的角度来说还是比较适宜植物的生长。
(六)土壤养分
土壤养分主要取决于土壤矿物质及有机质的数量和组成。通过对内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区采集的171个土壤样本的元素相关分析,结果显示,全氮、有效氮与总碳含量间呈极其显著的正相关,全氮与有效氮之间也呈显著正相关,说明土壤有机质中均含一定比例的氮素,并且其中一定的比例可以转化为植物可以利用的有效氮。通过对不同深度的土壤元素相关性分析,以51个土壤样本的N元素为例,呈一定的正相关,表明土壤的成土环境相似,成土过程相同,从而导致元素在土壤剖面上的迁移和转化的过程和程度相近。另外分析数据表明,表层土壤的全氮、全磷等元素含量都比较低,属养分条件很差的土壤,是土壤趋于退化的重要表现。通过变异系数分析,171个样本中全氮和全磷含量存在较大的变异性,变异系数分别为73.11%和43.11%,说明土壤有退化趋势,具有退化草场的特征。
表4-14 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区土壤部分营养元素相关矩阵(样本数=171)
表4-15 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区不同层次的土壤N元素相关性分析(样本数=57)
1.土壤有机质与营养元素
土壤有机质是土壤肥力的重要物质基础,它直接影响着土壤的理化性质和生物活性,是反映土壤肥力状况和供肥特征的决定性因素。目前,反映土壤有机质状况的指标多种多样,包括有机质数量、活性和腐殖质品质指标等。
土壤中全N含量代表了能提供给植物所需N的最大潜力。随着沙漠化梯度的增加,土壤全N含量呈降低趋势。土壤中有机质的C/N比是一个重要的指标,若C/N比很大则在其矿化作用的最初阶段就不可能对植物产生供N的效果,因为微生物的同化量会超过矿化作用所提供的有效N量,有可能使植物缺 现象更为严重。但若C/N比很小则在其矿化作用一开始就能供应植物所需的有效N量。因此C/N 比对植物的生长有着至关重要的作用。草原沙漠化过程中,土壤C/N比呈增加趋势,说明伴随着土壤C,N的显著下降,质地变粗,植物N素供应不足更为突出。
据蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区内的土壤元素相关性表明,Corg(有机碳)与全N之间存在显著的正相关,171个样本的C/N平均值为9.766,变异系数为60.12%,在空间上的表现并不一致。多数样本的C/N值在7~15范围内波动,个别样本达到40~50,说明在该地区某些地点草地已经开始趋于退化,甚至有土壤沙化的效应。
图4-3 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区土壤Corg-N相关性(样本数=171)
2.土壤微量元素
生物体是由60多种元素所组成,其中C、H、O、N、Ca、P、Mg、Na等含量较大的元素,称为宏量元素。而占生物体总重量0.01%以下的如Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Se、Mo、Co、F等,为微量元素。微量元素虽然在生物体内的含量不多,但与生物体的生存和健康息息相关。它们的摄入过量、不足或缺乏都会不同程度地引起生物体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关,能发挥巨大的生理作用。而这些微量元素必须直接或间接地由土壤供给。到目前为止,已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种,即Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Se、Co、I、Ni、F、Mo、V、Sn、Si、Sr、B、Ru、As等。
对内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区的57处地点的0~20cm表层土壤的B、Mo、Cu、Zn、Fe、Mn等6种微量元素的有效态分析,6种微量元素含量平均值大小顺序为Mn>Fe>Zn>Cu>B>Mo,且Mn和Fe的含量远高于其他4种元素,也远远高出全国均值。另外4种元素的均值均小于全国均值水平。
表4-16 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区表层土壤6种微量元素有效态含量 单位:μg/g
据锡盟盟志的记载,锡盟土壤的6种微量元素有效态变幅如表4-17所示。
表4-17 锡盟土壤的6种微量元素有效态变幅 单位:×10-6
