原位測試方式在巖土工程勘察中的綜合運用

孔明

摘要：巖土工程勘察在工程施工中具有重要的作用，經(jīng)過長期發(fā)展與實踐，各種各樣的工程地質(zhì)勘察手段產(chǎn)生并不斷發(fā)展，其中作為最常用的手段之一，原位測試被廣泛研究與應(yīng)用。原位測試主要在自然條件下展開相應(yīng)測試，通過各項試驗勘察地形，給出各項物理指標(biāo)參數(shù)，用于標(biāo)明巖土層的指標(biāo)以及性能。本文對原位測試方法進(jìn)行說明與概述，并且討論目前常用的原位測試方案和實驗，在分析的基礎(chǔ)上說明其具體應(yīng)用，并最終分析其在工程地質(zhì)勘察中的綜合運用。

關(guān)鍵詞：原位測試；工程地質(zhì)；勘測；綜合運用

1.引言：近年來的相關(guān)建設(shè)和改革不斷深入，工程項目以及工程量不斷增加，作為基礎(chǔ)工作之一的工程地質(zhì)勘察也引起工作者的廣泛關(guān)注。相應(yīng)的工程地質(zhì)勘察手段也不斷產(chǎn)生并更新。原位測試作為地質(zhì)工程勘察中一項重要手段，其具有較多的方法與手段，并且各種方法各有利弊。只有具體情況具體分析，并且在綜合分析的基礎(chǔ)上綜合利用各種方法，發(fā)揮優(yōu)勢，補(bǔ)足不足，從而能夠為工程地質(zhì)施工提供一定的支持，方便施工建設(shè)。

2.原位測試技術(shù)概述

2.1原位測試技術(shù)簡介

在現(xiàn)實的巖土層位置進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的測定，因為其不僅僅保持有原有的天然結(jié)構(gòu)，而且在應(yīng)力狀態(tài)方面也保持其原有特點，在這一條件下進(jìn)行工程力學(xué)指標(biāo)測定的一種技術(shù)手段。

原位測試不僅僅包含最常用的靜力觸探以及動力觸探和十字板剪切，而且還包含旁壓試驗、靜載試驗等。本文主要介紹最有代表性的四者，分別是靜載實驗、靜力觸探、動力觸探和十字板剪切。

2.2原位測試適用條件

（1）原位測試適用于室內(nèi)條件與工程建設(shè)條件相差較大的情況，但是原位測試相對安全。（2）基礎(chǔ)受力復(fù)雜，并且不易計算與估算，缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗，原位試驗具有良好作用。（3）一般重要的工程，為保證工程建設(shè)質(zhì)量，都會進(jìn)行原位測試。

2.3原位測試技術(shù)優(yōu)缺點解析

2.3.1原位測試技術(shù)優(yōu)點解析：（1）對于某些難以取樣的巖土體，利用原位測試起到很好效果。（2）具有極強(qiáng)代表性，并且應(yīng)用和影響的范圍極廣。（3）技術(shù)方便，提高效率，降低了損失，減少了勘察周期。

2.3.2原位測試技術(shù)缺點解析：（1）一份詳細(xì)、完整的原位測試需要大量的人力物力投入；（2）目前相關(guān)測試僅僅是經(jīng)驗公式，缺乏相應(yīng)的理論支撐，并且準(zhǔn)確性也較低。

3.靜力載荷試驗

3.1靜力荷載實驗技術(shù)簡介

在地基荷載力的評估和預(yù)測中，通過改變一定區(qū)域內(nèi)的合理面積承壓板并添加荷載，通過觀察，例如地基在荷載下的變形問題，最終確定其地基的承載力，進(jìn)而對于沉降量等進(jìn)行預(yù)估。靜力荷載實驗裝置圖如圖1所示。

儀器設(shè)備：載荷試驗的設(shè)備由承壓板、加荷裝置及沉降觀測裝置等部件組合而成。

承壓板：主要用于承受壓力，為提高強(qiáng)度，往往利用厚鋼板和硬木板來做材料，進(jìn)行預(yù)制或者是現(xiàn)場砌制。為保證實驗測試的精度和準(zhǔn)確性，對承壓板的剛度有一定要求，不僅僅其形變量要盡可能小，而且不能夠在中心位置和邊緣位置產(chǎn)生彎曲。承壓板一般采用圓形，并且不同的土質(zhì)其承壓面積的選擇也不一樣，密實性的土質(zhì)承壓面積在1000-5000cm2范圍內(nèi)，而其他土質(zhì)要控制在2500-5000cm2內(nèi)。