可以看出,该地区的B、Mo、Zn元素的有效态含量均低于元素缺乏的临界值;另外,该地区的有效Fe和有效Mn的含量,远远超出上述范围,其原因有待进一步探究。
从植物中微量元素的含量分析可以看出,B、Mo、Cu 3种元素含量的均值均在正常范围之内,Zn元素含量略低于正常范围;而Fe和Mn的含量均值远远高出正常含量的范围,这应与土壤中的Fe和Mn的含量过高有一定的关系;另外也不排除植物本身的因素,可能使不同植物间的元素含量有较大差别。
表4-18 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区植物体中6种微量元素有效态含量 单位:μg/g
植物体内元素含量的变化往往存在相关性,从表4-19中可以看出,Fe和Mn、Fe和Zn、Fe和Cu、Cu和Zn之间存在显著正相关,Fe和Mo、Cu和Mo之间表现为负相关,但不明显,其余元素之间均为正相关。
表4-19 内蒙古锡林浩特白音希勒牧场典型草原区植物体内6种微量元素相关性分析(样本数=57)
针对上述研究结果,该地区的Fe元素和Mn元素过于富集,是否影响该地区的植被演化和退化,有待于进一步调查与监测。
附:野外调查工作方法
一、工作区概况
试验在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场典型草原区内进行。该区位于东经116°30′~116°45′,北纬43°33′~43°40′,海拔1215 m;属温带半干旱大陆性气候,春季干旱少雨,风大沙多,冬季寒冷而漫长;年均温0℃,气温日较差大,年均降水量300~450 mm,降水变率大,70%的降水集中在7、8、9三个月,年均日照时数2600 h,无霜期170 d左右,年均风速3.2 m/s,大风日数71 d,以4、5月份最为频繁。该区主要植被类型为“大针茅+羊草”典型草原。地带性土壤为栗钙土。锡林河由东向西穿越该区。
二、工作方法
(一)工作总则
校验区基本工作比例尺为1∶50000,基本采样密度为1点/4km2。沿锡林河间隔约20km布置数个横向剖面,每剖面设置3-4个样点。
(二)样点调查
1.植被调查:每样点设置1个(5m×5m)样方,分别测定各样方内的植被覆盖度,优势草种的比例,平均植物株高。并取优势草种样品。
2.土壤调查:每样点挖取1个深50cm的土壤剖面,用洛阳铲分0~10cm、20~30cm、40~50cm分别取样,另在0~10cm用铝盒取土壤原状样。
3.水文调查:收集提取样点附近存在的地表水和地下水样品。
三、数据采集
(一)植被调查与测试
1.植被覆盖度:目测法。
2.优势草种比例:目测法,选择占样方内所有植被70%以上的1~2种优势草种,分别估测其比例。
3.平均植物株高:随机抽取5~10株植物测量其自然高度,取平均值。
4.优势草种样品测试:包括元素全量分析14项:Cd、Pb、Cr、Ni、As、Hg、Cu、Zn、Fe、Mn、B、Mo、Se、F。测定方法采用原子荧光光谱法(AFS)、等离子体光谱法(ICP-OES)、等离子体质谱法(ICP-MS)、离子选择性电极(ISE)等。
(二)土壤调查与测试
1.土壤剖面调查与描述:根据挖取的剖面绘制柱状图,并进行描述。
2.土壤颗粒组成测定:采用筛分法。
3.含水量测定:采用土工试验方法。
4.土壤元素测试
(1)全量分析24项:pH、TOC、N、P、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Ni、Pb、Cd、Cr、As、Hg、Si、Al、Se、F。
(2)有效态分析13项:碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼、有效钼、有效铜、有效锌、有效铁、有效硅、有效锰、有效硫、交换性钙和交换性镁;
(3)离子交换态分析(含水溶态和离子交换态)1项:Cd、Pb、Cr、Ni、As、Hg、Se。
(4)测定方法采用原子荧光光谱(AFS)、发射光谱法(ES)、等离子体质谱法(ICP-MS)、压片法X-射线荧光光谱(XRF)、离子选择性电极法(ISE)、氧化热解气相色谱法、等离子体光谱法(ICP-OES)、氧化热解电位法等。
(三)水文调查与测试
地表水样与地下水样测试:包括As、Hg、Ni、Pb、Cr、Cd、Cu、F、Se、Zn、N、P、K、Na、Ca、Mg、Cl、等22项离子。测定方法采用等离子质谱(X-series)、原子荧光(AFS-230)、等离子光谱(IRIS)等。
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1 建筑场地岩土工程勘察报告;
2桩基工程施工图及图纸会审纪要;
[转帖]《建筑桩基规范》
3 建筑场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危房、精密仪器车间等的调查资料;
4主要施工机械及其配套设备的技术性能资料;
5桩基工程的施工组织设计;
6水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告;
7有关荷载、施工工艺的试验参考资料。
6.1.2 钻孔机具及工艺的选择,应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理条件综合确定。
6.1.3施工组织设计应结合工程特点,有针对性地制定相应质量管理措施,主要应包括下列内容:
1施工平面图:标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置;采用泥浆护壁成孔时,应标明泥浆制备设施及其循环系统;
2确定成孔机械、配套设备以及合理施工工艺的有关资料,泥浆护壁灌注桩必须有泥浆处理措施;
3施工作业计划和劳动力组织计划;
4机械设备、备件、工具、材料供应计划;
5桩基施工时,对安全、劳动保护、防火、防雨、防台风、爆破作业、文物和环境保护等方面应按有关规定执行;
6保证工程质量、安全生产和季节性施工的技术措施。
6.1.4成桩机械必须经鉴定合格,不得使用不合格机械。
6.1.5施工前应组织图纸会审,会审纪要连同施工图等作为施工依据,并列入工程档案。
[转帖]《建筑桩基规范》
6.1.6桩基施工用的供水、供电、道路、排水、临设房屋等临时设施,必须在开工前准备就绪,施工场地应进行平整处理,以保证施工机械正常作业。
6.1.7基桩轴线的控制点和水准基点应设在不受施工影响的地方。开工前,经复核后应妥善保护,施工中应经常复测。
6.1.8用于施工质量检验的仪表、器具的性能指标,应符合现行国家相关标准的规定。
6.2 一般规定
6.2.1不同桩型的适应条件应符合下列规定:
1泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层;
2 旋挖成孔灌注桩宜用于粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层;
3冲孔灌注桩除宜用于上述地质情况外,还能穿透旧基础、建筑垃圾填土或大孤石等障碍物。在岩溶发育地区应慎重使用,采用时,应适当加密勘察钻孔。
4长螺旋钻孔灌注桩后插钢筋笼宜用于粘性土、粉土、砂土、填土、非密实的碎石类土、强风化岩;
5干作业钻、挖孔灌注桩宜用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。
6在地下水位较高,有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、淤泥质土层中不得选用人工挖孔灌注桩。
7沉管灌注桩宜用于粘性土、粉土、砂土;夯扩桩宜用于桩端持力层为埋深不超过20m的中、低压缩性粘性土、粉土、砂土、碎石类土。
6.2.2成孔设备就位后,必须平整、稳固,确保在成孔过程中不发生倾斜和偏移。应在成孔钻具上设置控制深度的标尺,并应在施工中进行观测记录。
6.2.3成孔的控制深度应符合下列要求:
1摩擦型桩:摩擦桩以设计桩长控制成孔深度;端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度;当采用锤击沉管法成孔时,桩管入土深度控制以标高为主,以贯入度控制为辅;
2端承型桩:当采用钻(冲)、挖掘成孔时,必须保证桩孔进入持力层的设计深度;当采用锤击沉管法成孔时,桩管入土深度控制以贯入度为主,以控制标高为辅。
6.2.4灌注桩成孔施工的允许偏差应满足表6.2.4的要求。
表6.2.4灌注桩成孔施工允许偏差
成孔方法
桩径允许偏差(mm)
垂直度允许偏差(%)
桩位允许偏差(mm)
1~3根桩、条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩
条形桩基沿轴线方向和群桩基础的中间桩
泥浆护壁
钻、挖、冲孔桩
d≤1000mm
±50
1
d/6且不大于100
d/4且不大于150
d>1000mm
±50
100+0.01H
150+0.01H
锤击(振动)沉管
振动冲击沉管成孔
d≤500mm
-20
1
70
150
d>500mm
100
150
螺旋钻、机动洛阳铲干作业成孔
-20
1
70
150
人工挖孔桩
现浇混凝土护壁
±50
0.5
50
150
长钢套管护壁
±20
1
100
200
注:1 桩径允许偏差的负值是指个别断面;