加荷裝置主要用于加荷，既可以通過重物加荷，也可以通過油壓千斤頂進(jìn)行反力加荷。由壓力源、反力構(gòu)架或者是載荷臺架兩部分組成。

沉降觀測裝置，主要用來進(jìn)行沉降，并進(jìn)行觀測，需要保證其安全性以及穩(wěn)定性，主要由百分表、沉降傳感器以及水準(zhǔn)儀等組成。

3.2靜力荷載實驗應(yīng)用要點：（1）靜力荷載實驗的區(qū)域應(yīng)該控制在方形試坑中。為消除側(cè)向土自重影響，要控制坑底寬度，要大于承壓板寬度的3倍，從而能夠滿足地基半空間平面邊界條件要求，并且對于其中的承壓板還應(yīng)該在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處放置。（2）測試時應(yīng)該注意不會破壞地基，保持其原有結(jié)構(gòu)。首先應(yīng)該在坑底進(jìn)行原土層的預(yù)留，一般控制在20-30cm，把其作為保護(hù)層。另外如果出現(xiàn)測試底板低于地下水時，應(yīng)該在底部鋪設(shè)砂層之后再加入承壓板，之后等水位恢復(fù)后進(jìn)行測試。（3）注意按爪給你設(shè)備的次序以及相關(guān)要求。對于承壓板的安裝需要鋪設(shè)一定的砂墊層，另外利用水平尺標(biāo)志保證實驗面的平整。對于荷載裝置以及千斤頂應(yīng)該保證和承壓板中心保持一致。（4）安裝完畢之后進(jìn)行加荷，采用分級加荷的方式進(jìn)行。（5）由于進(jìn)行分級加荷，所以應(yīng)該觀測每級荷載下的沉降。注意時間，前30min，每10min觀測一次；之后保證在15-30min觀測一次，沉降相對穩(wěn)定時，進(jìn)行下一級荷載。（6）荷載時進(jìn)行相應(yīng)控制，一般使得荷載達(dá)到地基土的極限承載力時，才能停止實驗，并且進(jìn)行承載安全度的評價。

3.3靜力荷載試驗成果的應(yīng)用：（1）確定地基土承載力基本值f0；（2）計算地基土變形模量E0。

4.靜力觸探試驗

4.1靜力觸探試驗CPT技術(shù)簡介

用靜力將一個內(nèi)部裝有阻力傳感器的圓錐形探頭均勻壓入土中，主要通過直接測量對相關(guān)地基土性質(zhì)進(jìn)行間接表示。貫入阻力表示地基土力學(xué)性質(zhì)。

可分為：

單橋探頭：可測總貫入阻力。雙橋探頭：應(yīng)用于測試兩種阻力，一種是錐尖阻力，另一種是側(cè)壁摩擦阻力。孔壓探頭：可測孔隙水壓力

4.2靜力觸探試驗技術(shù)特點

靜力觸探不僅僅具有測試連續(xù)并且快速的特點，而且其效率高，而且功能多。具有雙重作用，既可以進(jìn)行勘測，又可以及進(jìn)行測試。雖然該實驗技術(shù)能夠應(yīng)用于以粘土、粉土為代表的大多數(shù)土質(zhì)，但是在碎石類土質(zhì)中卻難以貫入。

4.3靜力觸探成果的應(yīng)用

（1）劃分土層；（2）估算土的物理力學(xué)指標(biāo)；（3）確定淺基礎(chǔ)的承載力；（4）預(yù)估單樁承載力；（5）判定飽和砂土和粉土的液化勢。

5.圓錐動力觸探試驗與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

5.1試驗技術(shù)簡介

兩種觸探實驗具有一定共同點，均利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的探頭打入土中，根據(jù)每打入土中一定深度所需的能量來判定土的性質(zhì)，并根據(jù)貫入度對土層進(jìn)行劃分。

接下來以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗為代表進(jìn)行介紹。

5.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

目前標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗國際上通用的有兩種，—種是常規(guī)SPT設(shè)備，另一種是SPT針對粗粒土往往也會運用實心錐的SPT-CONE。設(shè)備主要是由貫入器、貫入探桿和穿心錘三部分組成的。一般試驗設(shè)備選擇63.5kg左右的重錘，并且設(shè)置（76±1）cm的下落高度。設(shè)置好之后通過圓筒形的貫入器進(jìn)行重錘的下落。SPT的貫入深度為45cm應(yīng)記錄每個15cm的N其中第一個15cm為準(zhǔn)備錘擊數(shù)，第二、三個15cm錘擊數(shù)相加為N；如土層較硬是應(yīng)考慮準(zhǔn)備錘擊數(shù)25擊，正式錘擊數(shù)N=50為上限以換算，并進(jìn)行記錄，用N表示，作為參量。其標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗裝置圖，如圖3所示。

5.3標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果的應(yīng)用

（1）劃分土的類別或土層剖面；（2）判斷砂土的密實度及地震液化問題；（3）判斷粘性土的稠度狀態(tài)及C值；（4）評定土的變形模量E0和壓縮模量Es；（5）確定地基承載力。

6.勘察測試方法的選擇

由于地理條件以及天氣條件、土質(zhì)條件等的限制，往往需要根據(jù)實際情況選擇合適的勘察測試方法。在勘察測試方法的選擇中應(yīng)該綜合考慮，一般需要考慮以下幾點：

（1）充分了解各種測試方法的特點以及適用條件；（2）了解地形、土質(zhì)以及相應(yīng)的天氣條件；（3）對于勘測的手段以及其中需要的設(shè)備進(jìn)行了解。

綜合考慮以上三點因素，并根據(jù)勘察測試的經(jīng)濟(jì)性以及實施的難易程度進(jìn)行核實的選擇，確定成本較低以及簡單易行，并且具有很好作用的勘察測試方法。結(jié)論：原位測試是工程地質(zhì)測試中的重要方法，由于原位測試方法不僅僅多樣，而且針對各項物理指標(biāo)，因此需要進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的原位測試方法，并進(jìn)行綜合運用，從而能夠保證地質(zhì)勘察工作的順利進(jìn)行。同時在原位測試方法的選擇過程中，還應(yīng)該綜合考慮實際情況，結(jié)合實際以及經(jīng)濟(jì)性原則進(jìn)行選擇，最終促進(jìn)工程地質(zhì)勘察。endprint