2 H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离;d为设计桩径。
6.2.5钢筋笼制作、安装的质量应符合下列要求:
1 钢筋笼的材质、尺寸应符合设计要求,制作允许偏差应符合表6.2.5的规定;
表6.2.5钢筋笼制作允许偏差
项目
允许偏差(mm)
主筋间距
±10
箍筋间距
±20
钢筋笼直径
±10
钢筋笼长度
±100
2 分段制作的钢筋笼,其接头宜采用焊接或机械式接头(钢筋直径大于20mm),并应遵守国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18和《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204;
3 加劲箍宜设在主筋外侧,当因施工工艺有特殊要求时也可置于内侧;
4 导管接头处外径比钢筋笼的内径应大100mm以上;
5 搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁和自由落下,就位后应立即固定;
6.2.6粗骨料可选用卵石或碎石,其粒径并不得大于钢筋间最小净距的1/3。
6.2.7检查成孔质量合格后应尽快浇注混凝土。直径大于1m或单桩混凝土量超过25m3 的桩,每根桩桩身混凝土应留有1组试件;直径不大于1m或单桩混凝土量不超过25m3 的桩,每个浇注台班不得少于1组,每组试件应留3件。
6.2.8在正式施工前,宜进行试成孔。
6.2.9灌注桩施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查,确保完好和使用安全。
6.3泥浆护壁成孔灌注桩
Ⅰ泥浆的制备和处理
6.3.1除能自行造浆的黏性土层外,均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。
6.3.2泥浆护壁应符合下列规定:
1施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上,在受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m以上;
2在清孔过程中,应不断置换泥浆,直至浇注水下混凝土;
3灌注混凝土前,孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.2.5;含砂率≤8%;黏度≤28s;
4在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。
6.3.3废弃的泥浆、碴应进行处理,不得污染环境。
Ⅱ正反循环钻孔灌注桩的施工
6.3.4对孔深较大的端承型桩和粗粒土层中的摩擦桩型,宜采用反循环工艺成孔或清孔,也可根据土层情况采用正循环钻进,反循环清孔。
6.3.5泥浆护壁成孔时,宜采用孔口护筒,护筒设置应符合下列规定:
1护筒埋设应准确、稳定,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm;
2护筒一般用4~8mm钢板制作,其内径应大于钻头直径100mm,上部宜开设1~2个溢浆孔;
3护筒的埋设深度:在粘性土中不宜小于1.0m;砂土中不宜小于1.5m;护筒下端外侧应采用黏土填实;其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求;
4受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩,护筒应加高加深,必要时应打入不透水层。
6.3.6当在松软土层中钻进,应根据泥浆补给情况控制钻进速度;在硬层或岩层中的钻进速度以钻机不发生跳动为准。
6.3.7钻机设置的导向装置应符合下列规定:
1潜水钻的钻头上应有不小于3d长度的导向装置;
2利用钻杆加压的正循环回转钻机,在钻具中应加设扶正器。
6.3.8钻进过程中如发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时,应停钻,待采取相应措施后再行钻进。
6.3.9钻孔达到设计深度,灌注混凝土之前,孔底沉碴厚度指标应符合下列规定:
1 对端承型桩≤50mm
2摩擦端型桩≤100mm
3对抗拔、抗水平力桩,不应大于200mm
Ⅲ 冲击成孔灌注桩的施工
6.3.10在钻头锥顶和提升钢丝绳之间应设置保证钻头自转向的装置。
6.3.11冲孔桩的孔口护筒,其内径应大于钻头直径200mm,护筒应按本规范第6.3.5条设置。
6.3.12泥浆的制备、使用和处理应符合本规范第6.3.1~6.3.3条的规定。
6.3.13冲击成孔质量控制应符合下列规定